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Die Erfindung betrifft ein Verbundbauteil, insbesondere für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Verbundbauteils gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 6.
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Derartige Verbundbauteile, welche üblicherweise auch als Hybridbauteile bezeichnet werden, bestehen generell aus wenigstens einem Metallträgerteil, welches zumindest partiell in einem Verbindungsbereich mit einem Kunststoff versehen ist. Dabei finden derartige Verbundbauteile im Serienfahrzeugbau von Kraftwagen, beispielsweise von Personenkraftwagen, verstärkt ihre Anwendung, da sie beispielsweise gewichtsgünstiger sind als rein aus Metallwerkstoff gestaltete Trägerteile. Zudem können in den Kunststoff auf einfache Weise entsprechende Funktionselemente integriert werden, so dass es beispielsweise vermieden werden kann, dass an dem Metallträgerteil eine Vielzahl von separaten Haltern oder dergleichen beispielsweise angeschweißt oder anderweitig befestigt werden muss.
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Ein Problem derartiger Verbundbauteile besteht jedoch darin, dass der Kunststoff gegebenenfalls nicht ausreichend an dem Metallträgerteil fixiert ist und hierdurch – bei Ausübung einer entsprechenden mechanischen Kraft – entlang des Metallträgerteils bewegt bzw. von diesem abgelöst werden kann. Zur Unterbindung dieser Rutschneigung und somit zur Gewährleistung eines sicheren Halts an dem Metallträgerteil wird dieses vor dem Versehen mit dem Kunststoff zumindest im Verbindungsbereich chemisch vorbehandelt und/oder mit einem Haftvermittler versehen, der einen Stoffschluss zwischen Metall und Kunststoff erzeugt bzw. verbessert.
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Ein diesbezügliches Verbundbauteil mit zugehörigem Verfahren ist beispielsweise in der
DE 10 2008 061 166 A1 beschrieben.
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Der Einsatz von derartigen, chemischen Vorbehandlungsmitteln und/oder Beschichtungen ist nicht nur teuer, sondern auch problematisch im Hinblick auf die Umweltverträglichkeit und auf den Schutz von Werkern, welche beimm Aufbringen der Beschichtung beteiligt sind. Des Weiteren ist die chemische Aktivität von derartigen Vorbehandlungsmitteln und/oder Beschichtungen zeitlich begrenzt, so dass im Falle eines verzögerten Versehens des Metallträgerteils mit dem Kunststoff der Haftvermittler mit größerem Aufwand, beispielsweise durch Bestrahlung, wiederholt aktiviert werden muss. Eine Lagerung eines mit dem Haftvermittler behandelten Metallträgerteils ist zudem kritisch, dass selbst Nachbehandlungen nur bedingt das gewünschte Resultat zur Folge haben.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verbundbauteil sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Verbundbauteils zu schaffen, mittels welchen sich ein verbesserter Verbund des wenigstens einen Metallträgerteils mit dem Kunststoff realisieren lässt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verbundbauteil sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Verbundbauteils mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 bzw. 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Um ein Verbundbauteil der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchem sich ein verbesserter Verbund zwischen dem Metallträgerteil und dem Kunststoff realisieren lässt, ist an dem Metallträgerteil im Verbindungsbereich mit dem Kunststoff ein separates Verbindungselement vorgesehen, welches kraftschlüssig mit dem Metallträgerteil verbunden ist. Mit anderen Worten ist es erfindungsgemäß vorgesehen, an dem Metallträgerteil zumindest ein Verbindungselement unter Herstellung eines Kraftschlusses zu befestigen. Dieses im Verbindungsbereich mit dem Kunststoff angeordnete Verbindungselement ermöglicht dann einen Formschluss mit dem Kunststoff, so dass dieser zuverlässig mit dem Metallträgerteil verbunden ist, ohne dass es beispielsweise infolge einer mechanischen Kraftbeaufschlagung zu einem Verschieben oder Ablösen des Kunststoffs relativ zu dem Metallträgerteil kommen kann. Durch das kraftschlüssige Anbringen des wenigstens einen Verbindungselements kann somit auf eine chemische Behandlung des Metallträgerteils oder eine Beschichtung zwischen dem Metallträgerteil und dem Kunststoff verzichtet werden. Soll jedoch beispielsweise ein besonders stabiler und günstiger Verbund hergestellt werden, kann gegebenenfalls zusätzlich eine entsprechende chemische Vorbehandlung des Metallträgerteils oder eine Beschichtung zwischen Metallträgerteil und Kunststoff vorgesehen werden.
