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Verfahren zur Versteifung eines hohlen Karosserieteils eines Fahrzeugs, insbesondere zur Versteifung eines hohlen Trägerprofils.
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Derartige Verfahren werden im Fahrzeugbau zur Erhöhung der Steifigkeit einer Karosserie, insbesondere einer Leichtbaukarosserie, verwendet, die zumindest ein hohles Karosserieteil enthält.
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Die gattungsbildende
DE 101 12 688 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Verstärkung eines Hohlteils eines Fahrzeugs, insbesondere einer Karosseriesäule, wobei mindestens ein langgestrecktes, formsteifes Stützskelett aus Kunststoff in das Hohlteil einbringbar ist, welches mit der Innenwandung des Hohlteils in Eingriff bringbare freie Stützflächen aufweist. Das Stützskelett weist über seine Länge eine Mehrzahl von quer zu seiner Längsrichtung erstreckenden Aussteifungsrippen auf, die von zwei Längsstegen in Längsrichtung durchsetzt sind. Das Stützskelett weist eine Vielzahl von durch die Aussteifungsrippen in Längsrichtung voneinander getrennte und in einer Querrichtung offene Hohlkammern auf. An dem Stützskelett sind aufschäumbare Schäumteile zur Abdichtung bzw. Abschottung eines Querschnitts des Hohlteils angeordnet. Weiterhin kann das Stützskelett durch einen klebenden Schaumstoff kraft- oder stoffschlüssig in dem Hohlteil befestigt werden.
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Eine Ausschäumen erfolgt bei der Kataphorese-Beschichtung.
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Die
DE 101 00 325 A1 beschreibt eine Fahrzeugkarosserie-Verstärkungsstruktur zum Verstärken eines Verbindungsabschnitts, an dem eine erste und eine zweite Ringprofilstruktur miteinander verbunden sind, wobei in der ersten und zweiten Ringprofilstruktur ein erstes und ein zweites Verstärkungsmaterial eingebracht und miteinander verbunden wird. Das erste und zweite Verstärkungsmaterial wird in einem Fügeabschnitt miteinander verbunden. In einem Zwischenraum zwischen Außenblech und Innenblech der Ringprofilstruktur ist ein Füllstoff und/oder ein schäumbares Kunstharz eingefüllt, der das Verstärkungsmaterial umgibt, wodurch der Verbindungsabschnitt einen Vollkörper bildet.
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Nachteilig an dem genannten Stand der Technik ist, dass die in den hohlen Karosserieteilen eingebrachten Stützstrukturen entsprechend groß und schwer dimensioniert werden müssen, um die geforderte Steifigkeitserhöhung zu erreichen, denn die eingebrachten Schäume dienen hierbei entweder nur der Befestigung der Stützstruktur in dem Karosserieteil oder der partiellen Verbindung zweier Stützstrukturen. Weiterhin dehnen sich die Schäume unkontrolliert über die Stützstruktur aus, wodurch die gewünschten Eigenschaften nicht immer zuverlässig erreicht werden können. So besteht beispielsweise die Möglichkeit, dass der Schaum Bohrungen verklebt, welche für die weitere Montage des Karosserieteils benötigt werden und sich somit die Herstellungskosten erhöhen.
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Die
US 7 160 491 B2 , die
US 6 575 526 B2 und die
US 7 255 388 B2 beschreiben jeweils eine skelettartige Stützstruktur für Karosserieteile mit offenen Hohlräumen, die von Stegen gebildet werden. Auf Teilen der Stege ist ein Schaum appliziert, der begrenzte Expansionseigenschaften aufweist, so dass bei einer Expansion des Schaums eine Fixierung der Stützstruktur im Karosserieteil erfolgt.
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Nachteilig ist, dass die begrenzte Expansion und Fließfähigkeit des Schaums eine genaue Anbringung desselben auf den Stegen erfordert, um eine sichere Verklebung mit dem Karosserieteil bei gleichzeitiger Aussparung der Hohlräume zu erzielen. Diese Methode ist sehr aufwändig und teuer. Weiterhin ist die Auswahl der Schäume aufgrund der benötigten Eigenschaften begrenzt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher ein Verfahren zur Versteifung eines hohlen Karosserieteils bereitzustellen, bei dem eine Steifigkeitserhöhung kostengünstig ausführbar ist und möglichst wenig zusätzliches Gewicht verursacht.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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In einer Ausführung der verwendeten Vorrichtung besteht der Einleger aus einem Kunststoff, vorzugsweise einem Fasermaterial. Dadurch ist ein Einleger besonders leicht und kostengünstig herzustellen. Die Fasermaterialien können in Form von Geweben, Gestricken oder Geflechten ausgebildet sein und verbessern die Schaumeigenschaften partiell.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Versteifung eines hohlen Karosserieteils eines Fahrzeugs mit einer Vorrichtung zur Versteifung des hohlen Karosserieteils des Fahrzeugs aufweisend zumindest einen skelettartigen Einleger, der zur Erhöhung der Steifigkeit in dem Karosserieteil angeordnet wird und wobei sich ein Schaum in dem Karosserieteil befindet, der den Einleger umgibt, wobei der Schaum als ein Strukturschaum ausgebildet ist und wobei definierte Hohlräume in dem Einleger vorhanden sind, wobei mindestens ein geschlossener Hohlraum von einer Beaufschlagung mit Strukturschaum ausgenommen ist, sieht als ersten Schritt vor, dass der Einleger in dem Karosserieteil angeordnet wird. In einem zweiten Schritt wird eine Kataphorese-Beschichtung auf das Karosserieteil aufgebracht und ausgehärtet, und in einem dritten Schritt wird der Strukturschaum in das Karosserieteil eingebracht.
