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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Tragstruktur für den Vorderwagen eines Kraftfahrzeugs, insbesondere einen sog. Montageträger zur Anbringung eines Wärmetauschers oder dergleichen.
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In modernen Kraftfahrzeugen sind der Kühlergrill und die dahinter liegenden Nebenaggregate wie bspw. der Wärmetauscher der Motorkühlung nicht unmittelbar an der Fahrzeugstruktur angebracht sondern an einer daran befestigten Tragstruktur, die typisch als Montageträger bezeichnet wird. Dies hat den an sich bekannten Vorteil, dass unterschiedliche Motorvarianten mit unterschiedlichen Nebenaggregaten ohne eine Änderung der Fahrzeugstruktur realisiert werden können. Außerdem vereinfacht der Montageträger die Vormontage des Kühlermoduls und kann bei geeigneter Auslegung gegenüber einer unmittelbaren Anbindung auch Gewicht einsparen. Bekannte Montageträger sind aus den amtlichen Druckschriften
DE 10 2008 026 977 A1 und
DE 10 2010 012 123 A1 bekannt. Insbesondere aus dem zuerst genannten Dokument geht hervor, wie der Montageträger mit der Fahrzeugstruktur in gebräuchlicher Weise verbunden wird.
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Aus den vorangehend zitierten Dokumenten geht weiterhin hervor, dass die gebräuchlichen Montageträger unter Kostenaspekten vorteilhaft im Spritzgießverfahren aus faserverstärktem Kunststoffmaterial hergestellt werden. Zudem wird dort und in dem weiteren Dokument
DE 20 2006 019 341 U1 beschrieben, dass in das spritzgegossene Kunststoffmaterial der konventionellen Montageträger an stark beanspruchten Stellen Blechstrukturen oder Zuschnitte aus sog. Organoblech als Verstärkungen eingebettet sein können. Als Organoblech wird dabei ein mit einem thermoplastischen Kunstharz getränktes textiles Flächengebilde bezeichnet. Insbesondere kann es sich bei dem Flächengebilde um ein Gewebe oder Vlies aus Natur-, Karbon-, Glas- oder Mineralfa- sern handeln. Die thermoplastische Eigenschaft des Kunstharzes bewirkt, dass die dadurch gebildete Matrix durch Erwärmen erweichbar ist und sich das im Lieferzustand typisch flache Organoblech nach dem Erwärmen auf die Erweichungstemperatur durch Pressen in eine profilierte Form umformen lässt. Wie der Name des Ausgangsmaterials andeutet, besteht in der Verarbeitung und den damit erreichbaren Formen eine Ähnlichkeit mit dem Ziehen oder Umformen von Metallblechen. Im Vergleich zum Spritzgießen eines mit Fasern oder Textilschnitt versetzten Kunststoffmaterials bietet das Organoblech den Vorteil eines wesentlich höheren und genauer definierten Fasergehalts. Zudem können beim Spritzgießen nur Fasern oder Faseraggregate mit einer geringen Länge im Bereich von einigen Millimetern verarbeitet werden. Organobleche hingegen enthalten typisch Fasern mit einer Länge von mehreren Zentimetern. Gegenüber einem Metallblech ergibt der Einsatz von Organoblech häufig eine Gewichtseinsparung. Außerdem kann bei geeigneter Auswahl des Kunststoffmaterials für die Einbettung des Organoblechs auf Maßnahmen zur Verbesserung der Haftung an der Grenzfläche verzichtet werden. Falls für die Einbettung ein zu der Matrix des Organo- blechs stofflich identisches thermoplastisches Kunstharz verwendet wird, lässt sich un-mittelbar beim Spritzgießen eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Organo-blech und dem umgebenden Kunststoffmaterial erreichen. Damit können die von der Einbettung von Stahlblechen bekannten Maßnahmen wie die Oberflächenbehandlung und die formschlüssige Einbettung ganz oder teilweise entfallen. Schließlich können sich Vorteile in Bezug auf die Wiederverwertung ergeben. Bei geeigneter Materialwahl lassen sich Reste und Gebrauchtteile aus oder mit Einsätzen oder Einlagen aus Organoblech zerkleinert als sog. Recyclat anteilig einem frischen Kunststoffgranulat zumischen und wiederverwerten.
