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Die
Erfindung betrifft ein Dachrahmenelement in Hybridbauweise für
ein Fahrzeug, wobei dieses Dachrahmenelement aus zumindest einem
metallischen Formteil und einem Verstärkungselement aus
Kunststoff zusammengesetzt ist.
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Unter
Hybridbauweise im Fahrzeugbau, insbesondere im Karosseriebau versteht
man einen Verbund zumindest zweier verschiedener Werkstoffe, vorzugsweise
Kunststoff und Metall. Das Ziel dieser Bauweise ist es, eine Karosserie
bzw. Karosserieelemente so leicht wie möglich zu gestalten
und dabei ein Höchstmaß an Festigkeit und Steifigkeit und
somit auch an Stabilität zu erhalten, wobei eine Kombination
der unterschiedlichen Werkstoffe deren jeweilige Vorzüge
ausnutzt. Eine Gewichtseinsparung im Karosseriebau ist möglich,
in dem die Wandstärken der metallischen Karosserieelemente,
beispielsweise aus Stahl, reduziert werden oder massiver Bauelemente
durch Hohlprofile ersetzt werden. Die Reduzierung der Wandstärken
bzw. der Übergang von massivem Bauelement zu einem Hohlprofil ist
aber mit einem Verlust an Stabilität verbunden. Dies bedeutet,
dass ein Bauteil oder Bauelement nunmehr eine reduzierte Widerstandsfähigkeit
beispielsweise gegenüber mechanischen Belastungen aufweist,
woraus ein Knicken oder Beulen entsteht und folglich im Bereich
der Karosserie nicht akzeptabel ist. Mit dem Einsatz von Kunststoffbauteilen,
die in geeigneter Weise mit dünnwandigen metallischen Karosserieelementen
verbunden werden, können diese Karosserieelemente mit wenig
zusätzlichem Gewicht sehr effektiv stabilisiert werden.
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Aus
der
WO 01/58741 ist
beispielsweise ein System zur Verstärkung eines Rahmens
einer Fahrzeugkarosserie bekannt. Dieses System umfasst ein Strukturbauteil
mit einer Mehrzahl von Verstärkungsrippen, welches im Sinne
der Hybridbauweise in dem Rahmen der Fahrzeugkarosserie angeordnet
ist. Dieses Strukturbauteil ist zumindest teilweise mit einem ausdehnbaren,
insbesondere aufschäumbaren Material versehen. Durch ein
Aufschäumen des aufschäumbaren Materials wird
das Strukturbauteil mit dem Rahmen der Fahrzeugkarosserie form- und/oder
kraftschlüssig verbunden und damit vorzugsweise versteift.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dachrahmen in Hybridbauweise
anzugeben.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch
1 angegebenen Merkmale gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das
erfindungsgemäße Dachrahmenelement in Hybridbauweise
für ein Fahrzeug ist aus einem ersten metallischen Formteil
und einem Verstärkungselement aus Kunststoff zusammengesetzt.
Ein zweites metallisches Formteil ist mit dem ersten metallischen
Formteil derart verbunden, dass das Verstärkungselement
von den beiden Formteilen umschlossen ist. Erfindungsgemäß ist
eine Oberfläche des Verstärkungselements zumindest
teilweise mit einem aufschäumbaren Material versehen, mit
welchem das erste und das zweite metallische Formteil auf besonders
vorteilhafte Weise stoff-, form- und kraftschlüssig mit
dem Verstärkungselement verbindbar sind.
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Durch
das eingeschlossene Verstärkungselement ist es auf besonders
vorteilhafte Weise möglich, den beiden zusammengesetzten
Formteilen mehr Stabilität zu verleihen. Aus Gründen
der Gewichtseinsparung werden sehr dünnen Bleche für
die Herstellung der metallischen Formteile verwendet. Um dem Verbund
aus dünnen metallischen Formteilen mehr Stabilität
zu verleihen, wird bei einem Zusammenfügen, beispielsweise
beim Schweißen der Formteile das Verstärkungselement
eingeschlossen, welches bei geringem Eigengewicht eine hohe mechanische
Stabilität aufweist. Hierzu ist das Verstärkungselement
aus Kunststoff, insbesondere faserverstärktem Kunststoff
gebildet
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Das
Verstärkungselement ist vorzugsweise so zwischen den metallischen
Formteilen angeordnet, dass es einen anschließenden Oberflächenveredelungsprozess,
wie beispielsweise eine kathodische Tauchlackierung, der metallischen
Formteile nicht beeinträchtigt. Beispielsweise wird das
Verstärkungselement zwischen den metallischen Formteilen vorfixiert,
indem es in einem Randbereich von den beiden Formteilen eingeklemmt
wird.
