DE102012000633A1

DE102012000633A1 - Konsolenelement zur Halterung einer Lenksäule eines Kraftwagens sowie Verfahren zum Herstellen eines solchen Konsolenelements

Info

Publication number: DE102012000633A1
Application number: DE201210000633
Authority: DE
Inventors: Eckhard Reese
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2012-01-14
Filing date: 2012-01-14
Publication date: 2013-07-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Konsolenelement (10) zur Halterung einer Lenksäule eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, über welche ein Lenkrad mit wenigstens einem lenkbaren Rad des Kraftwagens koppelbar ist, wobei das Konsolenelement (10) als Hybridbauteil mit wenigstens einem Grundkörper (12), der mit zumindest einem Kunststoff (14) zu dem Hybridbauteil ergänzt ist, ausgebildet ist, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Konsolenelements (10).

Description

Die Erfindung betrifft ein Konsolenelement zur Halterung einer Lenksäule eines Kraftwagens gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Konsolenelements gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 10.
Lenkungskonsolen für Kraftwagen sind aus dem Serienbau von Kraftwagen hinlänglich bekannt. Eine solche Lenkungskonsole dient zur Halterung einer Lenksäule des Kraftwagens, wobei über die Lenksäule ein Lenkrad mit wenigstens einem lenkbaren Rad des Kraftwagens gekoppelt ist. So können Lenkbewegungen von dem Lenkrad auf das Rad übertragen werden um damit den Kraftwagen zu steuern. Die Lenkungskonsole kann dabei auf die Lenksäule von dem Lenkrad und/oder von dem Rad wirkende Kräfte und/oder Momente aufnehmen und abstützen. Dabei ist die Lenkungskonsole beispielsweise an einem Querträgerelement unterhalb einer Instrumententafel des Cockpits des Kraftwagens angebunden.
Es ist bekannt, die Lenkungskonsole als Aluminium-Druckgussbauteil auszubilden. Bei dem Aluminium-Druckgussverfahren wird Aluminium bzw. eine Aluminiumlegierung in flüssigem oder teigigem Zustand und unter hohem Druck in eine vorgewärmte Form gepresst. Das Aluminium bzw. die Aluminiumlegierung verdrängt in der Form vorhandene Luft und wird während des Erstarrungsvorgangs unter Druck gehalten.
Derartige Aluminium-Druckgussbauteile sind kostenintensiv und erfordern eine spanende Nachbearbeitung. Ferner weisen sie eine oftmals unbefriedigende Dehnbarkeit und Strukturintegrität auf. Zum Ausgleich dieser mechanischen Nachteile ist die Lenkungskonsole mit entsprechenden Wandstärken auszustatten, woraus ein unerwünscht hoher Bauraumbedarf sowie ein hohes Gewicht resultieren.
Die DE 20 2006 019 341 U1 offenbart ein Organoblechstrukturbauteil mit einem strukturversteifenden Kunststoffeinleger, der mit einem thermoplastischen Material derart hinterspritzt bzw. zumindest teilweise umspritzt ist, dass der Kunststoffeinleger und das thermoplastische Material eine stoffschlüssige Verbindung miteinander bilden.
Der EP 1 986 835 B1 ist ein Verfahren zu Herstellen einer Faserverbundstruktur, insbesondere eines Kraftfahrzeug-Karosserieteils, als bekannt zu entnehmen. Bei dem Verfahren wird ein Faserlagenzuschnitt in ein Umform-Spritzgießwerkzeug eingelegt und beim Schließen des Werkzeugs verformt. Anschließend wird die Werkzeugkavität mit der Spritzgießmasse befüllt und die Verbundstruktur nach dem Aushärten der Spritzgießmasse entformt. Dabei wird eine durch den Faserlagenzuschnitt gebildete Fasereinlage derart zugeschnitten, dass nach dem Schließen des Werkzeugs ein randseitiger Spalt zwischen der Fasereinlage und der Werkzeugkavität freigehalten bleibt, welche beim nachfolgenden Spritzgießvorgang durch die Spritzgießmasse ausgefüllt wird. Ferner wird die Fasereinlage vor dem Schließen des Werkzeugs durch mindestens einen voreilenden, in der Werkzeugschließlage zurückgefahrenen Schieber in der Werkzeugkavität lagefixiert.
Als Fasereinlage wird ein vorgetränkter Faserlagenzuschnitt verwendet. Die Fasereinlage wird in der Öffnungslage des Spritzgießwerkreugs durch den Schieber flächig in der Formkavität festgeklemmt, wobei die Fasereinlage im Spritzgießwerkzeug nicht nur randseitig sondern zumindest teilweise auch auf der Vorder- und Rückseite Kunststoff umspritzt wird.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Konsolenelement sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Konsolenelements der eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, so dass das Konsolenelement ein besonders geringes Gewicht und sehr gute mechanische Eigenschaften aufweist.
Diese Aufgabe wird durch ein Konsolenelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Konsolenelements mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Ein solches Konsolenelement für einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen, dient zur Halterung einer Lenksäule eines Kraftwagens, über welche ein Lenkrad mit wenigstens einem lenkbaren Rad des Kraftwagens koppelbar ist.
Erfindungsgemäß ist das Konsolenelement als Hybridbauteil ausgebildet, welches einen Grundkörper umfasst. Der Grundkörper ist dabei mit zumindest einem Kunststoff zu dem Hybridbauteil ergänzt.
Das erfindungsgemäße Konsolenelement weist somit ein besonders geringes Gewicht sowie sehr gute mechanische Eigenschaften auf. Insbesondere weist das in Hybridbauweise ausgestaltete Konsolenelement eine besonders hohe Steifigkeit auf. Das erfindungsgemäße Konsolenelement kann belastungsgerecht hergestellt und an Umgebungseinflüsse wie Motorraumtemperatur, Medienbeständigkeit und Chemikalienbeständigkeit angepasst werden. Dies führt zu einer hohen Lebensdauer des Konsolenelements.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist der Grundkörper zumindest im Wesentlichen aus einem faserverstärkten, weiteren Kunststoff gebildet. Dabei ist es möglich, dass der erste Kunststoff, mit welchem der Grundkörper versehen ist, und der weitere Kunststoff zumindest im Wesentlichen gleich oder voneinander unterschiedlich sind. Mit anderen Worten ist der Grundkörper als Faserkunststoffverbundbauteil ausgebildet und mit dem ersten Kunststoff zu dem Hybridbauteil ergänzt.
Dadurch weist das Konsolenelement eine vorzugsweise belastungsgerechte und belastungsangepasste Faserverbundkunststoffstruktur mit einem geringen Gewicht und vorteilhaften mechanischen Eigenschaften auf. Ein weiterer Vorteil der Faserkunststoffverbundstruktur ist ihr vorteilhaftes Dämpfungsverhalten insbesondere im Vergleich zu Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung. So können über das Rad in die Lenksäule und weiter in das Konsolenelement eingebrachte Schwingen, Stöße und dergleichen vorteilhaft gedämpft werden. Dies geht mit einem besonders hohen Fahrkomfort einher. Dies ist zusammen mit dem geringen Gewicht einem sehr dynamischen Fahrverhalten des Kraftwagens zuträglich.
