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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein selbsttragendes Kunststoffbauteil mit flächiger Ausdehnung für ein Kraftfahrzeug. Konkret kann es sich bei dem Kunststoffbauteil, zum Beispiel um ein Luftleitteil handeln, wie es zur Führung von Luft, insbesondere Kühlluft im Motorraum, verwendet wird.
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Unter einem flächigen Kunststoffbauteil ist ein Bauteil zu verstehen, dass eine im wesentlichen zweidimensionale Ausdehnung aufweist. Es muss dabei aber keinesfalls eben sein, sondern kann Krümmungen und/oder Knicke in einer oder mehreren Richtungen aufweisen.
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Unter einem selbsttragenden Kunststoffbauteil ist ein zumindest ohne Einwirkung äußerer Kräfte formstabiles Kunststoffbauteil zu verstehen. Um diese Formstabilität zu erreichen ist ein sowohl flächiges als auch selbsttragendes Kunststoffbauteil zwangsläufig zumindest im Wesentlichen aus formsteifem Kunststoff auszubilden.
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STAND DER TECHNIK
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Verschiedene für ein Kraftfahrzeug benötigte selbsttragende Bauteile mit flächiger Ausdehnung können aus Kunststoff kostengünstiger hergestellt, d. h. formgespritzt werden, als aus metallischen Werkstoffen. Dies gilt vor allem dann, wenn in das Kunststoffbauteil verschiedene Funktionen, wie zum Beispiel Befestigungsbereiche, die ein einfaches Anklipsen ermöglichen, und dergleichen integriert werden sollen.
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Bei einem Unfall besteht jedoch die Gefahr, dass ein selbsttragendes Kunststoffbauteil mit flächiger Ausdehnung aus formsteifem Kunststoff nicht nur keine Bewegungsenergie durch kontrollierte Deformation aufnimmt, sondern diese Bewegungsenergie im Wesentlichen ungedämpft längs seiner Haupterstreckungsrichtungen weiterleitet. Dabei kann es dazu kommen, dass angrenzende, für eine kontrollierte Deformation unter Vernichtung von Bewegungsenergie vorgesehene Blechbauteile in einer Querrichtung belastet werden, dadurch ausknicken und so die gewünschte Energievernichtung bei ihrer Deformation nicht mehr eintritt.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, selbsttragende Kunststoffbauteile mit flächiger Ausdehnung für Kraftfahrzeuge so weiterzubilden, dass ihr Problempotential bei einem Unfall beseitigt wird.
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LÖSUNG
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Die Aufgabe wird durch ein selbsttragendes Kunststoffbauteil mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche 2 bis 14 betreffen bevorzugte Ausführungsformen des neuen selbsttragenden Kunststoffbauteils. Der nebengeordnete Patentanspruch 15 ist auf ein Luftleitteil in einem Motorraum eines Kraftfahrzeugs mit einem neuen selbsttragenden Kunststoffbauteil gerichtet.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Bei dem neuen selbsttragenden Kunststoffbauteil ist mindestens eine sich über die gesamte Fläche des Kunststoffbauteils erstreckende Solldeformationslinie vorgesehen. An dieser Solldeformationslinie erfolgt unter der bei einem Unfall auftretenden mechanischen Belastung des Kunststoffbauteils eine kontrollierte Deformation. Dabei ist unter einer solchen Deformation ein Abknicken, Umbiegen, Abreißen oder Brechen des Kunststoffbauteils längs der Deformationslinie zu verstehen. Diese Deformation kann auch unter Vernichtung von Bewegungsenergie erfolgen. Primäres Ziel des neuen selbsttragenden Kunststoffbauteils ist es jedoch, mit der mindestens einen Solldeformationslinie bei einem Unfall eine solche Deformation des Kunststoffbauteils einzuleiten, dass zumindest die Vernichtung von Bewegungsenergie durch angrenzende Bauteile des jeweiligen Kraftfahrzeugs nicht gefährdet wird und/oder das Durchbohren angrenzender Bauteile durch das Kunststoffbauteil verhindert wird und/oder der Verletzung von Passagieren des Kraftfahrzeugs durch vortretende Bereiche des Kunststoffbauteils vorgebeugt wird.
