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Die Erfindung betrifft ein Flächenbauteil gemäß der Merkmalskombination des Patentanspruchs 1.
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Flächenbauteile an Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, wie Seitenverschalungen, Fahrzeugdächer, Kofferraum- oder Motorraumklappen, Fahrzeugböden und dgl. mehr fällt zum einen die Aufgabe zu, höher belastete Bauteile, wie Scharniere, Schlösser, Holme oder sonstige tragende Elemente aufzunehmen und zum anderen im Falle eines Crashereignisses die Intrusion des Crashgegners in die Fahrgastzelle zu verhindern, zumindest jedoch maßgeblich zu mindern. Überdies können besagte Flächenbauteile der Minderung der Schallimmission in die Fahrgastzelle dienen.
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So ist aus der
DE 103 59 784 A1 ein Karosserieteil für ein Fahrzeug bekannt, welches zumindest teilweise aus Stahl-Gussteilen oder Leichtmetallgussteilen gebildet ist, wobei mindestens ein Metallteil oder Metallwerkstoff, beispielsweise ein Streckmetall, als Verstärkungseinleger derart in das Innere des Karosserieteils eingebracht wird, dass das Metallteil nach Abschluss des Gießvorgangs eine feste Verbindung mit der erstarrten Schmelze des Karosserieteils eingeht und eine geschlossene Oberflächenstruktur aufweist. Durch diese aufwendige und kostenintensive Maßnahme soll eine Erhöhung der Festigkeit des Karosserieteils und eine Erhöhung des Deformationswiderstandes desselben bewirkt werden. Aus der
DE 20 2008 000 082 U1 ist weiterhin ein Fahrzeugkarosserieteil oder Verkleidungselement in Verbundbauweise bekannt, welches eine feste Außenhaut und mindestens eine an der Innenseite der Außenhaut in einer Schäumform aufgeschäumte Kunststoffschicht mit einer flächenförmigen Verstärkungseinlage, beispielsweise in Form eines Streckmetalls, aufweist. Eine hierzu vergleichbare Lösung ist auch mit der
DE 203 16 000 U1 offenbart. Die
DE 603 09 199 T2 offenbart des Weiteren einen Aufprallträger, der eine Polymermatrix und eine metallische Verstärkungsstruktur, wie ein Streckmetall, umfasst, welches seinerseits eine gute Verankerung zwischen der Polymermatrix und der metallischen Verstärkungsstruktur sicherstellen soll. Schließlich ist aus der
DE 10 2006 007 253 A1 ein sogenanntes Kraftfahrzeug-Hybridbauteil bekannt, welches ein Metallbauteil und ein damit verbundenes Kunststoffbauteil umfasst. Das Metallbauteil und das Kunststoffbauteil sind unter Eingliederung einer metallischen Formschlusslage, beispielsweise eines Streckmetalls, miteinander verbunden. Die besagte Formschlusslage ist stoffschlüssig mit dem Metallbauteil gefügt und vom Kunststoffbauteil umspritzt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Flächenbauteil eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, zu schaffen, welches bei ausreichender Steifigkeit leicht baut und eine verbesserte Schalldämmung und/oder Schalldämpfung bewirkt.
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Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass Streckmetall neben einem bestimmten Versteifungspotential unter bestimmten Bedingungen auch einen bestimmten und demgemäß nicht zu vernachlässigenden Schalldämmungs- und Schalldämpfungseffekt aufweisen kann.
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Es wird demnach ein Flächenbauteil eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Metallblech und zumindest einem Versteifungs-, Schalldämmungs- und Schalldämpfungselement vorgeschlagen, wobei das zumindest eine Versteifungs-, Schalldämmungs- und Schalldämpfungselement durch ein Streckgitter gebildet ist, welches seinerseits in einem oder mehreren Randbereichen desselben mit einer das Streckgitter tragenden Rahmenstruktur und/oder mit dem Metallblech starr verbunden ist, und wobei der übrige Flächenbereich des Streckgitters beabstandet zum Metallblech angeordnet ist.