Das erfindungsgemäße Konsolenelement kann auch hinsichtlich ihres Unfallverhaltens bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung des Kraftwagens zumindest im Wesentlichen optimal an auftretende Belastungen angepasst werden. Dem Unfallverhalten des erfindungsgemäßen Konsolenelements kommt insbesondere die hohe Steifigkeit, Festigkeit und Strukturintegrität der Faserkunststoffverbundstruktur zugute.
Zur Darstellung einer kostengünstigen Herstellung des erfindungsgemäßen Konsolenelements in hoher Stückzahl ist es vorteilhaft, für die Herstellung des Grundkörpers ein kontinuierlich zu fertigendes und Ausgangshalbzeug zu verwenden. Das Ausgangshalbzeug kann somit aus dem faserverstärkten, weiteren Kunststoff und/oder als sog. Endlosmaterial hergestellt und beispielsweise auf eine Rolle aufgewickelt sein.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist der faserverstärkte, weitere Kunststoff, insbesondere hoch gefülltes, Polyamid (PA) und/oder oder Polyphthalamid (PPA) und/oder Polyetherketon (PEEK). Der faserverstärkte, weitere Kunststoff stellt dabei einen Matrixwerkstoff dar, in welchem Fasern des Grundkörpers, mittels welchem der weitere Kunststoff verstärkt ist, zumindest teilweise aufgenommen ist. Die genannten thermoplastischen Kunststoffe bieten dabei ein breites Anwendungsspektrum, da sie sich neben ihrer sehr geringen Wasseraufnahme, ihrer vorteilhaften Chemikalienbeständigkeit und ihrer hohen Kerbschlagzähigkeit sowie durch ihre hohe Temperaturstabilität im Hinblick auf thermische Anforderungen im Motorraum des Kraftwagens auszeichnen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der faserverstärkte, weitere Kunststoff des Grundkörpers mittels Glasfasern und/oder Aramidfasern und/oder Stahlfasern, insbesondere Stahllitzen, verstärkt. Dadurch kann das Konsolenelement belastungsgerecht mit sehr guten mechanischen Eigenschaften bei gleichzeitig geringem Gewicht ausgebildet werden. Auch der erste Kunststoff kann durch eine oder wenigstens zwei dieser Faserarten verstärkt sein.
In weiterer besonders vorteilhafter Ausgestaltung weist der Grundkörper eine durch seine Fasern gebildete Textilstruktur auf. Mit anderen Worten ist der Grundkörper bzw. das Ausgangshalbzeug, aus welchem der Grundkörper hergestellt ist, ein Textil, dessen Fasern, die den weiteren Kunststoff verstärken, mittels entsprechender Verbindungstechniken miteinander verbunden sind.
Der Grundkörper ist beispielsweise zumindest bereichsweise als Gewebe, Gelege, Geflecht mit beispielsweise nicht maschenbildendem System oder als Maschenware (gestrickt) ausgebildet. Ebenso ist es möglich, dass durch die Fasern des Grundkörpers eine Netzstruktur gebildet ist. Ein solches Textil erlaubt die Herstellung eines besonders leichten Strukturbauteils wie das Konsolenelement mit hoher Festigkeit, Steifigkeit und Strukturintegrität.
Ebenso möglich ist es, dass die Fasern des Grundkörpers zumindest im Wesentlichen aus einem Kunststoff gebildet sind. Bei der Verwendung von Fasern aus Kunststoff für den Grundkörper (Faserkunststoffverbundbauteil) ist es von Vorteil, die Kunststofffasern mit demgegenüber festeren und/oder steiferen Verstärkungsfasern zu kombinieren, wobei die Verstärkungsfasern aus einem anderweitigen Werkstoff als die Kunststofffasern gebildet sind. Bei den Verstärkungsfasern handelt es sich beispielsweise um Metallfasern, Kohlenstofffasern oder dergleichen.
Die Faserkunststoffverbundstruktur des aus dem faserverstärkten, weiteren Kunststoff gebildeten Grundkörpers ist vorteilhafterweise vollständig imprägniert und konsolidiert. Bei einem Grundkörper bzw. dem Ausgangshalbzeug kann es sich auch um ein trockenes Textil handeln. Ebenso kann der als Textil ausgebildete Grundkörper aus trockenen Hybridrowings gebildet sein. Ein Rowing ist ein Bündel von Fasern bzw. Filamenten, welche insbesondere endlos, unverdreht und gestreckt sind. Hybridrowings umfassen dabei Filamente, welche aus voneinander unterschiedlichen Werkstoffen gebildet sind.
Ferner ist es möglich, den Grundkörper als Textil aus konsolidierten und/oder imprägnierten Rowings und/oder Garnen oder aus Hybridgarnen aus Glasfaser, Kohlenstofffaser, Aramidfaser, Stahllitzen oder eine Kombination zu bilden. Vorteilhafte Herstellungsverfahren für das Textil ist dabei das sog. Jacquard-Weben oder das sog. TFP-Verfahren (TFP – tailored fibre placement). Das Textil kann ein zumindest im Wesentlichen dreidimensionales Gebilde mit wenigstens zwei flächigen Textilbereichen sein, welche schräg oder senkrecht zueinander verlaufen. Ebenso ist es möglich, dass der Grundkörper ein textiles und zumindest im Wesentlichen zweidimensionales Flächengebilde ist. Der Grundkörper kann insbesondere als Organoblech ausgebildet sein, welches mit dem ersten Kunststoff zum Hybridbauteil ergänzt ist.
Zur Darstellung einer guten Faserimprägnierung sowie einer vorteilhaften Haftung des Matrixwerkstoffes an den Fasern des Grundkörpers können zur Herstellung des Ausgangshalbzeugs für den Grundkörper auch sog. Prepregbändchen und/oder Tow-Pregs verwendet werden. Deren Verwendung führt im weiteren Herstellungsverfahren zu einer vorteilhaften Konsolidierung des Ausgangshalbzeugs und hält die Gefahr einer Bildung von Fehlstellen wie beispielsweisen Lufteinschlüssen (Poren, Lunker) besonders gering.
Bei den Prepregbändchen handelt es sich um vorimprägnierte Faserbändchen mit einer insbesondere thermoplastischen Kunststoffmatrix. Bei den sog. Tow-Pregs handelt es sich ebenso um vorimprägnierte Fasern.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist der Grundkörper mittels eines Spritzgussverfahrens mit dem ersten Kunststoff zu dem Hybridbauteil ergänzt. Das Spritzguss erfahren ermöglicht das zeit- und kostengünstige Versehen des Grundkörpers mit dem ersten Kunststoff. Ferner können mittels des Spritzgussverfahrens auch Komplexe Geometrien und insbesondere Funktionsgeometrien hergestellt werden. Die geringe Herstellungszeit führt zu einer besonders effizienten und damit kostengünstigen Herstellung.
