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Die Erfindung betrifft ein Strukturbauteil für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils nach dem Patentanspruch 17.
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Innenverkleidungsteile und/oder Trägerteile für Instrumententafeln von Fahrzeugen können aus Gründen der Gewichtsreduzierung sowie für eine einfache Fertigung als Kunststoffteile, insbesondere im Spritzgussverfahren, hergestellt sein.
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Aus der
DE 101 03 551 A1 sind gattungsgemäße Strukturbauteile bekannt, die in einer Instrumententafel verbaut werden. Die Instrumententafel weist einen tragenden Grundkörper auf, der oberseitig mit einem Versteifungsträger verbunden ist. An seiner Unterseite ist der Grundkörper mit einem Luftkanal-Unterteil verbunden. Die Strukturbauteile der Instrumententafel werden unter Berücksichtigung der jeweils in die Strukturbauteile integrierten Funktionen ausgelegt. So weist das Luftkanal-Unterteil Luftführungsbereiche auf, die in Einbaulage einer geringen mechanischen Belastung ausgesetzt sind, während Tragbereiche des Luftkanal-Unterteils zur Anbindung am Grundkörper und/oder zur Bereitstellung eines speziellen Deformationsverhaltens im Crash-Fall einer größeren mechanischen Belastung ausgesetzt sind.
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Bei der Herstellung der oben genannten Strukturbauteile, insbesondere des Luftkanal-Unterteils, im Kunststoffspritzgussverfahren kann eine Mindestmaterialstärke nicht unterschritten werden, da ansonsten das Füllverhalten des Kunststoffmaterials in der Spritzgusskammer beeinträchtigt wird. Dadurch sind bei nur geringen Belastungen ausgesetzten Bereichen der Strukturbauteile – etwa einem Luftführungsbereich – zusätzliche Materialeinsparungen durch eine Reduzierung der Materialstärke unterhalb dieser Mindeststärke nicht ermöglicht.
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Eine Möglichkeit, mit der im Fahrzeugbau Gewicht eingespart werden kann, ist die Verwendung von Verbundbauteilen. So beschreibt die
DE 10 2007 007 554 A1 ein flächiges Verbundbauteil eines Fahrzeugs, welches eine Sandwich-Anordnung mit einer Kernschicht, die zwischen zwei Deckschichten angeordnet ist, umfasst, in die eine Faserschicht eingebettet ist. Zur Erhöhung der Biegesteifigkeit ist in die Kernschicht mindestens ein profilartig ausgebildetes Verstärkungselement eingebettet.
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In der
DE 103 52 581 A1 ist ein Innenverkleidungsteil beschrieben, welches eine stabile Trägerschicht und wenigstens eine Schaumschicht sowie wenigstens eine eine Sichtseite des Innenverkleidungsteils bildende Oberschicht aufweist.
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Die
DE 10 2004 010 810 A1 beschreibt ein Verbundbauteil auf Basis einer Sandwich-Struktur, welche aus wenigstens zwei Deckschichten besteht, welche unabhängig voneinander aus jeweils wenigstens einer Folie, Platte, Fasermatte und/oder einem Schaum aus Metall, Kunststoff, Glas, Naturstoff und/oder Kohlenstoff bestehen, und einer zwischen den Deckschichten angeordneten Kernschicht aus Metall, Kunststoff, Naturstoff und/oder Papier mit einer Vielzahl von Hohlräumen.