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Allerdings wird mit Organoblech-Einlegern bei identischer Dimensionierung regelmäßig nicht die Stabilität eines umspritzten Metallblechs erreicht. Deshalb besteht häufig die Notwendigkeit größerer Querschnitte. Bei den beschriebenen Montageträgern sind größere Querschnitte allerdings häufig unerwünscht, weil damit eine Verringerung des für die Nebenaggregate zur Verfügung stehenden Bauraums einhergeht.
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Aus einer nicht vorveröffentlichten Anmeldung ist es weiterhin bekannt, einen Montageträger derart weiterzubilden, dass bei fertigungsgerechter Konstruktion ohne eine Ver-Zierteilen, Nebenaggregaten oder dergleichen ausgebildet und umfasst einen länglichen horizontalen Tragbalken. Der Tragbalken ist dabei ein umgeformter Zuschnitt eines Organoblechs mit einer in Längsrichtung verlaufenden rinnenförmigen Vertiefung, an dessen Längsrandstreifen ist einseitig oder beidseitig ein Hohlprofil aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial stoffschlüssig und vorzugsweise formschlüssig angebracht.
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Aus der
EP 2 284 066 B1 ist ein Front-Querträger bekannt, der aus einem oberen und einem unteren Teil hergestellt ist, wobei die beiden Teile, die sich über die gesamte Breite des Trägers erstrecken, mit Rastverbindungen verbunden sind.
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Aus der
WO 2011/ 058 152 A1 ist eine modulare Stoßfängeranordnung für ein Fahrzeug bekannt, umfassend einen Querträger aus faserverstärktem Kunststoff, zwei Seitenteile aus Kunststoff, wobei an jedem der beiden Enden des Querträgers jeweils ein Seitenteil angeordnet ist, und zwei Befestigungsteile zur Befestigung der Stoßfängeranordnung an einer Karosseriestruktur des Fahrzeugs, wobei jeweils ein Befestigungsteil an einem Seitenteil befestigt ist. Die Bauteile können dabei aus Organoblechen sein.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Montageträger aus einem umgeformten Zuschnitt eines Organoblechs derart weiterzubilden, dass nach der Montage der Tragstruktur an der Fahrzeugstruktur ein unkomplizierter, schneller Austausch eines an der Tragstruktur angeordneten Aggregats beispielsweise eines Kühlermoduls möglich ist.
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Diese Aufgabe löst die vorliegende Erfindung durch eine Tragstruktur mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Um den Austausch eines an dem Montageträger angebrachten Wärmetauschers oder dergleichen schnell vornehmen zu können, werden die Montageträger vorzugsweise mehrteilig ausgeführt.
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Insbesondere umfassen der Montageträger dabei ein Mittelteil und zwei seitlich an das Mittelteil als separate Bauteile sich anschließende Seitenteile.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Fahrzeugverkleidungsteils ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend beispielshalber beschrieben, wobei veranschaulichend auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird.
