DE102010051139A1

DE102010051139A1 - Belastbare Stützstruktur, die mit einem Bauteil eines Kraftfahrzeugs verbunden ist

Info

Publication number: DE102010051139A1
Application number: DE102010051139A
Authority: DE
Inventors: Bernd Lischo; Steffen Ebeling; Markus Boberschmidt
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2010-11-11
Filing date: 2010-11-11
Publication date: 2012-05-16

Abstract

Belastbare Stützstruktur, die mit einem Bauteil eines Fahrzeugs verbunden ist. Mit einem Metallschaum (1), der mit Zink oder Aluminium oder jeweils einer Legierung davon gebildet ist. Der Metallschaum (1) ist mit einer Oberflächenseite eines Blechteiles (2) thermisch verbunden, das entweder an seiner Oberflächenseite verzinkt oder im Wesentlichen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung oder Zink oder einer Zinklegierung gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine belastbare Stützstruktur, die mit einem Bauteil eines Kraftfahrzeugs verbunden ist, mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen.
Eine derartige Stützstruktur weist das Verbundbauteil der DE 10 2004 056 148 A1 auf, das durch einen metallischen Einleger beispielsweise aus einem expandierten Aluminium oder Zink oder einer Legierung davon und einer Umschäumung mit einem Schaumstoff vorzugsweise Polyurethan gebildet ist. Der Schaumstoff kann beispielsweise mit Mineralfasern oder Glasfasern verstärkt sein. Das Verbundbauteil kann ein Kraftfahrzeug-Karosseriebauteil sein und beispielsweise eine Rückenlehne eines Fahrzeugsitzes bilden. Die Verbindung zwischen dem metallischen Einleger und dem Schaumstoff dürfte höheren Belastungen nicht dauerhaft standhalten können. Bei derartigen eventuell wechselnden Belastungen und den damit verbundenen Verformungen dürfte der Schaumstoff zumindest nach einiger Zeit von dem metallischen Einleger abplatzen. Bewirken die Belastungen eine hohe Flächenpressung zwischen dem metallischen Einleger und dem Schaumstoff, dürfte sich der metallische Einleger durch den Schaumstoff hindurch drücken, wodurch die Verbindung des metallischen Einlegers mit dem Schaumstoff zumindest an dieser Stelle gelöst ist. Das Verbundbauteil ist nur wenig verformbar bzw. dehnbar. Nach der Gebrauchszeit ist der Schaumstoff nur schwer von dem metallischen Einleger trennbar, so dass vermutlich lediglich eine thermische Verwertung des Schaumstoffes in Betracht zu ziehen ist. Eine Befestigung von Teilen an dem Schaumstoff aus Kunststoff dürfte nicht sehr haltbar sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine belastbare Stützstruktur mit den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruches 1 anzugeben, die auch größeren Belastungen dauerhaft standhalten kann, einen einfachen Aufbau aufweist, kostengünstig zu fertigen ist und ein geringes Gewicht aufweist.