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Indem bei einem Verfahren zur Versteifung eines hohlen Karosserieteils der skelettartige Einleger zuerst in dem Karosserieteil positioniert wird und dann zusammen mit dem Karosserieteil durch eine kathodische Tauchlackierung (KTL) mit anschließender Hochtemperaturtrocknung eine Kataphorese-Beschichtung erhält, ergeben sich besonders gute Voraussetzung für die Anhaftung des nachträglich eingebrachten Strukturschaums. Zudem wird verhindert, dass eine nicht ausgehärtete Kataphorese-Beschichtung von dem expandierenden Schaum verdrängt wird und somit kein vollständiger Schutz mehr für das Karosserieteil gewährleistet ist. Auf die Verwendung eines teuren Schaums, der durch die Hitze im Trocknungsprozess der kathodischen Tauchlackierung aktiviert wird, kann weiterhin verzichtet werden.
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Eine zur Verwendung für das Verfahren vorgesehene Vorrichtung zur Versteifung eines hohlen Karosserieteils eines Fahrzeugs hat zumindest einen skelettartigen Einleger, der zur Erhöhung der Steifigkeit in dem Karosserieteil angeordnet wird, wobei sich indem Karosserieteil ein als Strukturschaum ausgebildeter Schaum befindet, der den Einleger umgibt, wobei definierte Hohlräume in dem Einleger vorhanden sind und wobei mindestens ein geschlossener Hohlraum von einer Beaufschlagung mit Strukturschaum ausgenommen ist.
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Indem der Einleger sowohl offene Hohlräume, die mit Strukturschaum gefüllt werden können, als auch geschlossene Hohlräume, die vom Strukturschaum ausgespart werden, aufweist, kann die zur Befüllung des Karosserieteils benötigte Schaummenge reduziert werden. Weiterhin kann durch die Aussparung von Strukturschaum in gewissen Bereichen aufgrund der geschlossenen Hohlräume eine gezielte Beeinflussung der Schaumverteilung innerhalb des Karosserieteils eingestellt werden. Dadurch können definierte Wege zur Ableitung von Kräften erzeugt werden. Der Strukturschaum führt neben der stoffschlüssigen Fixierung des Einlegers im Karosserieteil, woraus sich eine gute Kraftübertragung von dem Karosserieteil zum Einleger ergibt, auch zu einer deutlichen Steifigkeitserhöhung des Karosserieteils bei gleichzeitiger Gewichtseinsparung. Als Karosserieteile eignen sich vorwiegend längliche Hohlprofile, wie sie bei Schwellern und Säulen des Fahrzeugs zu finden sind.
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In einer Ausführung der verwendeten Vorrichtung expandiert der Strukturschaum bei der Einbringung in das Karosserieteil sein Volumen und härtet anschließend aus. Dadurch ist es möglich, dass der Strukturschaum an wenigen Stellen von außen in das Karosserieteil eingebracht werden kann und dieses durch die folgende Expansion selbständig ausfüllen kann, bevor er aushärtet.
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In einer Ausführung der verwendeten Vorrichtung weist der Einleger Aussteifungsrippen auf, die aus Querrippen und Längsrippen bestehen. Die Aussteifungsrippen nehmen die von dem Karosserieteil ausgehenden Kräfte auf und leiten sie ab. Die Querrippen sind entlang des Querschnitts des Karosserieteils angeordnet, wohingegen die Längsrippen zur Verbindung der Querrippen entlang der Längserstreckung des Karosserieteils dienen.
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In einer Ausführung der verwendeten Vorrichtung sind die Hohlräume von den Querrippen, den Längsrippen und dem Karosserieteil begrenzt. Je zwei Quer- und Längsrippen bilden in der Regel einen Hohlraum, der entlang seiner Hochachse von dem Karosserieteil begrenzt wird. Gehen die Querrippen seitlich über die Längsrippen hinaus, können benachbart weitere Hohlräume entstehen, die zusätzlich seitlich von dem Karosserieteil begrenzt sind.