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Die
stoff-, form- und kraftschlüssige Verbindung zwischen den
Formteilen und dem Verstärkungselement wird durch ein Aufschäumen
des aufschäumbaren Materials, mit welchem das Verstärkungselement
zumindest teilweise versehen ist, realisiert. Das Aufschäumen
findet vorzugsweise während eines Wärmeaktivierungsprozesses,
insbesondere im Anschluss an die kathodische Tauchlackierung, statt.
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Durch
ein Aufquellen vergrößert das aufschäumbare
Material sein Volumen und geht damit vorzugsweise die stoff-, form-
und kraftschlüssige Verbindung mit den Formteilen ein.
Nach Abschluss der Volumenvergrößerung erstarrt
das aufgeschäumte Material und behält sein erreichtes
Volumen.
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Ausführungsbeispiele
werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei
zeigen:
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1 ein
Dachrahmenelement in Hybridbauweise in einer Explosionsdarstellung,
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2A eine
Schnittdarstellung eines Dachrahmens in Hybridbauweise vor einem
Wärmeaktivierungsprozess und
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2B eine
Schnittdarstellung eines Dachrahmens in Hybridbauweise nach einem
Wärmeaktivierungsprozess.
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Einander
entsprechende Teile sind in allen Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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1 zeigt
ein erfindungsgemäßes Dachrahmenelement 1 in
einer Explosionsdarstellung. Dieses Dachrahmenelement umfasst zumindest
ein erstes metallisches Formteil 2 und ein Verstärkungselement 3 aus
einem Kunststoff. Das metallische Formteil 2 ist schalenförmig
ausgebildet und weist einen umlaufenden Rand auf. Ein in Form und
Größe zu dem ersten Formteil 2 korrespondierendes
zweites metallisches Formteil 4 ist ebenfalls schalenförmig
ausgeformt und im Randbereich mit dem ersten metallischen Formteil 2 verbunden,
wobei das Verstärkungselement 3 von den beiden
metallischen Formteilen 2 und 4 umschlossen ist.
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Das
Verstärkungselement 3 weist eine Gitterstruktur
auf, wobei Stege der Gitterstruktur an den Enden, die in Richtung
der Oberflächen der metallischen Formteile 2 und 4 weisen,
nutförmig ausgeformt sind. Diese nutförmigen Enden
dienen einer Aufnahme eines aufschäumbaren Materials 5.
Die nutförmigen Enden der Stege sind in den 2A und 2B im
Detail gezeigt.
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Weiterhin
ist ein äußerer Rahmen des Verstärkungselements 3 zumindest
an den Längsseiten in Richtung der metallischen Formteile 2 und 4 abgewinkelt.
Dieser abgewinkelte Rahmen dient ebenfalls in der in den 2A und 2B dargestellten
Weise der Aufnahme des aufschäumbaren Materials. In den 1, 2A und 2B ist
das aufschäumbare Material 5 schraffiert dargestellt.
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Die 2A und 2B zeigen
jeweils einen Schnitt durch ein montiertes Dachrahmenelement 1, wobei 2A das
Dachrahmenelement 1 vor einem Wärmeaktivierungsprozess
darstellt. Dabei ist auch ein Spalt zwischen den nutförmigen
Stegen des Verstärkungselements 3, welche mit
dem aufschäumbaren Material 5 versehen sind, und
den inneren Oberflächen der metallischen Formteile 2 und 4 erkennbar. 2B zeigt
das Dachrahmenelement 1 nach einem Wärmeaktivierungsprozess,
wobei der Spalt nach einem Aufschäumen des aufschäumbaren
Materials 5 mit diesem ausgefüllt ist.
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Bei
einem Herstellungsprozess des Dachrahmenelements 1 in Hybridbauweise
werden zwei in Form und Größe zueinander korrespondierende
metallische Formteile 2 und 4, beispielsweise
dünne, durch Tiefziehen geformte Stahlbleche, zusammen mit
dem Verstärkungselement 3 aus Kunststoff montiert.
