DE102009050990B4 - Flächiges Karosseriebauteil aus einem Kohlefaser-verstärkten Kunststoff - Google Patents
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Abstract
Flächiges Karosseriebauteil (1, 1', 1") aus einem Kohlefaser-verstärkten Kunststoff, das aus zumindest eine Lage aus Kohlefasern besteht, die in Epoxydharz eingebettet sind, wobei das flächige Karosseriebauteil (1, 1', 1") zumindest einen Steg (3, 3', 3") aufweist, der von dem flächigen Karosseriebauteil (1, 1', 1") nach oben absteht, und der nur aus Epoxydharz besteht, wobei ein Montageteil (4, 4', 4") kraftschlüssig den Steg (3, 3', 3") zumindest teilweise umgreift, sodass es auf dem Steg (3, 3', 3") festgeklemmt ist, wobei das Montageteil (4, 4', 4") zumindest ein Loch (9, 9', 9") aufweist, das zur Befestigung eines anderen Bauteils verwendbar ist.
Description
- Die Erfindung betrifft ein flächiges Karosseriebauteil aus einem Kohlefaser-verstärkten Kunststoff.
- Im Kraftfahrzeugbau hat in den letzten Jahrzehnten die Bedeutung des Leichtbaus kontinuierlich zugenommen, da ein leichteres Kraftfahrzeug eine geringere Antriebsleistung für gleiche Fahreigenschaften benötigt. So trägt der Leichtbau zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und zur Einsparung von Rohstoffen bei. Neben Leichtmetallen hat daher im Karosseriebau die Verwendung von Kunststoffen stark zugenommen. Bezogen auf ihr Gewicht weisen dabei Kohlefaser-verstärkte Kunststoffe (CFK) die höchsten Steifigkeiten auf.
- Ein Kohlefaser-verstärkter Kunststoff (CFK) besteht aus mindestens einer Lage Kohlefasern, die in eine Matrix aus Kunststoff eingebettet sind. Die Matrix besteht meist aus einem Duromer, wie beispielsweise Epoxydharz. Nachteiligerweise ist die Gestaltung von Bauteilen aus CFK materialbedingt stark eingeschränkt. So kann ein Bauteil aus CFK keine engen Biegungen aufweisen. Auch ist das Befestigen anderer Bauteile an einem CFK-Bauteil schwierig. Im Kraftfahrzeugbau werden Bauteile häufig miteinander verclipst, vernietet oder verschraubt. Dazu muss das Karosseriebauteil, an dem die anderen Bauteile befestigt werden sollen, entsprechende Löcher aufweisen. Diese können aber bei einem CFK-Bauteil anders als bei einem Blechbauteil nicht einfach ausgestanzt werden, sondern müssen aufwendig gefräst werden. Dabei werden die Kohlefasern im Bereich des Loches zertrennt, sodass das CFK-Bauteil im Bereich des Loches eine erheblich geringere Steifigkeit aufweist.
- Aus der
DE 2008 028 712 A1 ist ein Aggregateträger einer Fahrzeugtür aus einem Kohlefaser-verstärkten Kunststoff bekannt, bei dem eine Anspritzstelle als Anschraubdom oder Befestigungsstelle ausgebildet ist. - Aufgabe der Erfindung ist es, eine Möglichkeit zur Befestigung eines Bauteils an einem flächigen CFK-Bauteil zu schaffen, ohne dass die Steifigkeit des CFK-Bauteils im Bereich der Befestigung des Bauteils nennenswerte Einbußen aufweist.
- Diese Aufgabe wird mit einem flächigen Karosseriebauteil aus einem Kohlefaser-verstärkten Kunststoff mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
- Erfindungsgemäß weist ein flächiges Karosseriebauteil aus einem Kohlefaser-verstärkten Kunststoff (CFK) zumindest einen Steg auf, der von dem flächigen Karosseriebauteil nach oben absteht, und der nur aus dem Matrixmaterial Epoxydharz besteht. Ein Montageteil umgreift kraftschlüssig zumindest teilweise den Steg, sodass es auf dem Steg festgeklemmt ist. Das Montageteil weist zumindest ein Loch auf, das zur Befestigung eines anderen Bauteils verwendbar ist. Dies ermöglicht eine Befestigung eines anderen Bauteils auf gewohnte Weise in einem Loch, ohne dass das Karosseriebauteil aus CFK entsprechende Löcher aufweisen muss. Der zumindest eine Steg kann einteilig bei der Herstellung des Karosseriebauteils gleich mitangeformt werden, sodass hierfür praktisch kein Mehraufwand erforderlich ist. Nur das Montageteil muss quasi als Adapter zunächst auf den zumindest einen Steg festgeklemmt werden. Danach können an dem Montageteil auf konventionelle und bewährte Weise andere Bauteile befestigt werden.