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Die
DE 10 2006 048 047 A1 beschreibt ein Verbundbauteil für ein Kraftfahrzeug mit einer starren Tragschicht, einer elastomeren Oberflächenschicht sowie einer dazwischen angeordneten kompressiblen Schaumschicht.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Strukturbauteil für ein Fahrzeug und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Strukturbauteils bereitzustellen, bei dem in fertigungstechnisch einfacher Weise eine weitere Gewichtsreduzierung erfolgen kann, ohne dass die im Strukturbauteil integrierten Funktionen beeinträchtigt sind.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 oder des Patentanspruches 17 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ist das Strukturbauteil zumindest zweiteilig aus einem Basisteil und einem Flächenfüllelement gebildet. Das Basisteil weist in seinem, nur einer reduzierten mechanischen Belastung ausgesetzten Funktionsbereich eine Materialaussparung auf, die mit dem Flächenfüllelement überdeckt ist. Das Flächenfüllelement weist bevorzugt ein im Vergleich zum ausgesparten Basisteil-Material reduziertes Gewicht auf, wodurch insgesamt das Gewicht des Strukturbauteils reduziert werden kann, ohne dass die Steifigkeit und/oder Formstabilität des Strukturbauteils im, einer hohen mechanischen Belastung ausgesetzten Tragbereich beeinträchtigt ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Strukturbauteil im Aufbau einer Instrumententafel eingesetzt sein. Dabei kann das Strukturbauteil als mechanisch wenig belasteten Funktionsbereich einen Luftführungsbereich aufweisen, der zumindest teilweise einen Luftführungskanal begrenzt. Erfindungsgemäß weist dieses Strukturbauteil im wenig belasteten Luftführungsbereich die Materialaussparung auf, in der das Flächenfüllelement einsetzbar ist, wodurch die Luftführung im Luftführungskanal trotz der Gewichtseinsparung nicht beeinträchtigt ist.
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Das aus Basisteil und Flächenfüllelement bestehende Strukturbauteil bildet einen Materialverbund, in dem das Basisteil und das Flächenfüllelement aus unterschiedlichen Materialien gefertigt werden können.
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Bevorzugt kann die Materialaussparung als beidseitig offene Durchgangsöffnung am Basisteil ausgebildet sein. Insbesondere kann das Flächenfüllelement die Materialaussparung vollständig schließen. Ferner kann das Flächenfüllelement in die Materialaussparung eingesetzt sein, wodurch es mit seinem Umfangsrand in Anlage mit einem Öffnungsrand der Materialaussparung ist. Auf diese Weise kann eine formstabile Anordnung des Flächenfüllelements am Basisteil realisiert sein.
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Das Basisteil kann als ein Kunststoff-Spritzgussteil ausgebildet sein, während das Flächenfüllelement als ein Schaumstrukturteil und/oder als eine Folie ausgebildet sein kann. Besonders bevorzugt kann das Flächenfüllelement aus einem EPP-Schaum (EPP = Expandiertes Polypropylen) und/oder PUR-Schaum (PUR = Polyurethan) gebildet sein. Dieser Materialaufbau stellt eine besonders kostengünstige Variante des Verbundbauteils dar. Ferner können Bereiche des Verbundbauteils, die gezielt deformiert werden müssen, durch Schaumstrukturen, z. B. als Padding-Teil, geformt werden.
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Wie oben erwähnt, kann das Flächenfüllelement als ein Einsatzteil in die Materialaussparung des Basisteils eingesetzt sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Flächenfüllelement zur Ausbildung eines Zweischichtaufbaus mit einer Materialschicht über den Öffnungsrand der Materialaussparung hinaus verlängert sein.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung kann die über die Materialaussparung des Basisteils hinaus verlängerte Materialschicht des Flächenfüllelements als gegebenenfalls geräuschdämmende Auflage für Gerätekomponenten, etwa Stromversorgungskabel ausgelegt sein. Hierzu kann ein betriebsbedingt vibrierendes Bauteil zur Geräuschreduktion auf dem Flächenfüllelement abgestützt oder darauf befestigt werden. Auf diese Weise kann das Flächenfüllelement in Doppelfunktion sowohl als ein Luftführungselement als auch zur Geräuschdämmung dienen. Eine aufwendige Entklapperung des Geräusche erzeugenden Bauteils kann vermieden werden.