Vorzugsweise ist durch den ersten Kunststoff wenigstens ein Anbindungselement gebildet, an welches ein Bauteil, eine Komponente oder dergleichen des Kraftwagens an das Konsolenelement anbindbar ist. Das erfindungsgemäße Konsolenelement erfüllt somit die Aufgabe die Halterung bzw. Lagerung der Lenksäule sowie die weitere Aufgabe, wenigstens ein anderweitiges Bauteil des Kraftwagens zu haltern. Durch diese Funktionsintegration können die Teilanzahl, das Gewicht und die Kosten des Kraftwagens gering gehalten werden. Ferner ist es dadurch möglich, an das Konsolenelement die Lenksäule sowie wenigstens ein weiteres Bauteil des Kraftwagens korrosionsgerecht an dem Konsolenelement anzubinden. Das Anbindungselement ist vorteilhafterweise ein Klips- bzw. Rastelement, welches eine zeit- und kostengünstige Halterung wenigstens eines Bauteils oder dergleichen ermöglicht.
Das Spritzgussverfahren ermöglicht auch, insbesondere bei der Verwendung von PA und PPA, eine schnelle sowie präzise Verarbeitung des ersten Kunststoffs, so dass sich Taktzeiten bei der Serienherstellung gering halten lassen.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist durch den ersten Kunststoff zumindest bereichsweise eine Verstärkungsstruktur gebildet. Mittels der Verstärkungsstruktur ist das Konsolenelement gewichtsgünstig verstärkt und ausgesteift, was die mechanischen Eigenschaften des Konsolenelements und damit den Eigenschaften des Kraftwagens zugutekommt. Die Verstärkungsstruktur kann dabei eine Mehrzahl von Verstärkungsrippen aufweisen. Die Verstärkungsstruktur steift das Konsolenelement aus und führt insbesondere zu einer hohen Knickstabilität und Torsionssteifigkeit des Konsolenelements.
Die Verbindung des Grundkörpers und des ersten Kunststoffs, mit welchem der Grundkorper zum Hybridbauteil ergänzt ist, stellt eine Hybridverbindung dar, welche formschlüssig und/oder stoffschlüssig erfolgt.
Zur Darstellung der formschlüssigen Verbindung ist beispielsweise wenigstens ein Kragen am Grundkörper und/oder am ersten Kunststoff vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich kann der Stoffschluss beispielsweise derart ausgebildet werden, dass sich der erste faserverstärkte Kunststoff und der faserverstärkte, weitere Kunststoff stoffschlüssig miteinander verbinden. Die stoffschlüssige Verbindung wird beispielsweise durch zumindest bereichsweises Anspritzen und/oder zumindest bereichsweises Umspritzen des Grundkörpers im Rahmen des Spritzgussverfahrens mittels eines Spritzgießwerkzeugs durchgeführt.
Eine stoffschlüssige Verbindung ist auch zwischen den Fasern und dem weiteren Kunststoff des Grundkörpers möglich. Sind die Fasern beispielsweise aus einem Kunststoff gebildet, so können sie zumindest teilweise mit dem weiteren Kunststoff verschmolzen werden. Dies führt zu einer besonders festen Verbindung zwischen den Fasern und dem weiteren Kunststoff (Matrixwerkstoff).
Vorzugsweise ist der erste Kunststoff, welcher PA oder PPA sein kann, mittels weiterer Fasern verstärkt. Bei den weiteren Fasern handelt es sich beispielsweise um Glasfasern und/oder um anderweitige Fasern.
Zum Versehen des Grundkörpers bzw. des Ausgangshalbzeugs, aus welchem der Grundkörper hergestellt wird, mit dem ersten Kunststoff wird der Grundkörper bzw. das Ausgangshalbzeug in das Spritzgießwerkzeug eingelegt. Zeitlich vor dem Einlegen kann der Grundkörper bzw. das Ausgangshalbzeug erwärmt werden, so dass der Matrixwerkstoff (weiterer Kunststoff) zumindest bereichsweise geschmolzen oder angeschmolzen wird. Dadurch kann eine vorteilhafte Anordnung und Umhüllung der Fasern des Grundkörpers in dem Matrixwerkstoff realisiert werden, so dass diese besonders fest an dem Matrixwerkstoff haften und zusammen gehalten werden. Ferner kann durch das Erwärmen eine vorteilhafte Umformbarkeit des Ausgangshalbzeugs gewährleistet werden. Das Konsolenelement kann auch eine Mehrzahl von Grundkörpern umfassen. Die Grundkörper können mittels des ersten Kunststoffs miteinander verbunden und zu dem Hybridbauteil ergänzt sein. Dies hält die Teilanzahl und damit das Gewicht und die Kosten des Konsolenelements gering, da zusätzliche Verbindungselemente nicht vorgesehen und nicht vonnöten sind.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist wenigstens eine Erfassungseinrichtung vorgesehen, mittels welcher eine Beschädigung des Konsolenelements erfassbar ist. So können beispielsweise Risse, Faserablösungen, Faserbrüche, Beulen und/oder dergleichen erfasst werden. Dadurch ist es möglich, das Konsolenelement vor einem endgültigen Versagen auszutauschen. Dies kommt der Sicherheit des Kraftwagens zugute.
Die Diagnose des Zustands des Konsolenelements kann dabei erfolgen, ohne dass das Konsolenelement aus dem Kraftwagen ausgebaut werden muss. Dazu ist die Erfassungseinrichtung vorzugsweise in das Konsolenelement integriert. Die Erfassungseinrichtung umfasst beispielsweise wenigstens einen Sensor, welcher in den Grundkörper, beispielsweise in dessen weiteren Kunststoff, und/oder in den ersten Kunststoff zumindest teilweise integriert ist.
Bei dem Sensor kann es sich um einen RSID-Sensor, um einen metallischen Leiterschleifer oder um einen anderweitigen elektrischen und/oder optischen Leiter Handeln. Dadurch ist die einfache Überprüfbarkeit des Zustands des Konsolenelements möglich, da der Sensor beispielsweise schnurlos mit einer Empfangseinrichtung des Kraftwagens gekoppelt sein kann, um so den Zustand des Konsolenelements charakterisierende Signale zu übertragen.
Wird mittels der Erfassungseinrichtung eine Beschädigung des Konsolenelements erfasst, so kann ein entsprechender Hinweis im Cockpit des Kraftwagens angezeigt werden. Mittels der Erfassungseinrichtung können somit auch von außen nicht sichtbare Beschädigungen sicher erfasst und kommuniziert werden. Dadurch ist es möglich, das Konsolenelement effizient und mit einem nur geringen Materialaufwand auszugestalten, so dass das Gewicht gering gehalten werden kann.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst das Konsolenelement wenigstens eine Wickelbuchse, welche eine Aufnahmeöffnung aufweist.
