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Die Erfindung betrifft eine Befestigungsvorrichtung für einen Tank an einem Kraftfahrzeug, umfassend eine Konsole zur Aufnahme des Tanks, wobei die Konsole aus einem Faser-Verbund-Kunststoff besteht.
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Aus der
DE 203 18 129 U1 ist eine, als Winkelkonsole ausgeführte Tankkonsole bekannt, die aus einem thermoplastischen Kunststoff in Kombination mit kontinuierlich faserverstärkten Kunststoff-Einlegeteilen besteht. Der thermoplastische Kunststoff kann zudem mit Füllstoffen versehen und/oder faserverstärkt sein.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Befestigungsvorrichtung für einen Tank an einem Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Befestigungsvorrichtung anzugeben, welche kostengünstig herzustellen und trotzdem eine stabile Montage des Tanks am Kraftfahrzeug erlaubt.
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Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Aufgabe ist mit einer Befestigungsvorrichtung dadurch gelöst, dass die Konsole mindestens eine Metalleinlage zur Befestigung der Konsole an einem Adapter und/oder zur Befestigung eines Spannbandes an der Konsole aufweist, die direkt in den Faser-Verbund-Kunststoff eingelegt oder auf diesen aufgeklebt ist. Die Metalleinlagen, wie Metallinserts oder Hülsen, sind direkt in den Kunststoff eingebracht oder werden nachträglich auf diesen aufgeklebt. Durch eine solche Bauteil- und Funktionsintegration entsteht eine einfach handhabbare und in einem Verbundbauteil integrierte Befestigungsvorrichtung, die eine stabile Befestigung des Tanks an dem Kraftfahrzeug erlauben. Ein Verrutschen oder Lösen des Tanks während der Fahrt des Kraftfahrzeuges aus dem Faser-Verbund-Kunststoff der Konsole wird somit zuverlässig verhindert.
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Vorteilhafterweise weist die Konsole einen Kunststoffkern auf, welcher von Faserlagen ummantelt ist. Eine solche Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Anzahl der Bauteile zur Befestigung des Tanks an dem Kraftfahrzeug reduziert werden, wodurch die Montage der Konsole vereinfacht wird. Außerdem reduziert sich das Komponentengewicht durch die Verwendung des Faserverbundes. Gegenüber dem Stand der Technik, wo der Aufbau der Konsole durch eine schichtweise Einbindung von einer Mehrzahl von Faserlagen wesentlich komplexer gestaltet ist, lässt sich die Ummantelung des Kunststoffkerns einfach ausführen. Aufgrund der Reduktion des Gewichtes der Konsole verringert sich das Gewicht des Kraftfahrzeuges, wodurch der Kraftstoffverbrauch und die CO2-Emission reduziert werden. Dabei wird gleichzeitig eine Erhöhung der Nutzlast möglich.
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Die Ummantelung des Kunststoffkerns kann dabei vorteilhafterweise in verschiedenen Techniken erfolgen. Zum einen kann der Kunststoffkern von den Faserlagen umwickelt sein. Er kann aber auch von den Faserlagen überflochten sein. Eine besonders einfache Ausgestaltung wird erreicht, wenn der Kunststoffkern von einem aus den Faserlagen gebildeten Flechtschlauch überzogen ist.
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In einer Variante ist die Konsole über den, aus einem Faser-Verbund-Kunststoff bestehenden Adapter an einem Fahrzeugrahmen befestigt, wobei der Tank von dem Spannband umgeben ist, welches an beiden Enden der annähernd winkelförmigen Konsole befestigt ist.
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In einer Ausführungsform ist der, aus einem Faser-Verbund-Kunststoff bestehende Adapter zweiteilig aufgebaut und die Konsole zwischen beiden Teilen des Adapters angeordnet. Die beiden Teile des Adapters weisen eine einfache Geometrie auf. Zu deren Herstellung eignen sich diversen Fasern, wie Glas, Aramid, Kohlenstoff und ähnliches. Löcher zur Befestigung des Adapters am Fahrzeugrahmen sind durch einen Fräsvorgang einfach zu realisieren.
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Insbesondere überragen die beiden Teile des Adapters die Konsole, wobei in einem, von diesen Überständen gebildeten Zwischenraum ein, auf der Konsole aufsitzender Metalleinsatz zur Anbindung des Spannbandes eingepasst ist. Durch den monolithischen Aufbau der beiden Adapterteile in Faser-Verbund-Bauweise wird das Gewicht der Befestigungsvorrichtung weiter reduziert. Lediglich der Metalleinsatz ist stabil aufgebaut, um eine zuverlässige Halterung des Spannbandes zu ermöglichen.