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Insbesondere kann in der Materialaussparung des Basisteils zumindest ein Stützelement ausgebildet sein, auf dem das Flächenfüllelement abstützbar sein kann. Das Stützelement kann eine Tragrippe sein, welche zumindest abschnittsweise die Materialaussparung des Basisteils überbrückt. Durch das Stützelement kann das Flächenfüllelement betriebssicher am Bauteil abgestützt bzw. gehaltert sein. Das Stützelement kann somit für die nötige Formstabilität des Flächenfüllelements sorgen.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann das Stützelement materialeinheitlich und/oder einstückig mit dem Basisteil verbunden sein. Auf diese Weise kann das Stützelement in einem Prozess, z. B. im Kunststoff-Spritzgussverfahren, zusammen mit dem Basisteil hergestellt werden, wodurch die Produktionskosten reduziert werden können. Das Stützelement kann eine geringere Materialstärke aufweisen als das Basisteil. Auf diese Weise kann das Eigengewicht des Bauteils weiter reduziert werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung kann das Basisteil zumindest einen ersten Funktionsbereich zur Begrenzung eines windschutzscheibennahen Defroster-Kanals und einen zweiten Funktionsbereich zur Begrenzung eines Personenausströmer-Kanals aufweisen. Dabei kann die Materialaussparung des ersten Funktionsbereichs größer sein als die des zweiten Funktionsbereichs. Außerdem kann die Materialaussparung des ersten Funktionsbereichs durch ein erstes Flächenfüllelement, etwa eine Schaumstruktur, und die Materialaussparung des zweiten Funktionsbereichs durch ein zweites Flächenfüllelement, etwa eine Folie, übergedeckt sein. Des Weiteren kann in der Materialaussparung des einen Funktionsbereichs ein Stützelement ausgebildet sein, wohingegen in der Materialaussparung des zweiten Funktionsbereichs ein solches Stützelement fehlt. Auf diese Weise können unterschiedliche Funktionsbereiche des Bauteils der mechanischen Belastung bzw. ihrer Funktion angepasst werden.
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Gemäß dem beanspruchten Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils wird ein Basisteil mit zumindest einer Materialaussparung bereitgestellt, dem anschließend das Flächenfüllelement zugeordnet wird. Bevorzugt kann das Flächenfüllelement am Basisteil und/oder an dessen Stützelement abgestützt und/oder angespritzt und/oder angeklebt und/oder angeschäumt werden. Auf diese Weise ist eine betriebssichere Halterung des Flächenfüllelements am Basisteil gewährleistet. Zudem können z. B. vorgeformte Folien verwendet werden. Beim Einspritzen oder Einschäumen des Flächenfüllelements kann ein 2K-Prozess verwendet werden. Dieser kann in einem einzigen Werkzeugaufbau ermöglicht sein. Auf diese Weise können Kosten bei der Herstellung des Verbundbauteils eingespart werden. Ferner kann der Herstellungsprozess vereinfacht werden.
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Nachfolgend sind drei Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
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Es zeigen:
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1 in einer perspektivischen Ansicht das erfindungsgemäße, in einer Instrumententafel eines Fahrzeugs eingebaute Strukturbauteil gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
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2 in einer perspektivischen Ansicht das Strukturbauteil aus der 1 in Alleinstellung;
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3 in einer perspektivischen Teilansicht das Strukturbauteil aus der 1;
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4 in einer perspektivischen Ansicht ein Basisteil des Strukturbauteils aus der 1;
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5 in einer perspektivischen Teilansicht das Strukturbauteil gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
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6 in einer Teilschnittansicht entlang der Linie I-I das Strukturbauteil aus der 5; und
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7 in einer Vorderansicht das Strukturbauteil gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel.
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In der 1 ist ein frontseitiger Bereich eines Fahrgastinnenraums eines Kraftfahrzeugs gezeigt, der nach vorne durch eine strichpunktiert angedeutete Instrumententafel 3 und eine Windschutzscheibe 5 begrenzt ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist lediglich ein in der Instrumententafel 3 verbautes Strukturbauteil 1 hervorgehoben, das als ein Verbundbauteil ausgeführt ist. Das Verbundbauteil 1 bildet als Unterteil zusammen mit einem in der 6 gezeigten Oberteil 18 einen Luftführungskanal 11, mit welchem Luft in den Fahrzeuginnenraum führbar ist.