- Das Montageteil ist günstigerweise aus einem Blech hergestellt. Dadurch werden die Bauteile wie bei einer konventionellen Karosserie aus Stahlblech auch in zumindest einem Loch in einem Blech befestigt. So können alle bereits erprobten Befestigungselemente (Schrauben, Clipse, etc.) unverändert eingesetzt werden.
- Bevorzugt ist das Montageteil so gestaltet, dass es zum Anbringen auf dem flächigen Karosseriebauteil von oben auf dem zumindest einen Steg mit Kraft aufschiebbar ist. Vorteilhafterweise weist das Montageteil zumindest einen Klemmabschnitt auf, der an dem Steg anliegt, und der mehrere Zähne aufweist, die dem Steg zugewandt sind. Die Zähne sind dabei so gestaltet, dass deren Flanken ein Aufschieben auf den Steg erleichtern, bei einem Abziehen des Montageteils von dem Steg sich dagegen in den Steg einhaken. Der Steg besteht aus Epoxydharz, das eine kleine Elastizität aufweist. Dadurch können sich die Zähne aufgrund der kraftschlüssigen Klemmung in den Steg verkrallen.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
- In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, anhand dessen die Erfindung im Folgenden näher beschrieben wird. Die einzelnen Figuren zeigen in schematischer Darstellungsweise:
-
1a eine perspektivische Ansicht eines Karosseriebauteils aus CFK mit einer ersten Befestigungsmöglichkeit für ein anderes Bauteil, -
1b ein Schnitt durch die perspektivische Ansicht von1a , -
2a eine perspektivische Ansicht eines Karosseriebauteils aus CFK mit einer zweiten Befestigungsmöglichkeit für ein anderes Bauteil, -
2b ein Schnitt durch die perspektivische Ansicht von2a , -
3a eine perspektivische Ansicht eines Karosseriebauteils aus CFK mit einer dritten Befestigungsmöglichkeit für ein anderes Bauteil und -
3b ein Schnitt durch die perspektivische Ansicht von3a . - In
1a und1b ist ein flächiges Karosseriebauteil1 einer Kraftfahrzeugkarosserie aus einem Kohlefaser-verstärkten Kunststoff (CFK) dargestellt. Das Karosseriebauteil1 weist eine topfförmige Vertiefung2 auf. In der topfförmigen Vertiefung2 sind zwei sich in einem Winkel von 90° kreuzende, radiale Stege3 angeordnet. Beide Stege3 sind im mittleren Bereich unterbrochen. Die Stege3 bestehen ausschließlich aus Epoxydharz, das auch als Matrix des Kohlefaser-verstärkten Kunststoffs dient, aus dem das flächige Karosseriebauteil1 besteht. Die Stege3 stehen nach oben von dem Boden der topfförmigen Vertiefung2 ab. Sie sind einteilig an das flächige Karosseriebauteil1 angeformt. - Auf den Stegen
3 klemmt kraftschlüssig ein Montageteil4 , das aus einem Stahlblech besteht. Das Montageteil4 weist einen flächigen Abschnitt5 auf, der parallel zu dem Karosseriebauteil1 verläuft. Von dem flächigen Abschnitt5 stehen vier abgewinkelte Klemmabschnitte6 nach unten ab. Diese Klemmabschnitte6 ragen in die topfförmige Vertiefung2 hinein. Ihre seitlichen Ränder7 liegen seitlich an den Stegen3 an. Jeweils zwei aneinander grenzende seitliche Ränder7 zweier Klemmabschnitte6 sitzen kraftschlüssig an einem Steg3 . Die seitlichen Ränder7 , die an den Stegen3 anliegen, weisen jeweils mehrere Zähne8 auf, die sägezahnartig gestaltet sind. Die Zahnflanken der Zähne8 sind dabei so ausgerichtet, dass sie ein Aufdrücken des Montageteils4 auf die Stege3 zur Montage erleichtern, während sich die Zähne bei Zugkräften auf das Montageteil4 , die eine Demontage bewirken würden, in die Stege3 einhaken. Dies ist möglich, weil die Stege3 aus Epoxydharz eine geringe Elastizität aufweisen, sodass sich die Zähne richtig in ihnen verhaken können. Zudem werden die Klemmabschnitte6 bei der Abringung des Montageteils4 elastisch leicht verformt, sodass sie unter Vorspannung an den Stegen3 anliegen. - Der flächige Abschnitt