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Durch diese Maßnahme ist ein Flächenbauteil geschaffen, welches einfach und kostengünstig herstellbar ist, leicht baut und vorteilhaft eine vom Streckgitter bewirkte erhöhte Steifigkeit des Flächenbauteils mit einem ebenfalls vom Streckgitter bewirkten Schalldämmungs- und/oder Schalldämpfungseffekt kombiniert. Eine Schallausbreitung in die Fahrgastzelle ist durch Schallreflexion von sich ausbreitenden Luftschall zwischen der schallreflektierenden Innenfläche des Metallbleches und der hierzu korrespondierenden schallreflektierenden Fläche des zumindest einen Streckgitters, die ihrerseits eine Vielzahl von Unstetigkeitsstellen aufweist, wirkungsvoll behindert. Die Unstetigkeitsstellen sind hierbei durch die geriffelte respektive plastisch strukturierte Oberfläche des Streckgitters realisiert. Ferner wirkt sich das akustisch wirksame Streckgitter auch dahingehend schalldämmend aus, dass Streckgitter und benachbartes Metallblech unterschiedliche Eigenfrequenzen aufweisen, indem beispielsweise allein durch den Streckungsgrad die Eigenfrequenz des Streckgitters so einstellbar ist, dass sich aus der Eigenfrequenz des Metallbleches und des Streckgitters resultierende Schallwellen überlagern und sich im Idealfall gegenseitig auslöschen. Schließlich ist auch eine Schallabsorption derart bewirkbar, dass Schallenergie vermittels des Streckgitters in nicht hörbare Schwingungsenergiewellen umgewandelt und in der Folge die Reflexion an den Grenzflächen vermindert wird.
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Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen der Erfindung.
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Danach kann für eine oder mehrere Maschen des Streckgitters im Verhältnis zu anderen Maschen desselben belastungsspezifisch und/oder schalldämmungs- und/oder schalldämpfungsspezifisch eine abweichende Geometrie und/oder Ausrichtung gewählt sein. Hierdurch kann vorteilhaft auf besondere Belastungsanforderungen an einen zu versteifenden Bereich des Metallblechs Einfluss genommen werden kann. Ebenso kann durch diese Maßnahme auf die akustische Wirksamkeit des Streckgitters Einfluss genommen werden. Im Besonderen können durch die Wahl der Geometrie der Maschen, insbesondere durch die Wahl des freien Querschnitts des zumindest einen Streckgitters, bewirkt durch die Maschenlänge „l”, die Maschenweite „b” und den Streckungsgrad, seinerseits gekennzeichnet durch den Maschenwinkel „α”, sowie durch die Ausrichtung der Maschen in Bezug auf das zu versteifende Metallblech das Flächenträgheitsmoment des wenigstens einen Streckgitters als Maß für die Steifigkeit desselben sowie der Schalldämpfungsgrad des Streckgitters, und/oder durch die Wahl der Oberflächen, nämlich plastisch strukturiert oder plan, die Unstetigkeitsstellen des Streckgitters als ein Maß für den Schalldämmungsgrad, in weiten Grenzen eingestellt werden. Für eine Mehrzahl möglicher Anwendungsfälle wurde dabei als besonders vorteilhaft ein Maschenwinkel „α” von etwa 10° bis etwa 45° gefunden. Weiter vorteilhaft kann das zumindest eine Streckgitter, insbesondere bei relativ großer Flächenerstreckung in einem oder mehreren lokal begrenzten Bereichen desselben am Metallblech elastisch abgestützt sein, wobei zur elastischen Abstützung bevorzugt ein an sich bekannter elastischer Stützkleber verwendet werden kann. Hierdurch können vorteilhaft Abzeichnungen am Metallblech, welches beispielsweise die Außenhaut des Fahrzeugs bildet, vermieden werden. Ferner ist eine gewisse schwingungstechnische Entkopplung des Streckgitters vom Metallblech realisiert. Weiterhin können eine Mehrzahl von Versteifungs-, Schalldämmungs- und Schalldämpfungselementen in Form von Streckgittern vorgesehen sein, die ihrerseits über die Fläche des Metallbleches verteilt nebeneinander und/oder übereinander angeordnet sind. Durch diese Maßnahme ist es gestattet, über die Gesamtfläche des Metallbleches gesehen lokal abweichende Steifigkeiten auszubilden und/oder den Schalldämmungs- und Schalldämpfungseffekt definiert einzustellen. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass bei einer Mehrzahl übereinander angeordneter Streckgitter dieselben untereinander starr oder elastisch verbunden sind, wobei zumindest das zum Metallblech unmittelbar benachbart angeordnete Streckgitter in einem oder mehreren lokal begrenzten Bereichen desselben am Metallblech elastisch abgestützt ist. Auch diese Maßnahme gestattet es, über die Gesamtfläche des Metallbleches gesehen lokal abweichende Steifigkeiten auszubilden und/oder den Schalldämmungs- und Schalldämpfungseffekt definiert einzustellen. Das in Rede stehende Flächenbauteil kann vorteilhaft durch eine Fahrzeugtür, eine Seitenverschalung, ein Fahrzeugdach, eine Kofferraum- oder Motorraumklappe, einen Fahrzeugboden oder durch jedwedes andere Flächenbauteil eines Fahrzeugs gebildet sein.
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Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem Flächenbauteil der oben beschriebenen Art.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Streckgitters als Versteifungs-, Schalldämmungs- und Schalldämpfungselement für ein Flächenbauteil der oben beschriebenen Art. So kann vorgesehen sein, dass eine Metall- oder Kunststoffplatine zunächst geschlitzt wird und nachfolgend durch Streckung in einer Streckvorrichtung Maschen ausgebildet werden. Abschließend kann das ausgebildete Streckgitter gegebenenfalls einer Umformung in einem Tiefziehwerkzeug unterzogen werden. Demgegenüber kann es sich auch als vorteilhaft erweisen, eine zunächst geschlitzte Metall- oder Kunststoffplatine nachfolgend in einem Tiefziehwerkzeug derart einer Umformung zu unterziehen, dass die geschlitzte Metall- oder Kunststoffplatine durch den Umformprozess gestreckt wird und Maschen ausgebildet werden. Durch diese Maßnahme sind vorteilhaft besagte Streckvorrichtungen entbehrlich. In beiden Fällen können eine oder mehrere Maschen des Streckgitters im Verhältnis zu anderen Maschen desselben belastungsspezifisch und/oder schalldämmungs- und/oder schalldämpfungsspezifisch mit einer abweichenden Geometrie und/oder Ausrichtung ausgebildet werden.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
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1 äußerst schematisch ein Flächenbauteil in Form eines Türrohbaus eines Fahrzeugs mit einem Metallblech und einem Versteifungs-, Schalldämmungs- und Schalldämpfungselement in Form eines Streckgitters (teilweise geschnitten dargestellt),
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2 das Streckgitter nach 1 in einer Einzelteilansicht,
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3 äußerst schematisch ein Streckgitter in einer vorteilhaften Weiterbildung,
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4 die Einzelheit „Z” nach 3, und
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5 ein Streckgitter in einer anderen vorteilhaften Weiterbildung.
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1 zeigt zunächst ein Flächenbauteil 1 in Form eines Türrohbaus einer Seitentür eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, mit einer Tür-Rahmenstruktur 2, mit einem Türinnenblech 3, mit einem äußeren, die Außenhaut der Fahrzeugtür bildenden Metallblech 4, mit einem zwischen Türinnenblech 3 und äußerem Metallblech 3, 4 angeordneten und einen Fensterschacht ausbildenden Metallblech 5, welches sich in Längsrichtung des Türrohbaus erstreckt und beidenends mit der Tür-Rahmenstruktur 2 fest verbunden ist, sowie mit einer langgestreckten Seitenverstärkung 6, die sich vorzugsweise beidenends außen am Türinnenblech 3 abstützt.