Anschließend werden die beiden Formteile 2 und 4 in
einem Fügeprozess miteinander verbunden, indem sie beispielsweise
miteinander verschweißt werden.
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Das
Verstärkungselement 3 ist zwischen den metallischen
Formteilen 2 und 4 so vorfixiert, dass zwischen
dem Verstärkungselement 3, insbesondere den nutförmigen
Enden der Stege und den inneren Oberflächen der beiden
metallischen Formteile 2 und 4 ein Spalt entsteht.
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Dem
Fügeprozess schließt sich üblicherweise
ein Oberflächenveredelungsprozess an, um die metallischen
Formteile 2 und 4 unter anderem vor Korrosion
zu schützen. Ein Oberflächenveredelungsprozess
ist beispielsweise das kathodische Tauchlackieren, bei dem das Dachrahmenelement 1 in
ein elektrisch leitfähiges Lackierbad getaucht wird. Zwischen
einer äußeren Elektrode und dem Dachrahmenelement 1 wird
ein elektrischer Gleichstrom angelegt und bei einem Eintauchen des
Dachrahmenelements 1 in das Lackierbad ein Lackfilm auf
zumindest einer Oberfläche des Dachrahmenelements 1, insbesondere
auf den elektrisch leitfähigen Oberflächen der
metallischen Formteile 2 und 4, abgeschieden.
Der Spalt zwischen den inneren Oberflächen der metallischen
Formteile 2 und 4 und den nutförmigen
Stegen des Verstärkungselements 3 ermöglicht auf
vorteilhafte Weise eine ungehinderte Abscheidung des Lackfilms auf
die inneren Oberflächen der metallischen Formteile 2 und 4.
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Dem
kathodischen Tauchlackieren folgt üblicherweise ein Aushärteprozess,
in dem bei hohen Temperaturen der Lackfilm in einen stabilen Zustand versetzt
wird.
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Das
aufschäumbare Material 5 besteht in einer besonderen
Ausgestaltungsform der Erfindung zumindest aus einem wärmeaktivierbaren
Kunststoff, dessen Aktivierungstemperatur vorzugsweise einer Prozesstemperatur
des Aushärtprozesses entspricht. Damit kann im selben Herstellungsprozess, in
dem der Lackfilm auf den Oberflächen der metallischen Formteile 2 und 4 aushärtet,
das aufschäumbare Material 5 aktiviert werden.
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Durch
eine Aktivierung des aufschäumbaren Materials 5 vergrößert
sich das Volumen dieses aufschäumbaren Materials 5 auf
vorteilhafte Weise, bis es den Spalt zwischen den nutförmigen
Stegen und den inneren Oberflächen der metallischen Formteile 2 und 4 ausfüllt
und in Kontakt mit den inneren Oberflächen der metallischen
Formteile 2 und 4 steht.
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Nach
einem Erstarren des aufschäumbaren Materials 5 behält
das aufschäumbare Material 5 sein erlangtes Volumen
bzw. seine erlangte Form, wodurch das Verstärkungselement 3 vorzugsweise form-,
stoff- und kraftschlüssig mit dem ersten metallischen Formteil 2 und
dem zweiten metallischen Formteil 4 verbunden ist.
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In
einer Ausgestaltungsform ist das Verstärkungselement 3 ein
Formteil aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff auf
Polyamidbasis.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform ist das aufschäumbare
Material 5 aus einem Kunststoff auf Epoxydbasis.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Verstärkungselement 3 Befestigungselemente
auf, welche mit entsprechenden Öffnungen in dem ersten
metallischen Formteil 2 und/oder zweiten metallischen Formteil 4 korrespondieren.
Beispielsweise können an dem Verstärkungselement 3 Befestigungsclipse
angeordnet sein, welche durch entsprechende Öffnungen in
dem ersten metallischen Formteil 2 und/oder zweiten metallischen
Formteil 4 ragen und für eine Befestigung beispielsweise
einer Dachbedieneinheit oder einer Sonnenblende verwendet werden
können. In Art einer Funktionsintegration dient das Verstärkungselement 3 damit
nicht nur der Versteifung des Dachrahmenelements 1 sondern
auch einer Anbindung weiterer Fahrzeugbauteile am Dachrahmenelement 1.
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- 1
- Dachrahmenelement
- 2
- erstes
metallisches Formteil
- 3
- Verstärkungselement
- 4
- zweites
metallisches Formteil
- 5
- aufschäumbares
Material
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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