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Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Befestigungsvorrichtung für einen Tank, welche eine Konsole zur Aufnahme des Tanks umfasst, wobei die Konsole aus einem Faser-Verbund-Kunststoff besteht. Bei einem Kraftfahrzeug, bei welchem eine Befestigungsvorrichtung für den Tank besonders einfach zu montieren ist, ist die Befestigungsvorrichtung nach einem der Merkmale dieser Schutzrechtsanmeldung ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass in der, aus einem Kunststoffkern bestehenden Konsole, welcher von Faserlagen ummantelt ist, die Befestigung der Spannbänder sowie die Anbindung an den Fahrzeugrahmen mittels Einlegern/Hülsen direkt in den Kunststoffkern/Laminat bzw. durch nachträglich aufgeklebte Metallinserts gebildet werden, wodurch ein integrales Verbundbauteil entsteht, bei welchem die Anzahl der separat zu montierenden Einzelbauteile wesentlich reduziert ist. Durch diese Gewichtsreduktion werden der Kraftstoffverbrauch und somit gleichzeitig die CO2-Emission des Kraftfahrzeuges reduziert.
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Eine weitere Weiterbildung der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer, aus einem Faser-Verbund-Kunststoff bestehenden Konsole einer Befestigungsvorrichtung für einen Tank eines Kraftfahrzeuges. Bei einem besonders kostengünstigen Verfahren wird die Konsole in einem Vakuuminfusionsverfahren hergestellt. Bei einem solchen Vakuuminfusionsverfahren werden die Fasern in eine Form gelegt und mit einer Fließhilfe bedeckt. Anschließend wird das Laminat mittels Unterdruck und einer Vakuumfolie angepresst. Durch vorher angebrachte Schläuche wird das flüssige Harz mit Unterdruck durch die Fasern gezogen. Ein solches Verfahren hat relativ niedrige Werkzeugkosten und einen definierbaren Faservolumengehalt.
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Eine andere Weiterbildung der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer, aus einem Faser-Verbund-Kunststoff bestehenden Konsole einer Befestigungsvorrichtung für einen Tank eines Kraftfahrzeuges. Auch hierbei lässt sich ein besonders kostengünstiges Verfahren anwenden, wenn die Konsole durch einen Resin-Transfer-Molding-Prozess hergestellt wird. Der Resin-Transfer-Molding-Prozess (RTM) ist ein geschlossenes Verfahren, in dem in einer Form das Harz zwischen Glas- oder Kohlenstofffasern oder ähnliches hineingedrückt wird.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der – gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung – zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale können für sich oder in beliebiger, sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung bilden, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separater Anmeldung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen:
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1 Darstellung der Befestigung eines Tankes an einem Lastkraftwagen
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2 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung,
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3 einen Schnitt durch eine Konsole des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung in 1,
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4 eine Explosionsdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung,
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5 Darstellung der montierten Befestigungsvorrichtung gemäß 4,
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6a–b Schnitte durch die montierte Befestigungsvorrichtung nach 5, und
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7 ein Längsschnitt durch das zweite Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung gemäß 5.
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In 1 ist ein Lastkraftwagen 1 dargestellt, an welchem unterhalb des Führerhauses ein Tank 3 angeordnet ist. Wie aus der Vergrößerung ersichtlich, ist der Tank 3 an einem Fahrzeugrahmen 5 über zwei Befestigungsvorrichtungen 7 befestigt, wobei jede Befestigungsvorrichtung 7 an beiden Enden mit einem Spannband 9 gesichert ist, so dass der Tank 3 während der Fahrt des Lastkraftwagen 1 am Verrutschen gehindert ist.
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In 2 ist eine solche Befestigungsvorrichtung 7 im Einzelnen dargestellt. Diese Befestigungsvorrichtung 7 besteht aus zwei Teilen, einer Konsole 13 und einem Adapter 11, an welchen die, aus einem Faser-Verbund-Kunststoff bestehende Konsole 13 befestigt ist. Der Adapter 11 ist dabei aus Stahl gefertigt. Die Konsole 13 weist mehrere Bohrungen 15, 17, 19 auf, wobei die Bohrungen 15 und 17 am Ende der annähernd winkelförmig gebogenen Konsole 13 ausgebildet sind, wobei unterhalb der Bohrung 15 eine zweite Bohrung 17 vorhanden ist, mittels welcher die Konsole 13 an dem Adapter 11 befestigt wird.
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Die Bohrung 19 dient dazu, das Spannband 9 an der Konsole 11 zu befestigen. In die Bohrungen 15, 17, 19 der als Faser-Verbund-Bauteil ausgebildeten Konsole 13 sind nicht weiter dargestellte Metalleinlagen eingelegt, um eine feste Verbindung zu garantieren.