Um Kontaktkorrosion zwischen einer konventionellen Buchse aus Stahl und dem übrigen Konsolenelement zu vermeiden, ist die Wickelbuchse vorzugsweise aus einem Aluminium- oder Stahlblech gebildet, welches zwischen zwei Organoblechen beispielsweise aus PA-GF (glasfaserverstärktes Polyamid) oder auf einem Organoblech beispielsweise aus PA-GF angeordnet. Dadurch wird ein direkter Kontakt zwischen dem Aluminium- bzw. Stahlblech und dem übrigen Konsolenelement vermieden.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Konsolenelement wenigstens ein eine Aufnahmeöffnung aufweisendes und aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildetes Buchsenelement aufweist. Vorzugsweise ist das Buchsenelement mittels eines Pultrusionsverfahrens ausgebildet Dabei wird beispielsweise ein Endlosmaterial im Rahmen des Pultrusionsverfahrens hergestellt und anschließend durch Ablängen eines Stücks von dem Endlosmaterial das Buchsenelement hergestellt.
Fasern, insbesondere Glasfasern, des fasenerstärkten Kunststoffs des Buchsenelements sind vorteilhafterweise zumindest im Wesentlichen unidirektional ausgerichtet. Vorzugsweise verlaufen die zumindest im Wesentlichen unidirektional ausgerichteten Fasern des Buchsenelements in dessen axialer Richtung. Dadurch ist eine vorteilhafte Aufnahme von Belastungen durch das Buchsenelement realisiert. Bei dem Pultrusionsverfahren handelt es sich somit um ein sogenanntes UD-Pultrusionsverfahren (Unidirektionales Pultrusionsverfahren).
Die Aufnahmeöffnung der Wickelbuchse und/oder des Buchsenelements kann vorzugsweise als Durchgangsöffnung ausgebildet sein. Über die als Fügeelement fungierende Wickelbuchse bzw. Buchsenelement können Bauteile, Komponenten und/oder dergleichen an das Konsolenelement angebunden werden. Die Aufnahmeöffnung bzw. Durchgangsöffnung dient beispielsweise zur Aufnahme wenigstens eines Schraubelements, mittels welchem das Anbauteil oder dergleichen an dem Konsolenelement befestigbar ist.
Die Wickelbuchse und/oder das Buchsenelement sind zumindest teilweise in dem Grundkörper und somit gegebenenfalls in dem weiteren Kunststoff des Grundkörpers und/oder zumindest teilweise in dem weiteren Kunststoff aufgenommen, insbesondere vom weiteren Kunststoff umspritzt. Dadurch ist die Wickelbuchse bzw. das Buchsenelement besonders fest mit dem übrigen Konsolenelement verbunden.
Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Herstellen eines Konsolenelements, insbesondere eines erfindungsgemäßen Konsolenelements, welches zur Halterung einer Lenksäule eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, dient.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Konsolenelement als Hybridbauteil ausgebildet wird, das wenigstens einen Grundkörper umfasst, der im Rahmen des Verfahrens mit einem Kunststoff versehen und dadurch zu dem Hybridbauteil ergänzt wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Konsolenelements sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und umgekehrt anzusehen.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann das Konsolenelement zeit- und kostengünstig, mit einem nur geringen Gewicht sowie mit sehr guten mechanischen Eigenschaften ausgebildet werden. Insbesondere ist es mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, das Konsolenelement bedarfsgerecht an während des Betriebs des Kraftwagens auftretende Belastungen bedarfsgerecht anzupassen.
Das Versehen des Grundkörpers mit dem Kunststoff erfolgt vorzugsweise mittels eines Spritzgussverfahrens. Die hohe Genauigkeit des Spritzgussverfahrens ermöglicht eine reproduzierbare Herstellung des Konsolenelements in besonders hoher Stückzahl, so dass Ausschussteile und Nacharbeiten infolge von fehlerhafter Herstellung vermieden oder gering gehalten werden können.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
1 eine schematische Perspektivansicht einer Lenkungskonsole zur Halterung einer Lenksäule eines Personenkraftwagens, wobei die Lenkungskonsole als Hybridbauteil ausgebildet ist, das einen Grundkörper umfasst, der mit einem Kunststoff zu dem Hybridbauteil ergänzt ist;
2 eine schematische Schnittansicht der Lenkungskonsole gemäß 1 entlang der in der 1 dargestellten Schnittlinie A-A;
3 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht einer Ausführungsform des Grundkörpers der Lenkungskonsole gemäß den 1 und 2;
4 eine schematische Perspektivansicht eines Grundkörpers für eine Lenkungskonsole gemäß den 1 und 2;
5 eine schematische Perspektivansicht zweier Grundkörper für eine Lenkungskonsole gemäß den 1 und 2;
6 eine Prinzipdarstellung zur Veranschaulichung des Jacquard-Webens;
7 eine Prinzipdarstellung zur Veranschaulichung des sog. TFP-Verfahrens;
8 jeweils ausschnittsweise schematische Draufsichten einer Ausführungsform der Lenkungskonsole gemäß den 1 und 2;
9 eine schematische Perspektivansicht einer Serienmaschine zur Durchführung des TFP-Verfahrens gemäß 7;
10 eine Prinzipdarstellung zur Veranschaulichung eines Versagensablaufs einer Faserkunststoffverbundstruktur.
11 eine weitere Prinzipdarstellung zur Veranschaulichung zur Überwachung des Zustands der Lenkungskonsole gemäß den 1 und 2;
12 eine schematische Draufsicht und ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer Wickelbuchse für eine Lenkungskonsole gemäß den 1 und 2;
13 jeweils ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer Wickelbuchse gemäß 12; und
14 eine schematische Längsschnittansicht eines unidirektional-pultrudierten Buchsenelements für eine Lenkungskonsole gemäß den 1 und 2.
Die 1 und 2 zeigen eine Lenkungskonsole 10 für einen Personenkraftwagen. Die Lenkungskonsole 10 dient zur Lagerung einer Lenksäule, über welche ein Lenkrad mit lenkbaren Rädern des Personenkraftwagens koppelbar ist. So können über die Lenksäule Lenkbewegungen des Lenkrads auf die lenkbaren Räder übertragen werden.
Wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist, ist die Lenkungskonsole 10 als Hybridbauteil ausgebildet und umfasst wenigstens einen Grundkörper 12, welcher mit einem ersten Kunststoff 14 zu dem Hybridbauteil ergänzt ist.
Zur Herstellung der Lenkungskonsole 10 wird beispielweise der Grundkörper 12 bzw. ein Ausgangshalbzeug, aus welchem der Grundkörper 12 hergestellt wird, in ein Spritzgießwerkzeug eingelegt. Mittels des Spritzgießwerkzeugs wird das Ausgangshalbzeug bzw. der Grundkörper 12 mit dem ersten Kunststoff 14 zumindest teilweise angespritzt und/oder zumindest teilweise umspritzt. Ferner ist es möglich, das Ausgangshalbzeug bzw. den Grundkörper 12 mittels des Spritzgusswerkzeugs umzuformen.