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An den beiden Seiten sowie in der Mitte der Instrumententafel 3 sind gemäß der 1 zeichnerisch hervorgehobene Personenanströmerdüsen 13 angeordnet, welche mit dem Luftführungskanal 11 verbunden sind. Der Luftführungskanal 11 ist einem an sich bekannten Belüftungssystem zugeordnet, mit dem ein Luftstrom über die Personenausströmerdüsen 13 in den Fahrzeuginnenraum führbar ist.
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Das flächig ausgestaltete Verbundbauteil 1 erstreckt sich in der Fahrzeugquerrichtung y in etwa über die gesamte Instrumententafel 3. Wie aus der 2 hervorgeht, weist das Verbundbauteil 1 jeweils seitliche, in etwa L-förmige Luftführungsbereiche 17 auf, die die zu den Personenausströmerdüsen 13 führenden Luftkanäle 11 bodenseitig begrenzen. Die beiden Luftführungsbereiche 17 sind von einem formstabilen, versteifenden Tragbereich 15 eingerahmt. Dieser umfasst einerseits die umfangsseitige äußere Randkontur des Verbundbauteils 1 sowie einen, die beiden Luftführungsbereiche 17 voneinander trennenden Mittelsteg, der sich in der Fahrzeuglängsrichtung x erstreckt.
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Der Tragbereich 15 des Verbundbauteils 1 weist in der Fahrzeuglängsrichtung x gesehen vorne voneinander beabstandete Stützvorsprünge 16 auf, die in der Einbaulage des Verbundbauteils 1 mit Kontaktflächen des Oberteils 18 in Verbindung, etwa Schweißverbindung, gebracht sind.
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In der Einbaulage des Verbundbauteils 1 kann dessen Tragbereich 15 Trag- und Stützfunktionen übernehmen, so dass ein Kraftfluss aufgrund von Tragkräften oder unfallbedingten Deformationskräften nahezu ausschließlich über den Tragbereich 15 geführt wird. Die beiden Luftführungsbereiche 17 des Verbundbauteiles 1 sind demgegenüber derart ausgelegt, dass sie lediglich geringfügig mit äußeren Kräften beaufschlagt werden.
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Aufgrund der geringen Kräftebeaufschlagung weist jeder der Luftführungsbereiche 17 des Verbundbauteils 1 jeweils eine in etwa L-förmige Materialaussparung 21 auf, die sich als Durchgangsöffnung durch die gesamte Materialstärke des Basisteils 19 erstreckt. Dadurch wird in den Luftführungsbereichen 17 Kunststoffmaterial eingespart. Anstelle des ausgesparten, vergleichsweise schweren Kunststoffmaterials ist in jeder der Materialaussparungen 21 ein Flächenfüllelement 23 eingesetzt, das gemäß der 2 als Folie ausgebildet ist und die jeweilige Materialaussparung 21 vollständig überdeckt.
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Gemäß den 2 und 3 ist die Folie 23 mit ihrem Außenrand 26 dabei in Anlage mit dem korrespondierenden Innenrand 28 der Materialaussparungen 21. Die beiden Materialaussparungen 21 sind durch sich fachwerkartig erstreckende Tragrippen 25 überbrückt. Diese weisen gemäß der 3 eine Materialstärke d1 auf, die im Vergleich zur Materialstärke d2 des Tragabschnittes 15 reduziert ist. Die Tragrippen 25 können einerseits das an sich biegeschlaffe folienartige Flächenfüllelement 23 abstützen. Außerdem können die Tragrippen 25 gegebenenfalls das Verbundbauteil 1 zusätzlich versteifen.
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In der 4 ist das Basisteil 19 ohne dem Flächenfüllelement 23 dargestellt, um den Verlauf der Tragrippen 25 in den Materialaussparungen 21 zu verdeutlichen. Gemäß der 4 bilden die sich überkreuzenden Tragrippen 25 ein im Wesentlichen rautenförmiges Muster in den Materialaussparungen 21 und überbrücken somit formstabil die Materialaussparungen 21.