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3 zeigt einen Schnitt A-A durch die Konsole 13, wie in 1 dargestellt. Die aus einem Faser-Verbund-Kunststoff aufgebaute Konsole 13 besteht dabei aus einem Kunststoffkern 21, vorzugsweise einem Schaumkern, welcher von Faserlagen 23 umschlossen ist. Diese Faserlagen 23 können dabei aus einem Glas, Kohlenstoff oder Aramid bestehen. Es besteht die Möglichkeit, dass die Faserlagen 23 den Kunststoffkern 21 umwickeln. Es ist aber auch denkbar, dass der Kunststoffkern 21 mit einem Flechtschlauch aus den Faserlagen 23 überzogen wird oder der Kunststoffkern 21 mit den einzelnen Faserlagen 23 überflochten wird.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung 37 ist in 4 dargestellt. Dabei ist der Adapter zweiteilig aufgebaut und besteht aus zwei monolithisch, in Faser-Verbund-Bauweise gebildeten Adapterteilen 31 und 32. Diese Adapterteile 31 und 33 sind so geformt, dass sie einen Teil der annähernd winkelförmigen Konsole 13 formschlüssig umgeben und somit ein monolithisches Bauteil bilden. Die Adapterteile 31, 33 überragen die Konsole 13 und bilden somit einen Zwischenraum 25, in welchen eine schalenartige Metallschale 27 nach Montage der Konsole 13 zwischen den beiden Adapterteilen 31, 33 eingepasst ist. Die Metallschale 27 sitzt dabei auf der Konsole 13 auf und dient der Befestigung des Spannbandes 9. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird nicht nur die Konsole 13, sondern auch der Adapter 31, 33 durch ein integrales Faser-Verbund-Bauteil gebildet, so dass das vollständig gefertigte Bauteil nur einteilig ist. Die beiden Adapterteile 31 bzw. 33 umfassen dabei eine einfache Geometrie. Auch bei diesen Adapterteilen 31, 33 ist eine Verwendung von diversen Fasern möglich, wie beispielsweise Glas, Aramid, Kohlenstoff und ähnlichem. Die Löcher 29, 35 für die Befestigung des Adapters 31, 33 am Fahrzeugrahmen 5 des Lastkraftwagens 1 werden durch einen Fräsvorgang eingebracht. Ein so ausgebildeter zweiteiliger Adapter 31, 33 erfüllt die Funktion der Anbindung der Faser-Verbund-Bauteil-Konsole 13 an den Fahrzeugrahmen 5. Eine nicht weiter dargestellte Profilauflage, wovon pro Konsole 13 zwei Stück verwendet werden, lässt sich an der Konsole 13 einfach als Elastomerschicht direkt im Fertigungsprozess aufbringen oder in diese integrieren. Die Profilauflage hat den Vorteil, dass der Tank 3 mittels Reibung am Verrutschen während der Fahrt des Lastkraftwagens 1 gehindert wird.
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In 5 ist das zweite Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung 37 im montierten Zustand dargestellt. Dabei wird die Konsole 13 mittels des zweiten Adapterteiles 33 an den nicht weiter dargestellten Fahrzeugrahmen 5 über die Bohrungen 35 befestigt. Auch in diesen Bohrungen 35 sind Metalleinlagen 39 eingesetzt, um eine gute Verschraubung zu garantieren. Die Bohrung 19 am entgegen gesetzten Ende der Konsole 13 umfasst ebenfalls eine Metalleinlage, um das Spannband 9 an dieser Stelle zu befestigen. Oberhalb des zweiten Adapterteiles 33 ist die schalenartige Metallschale 27 eingesetzt, an welcher das andere Ende des Spannbandes 9, welches gemäß 1 den Tank 3 umschließt, verankert wird.
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In 6 ist ein Schnitt A-A durch die Konsole 13 und ein Schnitt B-B durch den montierten Adapter 31, 33 dargestellt. Aus 6A geht hervor, dass der Kunststoffkern 21 wiederum vollständig von den Faserlagen 23 umschlossen ist. Die Faserlagen 23 können auch hier aus Glas, Kohlenstoff oder Aramid bestehen und den Kunststoffkern 21 umwickeln oder überflechten. Ebenfalls ist ein Überzug des Kunststoffkerns 21 durch einen, aus den Faserlagen 12 gebildeten Flechtschlauch denkbar. Der als Schaumkern ausgebildete Kunststoffkern 21 wird entsprechend der erforderlichen Geometrie gefräst oder in eine Endkontur geschäumt und mit Faserlagen 23 ummantelt. Ein solches Faser-Verbund-Bauteil ist in einem Vakuuminfusionsverfahren oder einem RTM-Prozess einfach herstellbar, da nur geringe Werkzeugkosten anfallen.