Dadurch ist die Herstellung der Lenkungskonsole 10 in lediglich einem Schritt möglich. Durch ein solches, sogenanntes One-Shot-Verfahren können die Werkzeug- und die Herstellkosten gering gehalten werden. Ferner können die Montage- und die Funktionskosten gering gehalten werden, da die Lenkungskonsole 10 lediglich mittels des Spritzgusswerkzeugs und somit in einer Maschine als selbsttragendes Modul herstellbar ist. Ferner ist dadurch ein In-Mould-Assembly möglich, so dass sehr geringe Fertigungstoleranzen erzielbar sind.
Das Spritzgießverfahren bietet zudem eine besonders hohe Designfreiheit, wobei auch komplexe Geometrien zeit- und kostengünstig hergestellt werden können. Darüber hinaus können Investitionskosten für Tiefziehwerkzeuge gering gehalten werden oder entfallen. Des Weiteren ist eine werkzeugfallende und damit kostengünstige Herstellung möglich. Durch die Lenkungskonsole 10 ist auch ein einfaches Reparaturkonzept dargestellt. Ferner ist ein einfaches Recycling möglich.
Als Grundkörper 12 bzw. Ausgangshalbzeug wird vorzugsweise ein mit einem thermoplastischen Matrixwerkstoff vollständig konsolidierter Einleger oder ein trockener Einleger in das Spritzgusswerkzeug eingelegt. Bei dem thermoplastischen Matrixwerkstoff kann es sich beispielsweise um Polyamid oder um Polyphthalamid oder um einen anderweitigen thermoplastischen, zweiten Kunststoff handeln. Der zweite Kunststoff, der der Matrixwerkstoff ist, ist vorteilhafterweise mittels erster Fasern verstärkt, welche auch als Grundkörperfasern bezeichnet werden. Dies bedeutet, dass das Ausgangshalbzeug bzw. der Grundkörper 12 aus dem faserverstärkten, zweiten Kunststoff und somit als Faserkunststoffverbundbauteil ausgebildet ist. Der Grundkörper 12 kann auch als Organoblech ausgebildet sein.
Auch der erste Kunststoff 14 kann mittels zweiter Fasern verstärkt und somit als faserverstärkter, erster Kunststoff 14 ausgebildet sein. Vorzugsweise ist der erste Kunststoff 14 kompatibel zum zweiten Kunststoff des Grundkörpers. Bei dem faserverstärkten, zweiten Kunststoff handelt es sich vorteilhafterweise um einen kurzglasfaserverstärkten, thermoplastischen Kunststoff.
Das Ausgangshalbzeug bzw. der Grundkörper 12 wird nach Einlegen in das Spritzgusswerkzeug positioniert und mit dem ersten Kunststoff 14 versehen, wobei vorzugsweise durch den ersten Kunststoff 14 eine Verstärkungsstruktur mit Verstärkungsrippen ausgebildet wird. Ferner können durch den ersten Kunststoff 14 gebildet, mittels welcher die Lenkungskonsole 10 ausgesteift ist. Vortellhafterweise werden durch den ersten Kunststoff 14 auch Funktionsstellen gebildet.
Der erste Kunststoff 14 ist vorteilhafterweise mit dem zweiten Kunststoff des Grundkörpers 12 bzw. des Ausgangshalbzeugs kompatibel und beispielsweise ein kurzglasfaserverstärkter, thermoplastischer Kunststoff wie beispielsweise Polyamid (PA), Duretan BKV60 EF oder Polyphthalamid (PPA).
Durch das Versehen des Grundkörpers 12 mit dem ersten Kunststoff 14 wird der Grundkörper 12 unlösbar mit dem ersten Kunststoff 14 verbunden, so dass eine krafttragende, stoffschlüssige Faserkunststoffverbundstruktur entsteht (Einstofflösung).
Der Grundkörper 12 bzw. das Ausgangshalbzeug ist vorzugsweise ein Organoblech mit den Grundkörperfasern, die zumindest teilweise in dem als Matrixwerkstoff fungierenden zweiten Kunststoff des Grundkörpers 12 eingebettet sind. Die Grundkörperfasern des Grundkörpers 12 sind vorzugsweise mittels entsprechender Verbindungstechniken miteinander verbunden, beispielsweise miteinander verwebt, so dass es sich bei den Grundkörper 12 bzw. bei dem Ausgangshalbzeug um einen Textileinleger handelt. Wie der 3 zu entnehmen ist, kann der Grundkörper 12 auch eine Netzstruktur aufweisen, die einen Verbund aus Metalldrähten 16 und Kunststofffasern 18 darstellt, der in dem Matrixwerkstoff zumindest teilweise aufgenommen ist.
Wie der 4 zu entnehmen ist, kann die Lenkungskonsole 10 auch eine Mehrzahl von Grundkörpern umfassen, welche mit dem ersten Kunststoff 14 zu dem Hybridbauteil ergänzt werden. Gemäß der 4 sind als Grundkörper ein erstes Organoblech 20 sowie ein zweites Organoblech 22 vorgesehen. Die Organobleche 20, 22 können dabei die in der 3 gezeigte Netzstrukturen aufweisen, so dass sie insbesondere im Fall einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung des Personenkraftwagens hoch belastbar sind. Die Organobleche 20, 22 werden dabei mittels des ersten Kunststoffs 14 miteinander verbunden, um die Lenkungskonsole 10 auszubilden. Bei den Grundkörperfasern handelt es sich beispielsweise um Metallfasern und/oder Aramidfasern und/oder Kohlefasern und/oder Glasfasern und/oder Metallfasern. Die 5 zeigt den Grundkörper 12 in einer perspektivischen Ansicht.
Zur Herstellung der Lenkungskonsole 10 können die schalenförmigen, dünnwandigen Organobleche 20, 22 auch in bereichsweise Überlappung angeordnet und durch eine geeignete, schonende Fügetechnik wie beispielsweise Plasmaschweiß, Heißgasschweißen oder Ultraschallschweißen zeitlich vor dem Spritzgießen miteinander verbunden und/oder im Spritzgusswerkzeug mittels eines Spritzguss-In-Mode-Assembly-Verfahrens stoffschlüssig miteinander verbunden. Zum schonenden Verbinden der Organobleche 20, 22 zeitlich vor dem Spritzgießen ist es auch möglich, die Organobleche 20, 22 vorzuwärmen und miteinander zu verpressen.