Diese Aufgabe ist durch die Merkmale im Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Die erfindungsgemäße, belastbare Stützstruktur, die mit einem Bauteil eines Kraftfahrzeugs verbunden ist, weist einen Metallschaum auf, der mit Zink oder Aluminium oder jeweils einer Legierung davon gebildet ist. Der Metallschaum ist thermisch mit einer Oberflächenseite eines Blechteiles verbunden. Das Blechteil ist an seiner Oberflächenseite verzinkt oder im Wesentlichen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung oder Zink oder einer Zinklegierung gebildet. Durch diese Maßnahmen kann das Blechteil eine durch eine Legierung gebildete innige Verbindung mit dem Metallschaum bilden, die auch großen, eventuell wechselnden Belastungen dauerhaft standhält. Die Stützstruktur kann großflächig ausgebildet sein. Eine Verbindung des Metallschaumes ist lediglich mit einem einzigen Blechteil an einer einzigen Oberflächenseite erforderlich. An anderen Stellen muss der Metallschaum nicht gestützt werden, der selbst beispielsweise für ein Verkleidungsteil stützend wirken kann, das mit dem Metallschaum und eventuell zusätzlich mit dem Blechteil zu verbinden ist. In der mit dem Metallschaum verbundenen Oberflächenseite des Blechteiles können nutförmige Vertiefungen gebildet sein, von denen sich vorzugsweise wenigstens zwei Vertiefungen kreuzen. In die Vertiefungen kann Metallschaum eingedrungen sein, der die Vertiefungen vorzugsweise vollständig ausfüllt, wodurch die Steifigkeit der Stützstruktur zusätzlich erhöht ist. Die erfindungsgemäße Metallstruktur ist verformbar, insbesondere dehnbar und kann vollständig recycelt werden. An jede Schicht der Stützstruktur können weitere Teile durch Schweißen oder Löten stabil befestigt werden. Die Stützstruktur hält größeren Belastungen dauerhaft stand, weist einen einfachen Aufbau sowie ein geringes Gewicht auf und ist kostengünstig zu fertigen.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
1 ein erstes Ausführungsbeispiel in einer perspektivischen Ansicht auf eine Stützstruktur einer neigungsverstellbaren Rückenlehne eines Kraftfahrzeugs,
2 ein Schnitt durch einen Bereich der Stützstruktur in 1,
3 einen anderen Schnitt durch einen Bereich der Stützstruktur in 1,
4 einen weiteren Schnitt durch einen Bereich der Stützstruktur in 1,
5 ein zweites Ausführungsbeispiel in einer Explosionsdarstellung, mit einer zwischen einer Türaußenwand einer Kraftfahrzeugtür und einer inneren Türverkleidung angeordneten Stützstruktur.
In 1 ist eine belastbare Stützstruktur dargestellt, die eine nicht näher dargestellte Rückenlehne eines Kraftfahrzeugs stützt. Die Stützstruktur weist einen Metallschaum 1 auf, der mit Zink oder Aluminium oder jeweils einer Legierung davon gebildet ist. Der Metallschaum 1 ist in einem thermischen Verfahren gebildet und dabei mit einer Oberflächenseite eines Blechteiles 2 thermisch innig verbunden. Um dies zu ermöglichen, ist das Blechteil 2 entweder an seiner Oberflächenseite verzinkt oder im Wesentlichen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung oder Zink oder einer Zinklegierung gebildet. Das an der Oberfläche verzinkte Blechteil ist bei dem Ausführungsbeispiel aus einem Stahlblech gefertigt.
Die Rückenlehne ist über das Blechteil 2 mit einem nicht dargestellten Sitzteil des Kraftfahrzeugsitzes winkeleinstellbar verbunden. Hierzu bildet ein an dem unteren Randbereich des Blechteiles 2 mit dem Blechteil 2 verbundenes Befestigungselement 3 eine etwa in Längsrichtung des unteren Randbereiches des Blechteiles 2 in Fahrzeugquerrichtung verlaufende Schwenkachse 4. Das Befestigungselement 3 ist in einer nicht näher dargestellten Weise mit dem Sitzteil um die Schwenkachse 4 schwenkbar verbunden. Zur Fixierung der Rückenlehne in einer eingestellten Winkellage ist im oberen Bereich der Rückenlehne eine nicht dargestellte Arretiereinrichtung vorgesehen. Zumindest ein größerer Bereich der Stützstruktur ist von einem nicht dargestellten Verkleidungsteil oder von einem nicht dargestellten bezogenen Polster- oder Schaumstoffteil umgeben.
In der mit dem Metallschaum 1 verbundenen Oberflächenseite des Blechteiles 2 sind nutförmige Vertiefungen 3, 4 gebildet sind, von denen sich vorzugsweise wenigstens zwei Vertiefungen 3, 4 kreuzen. In die Vertiefungen 3, 4 ist der Metallschaum 1 eingedrungen, der die Vertiefungen 3, 4 vollständig ausfüllt.