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Indem sich die Solldeformationslinie des neuen Kunststoffbauteils über die gesamte Fläche des Kunststoffbauteils erstreckt, erlaubt sie eine Deformation des Kunststoffbauteils als Ganzes. Dabei ist festzuhalten, dass die Erstreckung der Solldeformationslinie über die gesamte Fläche des Kunststoffbauteils nicht eine über die gesamte Länge der Solldeformationslinie erkennbare Veränderung des Kunststoffbauteils gegenüber seinen angrenzenden Bereichen ohne Solldeformationslinie bedeuten muss. Vielmehr können längs der Solldeformationslinie auch unmodifizierte Bereiche des Kunststoffbauteils liegen, soweit sie im Sinne der Ausbildung der Solldeformationslinie modifizierten Bereichen des Kunststoffbauteils benachbart sind, insbesondere von solchen modifizierten Bereichen längs der Solldeformationslinie beidseitig eingeschlossen werden oder zwischen einem äußeren Rand des Kunststoffbauteils und einem solchen modifizierten Bereich liegen. So ist eine Ausbildung der Solldeformationslinie nach Art einer Perforation des Kunststoffbauteils oder ähnlich einer Perforation mit nicht durchgängigen Löchern und/oder Langlöchern möglich. Besonders bevorzugte Ausgestaltungen der Solldeformationslinie werden jedoch weiter unten erläutert.
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Die Solldeformationslinie weist vorzugsweise einen geradlinigen Verlauf über die Fläche des Kunststoffbauteils auf. Ein ideal geradliniger Verlauf setzt eine ebene Ausbildung des Kunststoffbauteils im Bereich der Solldeformationslinie voraus. Wenn diese nicht gegeben ist, sollte die Solldeformationslinie längs einer Querschnittsebene durch das Kunststoffbauteil verlaufen.
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Zur Ausbildung der Solldeformationslinie kann eine Wandstärke des Kunststoffbauteils lokal reduziert sein. Alternativ oder zusätzlich können Materialeigenschaften des Kunststoffbauteils an der Solldeformationslinie lokal variiert sein. Dies kann insbesondere dadurch geschehen, dass eine Materialzusammensetzung des Kunststoffbauteils lokal variiert ist. Eine solche Variation kann zum Beispiel durch Verwenden eines Kunststoffs mit einer anderen Zusammensetzung lokal im Bereich der Solldeformationslinie realisiert werden. Diese andere Zusammensetzung kann auch dadurch erreicht werden, dass einem Kunststoff, aus dem das Kunststoffbauteil ansonsten hergestellt wird, im Bereich der Solldeformationslinie ein die Materialeigenschaften variierender Zuschlag zugesetzt wird und/oder dass zum Beispiel bei einem duroplastischen Kunststoff die Vernetzung des Kunststoffmaterials im Bereich der Solldeformationslinie variiert wird.
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Die Variation der Materialeigenschaften des Kunststoffbauteils längs der Solldeformationslinie kann dabei sowohl in Richtung einer erhöhten als auch einer reduzierten Steifigkeit gehen. Mit einer reduzierten Steifigkeit kann längs der Solldeformationslinie ein Durchknicken oder Durchbiegen erleichtert werden, während eine erhöhte Steifigkeit im Sinne einer Versprödung das Brechen oder Abreißen längs der Solldeformationslinie erleichtern kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Fläche, d. h. die Haupterstreckungsebene des Kunststoffbauteils an der Solldeformationslinie eine Stufe auf. Diese Stufe erlaubt es, dass sich die angrenzenden Bereiche des Kunststoffbauteils beim Brechen oder Reißen des Kunststoffbauteil längs der Solldeformationslinie übereinander schieben. Dies gilt insbesondere dann, wenn eine Höhe der Stufe mindestens so groß ist wie eine Wandstärke des Kunststoffbauteils neben der Solldeformationslinie.