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Darin zeigen:
- 1 eine schematische perspektivische Ansicht auf einen Teil einer Tragstruktur für den Vorderwagen eines Kraftfahrzeugs von schräg oben;
- 2 eine schematische perspektivische Ansicht auf die Tragstruktur gemäß 1 von schräg unten;
- 3 eine schematische Ansicht auf einen Querschnitt durch das Mittelteil des Tragbalken in einer zu dessen Längsrichtung ungefähr senkrechten Ebene entlang der Linie A-A in 1;
- 4 eine schematische Ansicht auf einen Querschnitt durch den Tragbalken und die Streben in einer ungefähr senkrechten Ebene entlang der Linie B-B in 1;
- 5 eine schematische Ansicht auf einen Querschnitt durch die Streben in einer zum Tragbalken ungefähr parallelen Ebene entlang der Linie C-C in 1,
- 6 eine schematische Ansicht auf einen Querschnitt durch den gekröpften Überstand des Tragbalkens in einer zu dessen Längsrichtung ungefähr senkrechten Ebene entlang der Linie D-D in 1,
- 7 eine schematische perspektivische Ansicht auf einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Tragstruktur im Bereich von Verbindungsstellen zwischen dem Mittelteil und einem Seitenteil von schräg oben,
- 8 eine schematische perspektivische Ansicht auf das Seitenteil im Bereich der Verbindungsstellen von schräg oben,
- 9 eine schematische perspektivische Ansicht auf das Seitenteil gemäß 7 von schräg unten; und
- 10 einen Querschnitt durch den Bereich der Verbindungsstelle zwischen dem Mittelteil und dem Seitenteil.
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Die 1 und 2 zeigen eine Hälfte eines Zusammenbaus einer Tragstruktur 1 gemäß der vorliegenden Erfindung von oben bzw. von unten. Die vollständige Tragstruktur 1 umfasst die in den Zeichnungen dargestellte rechte Hälfte und eine damit am äußeren linken Ende zusammenhängende ungefähr spiegelbildliche, ähnliche Anordnung, die aus Gründen der Übersichtlichkeit in den Zeichnungen nicht dargestellt ist. Die gesamte Tragstruktur ist damit grob gesprochen ein dreidimensionales Rahmengebilde mit einem portalähnlichen mittleren Abschnitt, von dessen Oberseite gekröpfte, d.h. aus der durch den mittleren Abschnitt aufgespannten Ebene herausragende, seitliche Schenkel oder Überstände anschließen. Im Bereich des mittleren Abschnitts wird nach dem Einbau typisch ein Wärmetauscher angeordnet und fixiert sein. Die seitlich abstehenden Schenkel dienen typisch der Anbindung an einer sog. Radhausbank einer Fahrzeugkarosserie.
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Die dargestellte hälftige Tragstruktur 1 umfasst einen Tragbalken 21, 22, der in der vorliegenden Ausführungsform aus einem Mittelteil 21 und einem Außenteil 22 gefügt und an der Verbindungsstelle 5 auf einer vorderen und einer hinteren Strebe 3, 4 aufgelagert ist. Dabei bildet das Mittelteil 21 zusammen mit den Streben 3, 4 die rechte Hälfte des beschriebenen portalähnlichen mittleren Abschnitts der gesamten Tragstruktur. Das dargestellte rechte Außenteil 22 vermittelt zusammen mit dem nicht dargestellten linken Außenteil die Anbindungen an die Radhausbänke rechts und links.
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Wie aus den Schnittansichten in den 3, 4 und 5 deutlich wird, sind das Mittelteil 21 und das Außenteil 22 des Tragbalkens 2 in prinzipiell gleichartiger Weise aufgebaut. Auf ungefähr der gesamten Länge von Mittel- 21 und Außenteil 22 ist ein umgeformter Zuschnitt eines Organoblechs 211, 221 in eine Struktur aus einem Kunststoffmaterial eingebettet. Der Zuschnitt 211, 221 hat jeweils die Form einer länglichen Rinne, wobei die rinnenförmige Vertiefung 212, 222 innerhalb eines mittleren Streifens verläuft, an den sich seitlich deutlich abstehende Randstreifen 215, 225 anschließen. In dem innerhalb der rinnenförmigen Vertiefung 212, 222 liegenden Abschnitt hat das einbettende Kunststoffmaterial die Form einer Kreuzverrippung 213, 224. Diese verhindert ein lokales Einknicken oder Einfalten des Zuschnitts 211, 221 bei einer Biegebelastung und bewirkt damit eine Aussteifung, d.h. eine erhebliche Erhöhung der Biegesteifigkeit. Das an die flachen Randstreifen 215, 225 angrenzend angeformte und damit stoffschlüssig verbundene Kunststoffmaterial ist in der Form von zwei Hohlprofilen 216, 226 ausgebildet. Deren äußere Durchmesser sind ungefähr in der Größenordnung der Tiefe der rinnenförmigen Vertiefung 212, 222 gewählt. Dadurch nutzen die Hohlprofile 216, 226 den zur Verfügung stehenden Bauraum ohne eine unerwünschte Vergrößerung der vertikalen Dicke des Tragbalkens 2 optimal aus.