Wie der 6 zu entnehmen ist, kann der Grundkörper 12 auch als dreidimensionaler Textileinleger ausgebildet sein, der in das Spritzgusswerkzeug eingelegt, konsolidiert und mit dem ersten Kunststoff 14 umspritzt wird. Die 6 veranschaulicht die Herstellung des dreidimensionalen Textileinlegers durch das Jacquard-Weben. Der dreidimensionale Textileinleger wird mittels eines Jacquard-Webstuhls mit einem Kettbaum 24, einer Streichwalze 26, Teilstäben 28, Gewichten 30, eines Rieds 32 (Webkamm), eines Webfachs 34, eines Großbaums 36, einer Schütze mit Schussfäden 38, und einem Warenbaum 40 hergestellt. Dabei steuern einzelne Harnisch-Schnüre 41 die Ketthebung und Kettsenkungen.
Durch das Jacquard-Weben ist es möglich, einen belastungsgerechten Gewebeaufbau des dreidimensionalen Textileinlegers zu realisieren. Alle Kettfäden können einzeln gehoben oder gesenkt werden. Durch die unterschiedliche Hebung bzw. Senkung der Kettfäden entsteht das Webfach 34, durch das der Schuss bzw. Schussfaden eingetragen wird. Die Hebung und Senkung wird CNC-gesteuert, d. h. computerunterstützt gesteuert, wobei der Webstuhl vorzugsweise mit elektromagnetischer Übertragung der vom Computer gesendeten Steuerimpulse arbeitet. Das Jacquard-Verfahren ermöglicht eine äußerst feine und formenreiche Musterung, so dass auch komplexe dreidimensionale, textile Geometrien für den dreidimensionalen Textileinleger hergestellt werden können. Dadurch ist es insbesondere möglich, das Gewebe des dreidimensionalen Textileinlegers in einem belastungsgerechten Aufbau zu fertigen.
Der dreidimensionale Textileinleger basiert dabei vorteilhafterweise auf feinverteilten Hybridrowings beispielsweise aus Polyamid (PA) und/oder Polyphthalamid (PPA) und/oder Metall und/oder Aramid und/oder Glas und/oder Kohlenstoff. Aufgrund der quasi homogenen und alternierenden Verteilung in den Hybridrowing ist es möglich, den dreidimensionalen Textileinleger direkt gegebenenfalls vor dem Spritzgießen zu Erwärmen und über eine kleine Heißpressstation zu imprägnieren und zu konsolidieren oder beim Spritzgießen zu imprägnieren und konsolidieren. Dabei kann der dreidimensionale Textileinleger mit fertiger Kontur als dreidimensionales Gewebe oder aber auch als dreidimensionales Gestrick hergestellt werden.
Die 7 zeigt eine weitere Möglichkeit, den dreidimensionalen Textileinleger mittels des sog. TFP-Verfahrens herzustellen (TFP – tailored fibre placement). Auch das TFP-Verfahren erlaubt es, den dreidimensionalen Textileinleger belastungsgerecht zu gestalten, wobei Verstärkungsfasern bzw. Verstärkungsrowings 42 von einem Vorrat beispielsweise einer Spule, über eine Zuführung 44 zugeführt und genau dem Belastungsfall entsprechend aufgelegt werden. Dadurch wird eine Verstärkungsstruktur durch das Aufnähen einzelner Verstärkungsfasern bzw. Verstärkungsrowings 42 auf ein Grundmaterial 46 des Textileinlegers erzeugt. Dieses Aufnähen erfolgt mittels einer Nähnadel 48 und einem Nähfaden 50, welcher auch als Oberfaden bezeichnet wird. Richtungspfeile 52 deuten dabei Bewegungen des Grundmaterials 46 während des Aufnähens an. So kann eine Anordnung der Verstärkungsfasern bzw. Verstärkungsrowings 42 umgesetzt werden, die berechneten Anforderungen bezüglich der Richtung und Anhäufung der Verstärkungsfasern bzw. Verstärkungsrowings 42 entspricht. Des Weiteren kann durch zusätzliche Dome dafür gesorgt werden, dass die Verstärkungsfasern bzw. Verstärkungsrowings 42 schonend umgelenkt werden, um einen idealen Kraftflussverlauf durch den Grundkörper 12 und damit durch die Lenkungskonsole 10 zu gewährleisten.
Die 8 zeigt die Organobleche 20, 22, welche mittels des TFP-Verfahrens gemäß 7 hergestellt sind. Wie zu erkennen ist, sind metallische Einsatzteile 54, beispielsweise Buchsen, Hülsen oder dergleichen in die Organobleche 20, 22 eingenäht, wobei die Verstärkungsfasern bzw. Verstärkungsrowings 42 gezielt und belastungsgerecht um die Einsatzteile 54 herumgeführt sind.
Über die Einsatzteile 54 können anderweitige Bauteile des Personenkraftwagens an den Grundkörper 12 und darüber an die Lenkungskonsole 10 korrosionsgerecht angebunden werden. So ist ein zusätzlicher Korrosionsschutz der Lenkungskonsole 10 nicht vorgesehen und nicht vonnöten. Ferner ist dadurch eine günstige Krafteinleitung in die Lenkungskonsole 10 ermöglicht.
Das Grundmaterial 46 kann eine textile Flächenstruktur, beispielsweise in Glasgewebe, ein Karbongewebe oder ein Multiaxialgewebe, oder für thermoplastische Verstärkungsstrukturen ein vernähfähiges Folienmaterial sein.
Die Verstärkungsfasern bzw. Verstärkungsrowings 42 können verschiedener Art und beispielsweise aus Glasfasern, Karbonfasern, Aramid, Stahl gebildet sein. Ebenso möglich ist es, dass Hybridrowings mit Filamenten aus unterschiedlichen Werkstoffen verwendet werden. Bei einem solchen Hybridrowing handelt es sich beispielsweise um ein PPA-/Karbonfaser-Rowing oder um ein crashbelastbares Kohlenstofffaser-Aramid-Stahlfaser-Rowing.
Bei Verwendung eines Thermoplasten als Matrixwerkstoff kann mit den Verstärkungsfasern bzw. Verstärkungsrowings 42 gleichzeitig der Matrixwerkstoff in Form von Folienbändchen oder Fasern mit aufgenäht werden.
Die Verstärkungsfasern bzw. Verstärkungsrowings 42 werden durch Bewegung des Grundmaterials 46 mit Hilfe einer CNC-Steuerung und der gleichzeitigen Fixierung der Verstärkungsfasern bzw. Verstärkungsrowings 42 durch die Zuführung 44 gefertigt, so dass die Verstärkungsfasern bzw. Verstärkungsrowings 42 in beliebiger Richtung und Menge abgelegt werden können. Dies ist beispielsweise für Öffnungen in der Lenkungskonsole 10 nützlich. Es können dadurch Wasserablauföffnungen oder auch Öffnungen für die Einsatzteile 54, insbesondere für Buchsen für Gummilager, auf einfache Weise hergestellt werden. Hierzu werden die Verstärkungsfasern bzw. Verstärkungsrowings 42 entsprechendder Belastung abgelegt.