Die 2 bis 4 sind nicht näher angegebene vereinfachte Schnitte durch verschiedene Bereiche die Stützstruktur in 1.
Den 2 und 3 ist entnehmbar, dass in dem Blechteil 2 und eventuell in dem Metallschaum 1 Öffnungen 7, 8 gebildet sind, über die beispielsweise ein Verkleidungsteil oder ein bezogenes Polster- oder Schaumstoffteil mit der Stützstruktur zu verbinden ist.
4 ist entnehmbar, das die Stützstruktur Befestigungselemente 9, 10, 11 aufweist, die bei dem Ausführungsbeispiel mit dem Blechteil 2 verbunden sind und/oder bereichsweise an dem Blechteil 2 anliegen. In den Metallschaum 1 sind die Befestigungsteile bildenden Befestigungselemente 9, 10, 11 mit eingeschäumt, die bereichsweise an dem Blechteil 2 anliegen. Der Figur ist außerdem entnehmbar, dass die Befestigungselemente bzw. Befestigungsteile 9, 10 jeweils bereichsweise eine zugeordnete Durchgangsöffnung 12, 13 im Blechteil 2 durchsetzen. Das Befestigungselement 11 weist ein Innengewinde auf, das über eine Durchgangsöffnung 14 im Blechteil 2 zugänglich ist.
Den 1 bis 4 ist entnehmbar, dass bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Metallschaum 1 der Stützstruktur über einen größeren Bereich eine etwa gleiche Dicke aufweist.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 5 dargestellt, bei dem eine Stützstruktur eine schwenkbare seitliche Kraftfahrzeugtür stützt. Das zweite Ausführungsbeispiel weist mit dem ersten Ausführungbeispiel vergleichbare Bauteile auf, die zur Vermeidung einer wiederholten Beschreibung mit einer gleichen Bezugszahl – und zur Unterscheidung – bei dem zweiten Ausführungsbeispiel mit einem zugeordneten hochgestellten Zeichen versehen sind.
Auch bei dem in 5 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel ist eine Stützstruktur durch ein thermisches Verfahren gebildet, bei dem ein Metallschaum 1' gebildet und innig mit einem seitlich inneren Blechteil 2' einer Fahrzeugtür verbunden ist. Die zunächst separat gebildete Stützstruktur wird dann mit einer Türaußenwand 15' einer Fahrzeugtür verbunden. Dies kann durch ein Schrauben, Bördeln, Kleben, Clipsen, Löten, Schweißen oder einer beliebigen Kombination von wenigstens zwei Methoden davon erfolgen. Bei diesem Ausführungsbeipiel ist dann der Metallschaum 1' zwischen der Türaußenwand 15' und dem inneren Blechteil 2' der Fahrzeugtür angeordnet.
Der Metallschaum 1' ist mit Zink oder Aluminium oder jeweils einer Legierung davon gebildet. Das Blechteil 2' ist entweder an seiner Oberflächenseite verzinkt oder aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung oder aus Zink oder einer Zinklegierung gebildet. Ist die Oberfläche des Blechteiles 2' verzinkt, kann das Blechteil 2' aus einem beliebigen Stahl- oder Eisenblech gefertigt sein.
In 5 ist eine ein- oder mehrteilige Türverkleidung 16' vereinfacht dargestellt, die von der Innenseite der Fahrzeugtür her zumindest mit einigen in der Figur nicht dargestellten Befestigungselementen und/oder Befestigungsteilen der Stützstruktur zu verbinden und dadurch an der Stützstruktur befestigt ist. Die ein- oder mehrteilige Türverkleidung 16' kann zusammen mit der Stützstruktur oder weiteren Teilen wenigstens einen Hohlraum bilden, in dem beispielsweise mechanische und/oder elektrische Teile einer Betätigungseinrichtung für ein Türschloss oder des Türschlosses angeordnet sind. Mit den in 5 dargestellten Pfeilen ist angedeutet, dass bei einer in mehreren Arbeitsschritten erfolgenden Montage der Fahrzeugtür die erfindungswesentlichen Teile der Fahrzeugtür beispielsweise in Richtung der Pfeile anzunähern sind.