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Als besonders einfache Möglichkeit zur kraftschlüssigen Befestigung des Verbindungselements hat es sich gezeigt, wenn dieses als Klemmelement ausgebildet ist, welches das Metallträgerteil außenseitig umschließt bzw. umgibt. Mittels eines derartigen Klemmelements kann nämlich auf einfache Weise die nötige Haltekraft erzeugt werden, welche zur kraftschlüssigen Verbindung des Klemmelements bzw. Verbindungselements mit dem Metallträgerteil erforderlich ist.
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Dabei hat es sich in weiterer Ausgestaltung der Erfindung als vorteilhaft gezeigt, wenn das Verbindungselement bzw. Klemmelement wenigstens einen Verformungsbereich aufweist, welcher zur Herstellung der kraftschlüssigen Verbindung mit dem Metallträgerteil verformbar ist. So ist es beispielsweise möglich, den Verformungsbereich nach dem Anbringen des Verbindungselements an dem Metallträgerteil durch eine Zange auf einfache Weise zusammenzudrücken und plastisch bzw. dauerhaft zu verformen. Durch die hierdurch erzeugte Klemmkraft gibt sich dann die kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Verbindungselement und dem Metallträgerteil.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das Verbindungselement wenigstens einen Haltebereich zur Herstellung einer formschlüssigen Verbindung mit dem Kunststoff auf. in besonders einfacher Ausführung ist das Verbindungselement dabei mit einer oder mehreren Öffnungen durchsetzt, so dass auf einfache Weise eine formschlüssige Verbindung mit dem Kunststoff, welcher dann in die entsprechenden Öffnungen ragt, hergestellt werden kann.
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Eine weitere formschlüssige Verbindung zwischen dem Kunststoff und dem Metallträgerteil bzw. Verbindungselement kann dadurch geschaffen werden, dass der Kunststoff in einen Zwischenraum wie beispielsweise einen Spalt zwischen dem Verbindungselement und dem Metallträgerteil eingebracht, beispielsweise eingespritzt, wird. Somit ergibt sich nicht nur eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Kunststoff und dem Verbindungselement, sondern darüber hinaus wird dieses auch nochmals zusätzlich am Metallträgerteil fixiert.
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Die vorstehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verbundbauteil beschriebenen Vorteile gelten in ebensolcher Weise für das Verfahren gemäß Patentanspruch 6.
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Vorzugsweise wird das Metallträgerteil als Hohlprofil ausgebildet, damit es nach dem jeweiligen konstruktiven oder funktionellen Bedarf mittels fluidischen Innenhochdrucks umgeformt werden kann. Die Anbringung des Kunststoffes erfolgt mittels Spritzgießen, wobei dieser Vorgang während des Innenhochdruckumformens oder im Anschluss daran ausgeführt wird. Infolge der Bereitstellung des separaten Bauteils, also des Verbindungselements, kann auf diffizile Ausformungen oder Eindrückungen des Hohlprofils beim Umformen verzichtet werden, die Formschluss gebende Verankerungspunkte für den Kunststoff geben. Der Umformvorgang wird somit verfahrens- und vorrichtungstechnisch vereinfacht.