Um eine hohe Effektivität zu erhalten, können auf Standardmaschinen auf bis zu ca. 20 Arbeitsfeldern gleichzeitig Verstärkungsstrukturen aus den Verstärkungsfasern bzw. Verstärkungsrowings 42 mit ca. bis zu 500 Stichen pro Minute hergestellt werden, was der 9 zu entnehmen ist.
Dabei ist es sowohl beim Jacquard-Verfahren als auch beim TFP-Verfahren möglich, Grundkörperfasern, insbesondere die Verstärkungsfasern bzw. Verstärkungsrowings 42, des Grundkörpers 12 genau der Belastung entsprechend in den dreidimensionalen Textileinleger einzuarbeiten. Es kann die Abwicklung der Lenkungskonsole 10 mit entsprechenden Verstärkungen und dem jeweiligen Verfahren gefertigt werden. Dabei sind Rowings mit hoher Texanzahl aufgrund des Nähaufwandes bei gleichem Gesamttaservolumenanteil vorzusehen. Vorteile ergeben sich durch das automatisierbare Sticken infolge einer NC-Steuerung. Darüber hinaus ermöglichen die Verfahren eine endkonturnahe Herstellung ohne bzw. mit nur sehr geringem Verschnitt. Darüber hinaus kann das Potential des Faserkunststoffverbundbauteils bestmöglich ausgenutzt werden. Zudem ist ein Durchstechen des Grundmaterials 46 möglich.
Vorzugsweise ist in die Lenkungskonsole 10 eine Erfassungseinrichtung integriert, mittels welcher eine Beschädigung der Lenkungskonsole 10 erfassbar ist. Die 10 veranschaulicht den Versagensablauf einer Faserkunststoffverbundstruktur. Zunächst kommt es zu einem mit A bezeichneten ersten Zwischenfaserbruch, an den sich ein mit B bezeichneter Rissfortschritt in einer Ebene anschließt. Anschließend kommt es zu einem mit C bezeichneten Zwischenfaserbruch bzw. zu Zwischenfaserbrüchen in anderen Ebenen, woran sich ein mit D bezeichneter Faserbruch und damit ein Versagen der Faserkunststoffverbundstruktur anschließt.
Um ein solches Versagen vorhersagen und somit infolge eines Austausches der Lenkungskonsole 10 zu vermeiden, kann mittels der Erfassungseinrichtung der Zustand der Lenkungskonsole überwacht und eine Beschädigung, welche zum Versagen führen kann, erfasst werden.
Zur Darstellung der Erfassungseinrichtung ist es beispielsweise möglich, die elektrische Leitfähigkeit von gegebenenfalls in dem ersten Kunststoff 14 und/oder in dem zweiten Kunststoff des Grundkörpers 12 aufgenommenen Kohlefasern, mittels welchen der entsprechende Kunststoff verstärkt ist, zu nutzen. Bei Belastung und insbesondere bei Beschädigung einer solchen Kohlefaser verändert sich der elektrische Widerstand der Kohlefaser, so dass die Lenkungskonsole 10 selbst als Sensor der Erfassungseinrichtung genutzt werden kann. Durch die Überwachung der Widerstandsänderung kann eine präzise Aussage über den Schädigungszustand der Lenkungskonsole 10 getroffen werden. So können beispielsweise Faserbrüche und versagenskritische Lastsituationen erfasst und ausgewertet werden.
Eine alternative oder zusätzliche Möglichkeit besteht darin, zumindest eine Glasfaser bzw. ein Glasfaserrowing in dem zweiten Kunststoff (Matrixwerkstoff) des Grundkörpers 12 und/oder in den ersten Kunststoff 14 einzubringen. Die Glasfaser bzw. der Glasfaserrowing fungiert als Lichtleiter. Kommt es zu einer Beschädigung der Lenkungskonsole 10 und bricht dabei die Glasfaser bzw. der Glasfaserrowing, so kann beispielsweise ein gepulstes Signal über die Glasfaser bzw. den Glasfaserrowing optisch ausgewertet werden. Eine entsprechende Empfangseinrichtung zur optischen Auswertung ist beispielsweise mit einem Bussystem des Personenkraftwagens gekoppelt. Das ankommende oder ausbleibende gepulste Signal gibt dabei Auskunft über den Schädigungszustand der Lenkungskonsole 10.
Wie der 11 zu entnehmen ist, ist es darüber hinaus möglich, für die Zustandsüberwachung der Lenkungskonsole 10 an bruchgefährdeten Stellen einen RFID-Sensor 56 zumindest teilweise in den ersten Kunststoff 14 oder in den zweiten Kunststoff des Grundkörpers 12 einzubetten.
Der RFID-Sensor wird beispielweise in die Lenkungskonsole 10 ein laminiert. Der RFID-Sensor 56 umfasst z. B. in den Textileinleger eingearbeitete und gegebenenfalls mit einem Primer versehene Konstantan-Fäden und einem Kontaktelement und ist sehr vielseitig anwendbar. Neben der Widerstandsmessung zur Schadensdiagnostik können beispielsweise auch die Temperatur, insbesondere mit Hinblick auf die Einsatzbedingungen der Lenkungskonsole 10, sowie die Feuchte gemessen werden, was besonders bei der Betrachtung der Langzeitstabilität und Alterung der Materialien der Lenkungskonsole 10 von Bedeutung ist. Bereits vorhandene in Personenkraftwagen angeordnete RFID-Sensoren beispielsweise zur Sitzerkennung, zur Reifenkontrolle, können genutzt werden. Dabei kann eine schnurlose Übertragung zwischen dem RFID-Sensor 56 und einer Empfangseinrichtung 58 vorgesehen sein.
Wie den 12 und 13 zu entnehmen ist, kann für die Kraftübertragung zwischen der Lenkungskonsole 10 und wenigstens einem an diese angebundenen Anbauteil als Fügeelement (Durchgangsbuchse) eine Wickelbuchse 60 verwendet werden. Vorzugsweise ist die Wickelbuchse 60 aus Edelstahl gebildet, was insbesondere bei Kohlefaser-Bauweisen vorteilhaft ist. Die Wickelbuchse 60 kommt die Aufgabe zu, Drehmomente zu übertragen. Dabei existieren mehrere Arten der Übertragung. Die Übertragung kann durch reibschlüssige Verbindungen, formschlüssige Verbindungen, vorgespannte formschlüssige Verbindungen und/oder stoffschlüssige Verbindungen erfolgen.
Um Kontaktkorrosion zwischen einer konventionellen Wickelbuchse aus Stahl und der übrigen Lenkungskonsole 10 zu vermeiden, wird vorzugsweise die Wickelbuchse 60 aus Aluminium oder Stahl verwendet. Zu deren Herstellung wird ein Aluminiumblech 62 zwischen zwei Organoblechen 64 beispielsweise aus PA-GF oder auf einem Organoblech 66 beispielsweise aus PA-FGF angeordnet. Zwischen dem Aluminiumblech und dem entsprechenden Organoblech 64, 66 wird zudem ein Primer vorgesehen. Anschließend wird das Aluminiumblech 62 mit den Organoblechen 64, 66 verpresst, bevor der Verbund aus dem Aluminiumblech 62 und dem entsprechenden Organoblech 64, 66 gewickelt und gestanzt wird.