In 5 ist nicht erkennbar, dass nach der Montage der Teile bzw. Baugruppen der Fahrzeugtür zwischen dem oberen Randbereich der Stützstruktur und entweder der Türaußenwand oder der Türverkleidung eine Durchgangsöffnung gebildet ist, durch die eine höhenverstellbare Fensterscheibe an der Fahrzeugtür in einen Hohlraum der Fahrzeugtür zumindest teilweise absenkbar ist.
In der mit dem Metallschaum 1' verbundenen Oberflächenseite des Blechteiles 2' sind nutförmige Vertiefungen 17', 18' gebildet, von denen sich vorzugsweise wenigstens zwei Vertiefungen 17', 18' etwa in der Mitte der Fahrzeugtür unterhalb einer geschlossenen höhenverstellbaren Fensterscheibe kreuzen. In die Vertiefungen 17', 18' ist der Metallschaum 1' eingedrungen, der die Vertiefungen 17', 18' vorzugsweise vollständig ausfüllt und die Stützstruktur zusätzlich zu der Versteifungswirkung der Vertiefungen 17', 18' verstärkt. Auf diese Weise kann die Fahrzeugtür mit einem geringen Gewicht sehr stabil mit oder ohne einem Rahmen für die Fensterscheibe ausgebildet sein.
Auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel weist der Metallschaum 1' wenigstens über einen größeren Bereich eine etwa gleiche Dicke auf. Um dies trotz der Vertiefungen 17', 18' im Blechteil zu ermöglichen, wird bei der Fertigung der Stützstruktur das Blechteil 2' in eine Schäumform eingelegt, die der Kontur des Blechteiles 2' folgt. Die andere Seite der Schäumform folgt ebenfalls im Wesentlichen der Kontur des Blechteiles 2' mit einem im Wesentlichen gleichen Offset, so dass nach einem anschließenden thermischen Schäumvorgang eine im Wesentlichen gleiche Dicke des Metallschaumes 1' gebildet ist. Durch Ausformungen im Blechteil 2' und/oder Schaumwerkzeug können Flächen bzw. Aufnahmeräume in der Stützstruktur erstellt werden, in oder an denen Befestigungselemente und/oder Befestigungsteile für verwendete Bauteile anzuordnen und vorzugsweise in den Metallschaum 1' mit einzuschäumen sind, die hohe Kräfte und/oder Momente übertragen können.
Die Erfindung kann selbstverständlich von den beiden Ausführungsbeispielen abweichend ausgeführt werden. Der Metallschaum ist vorzugweise im Wesentlichen nur mit einer einzigen Oberflächenseite eines einzigen Blechteiles thermisch verbunden. Die belastbare Stützstruktur kann mit einem beliebigen Bauteil eines Fahrzeugs verbunden sein, das beispielsweise ein Kraftfahrzeug ist. Befestigungselemente können mit dem Blechteil verbunden sein und/oder bereichsweise an dem Blechteil anliegen. In den Metallschaum können Befestigungsteile mit eingeschäumt sein, die beispielsweise bereichsweise an dem Blechteil anliegen oder mit dem Blechteil verbunden sind. Zumindest einige Befestigungselemente können wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel die Befestigungsteile bilden. Die Befestigungselemente und/oder gegebenenfalls die Befestigungsteile können jeweils bereichsweise eine zugeordnete Öffnung im Blechteil durchsetzen oder an einer Öffnung im Blechteil angeordnet oder zusätzlich über die Öffnung zugänglich sein. Ein beispielsweise größerer Bereich der Stützstruktur kann von einem anderen Bauteil insgesamt oder bereichsweise, beispielsweise von einem Verkleidungsteil oder von einem bezogenen Polster- oder Schaumstoffteil, umgeben sein. Vorzugsweise, jedoch nicht zwingend, können in der mit dem Metallschaum verbundenen Oberflächenseite des Blechteiles nutförmige Vertiefungen gebildet sein, von denen sich beispielsweise wenigstens zwei Vertiefungen kreuzen. Ist nach der Fertigung der Stützstruktur Metallschaum in die Vertiefungen eingedrungen, füllt dieser die Vertiefungen vorzugsweise vollständig oder teilweise aus. Die Stützstruktur ist dadurch zusätzlich zu den Versteifungswirkungen der Vertiefungen, des Metallschaumes und des Blechteiles versteift. Der Metallschaum kann insgesamt oder bereichsweise eine etwa gleiche Dicke oder eine ungleiche Dicke aufweisen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004056148 A1 [0002]

Claims

Belastbare Stützstruktur, die mit einem Bauteil eines Fahrzeugs verbunden ist, mit einem Metallschaum, der mit Zink oder Aluminium oder jeweils einer Legierung davon gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschaum (1, 1') mit einer Oberflächenseite eines Blechteiles (2, 2') thermisch verbunden ist, und das Blechteil (2, 2') entweder an seiner Oberflächenseite verzinkt oder im Wesentlichen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung oder Zink oder einer Zinklegierung gebildet ist.
Stützstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Befestigungselement (9, 10, 11) mit dem Blechteil (2) verbunden ist und/oder bereichsweise an dem Blechteil (2) anliegt.
Stützstruktur nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den Metallschaum (1) Befestigungsteile (9, 10, 11) mit eingeschäumt sind, oder zusätzlich zumindest ein Befestigungsteil (9, 10, 11) bereichsweise an dem Blechteil (2) anliegt.
Stützstruktur nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungselemente (9, 10) und/oder gegebenenfalls die Befestigungsteile jeweils bereichsweise eine zugeordnete Öffnung (12, 13) im Blechteil (2) durchsetzen.
Stützstruktur nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem Blechteil (2) verbundenes Befestigungselement (5) eine etwa in Längsrichtung eines Randbereiches des Blechteiles (2) verlaufende Schwenkachse (6) bildet.
Stützstruktur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Blechteil (2) verbundene Metallschaum (1) die Stützstruktur einer mit einem Sitzteil fest oder einstellbar verbundenen Rückenlehne eines Fahrzeugsitzes bildet und zumindest ein größerer Bereich der Stützstruktur von einem Verkleidungsteil oder von einem bezogenen Polster- oder Schaumstoffteil umgeben ist.
Stützstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur durch Schrauben, Bördeln, Kleben, Clipsen, Löten, Schweißen oder einer beliebigen Kombination von wenigstens zwei Methoden davon mit einer Türaußenwand (15') einer Fahrzeugtür verbunden ist, oder zusätzlich der Metallschaum (1') zwischen der Türaußenwand (15') und dem Blechteil (2') angeordnet ist.
Stützstruktur nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenseite der Fahrzeugtür eine ein- oder mehrteilige Türverkleidung (16') zumindest mit einigen Befestigungselementen und/oder Befestigungsteilen der Stützstruktur verbunden ist.
Stützstruktur nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwischen dem oberen Randbereich der Stützstruktur und entweder der Türaußenwand (15') oder der Türverkleidung eine Durchgangsöffnung gebildet ist, durch die eine höhenverstellbare Fensterscheibe an der Fahrzeugtür in einen Hohlraum der Fahrzeugtür zumindest teilweise absenkbar ist.
Stützstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der mit dem Metallschaum (1, 1') verbundenen Oberflächenseite des Blechteiles (2, 2') nutförmige Vertiefungen (3, 4 bzw. 17', 18') gebildet sind, von denen sich vorzugsweise wenigstens zwei Vertiefungen (3, 4 bzw. 17', 18') kreuzen, und in die Vertiefungen (3, 4 bzw. 17', 18') der Metallschaum (1, 1') eingedrungen ist, der die Vertiefungen (3, 4 bzw. 17', 18') vorzugsweise vollständig ausfüllt.
Stützstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschaum (1, 1') wenigstens über einen größeren Bereich eine etwa gleiche Dicke aufweist.