5 des Montageteils4 weist im mittleren Bereich ein Loch9 auf, das von einem Clip10 hinterrastet ist, der zur Befestigung eines anderen Bauteils, wie beispielsweise einer Blende, dient. Dabei kann es sich um einen gängigen Clip10 handeln, der sich schon über viele Jahre im konventionellen Karosseriebau bewährt hat. Für die Clipverbindung liegen aufgrund des Montageteils4 die gleichen Bedingungen vor, wie bei einer konventionellen Verclipsung mit einem Karosseriebauteil aus Stahlblech. In beiden Fällen erfolgt die Verclipsung mit einem Bauteil aus Stahlblech, im Falle der Erfindung mit dem Montageteil4 aus Stahlblech. Es müssen also keine neuen Clipse entwickelt werden, vielmehr können die altbewährten Clipse10 weiter verwendet werden. Zudem befindet sich der flächige Abschnitt5 des Montageteils4 genau auf der Höhe des umgebenden Karosseriebauteils1 . Dies ist durch eine entsprechende Dimensionierung der Tiefe der topfförmigen Vertiefung und des Montageteils4 möglich. - Eine solche Verclipsung setzt voraus, dass unterhalb des Lochs
9 entsprechend Bauraum für den hinterrastenden Abschnitt des Clipses10 ist. Deshalb verlaufen unterhalb des Lochs9 keine Stege3 , und das Karosseriebauteil1 weist im Bereich der Verclipsung die topfartige Vertiefung2 auf, sodass der Clip10 mit seinem unteren Abschnitt in diese Vertiefung2 hineinragen kann. - So kann ein anderes Bauteil auf bewährte Weise mit dem Montageteil
4 und damit mit dem Karosseriebauteil1 aus CFK verbunden werden, ohne dass in das Karosseriebauteil1 aus CFK aufwendig Löcher eingebracht werden müssen, die die Steifigkeit des Karosseriebauteils1 deutlich schwächen würden. Die Position des Montageteils4 auf dem flächigen Karosseriebauteil1 ist durch die Stege3 genau definiert. - Neben der in
1a und1b gezeigten Ausführungsform gibt es noch zahlreiche weitere Möglichkeiten. Eine weitere Variante ist in2a und2b dargestellt. Hier sind die Stege3' nicht in der topfförmigen Vertiefung2' angeordnet, sondern seitlich daneben. Das runde Montageteil4' ist im Durchmesser größer als die topfförmige Vertiefung2' . Es liegt flächig auf dem Karosseriebauteil1' um die topfförmige Vertiefung2' herum an. Im Bereich der beiden, einander gegenüberliegenden Stege3' ist das Montageteil4' jeweils radial von außen eingeschnitten und abgewinkelt. Diese nach oben abgewinkelten Abschnitte dienen als Klemmabschnitte6' , die kraftschlüssig an den Stegen3' anliegen, und so das Montageteil4' an diesen festklemmen. Zwei weitere abgewinkelte Abschnitte dienen als Positionierabschnitte11' und stützen sich jeweils an den Stirnseiten der Stege3' ab. Sie legen die genaue Position des Montageteils4' in Längsrichtung der beiden Stege3' fest. Auch hier weist das Montageteil4' einen flächigen Abschnitt5' mit einem Loch9' auf, das von einem Clip10' zur Befestigung eines anderen Bauteils hinterrastet werden kann. - Bei den in den
1a bis2b gezeigten Varianten waren stets gerade Stege3 ,3' auf dem flächigen Karosseriebauteil1 ,1' aus CFK angeformt. Im dritten Ausführungsbeispiel, das in3a und3b gezeigt ist, ist der Steg3" ringförmig. Der Steg3" umgibt umlaufend die topfförmige Vertiefung2" . Das Montageteil4" ähnelt einem umgedrehten Suppenteller. Es weist einen runden flächigen Abschnitt5" mit einem Loch9" auf, sowie einen umlaufend nach unten gezogenen Rand12" , der außen am Steg3" anliegt. Der nach unten gezogene Rand12" weist mehrere nach innen zum Steg3" hin abstehende Klemmabschnitte6" auf, die unter Vorspannung an dem Steg3" anliegen. In dem Loch9" ist ein gängiger Clip10" verrastet, der zur Befestigung eines anderen Bauteils an dem Montageteil4" und damit an dem flächigen Karosseriebauteil1" dienen kann. - Alle drei Varianten ermöglichen es, ein anderes Bauteil mit gängigen Befestigungsmitteln