Als Organobleche 64, 66 können Organoblechstreifen verwendet werden, welche auf einer Doppelbandpresse oder einer AUMA-Anlage hergestellt werden. Der Primer sorgt dabei für einen Stoffschluss zwischen dem Aluminiumblech 62 und dem Organoblech 64, 66. Diese Vorgehensweise ermöglicht einerseits einen Stoffschluss. Zum anderen ist dadurch ein Sandwichaufbau realisiert.
Die Wickelbuchse 60 ist dabei zumindest teilweise in dem ersten Kunststoff 14 und/oder in dem zweiten Kunststoff aufgenommen. Insbesondere ist die Wickelbuchse 60 mit dem ersten Kunststoff 14 zumindest teilweise umspritzt. Die Wickelbuchse 60 weist eine Durchgangsöffnung 70 auf, welche von einer Schraube durchdrungen werden kann. Mittels der die Durchgangsöffnung 70 durchdringenden Schraube kann die Lenkungskonsole 10 mit dem Anbauteil über die Wickelbuchse 60 verschraubt werden. Die 14 zeigt eine weitere Möglichkeit zur Darstellung einer Kraftübertragung zwischen der Lenkungskonsole 10 und wenigstens einem an diese angebundenen Anbauteil. Als Fügeelement (Durchgangsbuchse) kann anstelle oder zusätzlich zur Wickelbuchse 60 ein Buchsenelement 68 verwendet werden, welche mittels eines unidirektionalen Pultrusionsverfahrens hergestellt ist bzw. wird. Das Buchsenelement 68 ist dabei aus einem faserverstärkten, insbesondere glasfaserverstärkten, Kunststoff, beispielsweise PA und/oder PPA, gebildet, wobei Fasern des faserverstärkten Kunststoffs des Buchsenelements 68 zumindest im Wesentlichen unidirektional in Längsrichtung bzw. in axialer Richtung des Buchsenelements 68 ausgerichtet sind.
Das Buchsenelement 68 weist eine Durchgangsöffnung 72 auf, welche von einer Schraube durchdrungen werden kann. Mittels der die Durchgangsöffnung 72 durchdringenden Schraube kann die Lenkungskonsole 10 mit dem Anbauteil über das Buchsenelement 68 verschraubt werden. Vorzugsweise weist der faserverstärkte Kunststoff des Buchsenelements 68 einen relativ hohen Faseranteil auf, um insbesondere ein Kriechen infolge einer Schraubenvorspannkraft der Verschraubung zu vermeiden. Belastungen und/oder Kräfte, insbesondere die Schraubenvorspannkraft, infolge der Verschraubung werden dabei vorzugsweise zumindest überwiegend von den Fasern des faserverstärkten Kunststoffs des Buchsenelements 68 aufgenommen, so dass der als Matrixwerkstoff fungierende Kunststoff des Buchsenelements 68 entlastet bzw. geschont wird.
Zur Herstellung des Buchsenelements 68 wird beispielsweise zunächst ein Endlosmaterial in Form eines Rohrs aus dem faserverstärkten Kunststoff des Buchsenelements 68 mittels des unidirektionalen Pultrusionsverfahrens hergestellt. Bei dem Rohr handelt es sich somit um ein UD-pultrudiertes (UD – unidirektional) Rohr. Anschließend wird zur Herstellung des Buchsenelements 68 wenigstens ein Stück von dem Rohr abgelängt. Zu kostengünstigen Herstellung mehrerer Buchsenelemente 68 wird entsprechend eine Mehrzahl von Stücken von dem Rohr abgelängt.
Die Wickelbuchse 60 und/oder das Buchsenelement 68 ist dabei zumindest teilweise in dem ersten Kunststoff 14 und/oder in dem zweiten Kunststoff aufgenommen. Insbesondere ist die Wickelbuchse 60 bzw. das Buchsenelement 68 mit dem ersten Kunststoff 14 zumindest teilweise umspritzt. Die Wickelbuchse 60 und das Buchsenelement 68 weisen eine Durchgangsöffnung 70 auf, welche von einer Schraube durchdrungen werden kann. Mittels der die Durchgangsöffnung 70 durchdringenden Schraube kann die Lenkungskonsole 10 mit dem Anbauteil über die Wickelbuchse 60 bzw. das Buchsenelement 68 verschraubt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 202006019341 U1 [0005]
EP 1986835 B1 [0006]

Claims

Konsolenelement (10) zur Halterung einer Lenksäule eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, über welche ein Lenkrad mit wenigstens einem lenkbaren Rad des Kraftwagens koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Konsolenelement (10) als Hybridbauteil mit wenigstens einem Grundkörper (12), der mit zumindest einem Kunststoff (14) zu dem Hybridbauteil ergänzt ist, ausgebildet ist.
Konsolenelement (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (12) zumindest im Wesentlichen aus einem faserverstärkten, weiteren Kunststoff ausgebildet ist.
Konsolenelement (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der faserverstärkte, weitere Kunststoff, insbesondere hochgefülltes, Polyamid und/oder Polyphthalamid und/oder Polyetherketon ist.
Konsolenelement (10) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der faserverstärkte, weitere Kunststoff des Grundkörpers (12) mittels Glasfasern und/oder Aramidfasern und/oder Stahlfasern und/oder Kohlefasern verstärkt ist.
Konsolenelement (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (12) eine durch seine Fasern gebildete Textilstruktur aufweist.
Konsolenelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (12) mittels eines Spritzgussverfahrens mit dem Kunststoff (14) zu dem Hybridbauteil ergänzt ist.
Konsolenelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Kunststoff (14) zumindest bereichsweise eine Verstärkungsstruktur und/oder wenigstens ein Anbindungselement gebildet ist, an welches ein Bauteil, eine Komponente oder dergleichen des Kraftwagens an das Konsolenelement (10) anbindbar ist.
Konsolenelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Erfassungseinrichtung (56) vorgesehen ist, mittels welcher eine Beschädigung des Konsolenelements (10) erfassbar ist.
Konsolenelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Konsolenelement (10) wenigstens eine eine Aufnahmeöffnung (70) aufweisende Wickelbuchse (60) und/oder wenigstens ein eine Aufnahmeöffnung (72) aufweisendes und aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildetes Buchsenelement (68) umfasst.
Verfahren zum Herstellen eines Konsolenelements (10), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zur Halterung einer Lenksäule eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, über welche ein Lenkrad mit wenigstens einem lenkbaren Rad des Kraftwagens koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Konsolenelement (10) als Hybridbauteil mit wenigstens einem Grundkörper (12), der mit zumindest einem Kunststoff (14) zu dem Hybridbauteil ergänzt wird, ausgebildet wird.