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Insbesondere aus der Schnittansicht in der 6 ist zu erkennen, dass auch die Streben 3, 4 in prinzipiell gleicher Weise aufgebaut sein können. Wiederum ist ein umgeformter Zuschnitt 31, 41 eines Organoblechs in Längsrichtung mit einem angeformten Hohlprofil 32, 42 stoffschlüssig verbunden und verstärkt. Der Zuschnitt weist allerdings einen C-förmigen Querschnitt ohne seitlich abstehende Ränder auf. Derartige Ränder erübrigen sich wegen der abweichenden Anordnung der Hohlprofile 32, 42 und der im Vergleich zum Tragbalken 2 geringeren Anforderungen an die Knickstabilität der Streben 3, 4.
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Wie bereits eingangs geschildert, ist die Tragstruktur 1 mehrteilig ausgeführt und umfasst ein Mittelteil 21 und seitlich angefügte Außenteile 22. Die Verbindungsstellen 5 sind dabei auf einer vorderen und hinteren Strebe 3,4 aufgelagert. In den 7 bis 10 wird nachfolgend die Verbindung der Außenteile mit dem Mittelteil 21 im Bereich der Verbindungsstellen 5 näher beschrieben. In den Zeichnungen ist der Einfachheit halber nur ein Ausschnitt der einen Hälfte des beschriebenen portalähnlichen mittleren Abschnitts der gesamten Tragstruktur im Bereich der Verbindungsstellen gezeigt.
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Die in der 7 markierten kreisförmigen Bereiche zeigen die Tragstruktur 1 im zusammengefügten Zustand mit zwei Bereichen, die eine Rastverbindung 7 aufweisen. Die Rastverbindung 7 umfasst dabei ein erstes und ein zweites Verbindungselement 71, 72. Das erste Verbindungselement 71 ist als eine das Außenteil 22 auf der Oberseite und Unterseite randseitig umgreifende schachbrettartige Gitterstruktur ausgeführt. Diese schachbrettartig ausgestaltete Gitterstruktur besteht aus kreuzförmig sich überschneidenden streifenförmigen Abschnitten, die eine Vielzahl im Querschnitt quadratische Verrastausschnitte 711 bilden. Auf dem mit dem Außenteil 22 zu verbindenden Mittelteil 21 sind an dem entsprechenden Randbereich zweite Verbindungselemente 72 aus einem Kunststoffmaterial angeformt. Diese Verbindungselemente 72 sind an der Unterseite des Mittelteils 21 ausgeführt, und weisen eine zu den Gitterstrukturen bzw. den Abmessungen der Verrastausschnitte 711 korrespondierend ausgestaltete Noppenprofile 721 auf. Beim Zusammenfügen kann mittels der Verbindungselemente 71, 72 sehr schnell eine lösbare Rastverbindung 7 zwischen dem Mittelteil 21 und den seitlich auskragend angefügten Außenteilen 22 hergestellt werden.