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Ferner ist ein Versteifungs-, Schalldämmungs- und Schalldämpfungselement in Form eines Streckgitters 7 aus Metall vorgesehen, welches seinerseits in 2 detaillierter gezeigt ist. Das Streckgitter 7 ist hierbei mit mehreren ihrer Randbereiche 8 mit der Tür-Rahmenstruktur 2 und dem den Fensterschacht ausbildenden Metallblech 5 starr verbunden, vorzugsweise stoffschlüssig durch Schweißung. Die übrigen Flächenbereiche 9 des Streckgitters 7 sind beabstandet zum besagten Metallblech 5 angeordnet. Auch im Hinblick auf das äußere Metallblech 4, welches die Außenhaut der Fahrzeugtür bildet, sind die übrigen Flächenbereiche 9 des Streckgitters 7 beabstandet angeordnet.
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Durch diese Maßnahme ist, wie bereits vorstehend ausgeführt, ein Flächenbauteil 1 geschaffen, welches einfach und kostengünstig herstellbar ist, leicht baut und vorteilhaft eine vom Streckgitter 7 bewirkte erhöhte Steifigkeit des Flächenbauteils 1 insbesondere im unmittelbaren Bereich des Fensterschachtes respektive Metallbleches 5 mit einem ebenfalls vom Streckgitter 7 bewirkten Schalldämmungs- und Schalldämpfungseffekt kombiniert.
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Eine Schallausbreitung in die nicht näher dargestellte Fahrgastzelle ist durch Schallreflexion von sich ausbreitenden Luftschall zwischen der schallreflektierenden Innenfläche des Metallbleches 5 und der hierzu korrespondierenden schallreflektierenden Fläche des Streckgitters 7, die ihrerseits eine Vielzahl von Unstetigkeitsstellen aufweist, wirkungsvoll behindert. Ebenso ist vorliegend eine Schallreflexion von sich ausbreitenden Luftschall zwischen der schallreflektierenden Innenfläche des die Außenhaut bildenden Metallbleches 4 und der hierzu korrespondierenden schallreflektierenden Fläche des Streckgitters 7 zu verzeichnen. Schließlich ist auch eine Schallabsorption derart bewirkt, dass Schallenergie vermittels des Streckgitters 7 in nicht hörbare Schwingungsenergiewellen umgewandelt und in der Folge die Reflexion an den Grenzflächen vermindert wird.
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Die Unstetigkeitsstellen des Streckgitters 7 sind hierbei durch eine geriffelte respektive plastisch strukturierte Oberfläche desselben realisiert. Ferner kann sich das akustisch wirksame Streckgitter 7 auch dahingehend schalldämmend auswirken, dass Streckgitter 7 und benachbarte Metallbleche 4 und/oder 5 unterschiedliche Eigenfrequenzen aufweisen, indem beispielsweise allein durch den Streckungsgrad die Eigenfrequenz des Streckgitters 7 so einstellbar ist, dass sich gegebenenfalls aus der Eigenfrequenz der Metallbleche 4 und/oder 5 und des Streckgitters 7 resultierende Schallwellen überlagern und sich im Idealfall gegenseitig auslöschen.
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Verstärkungen im Fahrzeugkarosseriebau werden oft für eine spezifische Belastungsrichtung ausgelegt. Dabei wird die größere der Hauptträgheitsachsen Iy und Ix (Flächenträgheitsmomente) so in die Karosseriestruktur eingearbeitet, dass dadurch ein Maximum an Steifigkeit erreichbar ist. Es wurde gefunden, dass auch die Steifigkeit des Streckgitters 7 durch Hauptträgheitsachsen Iy und Ix beschrieben werden kann (vgl. 4). Je nach Streckungsgrad verändert sich das Verhältnis von Iy/Ix.