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Aus dem Schnitt B-B ist ersichtlich, dass die, aus dem Kunststoffkern 21 und den Faserlagen 23 gebildete Konsole 13 von den ebenfalls als Faser-Verbund-Bauteil gefertigten Adapterteilen 31 und 33 vollständig umgeben und in diesen stabilisiert ist. Die Adapterteile 31 und 33 sind zu beiden Seiten der Konsole 13 randseitig verlängert und um annähernd 90° gebogen und umfassen dabei die Bohrungen 29 und 35, in welchen jeweils ein Metallinsert 39 eingesetzt ist.
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7 zeigt einen Längsschnitt durch die Befestigungsvorrichtung 37. Dabei ist eine Sandwich-Bauweise gegeben, bei welcher sich um den Kunststoffkern 21 der Konsole 13 die Faserlagen 23 erstrecken. Auf den Faserlagen 23 der Konsole 13 liegen auf der einen Seite die Faserlagen des Adapterteils 31 auf, während auf der anderen Seite die Faserlagen des Adapterteils 33 angeordnet sind. Diese Befestigungseinrichtung 37 wird oberhalb der Konsole 13 mit der schalenartigen Metallschale 27 abgeschlossen, der als Winkel ausgebildet ist und mit einer Seite auf der Konsole 13, insbesondere dem Kunststoffkern 21, aufliegt und mit der anderen Seite an die Faserlagen des Adapterteiles 31 grenzt. Durch die annähernd winkelförmige Gestaltung der Konsole 13 ist eine Entformungsrichtung der Konsole 13 in Richtung der angegebenen Pfeile A und B möglich.
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Die diskutierte Lösung erlaubt ein Umwickeln des gefrästen oder in Endkontur geschäumten Kunststoffkerns 21 mit Faserlagen 23. Alternativ kann der Kunststoffkern 21 auch mit einem vorgefertigten Flechtschlauch überzogen bzw. direkt überflochten werden. Eine solche Konsole 13 dient der Halterung und Aufnahme des Diesel- oder Kombitankes 3 an einem Lastkraftwagen 1. Die Herstellung kann zusammen mit den beiden Adapterteilen 31, 32 in einem Vakuuminfusionsverfahren oder einem RTM-Prozess erfolgen, wodurch ein einteiliges Faser-Verbund-Integralbauteil entsteht. Alle Öffnungen/Aussparungen im oberen Bereich zur Aufnahme der schalenartigen Metallschale 27 werden durch einen Fräsvorgang hergestellt.
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An einem Ende der Konsole 13 ist die Bohrung 19 zu erkennen, in die vorteilhaft eine Metalleinlage 39 eingebracht ist. Vorteilhaft kann mittels der Metalleinlage 39 die Bohrung 19 derartig verstärkt werden, dass das Spannband 9 trotz der Ausführung mit dem Kunststoffkern 21 und der Faserlagen 23 sicher befestigt werden kann. Vorteilhaft bewirkt die Metalleinlage 39 eine Kraftverteilung. Die Metalleinlage 39 kann als Insert, insbesondere als Hülse, Bundhülse und/oder Doppelbundhülse, insbesondere zweiteilige Doppelbundhülse ausgeführt sein. Alternativ kann die Metalleinlage als Onsert ausgeführt sein, also, insbesondere nachträglich, auf die Konsole aufgelegt und gegebenenfalls mit dieser verbunden sein, insbesondere verklebt sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Metalleinlage 39 bereits bei einer Fertigung der Konsole 13 eingebracht werden, vorzugsweise durch Einlegen in ein entsprechendes Werkzeug zum Fertigen der Konsole 13. Alternativ oder zusätzlich weisen auch die in 2 dargestellten Bohrungen 15 und 17 eine wie vorab beschrieben ausgeführte Metalleinlage 39 auf.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lastkraftwagen
- 3
- Tank
- 5
- Fahrzeugrahmen
- 7
- Befestigungsvorrichtung
- 9
- Spannband
- 11
- Adapter
- 13
- Konsole
- 15
- Bohrung
- 17
- Bohrung
- 19
- Bohrung
- 21
- Kunststoffkern
- 23
- Faserlagen
- 25
- Zwischenraum
- 27
- Metallschale
- 29
- Bohrung
- 31
- erster Adapterteil
- 33
- zweiter Adapterteil
- 35
- Bohrung
- 37
- Befestigungsvorrichtung
- 39
- Metalleinsatz
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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