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In eine Ausführung der verwendeten Vorrichtung sind die geschlossenen Hohlräume von den Querrippen, den Längsrippen und dem Karosserieteil oder einer Deckfläche begrenzt. Werden die geschlossenen Hohlräume durch eine Deckfläche, die einstückig mit dem Einleger ausgebildet sein kann, begrenzt, kann der Einleger mit einer größeren Toleranz innerhalb des Karosserieteils angeordnet werden und dennoch von Strukturschaum ausgesparte Hohlräume bilden. Werden die Quer- und Längsrippen jedoch so nah an das Karosserieteil gezogen, dass kein Strukturschaum mehr in den entsprechenden Hohlraum gelangen kann, so ist ein derartiger Einleger ohne Deckflächen besonders günstig herzustellen.
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In einer Ausführung der verwendeten Vorrichtung ist zwischen den Querrippen und/oder Längsrippen und dem Karosserieteil ein Spalt ausgebildet, durch den der Strukturschaum expandieren kann. Über diese Spalten kann der an einer Stelle eingeführte Strukturschaum über mehrere Aussteifungsrippen hinweg das hohle Karosserieteil ausfüllen. Dadurch reduziert sich die Anzahl der für die Einbringung des Strukturschaums benötigten Öffnungen im Karosserieteil.
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In einer Ausführung der verwendeten Vorrichtung ist der Einleger formschlüssig mit dem Karosserieteil verbunden. Indem der Einleger durch einen Formschluss mit dem Karosserieteil verbunden wird, können die Herstellkosten gesenkt werden, da keine aufwändige stoffschlüssige oder kraftschlüssige Verbindung nötig ist. Die dauerhafte Befestigung des Einlegers im Karosserieteil erfolgt durch den Strukturschaum.
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In einer Ausführung der verwendeten Vorrichtung kommt der Einleger an einer Auswölbung des Karosserieteils formschlüssig zur Anlage. Dadurch braucht der Einleger nur in das Karosserieteil eingeführt werden, bis er in einer definierten Position an der Auswölbung des Karosserieteils anliegt.
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In einer Ausführung der verwendeten Vorrichtung verrastet der Einleger mit dem Karosserieteil. Durch Rastelemente kann der Einleger besonders sicher gegen ein Verrutschen in dem Karosserieelement gesichert werden.
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In einer Ausführung der verwendeten Vorrichtung sind die geschlossenen Hohlräume dort angeordnet, wo Verbindungsmittel in das Karosserieteil einbringbar sind. Indem die Bereiche vom Strukturschaum ausgespart werden, die bei der nachträglichen Weiterverarbeitung des Karosserieteils in der Karosserie des Fahrzeugs beispielsweise für Verschraubungen gebraucht werden, können der Herstellungsaufwand und die Kosten gesenkt werden. Weiterhin wird sichergestellt, dass die Verbindungsmittel nicht durch den Strukturschaum in ihrer Funktion behindert werden.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
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Darin zeigt die Figur eine zur Verwendung für das erfindungsgemäße Verfahren vorgesehene Vorrichtung zur Versteifung eines hohlen Karosserieteils.
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Gemäß der Figur umfasst eine Vorrichtung zur Versteifung eines hohlen Karosserieteils 1 ein als metallisches Trägerprofil ausgebildetes Karosserieteil 1, in welchem ein skelettartiger Einleger 2 aus Kunststoff formschlüssig befestigt wird. Der Einleger 2 besteht dabei aus einer Vielzahl nebengeordneter Querrippen 2a, die den Querschnitt des Karosserieteils 1 durchsetzen. Die Querrippen 2a werden von zwei parallelen Längsrippen 2b durchdrungen, wodurch sich zwischen Querrippen 2a und Längsrippen 2b definierte Hohlräume 4, 5 ausbilden. Die Querrippen 2a erstrecken sich dabei seitlich über die Längsrippen 2b hinaus. Der Einleger 2 ist derart dimensioniert, dass sich zwischen dem Karosserieteil 1, sowie den Querrippen 2a und Längsrippen 2b Spalte ausbilden. Einige der Hohlräume 4, 5 sind durch eine zusätzliche Begrenzung mit einer Deckfläche 2c als geschlossene Hohlräume 5 ausgebildet. In das Karosserieteil 1 wird ein Strukturschaum 3 eingeführt, der selbstständig expandiert und so die freien Hohlräume 4 ausfüllen kann. Die Ausbreitung des Strukturschaums 3 erfolgt dabei über die Spalte zwischen Einleger 2 und Karosserieteil 1. Nach der Aushärtung des Strukturschaums 3 ist der Einleger 2 mit dem Karosserieteil 1 dauerhaft stoffschlüssig verbunden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Karosserieteil
- 2
- Einleger
- 2a
- Querrippen
- 2b
- Längsrippen
- 2c
- Deckfläche
- 3
- Strukturschaum
- 4
- Hohlraum
- 5
- geschlossener Hohlraum