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So versteht es sich für den Fachmann nunmehr von selbst, dass durch die Wahl der Geometrie und/oder Ausrichtung einer oder mehrerer Maschen 10 des Streckgitters 7 eine belastungsspezifische und/oder schalldämmungs- und/oder schalldämpfungsspezifische Anpassung des Streckgitters 7 an die jeweils aktuell gegebenen Randbedingungen am Einbauort gestattet ist.
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Insofern kann durch die Wahl der Geometrie der Maschen 10, insbesondere durch die Wahl des freien Querschnitts des zumindest einen Streckgitters 7, bewirkt durch die Maschenlänge „l”, die Maschenweite „b” und den Streckungsgrad, seinerseits gekennzeichnet durch den Maschenwinkel „α”, sowie bewirkt durch die Ausrichtung der Maschen 10 in Bezug auf das zu versteifende Metallblech 4, 5 das Flächenträgheitsmoment des Streckgitters 7 als Maß für die Steifigkeit desselben eingestellt werden. In umfangreichen Versuchen hat sich dabei für ein breites Anwendungsgebiet ein Maschenwinkel „α” von etwa 10° bis etwa 45° als äußerst vorteilhaft herausgestellt (vgl. 4). Ferner können durch die Wahl der Oberflächen des Streckgitters 7, nämlich plastisch strukturiert oder plan, die Unstetigkeitsstellen desselben als Maß für den Schalldämmungsgrad, in weiten Grenzen eingestellt werden.
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Wie in 3 äußerst schematisch gezeigt ist, kann es sich in Anpassung an lokal unterschiedliche Beanspruchungen des Streckgitters 7, beispielsweise lokal unterschiedliche dynamische Beanspruchungen der Fahrzeugtür oder einzelner Bauteile derselben während der Fahrt oder auch infolge erhöhter Beanspruchung während eines Crashereignisses, beispielsweise Seitencrashes, als zweckmäßig erweisen, am Streckgitter 7 Bereiche mit unterschiedlicher Streckrichtung vorzusehen.
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Als besonders vorteilhaft haben sich des Weiteren im Hinblick auf Streckgitter 7 mit relativ großer Flächenerstreckung eine oder mehrere Abstützungen, im Besonderen elastische Abstützungen mittels eines vorzugsweise an sich bekannten elastischen Stützklebers 11 zu einem der beiden benachbarten Metallblechen 4, 5 oder wie vorliegend zu beiden benachbarten Metallblechen 4, 5 erwiesen (vgl. 1). Hierdurch können zum einen vorteilhaft Abzeichnungen am äußeren, die Außenhaut der Fahrzeugtür bildenden Metallblech 4 vermieden werden. Zum anderen ist zwischen dem Streckgitter 7, und den benachbarten Metallblechen 4, 5 eine gewisse schwingungstechnische Entkopplung bewirkt, welche zur Schwingungsdämpfung und demgemäß auch zur Schalldämmung und Schalldämpfung beiträgt.
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Das vorstehend näher beschriebene Ausführungsbeispiel stellt im Wesentlichen auf ein einziges Versteifungs-, Schalldämmungs- und Schalldämfungselement in Form eines Streckgitters 7 ab. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf diese konkret beschriebene Ausgestaltung, sondern erfasst auch Ausführungsformen, die eine Mehrzahl von Streckgittern 7 vorsehen. So können die Mehrzahl Streckgitter 7 über die Fläche des Metallbleches 4, 5 nebeneinander und/oder übereinander sowie gegebenenfalls beabstandet zueinander angeordnet sein, wodurch über die Gesamtfläche des/r Metallbleche/s 4, 5 gesehen lokal abweichende Steifigkeiten ausgebildet und/oder lokal abweichend der Schalldämmungs- und/oder Schalldämpfungseffekt definiert eingestellt werden kann (nicht näher dargestellt).
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Zweckmäßigerweise sind bei einer Mehrzahl übereinander angeordneter Streckgitter 7 dieselben untereinander starr oder elastisch verbunden. Ferner sollte zumindest das zum jeweiligen Metallblech 4, 5 unmittelbar benachbart angeordnete Streckgitter 7 am Metallblech 4, 5 elastisch abgestützt sein.