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Die Solldeformationslinie weist bei dem neuen Kunststoffbauteil typischerweise eine Breite von 50% bis 500% einer Wandstärke des Kunststoffbauteils neben der Solldeformationslinie auf.
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Bezogen auf eine Längsachse des jeweiligen Kraftfahrzeugs verläuft die Solldeformationslinie vorzugsweise in Querrichtung und damit quer zu einer Hauptbelastungsrichtung im Falle eines Unfalls. In Seitenbereichen des Kraftfahrzeugs kann die Solldeformationslinie aber durchaus auch parallel zur Längsachse des Kraftfahrzeugs verlaufen, wenn hier zum Beispiel mit einer Beanspruchung im Rahmen eines Unfalls mit Seitenaufprall zu rechnen ist.
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Insbesondere kann die Solldeformationslinie bei dem neuen Kunststoffbauteil längs eines Befestigungsbereichs des Kunststoffbauteils verlaufen. So kann die kontrollierte Deformation des Kunststoffbauteils gegenüber dem anderen Bauteil des Kraftfahrzeugs erfolgen, an dem das Kunststoffbauteil befestigt ist, ohne dieses andere Bauteil in ungewünschter Weise zu beeinträchtigen.
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Es versteht sich, dass das Kunststoffbauteil nicht nur eine, sondern auch mehrere Solldeformationslinie(n) aufweisen kann, was im Regelfall bevorzugt ist. Benachbarte Solldeformationslinien verlaufen dabei vorzugsweise unter einem spitzen Winkel, der typischerweise kleiner als 20° ist. Häufig verlaufen die Solldeformationslinien auch parallel zueinander.
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Das neue Kunststoffbauteil weist typischerweise Krümmungen und/oder Abwinklungen in mindestens einer Richtung auf, die dann häufig quer zu den Solldeformationslinien verläuft. Das neue Kunststoffbauteil kann aber auch Krümmungen und/oder Abwinklungen in mehreren Richtungen aufweisen.
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Wie bereits ausgeführt wurde, handelt es sich bei dem neuen Kunststoffbauteil insbesondere um ein Luftleitteil in einem Motorraum eines Kraftfahrzeugs.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahmen auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert und beschrieben.
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1 ist eine Seitenansicht eines Luftleitteils zur Montage in einem Motorraum eines Kraftfahrzeugs.
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2 ist eine Draufsicht auf das Luftleitteil gemäß 1 in verkleinertem Maßstab.
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3 ist ein Detail des Luftleitteils der 1 und 2 in einer ersten Ausführungsform, wobei ein Bereich einer Deformationslinie im Querschnitt senkrecht zu der Solldeformationslinie vor (a) und nach (b) einer kontrollierten Deformation längs der Solldeformationslinie dargestellt ist.
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4 zeigt eine andere Ausführungsform der Solldeformationslinie in einer 3 entsprechenden Darstellung.
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5 zeigt noch eine andere Ausführungsform der Solldeformationslinie in einer den 3 und 4 entsprechenden Darstellung.
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6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Solldeformationslinie in einer den 3 bis 5 entsprechenden Darstellung.
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7 zeigt noch eine weitere Ausführungsform der Solldeformationslinie in einer den 3 bis 6 entsprechenden Darstellung; und
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8 zeigt eine Weiterbildung der Ausführungsform der Solldeformationslinie gemäß 7 in einer den 3 bis 7 entsprechenden Darstellung.