10 ,10' ,10" in einem Loch9 ,9' , 9" in einem Montageteil4 ,4' ,4" aus Blech anbringen zu können. Das Montageteil4 ,4' ,4" klemmt fest auf einem Karosseriebauteil1 ,1' ,1" aus CFK. So kann ein anderes Bauteil an einem Karosseriebauteil1 ,1' ,1" aus CFK befestigt werden, ohne dass das Karosseriebauteil1 ,1' ,1" dazu ein Loch aufweisen muss, was die Steifigkeit zumindest im Bereich des Lochs reduzieren würde. Dazu ist nur zumindest ein Steg3 ,3' ,3" auf dem Karosseriebauteil1 ,1' ,1" erforderlich, der aus dem Matrixmaterial bei der Herstellung des Karosseriebauteils1 ,1' ,1" aus CFK einteilig mit angeformt werden kann. Das Montageteil4 ,4' ,4" weist dazu Klemmabschnitte6 ,6' ,6" auf, die unter Vorspannung an dem zumindest einen Steg3 ,3' ,3" anliegen, und so das Montageteil4 ,4' ,4" kraftschlüssig festklemmen.
Claims (9)
- Flächiges Karosseriebauteil (1, 1', 1") aus einem Kohlefaser-verstärkten Kunststoff, das aus zumindest eine Lage aus Kohlefasern besteht, die in Epoxydharz eingebettet sind, wobei das flächige Karosseriebauteil (1, 1', 1") zumindest einen Steg (3, 3', 3") aufweist, der von dem flächigen Karosseriebauteil (1, 1', 1") nach oben absteht, und der nur aus Epoxydharz besteht, wobei ein Montageteil (4, 4', 4") kraftschlüssig den Steg (3, 3', 3") zumindest teilweise umgreift, sodass es auf dem Steg (3, 3', 3") festgeklemmt ist, wobei das Montageteil (4, 4', 4") zumindest ein Loch (9, 9', 9") aufweist, das zur Befestigung eines anderen Bauteils verwendbar ist.
- Flächiges Karosseriebauteil nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Steg (3, 3') in einer Vertiefung (2, 2') in dem flächigen Karosseriebauteil (1, 1') angeordnet ist. - Flächiges Karosseriebauteil nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei zueinander nicht parallele Stege (3) vorgesehen sind, auf denen das Montageteil (4) klemmt. - Flächiges Karosseriebauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Steg (3") ringförmig ist.
- Flächiges Karosseriebauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Montageteil (4, 4', 4") aus einem Blech hergestellt ist.
- Flächiges Karosseriebauteil nach
Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass das Montageteil (4, 4', 4") einen flächigen Abschnitt (5, 5', 5") aufweist, der parallel zu dem Karosseriebauteil (1, 1', 1") im Bereich des zumindest einen Steges (3, 3', 3") ist. - Flächiges Karosseriebauteil nach
Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, dass von dem flächigen Abschnitt (5, 5') zumindest zwei Klemmabschnitte (6, 6') abgewinkelt abstehen, zwischen denen der zumindest eine Steg (3, 3') eingeklemmt ist. - Flächiges Karosseriebauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Montageteil (4, 4', 4") zum Anbringen auf dem flächigen Karosseriebauteil (1, 1', 1") von oben auf den zumindest einen Steg (3, 3', 3") mit Kraft aufschiebbar ist.
- Flächiges Karosseriebauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Klemmabschnitt (6) des Montageteils (4), der an dem Steg (3) anliegt, mehrere Zähne (8) aufweist, deren Flanken ein Aufschieben auf den Steg (3) erleichtern, und die sich beim Demontieren des Montageteils (4) in den Steg (3) einhaken.
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