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Neben besagter Fahrzeugtür können auch Seitenverschalungen, Fahrzeugdächer, Kofferraum- oder Motorraumklappen, Fahrzeugböden oder jedwede anderen Flächenbauteile 1 eines Fahrzeugs, welche belastungsspezifisch und/oder schalldämmungs- und/oder schalldämpfungsspezifisch einer Anpassung bedürfen, erfindungsgemäß ausgebildet sein.
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Vorteilhaft kann das in Rede stehende Streckgitter 7, welches vorliegend aus Metall besteht, jedoch nicht auf diesen Werkstoff beschränkt ist, sondern auch beispielsweise Kunststoff mit erfasst, hergestellt werden, indem zunächst eine Metall- oder Kunststoffplatine vollflächig oder in ausgewählten Bereichen desselben geschlitzt wird und nachfolgend durch Streckung in einer an sich bekannten und demgemäß hier nicht näher dargestellten Streckvorrichtung Maschen 10 ausgebildet werden. Abschließend kann das ausgebildete Streckgitter 7 gegebenenfalls einer Umformung in einem an sich bekannten und demgemäß ebenfalls hier nicht näher dargestellten Tiefziehwerkzeug unterzogen werden.
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Demgegenüber kann es auch angezeigt sein, eine zunächst geschlitzte Metall- oder Kunststoffplatine in einem Tiefziehwerkzeug derart umzuformen, dass die Metall- oder Kunststoffplatine allein durch den Umformprozess gestreckt wird und Maschen 10 ausgebildet werden. Im Hinblick darauf zeigt 5 beispielgebend ein topfförmiges Streckgitter 7 mit relativ großem Umformgrad, welches Ausläufer 12 zur Befestigung auf einer tragenden Struktur eines Fahrzeugs aufweist und weitestgehend selbsttragend ausgebildet ist. Die Maschen 10 sind lediglich in ausgewählten Bereichen der verwendeten Ausgangsplatine vorgesehen sind. So sind vorliegend Maschen 10 in den Ausläufern 12 und in einem mittleren Abschnitt der topfförmigen Struktur vorgesehen. Ein derartiges Streckgitter 7 eignet sich besonders zur Schalldämmung und/oder Schalldämpfung und kombiniert diese Eigenschaft vorteilhaft mit einem hohen Energieabsorptionsverhalten im Falle eines etwaigen Crashereignisses, indem relativ „weiche” und demgemäß unter Vernichtung von Anstoßenergie zuerst nachgebende Maschen-Strukturen an Bereiche mit hohem Verformungswiederstand anschließen. Die Steifigkeit der Maschen-Strukturen kann dabei in Anpassung an das gewünschte Verformungsverhalten des besagten Streckgitters 7 durch die Wahl der Anzahl der Maschen 10, deren Anordnung auf der Metall- oder Kunststoffplatine, der Maschenlänge „l”, der Maschenweite „b”, des Streckungsgrades der Maschen 10 des Streckgitters 7 und der Streckungsrichtung in weiten Grenzen eingestellt werden. Ein derartiges Streckgitter 7 ist demgemäß auch vorteilhaft als sogenannte Crashbox verwendbar, welche eine definierte, voreinstellbare Absorption von Anstoßenergie gestattet (nicht näher dargestellt).
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Flächenbauteil
- 2
- Rahmenstruktur
- 3
- Türinnenblech
- 4
- Metallblech
- 5
- Metallblech
- 6
- Seitenverstärkung
- 7
- Streckgitter
- 8
- Randbereiche (Streckgitter 7)
- 9
- Flächenbereich (Streckgitter 7)
- 10
- Maschen
- 11
- Stützkleber
- 12
- Ausläufer
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10359784 A1 [0003]
- DE 202008000082 U1 [0003]
- DE 20316000 U1 [0003]
- DE 60309199 T2 [0003]
- DE 102006007253 A1 [0003]