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FIGURENBESCHREIBUNG
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Das in den 1 und 2 dargestellte Luftleitteil 1 ist ein einstückiges Kunststoffbauteil 2 mit einem Befestigungsbereich 3 und einem sich von dem Befestigungsbereich 3 weg erstreckenden gekrümmten Luftleitbereich 15. Das Luftleitteil 1 ist zur Montage im Motorraum eines (hier nicht dargestellten) Kraftfahrzeugs vorgesehen. Dazu sind in dem Befestigungsbereich 3 (hier nicht im Detail wiedergegebene) Befestigungselemente 4 vorgesehen, mit denen insbesondere eine einrastende oder einklipsende Montage des Kunststoffbauteils 2 an einem anderen Bauteil des jeweiligen Kraftfahrzeugs möglich ist. Die Befestigungselemente 4 sind integraler Bestandteil des Kunststoffbauteils 2, das insgesamt einstückig, das heißt integral oder zusammenhängend ausgebildet ist. Dies bedeutet jedoch nicht, dass es unbedingt in einem Schuss in einem Formspritzwerkzeug hergestellt wurde. Vielmehr kann das Kunststoffbauteil 2 insbesondere auch in 2K-Technologie ausgebildet sein. In jedem Fall besteht das Kunststoffbauteil zumindest im Wesentlichen aus hartem, formsteifem Kunststoff 9 und ist als ganzes im normalen Betrieb des jeweiligen KFZ formstabil und selbsttragend. Das Kunststoffbauteil 2 weist jedoch mehrere Solldeformationslinien 5 auf, längs derer eine kontrollierte Deformation des Kunststoffbauteils 2 im Falle mechanischer Belastungen des Kunststoffbauteils 2 beispielsweise bei einem Unfall des jeweiligen Kraftfahrzeugs erfolgt. Die Solldeformationslinien 5 erstrecken sich über die gesamte Fläche des flächigen Kunststoffbauteils 2, d. h. zumindest im Wesentlichen durchgängig von einem Rand dieser Fläche bis zu dem gegenüberliegenden Rand der Fläche. In der Darstellung gemäß 2 erstrecken sich die Solldeformationslinien 5 über die gesamte Breite des Kunststoffbauteils. In 1 ist angedeutet, dass sich die Solldeformationslinien 5 quer zu einer mit einer gestrichelten Linie skizzierten Längsachse 6 des jeweiligen Kraftfahrzeugs erstrecken. Aus 2 geht ein paralleler Verlauf der einzelnen Solldeformationslinien 5 zueinander hervor.
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In 3 ist eine mögliche Ausbildung einer Solldeformationslinie 5 gemäß den 1 und 2 skizziert. Hier ist die Solldeformationslinie 5 durch eine lokale Verringerung der Wandstärke des Kunststoffbauteils 2 realisiert. Dabei ist in 3 dargestellt, dass die Reduktion der Wandstärke durch zwei einander gegenüberliegende Vertiefungen 7 in den Oberflächen 8 des Kunststoffbauteils verwirklicht ist. Es könnte aber auch nur in einer der beiden einander gegenüberliegenden Oberflächen 8 eine solche Vertiefung 7 vorgesehen sein, um die Solldeformationslinie 5 auszubilden. In jedem Fall ist die Formstabilität des Kunststoffbauteils 2 an der Solldeformationslinie 5 gemäß 3 gezielt so geschwächt, dass es unter definierter mechanischer Belastung längs der Solldeformationslinie 5 ausknickt, wie in 3b dargestellt ist. Durch dieses kontrollierte Ausknicken längs der Solldeformationslinie 5 erhält das Kunststoffbauteil 2 unter der mechanischen Belastung eine neue definierte Form; beispielsweise wird es zwischen seine Enden zusammengefaltet.