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Der Kunststoff, der im Übrigen faserverstärkt sein kann, kann lediglich lokal im Haltebereich des Verbindungselements angespritzt sein. Alternativ ist auch denkbar, den Kunststoff allein am Verbindungselement umlaufend anzuspritzen, so dass dieses zumindest weitgehend vom Kunststoff abdeckt ist. Bei der Verwendung von mehreren parallelen axial beabstandet am Metallträgerteil angebrachten Verbindungselementen kann die Anspritzung sich auch zwischen den Verbindungselementen erstrecken, wobei diese jeweils einen Verankerungsbereich für den Kunststoff darstellen. Hierdurch ist es möglich, netzartige Kunststoffstrukturen und vorzugsweise mit diesen stoffschlüssig, d. h. einstückig verbundene ausladende Funktionsbauteile wie Konsolen aus Kunststoff am Metallträgerteil anzubringen, ohne dass Probleme mit der Haftung bzw. dem Halt des Kunststoffs am Trägerteil auftreten. Genannte Funktionsbauteile können jedoch ebenfalls lokal am Verbindungselement über den dort angespritzten Kunststoff angebunden sein. Des Weiteren ist auch denkbar, an das Verbindungselement angrenzende Bereiche des Metallträgerteils vollumfänglich zu umspritzen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der einzigen Zeichnung.
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In der einzigen Figur ist dabei in einer ausschnittsweisen und schematischen Perspektivansicht ein Verbundbauteil für einen Kraftwagen dargestellt mit einem als Profilrohr ausgebildeten Metallträgerteil, welches zumindest in einem Verbindungsbereich mit einem symbolisch angedeuteten Kunststoff versehen ist, wobei an dem Metallträgerteil im Verbindungsbereich mit dem Kunststoff ein separates Verbindungselement vorgesehen ist, welches kraftschlüssig mit dem Metallträgerteil verbunden ist.
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Von einem Hybridbauteil bzw. einem Verbundbauteil für einen Kraftwagen ist in der einzigen Figur in einer ausschnittsweisen Perspektivansicht ein Metallträgerteil 10 erkennbar. Dieses Metallträgerteil 10 ist im vorliegenden Fall ein Profilrohr mit im Wesentlichen kegelstumpfförmigem Querschnitt, welches beispielsweise durch Strangpressen hergestellt ist. Es ist jedoch klar, dass die vorliegende Erfindung nicht auf ein derartiges Profilrohr beschränkt ist. Vielmehr ist eine Vielzahl von Metallträgerteilen 10 mit anderem, hohlem oder vollem Querschnitt denkbar.
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Dieses Metallträgerteil 10 wird in einem im Weiteren noch näher beschriebenen Verfahren zumindest bereichsweise außenseitig mit einem Kunststoff 12 versehen. Dieser Kunststoff 12 ist dabei in der Figur entlang einer Schnittlinie 14 geschnitten dargestellt, damit ein darunter liegender Verbindungsbereich 16 zwischen dem Metallträgerteil 10 und dem Kunststoff 12 erkennbar wird.
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In diesem Verbindungsbereich 16 ist es demzufolge vorgesehen, dass der Kunststoff 12 mit dem Metallträgerteil 10 verbunden ist bzw. einen entsprechenden Verbund bildet. Damit dieser Verbund zwischen Kunststoff 12 und Metallträgerteil 10 besonders stabil ist, so dass der Kunststoff 12 beispielsweise nicht aufgrund einer entsprechenden mechanischen Kraft relativ zum Metallträgerteil 10 verschoben werden kann, ist im Verbindungsbereich 16 ein entsprechendes Verbindungselement 18 vorgesehen. Dieses Verbindungselement 18 ist vorliegend als Klemme bzw. Klemmelement ausgebildet, welches das Metallträgerteil 10 außenumfangsseitig umgibt bzw. umschließt. Das Verbindungselement 18 ist im vorliegenden Fall aus einem Metallband gebildet; andere Materialien wie Kunststoff und andere Ausgestaltungen wären jedoch ebenfalls denkbar. Hierbei weist das Metallband in einem in der Figur oben dargestellten Teil einen Verformungsbereich 20 auf, welcher zur Herstellung einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem Verbindungselement 18 und dem Metallträgerteil 10 entsprechend verformt werden kann. Der Verformungsbereich 20 weist im vorliegenden Fall eine im Querschnitt etwa U-förmige Kontur auf mit zwei jeweils quer zu einer korrespondierenden Wand 22 des Metallträgerteils 10 abstehenden Schenkel 24, 26, die über einen Verbindungsschenkel 28 einstückig miteinander verbunden sind. Durch Anlegen beispielsweise einer pneumatischen Zange an die beiden Schenkel 24, 26 kann somit beispielsweise eine die beiden Schenkeln 24, 26 gegeneinander drückende Kraft bewirkt werden, so dass der Verbindungsschenkel 28 entsprechend plastisch und dauerhaft deformiert wird. Die durch die pneumatische Zange aufgebrachte resultierende Normalkraft bewirkt dabei, dass sich das vorliegend als Klemmelement wirkende Verbindungselement 18 entsprechend formschlüssig und außenumfangsseitig mit dem Metallträgerteil 10 verbindet.