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In der 5 ist das Verbundbauteil 1 in gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Das Flächenfüllelement 23 ist hier durch eine Schaumstruktur gebildet. Wie aus der 5 hervorgeht, ragt die Schaumstruktur unter Ausbildung eines Zweischichtaufbaus 33 mit einer Materialschicht 22 über den Rand 28 der Materialaussparung 21 hinaus. Das Flächenfüllelement 23 ist somit bis zu einem hochgezogenen Wandabschnitt 29 des Basisteils 19 verlängert. Da die Schaumstruktur eine im Vergleich zur Folie gemäß der 2 und 3 eine gesteigerte Eigenstabilität aufweist, können gemäß der 5 auf Tragrippen innerhalb der Materialaussparung 21 verzichtet werden.
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Die 6 zeigt das Verbundbauteil 1 in einer Schnittdarstellung entlang der Schnittebene I-I aus der 5. Gemäß der 6 ist das Luftkanal-Oberteil 18 mit einer Stützfläche 31 auf dem Stützvorsprung 16 abgestützt. Wie aus der 6 hervorgeht, sind auf dem Zweischichtaufbau 33 zwei Stromversorgungskabel 35 abgestützt. Das Flächenfüllelement 23 wirkt dabei als geräuschdämmende Auflage für die Stromversorgungskabel 35.
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In der 7 ist ein drittes Ausführungsbeispiel des Verbundbauteils 1 gezeigt. Das Verbundbauteil 1 weist in dieser Ausgestaltung windschutzscheibennahe erste Funktionsbereiche 45 und dahinter angeordnete zweite Funktionsbereiche 47 auf. Die ersten Funktionsbereiche 45 begrenzen einen Defroster-Kanal 39, während die zweiten Funktionsbereiche 47 Personenanströmer-Kanäle 41 begrenzt. Gemäß der 7 sind der Defroster-Kanal 39 und die Personenanströmer-Kanäle 41 mittels einer querverlaufenden hochgezogenen Trennwand 37 voneinander getrennt.
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In den den Defroster-Luftführungskanal 39 begrenzenden Funktionsbereichen 45 sind jeweils Materialaussparungen 21 vorgesehen, welche durch Flächenfüllelemente 23 abgedeckt sind. Die Flächenfüllelemente 23 sind dabei jeweils über den Rand 28 der Materialaussparung 21 hinaus verlängert. In den Materialaussparungen 21 des Personenanströmer-Kanals 41 sind jeweils folienartige Flächenfüllelemente 23 eingesetzt, welche auf den Tragrippen 25 abgestützt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verbundbauteil
- 3
- Instrumententafel
- 5
- Windschutzscheibe
- 11
- Luftführungskanal
- 13
- Personenanströmerdüsen
- 15
- Tragbereich
- 16
- Stützvorsprung
- 17
- Funktionsbereich
- 18
- Luftkanal-Oberteil
- 19
- Basisteil
- 21
- Materialaussparung
- 22
- Materialschicht
- 23
- Flächenfüllelement
- 25
- Tragrippen
- 26
- Rand
- 27
- Abstützfläche
- 28
- Rand
- 29
- Randabschnitt
- 31
- Stützfläche
- 33
- Zweischichtaufbau
- 35
- Stromversorgungskabel
- 37
- Trennwand
- 39
- Defroster-Kanal
- 41
- Personenanströmer-Kanal
- 45
- erster Funktionsbereich
- 47
- zweiter Funktionsbereich
- d1, d2
- Materialstärken
- x
- Fahrzeuglängsrichtung
- y
- Fahrzeugquerrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10103551 A1 [0003]
- DE 102007007554 A1 [0005]
- DE 10352581 A1 [0006]
- DE 102004010810 A1 [0007]
- DE 102006048047 A1 [0008]