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Bei der Ausbildung der Solldeformationslinie 5, wie sie in 4 skizziert ist, weist der Kunststoff 9, aus dem das Kunststoffbauteil 2 ausgebildet ist, im Bereich der Solldeformationslinie 5 eine andere Zusammensetzung mit anderen Materialeigenschaften auf. Konkret ist der Kunststoff 9 im Bereich der Solldeformationslinie 5 hier spröder oder weniger duktil als in den unmittelbar angrenzenden Bereichen. So kommt es unter mechanischer Beanspruchung zu dem in 4b skizzierten Bruch des Kunststoffbauteils längs der Solldeformationslinie 5.
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In 5 ist skizziert, dass die Fläche, d. h. die Erstreckungsebene des Kunststoffbauteils 2, an der Solldeformationslinie 5 einen Sprung mit einer Sprunghöhe von etwas mehr als der Wandstärke des Kunststoffbauteils 2 aufweisen kann. Dabei sind die an der Solldeformationslinie 5 aneinander angrenzenden Bereiche des Kunststoffbauteils 2 aus dem Kunststoff 9 durch einen Kunststoff 10 miteinander verbunden, der zwar an dem Kunststoff 9 der angrenzenden Bereiche anhaftet, sich aber nicht mit diesem stoffschlüssig verbindet. So kann das Kunststoffbauteil 2 bei definierter mechanischer Beanspruchung längs der Solldeformationslinie 5 reißen, wobei sich die angrenzenden Bereiche quer zu der Stufe übereinander schieben. So kann das Kunststoffbauteil 2 zusammengedrückt werden, ohne aus seiner bisherigen Haupterstreckungsebene auszuwandern.
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In 6 ist skizziert, dass eine Stufe 11 an der Solldeformationslinie 5 auch ohne Variation der Zusammensetzung des Kunststoffbauteils 2 aus dem Kunststoff 9 realisiert und dennoch grundsätzlich dieselbe Funktion wie bei der Ausführungsform der Solldeformationslinie 5 gemäß 5 haben kann, indem im Bereich der Stufe 11 die Wandstärke des Kunststoffbauteils 2 reduziert ist.
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Bei der Solldeformationslinie 5 gemäß 7 ist das Kunststoffbauteil 2 längs der Solldeformationslinie 5 lokal aus einem Kunststoff 12 mit anderer Zusammensetzung als der Kunststoff 9 in den angrenzenden Bereichen ausgebildet. Konkret ist hier ein Kunststoff 12 mit einer geringeren Steifigkeit und einer definierten elastischen Verformbarkeit vorgesehen, der bei einer definierten mechanischen Beanspruchung ein Ausknicken des Kunststoffbauteils 2 ermöglicht, wie es in 7b dargestellt ist.
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In 8 ist eine Möglichkeit dargestellt, wie das Kunststoffbauteil 2 längs einer Solldeformationslinie 5 gemäß 7 außer durch seine Einbausituation gezielt zu einem Ausknicken in einer bestimmten Richtung veranlasst werden kann. Hierzu sind lokal Streben 13 auf einer Seite des Kunststoffbauteils 2 vorgesehen, die die Solldeformationslinie 5 überbrücken. Diese Streben 13 stabilisieren das Kunststoffbauteil 2 im Bereich der Solldeformationslinie 5 und verhindern ein Ausknicken in ihrer Richtung. Sie weisen jedoch jeweils eine Sollbruchstelle 14 auf, so dass sie bei Überlastung in der anderen Ausknickrichtung brechen und in dieser anderen Ausknickrichtung eine kontrollierte Deformation des Kunststoffbauteils 2 ermöglichen, siehe 8b.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Luftleitteil
- 2
- Kunststoffbauteil
- 3
- Befestigungsbereich
- 4
- Befestigungselement
- 5
- Solldeformationslinie
- 6
- Längsachse
- 7
- Vertiefung
- 8
- Oberfläche
- 9
- Kunststoff
- 10
- Kunststoff
- 11
- Stufe
- 12
- Kunststoff
- 13
- Strebe
- 14
- Sollbruchstelle
- 15
- Luftleitbereich