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Die 10 zeigt eine Verbindungsstelle 5 zwischen Mittelteil 21 und Außenteil 22 im Schnitt. Wie man es aus der Schnittdarstellung erkennen kann, ist das Außenteil 22 über die an der Unterseite angeordnete schachbrettartige Gitterstruktur mit einem Befestigungsfuß 8 lösbar verrastet gehalten. Die in den Zeichnungen dargestellte Rastverbindung 7 kann auch beliebig anders ausgestaltet sein.
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Die erfindungsgemäß ausgebildeten Einzelteile des beschriebene Montageträgers, nämlich das Mittelteil 21 und das Außenteil 22 sowie die Streben 3, 4, sind besonders vorteilhaft durch ein gebräuchliches Gasinnendruck-Spritzgießverfahren herstellbar.
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Innendruck-Spritzgießen ist ein spezialisiertes Spritzgießverfahren zur Herstellung hohler Werkstücke. Der Unterschied zum normalen Spritzgießen besteht in einem speziellen Arbeitsschritt gegen Ende der Werkzeugfüllphase bzw. nach einer definierten Teilfüllung der Gussform. Im verfahrensspezifischen Arbeitsschritt wird ein vorübergehender Füllstoff (Wasser oder inertes Gas) so in eine teilgefüllte Form injiziert, dass es als inneres Formstück wirkt. Durch die Verdrängung der Schmelze aus der Mitte wächst zum einen ein Hohlraum und zum anderen wird die Schmelze an bzw. in die äußere Gussform gedrückt. Weiterhin bekannt und einsetzbar ist das Innendruck Spritzgießverfahren nach der Projektilinjektionstechn ik.
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Die in das Spritzgießteil einzubettenden Einleger oder Einsätze aus umgeformten Zuschnitten eines Organoblechs 211, 221, 31, 41 werden in an sich bekannter Weise durch Schneiden, Anwärmen, Pressen und Abkühlen hergestellt und an den vorgesehenen Lagen in das Formwerkzeug eingesetzt und dort fixiert. Nach dem Schließen des Formwerkzeugs wird der verbleibende Raum in der Kavität mit einer flüssigen Schmelze eines vorzugsweise faserbeladenen thermoplastischen Kunststoffmaterials gefüllt. Bei dem nachfolgend beschriebenen Spritzgießverfahren werden sowohl die randseitig ausgebildeten Hohlprofile, eine zur Erhöhung der Biegesteifigkeit ausgebildete Kreuzverrippung und die schachbrettartig bzw. mit einer Noppenstruktur versehenen Verbindungselemente erzeugt.
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In dem am häufigsten verwendeten sog. Nebenkavitätsverfahren wird die Füllung des geschlossenen Formwerkzeugs vollständig durchgeführt. In der Kavität verbleiben nach dem Einspritzen keine ungefüllten Bereiche oder Gasblasen. Nach einer kurzen Abkühlzeit wird an dem Formwerkzeug ein Auslasskanal zu einer Nebenkavität geöffnet und an einer davon beabstandeten Stelle mit dem Einpressen eines vorzugsweise inerten Gases begonnen. Diese Gaszufuhr treibt die im inneren der Kavität vorhandene noch flüssige Kunststoffschmelze in die Nebenkavität aus. Dabei ist die Nebenkavität derart bemessen, dass die darin aufgenommene Kunststoffmenge dem Volumen des innerhalb des Werkstücks zu bildenden Hohlraums entspricht. Nach dem Füllen der Nebenkavität bleibt der Gasdruck bis zum Abkühlen und Verfestigen des Werkstücks aufrecht. Danach kann der Gasdruck abgebaut werden und das Werkstück nach dem Öffnen des Formwerkzeugs entnommen werden. Der aus der Nebenkavität stammende Anguss wird schließlich vom Werkstück entfernt. Das zuvor beschriebene Aufblasverfahren ist bei der Gasinjektionstechnik sowie bei der nicht näher beschriebenen Wasserinjektionstechnik für nicht sichtbare Verstärkungen einsetzbar. Hierdurch wird eine Verminderung des Materialeinsatzes erreicht.