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Des Weiteren weist das Verbindungselement 18 vorliegend im Bereich des Verbindungsschenkels 28 einen Haltebereich 30 auf, mittels welchem eine formschlüssige Verbindung mit dem Kunststoff 12 herzustellen ist. Dieser Haltebereich 30 ist vorliegend als im Wesentlichen rechteckförmige, fensterartige Durchgangsöffnung ausgebildet, in welche beim Versehen des Metallträgerteils 10 mit dem Kunststoff 12 entsprechendes Kunststoffmaterial gelangt. Anstelle eines solchen Haltebereichs wären natürlich auch andere Vorsprünge, Erhebungen oder Vertiefungen denkbar.
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Außerdem kann das Verbindungselement 18 so ausgestaltet sein, dass zwischen diesem und dem Metallträgerteil 10 zur Herstellung einer formschlüssigen Verbindung ein Zwischenraum 32 vorgesehen ist. Im vorliegenden Fall ergibt sich ein derartiger Zwischenraum zwischen dem Verbindungsschenkel 28 des Verbindungselements 18 und der korrespondierenden Wand 22 des Metallträgerteils 10. Das Verbindungselement 28 kann beispielsweise auch Distanzmittel oder dergleichen aufweisen, so dass ein geringer Zwischenraum zwischen dem Verbindungselement 18 und dem Metallträgerteil 10 entsteht. Insgesamt soll der besagte Zwischenraum 32 beim Versehen mit Kunststoff 12 ausgefüllt werden, um hierdurch eine zusätzliche formschlüssige Verbindung durch einen entsprechenden Hinterschnitt zu erreichen.
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Bei dem Verfahren zum Herstellen des beschriebenen Verbundbauteils wird somit zunächst das Verbindungselement 18 an dem Metallträgerteil 10 angeordnet und kraftschlüssig mit diesem im Verbindungsbereich 16 verbunden. Nachdem diese kraftschlüssige Verbindung geschaffen ist, kann anschließend der Kunststoff 12 – im vorliegenden Fall ein Polymer, insbesondere ein Thermoplast – entsprechend im Verbindungsbereich 16 beispielsweise durch Spritzgießen oder dgl. aufgebracht werden. Durch das lokal angeordnete Verbindungselement 18 wird dabei erreicht, dass sich nicht nur eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Kunststoff 12 und dem Metallträgerteil 10 ergibt, sondern ebenfalls eine formschlüssige Verbindung. Diese formschlüssige Verbindung wird insbesondere dadurch zusätzlich befördert, dass entsprechende Haltebereiche 30 bzw. Zwischenräume 32 vorgesehen werden, in welche der Kunststoff 12 gelangen kann. Beim Spritzgießen beispielsweise gelangt eine plastifizierte Polymermasse in den Spalt bzw. Zwischenraum 32 zwischen dem Verbindungselement 18 und dem Metallträgerteil 10 sowie in die hierfür vorgesehenen Haltebereiche 30. Beim anschließenden Abkühlen der Polymermasse des Kunststoffs 12 bildet sich so eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Metallträgerteil 10 und dem Kunststoff 12.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Metallträgerteil
- 12
- Kunststoff
- 14
- Schnittlinie
- 16
- Verbindungsbereich
- 18
- Verbindungselement
- 20
- Verformungsbereich
- 22
- Wand
- 24
- Schenkel
- 26
- Schenkel
- 28
- Verbindungsschenkel
- 30
- Haltebereich
- 32
- Zwischenraum
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008061166 A1 [0004]
