-
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugkarosseriebauteil aus faserverstärktem Kunststoff mit mindestens einer in den Kunststoff eingebetteten Faserlage.
-
Fahrzeugkarosseriebauteile moderner Fahrzeuge, deren Sichtflächen außen und teilweise auch innen mit faserverstärktem Kunststoff gestaltet sind, sind aus vergleichsweise vielen unterschiedlichen Einzelkomponenten aufgebaut. Entsprechend ergibt sich die Problematik, dass diese Einzelkomponenten aneinander lagegenau positioniert und miteinander verbunden werden müssen.
-
Erfindungsgemäß ist ein Fahrzeugkarosseriebauteil aus faserverstärktem Kunststoff mit mindestens einer in den Kunststoff eingebetteten Faserlage geschaffen, bei dem mindestens ein Reinkunststoffdom von der Faserlage abstehend ausgebildet ist.
-
Die mindestens eine eingebettete Faserlage des erfindungsgemäßen Fahrzeugkarosseriebauteils ist in der Regel innerhalb einer flächigen Form bzw. Schalenform des Fahrzeugkarosseriebauteils, insbesondere in weitgehend einer Ebene, angeordnet. Diese Schalenform bzw. Schale ist mit Kunststoff als Matrix, insbesondere mit Kunstharz in Form von Polyesterharz oder Epoxidharz, gefüllt. Als Matrix können sowohl duroplastische als auch thermoplastische Polymere eingesetzt werden. Als duroplastische Matrixsysteme werden die relativ preisgünstigen Polyesterharze, Vinylesterharze und Epoxidharze verwendet. Es können auch thermoplastische Faserverbundwerkstoffe hergestellt werden. Als Matrixsysteme kommen dann vorwiegend Polyamide, Polypropylene und Polyethylene zum Einsatz.
-
In dem derartigen Kunststoff sind Verstärkungsstoffe bzw. Verstärkungsfasern eingebettet. Als Verstärkungsmaterial kommen erfindungsgemäß vorwiegend synthetische Fasern aus Glas, Kohlenstoff und Aramid zum Einsatz, die als Rovings, Gelege, Gewebe oder Vliese verwendet werden. Damit können die Eigenschaften des schalenförmigen Bauteils sowohl absolut als auch in ihrem Verhältnis zwischen dessen Längs- und Querrichtung in einem weiten Bereich variiert werden.
-
Unter Reinkunststoffdom wird erfindungsgemäß ein von der Faserlage aus abstehendes bzw. davon wegragendes Gebilde verstanden, dass rein aus Kunststoffmaterial besteht und dabei insbesondere nicht mit Fasermaterial gefüllt ist. Ein derartiges Gebilde kann bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Bauteils und dessen Faserlagen in einfacher Weise mitgestaltet werden, indem für den mindestens einen Reinkunststoffdom ein Formenhohlraum vorgesehen wird, der dann ebenfalls mit Matrixwerkstoff, und eben nur mit diesem, gefüllt wird.
-
Der erfindungsgemäße, mindestens eine Reinkunststoffdom kann vielfältig für eine Positionierung und Befestigung des zugehörigen Fahrzeugkarosseriebauteils genutzt werden. Dazu ist der mindestens eine Reinkunststoffdom insbesondere mit besonderer Formgebung bzw. mit speziellen Formen oder Flächen versehen, die als Positionier- und Befestigungshilfe für weitere Bauelemente dienen können.
-
Besonders bevorzugt ist der mindestens eine erfindungsgemäße Reinkunststoffdom in der Draufsicht betrachtet kreuzförmig bzw. mit Kreuzform gestaltet. Eine solche Kreuzform stellt in zwei zueinander senkrechten Richtungen ausgerichtete Flächen bereit, an denen dann entsprechende Bauelemente sich insbesondere für eine lagegenaue Positionierung des Fahrzeugkarosseriebauteils abstützen können.
-
An dem derartigen, mindestens einen Reinkunststoffdom ist insbesondere vorteilhaft ein Befestigungselement angebracht. Ein solches Befestigungselement kann dazu dienen, ein Bauteil an dem erfindungsgemäßen Fahrzeugkarosseriebauteil ortsfest zu befestigen oder aber das Fahrzeugkarosseriebauteil gemäß der Erfindung an einer zugehörigen Stützstruktur anzubringen.
-
Das Befestigungselement ist vorzugsweise kraftschlüssig an dem Reinkunststoffdom angebracht. Als Kraftschluss ist insbesondere ein Klemmen oder Klammern des Befestigungselements an dem Reinkunststoffdom vorgesehen. Der mindestens eine Reinkunststoffdom ist dabei vorteilhaft mit einer Klemmfläche gestaltet, die schräg zur Fläche der zugehörigen Faserlage ausgerichtet ist. Damit wird eine Klemmfläche bereitgestellt, die sich auch schräg zu einer zur Faserlage senkrechten Entformungsrichtung des Fahrzeugkarosseriebauteils erstreckt. An der schrägen Klemmfläche kann ein Befestigungselement entsprechend in einer schrägen Richtung angreifen. Also in einer anderen Richtung, als nur in der rein senkrechten Entformungsrichtung des Fahrzeugkarosseriebauteils.
-
Das Befestigungselement ist ferner alternativ oder zusätzlich formschlüssig an dem Reinkunststoffdom angebracht. Als Formschluss eignet sich besonders ein Hinterschnitt am Reinkunststoffdom, der insbesondere vorteilhaft mittels Wasserstrahlschneiden hergestellt ist.
-
Als weitere vorteilhafte Form, sowohl für eine kraftschlüssige als auch für eine formschlüssige Verbindung, hat sich eine in dem Reinkunststoffdom ausgebildete Sackbohrung herausgestellt. In die Sackbohrung kann vorteilhaft ein Klemm- bzw. Spreizstift oder eine Schraube eingesetzt werden.
-
Die Sackbohrung ist vorzugsweise von jener Seite aus in den Reinkunststoffdom hinein ausgebildet, die von der mindestens einen Faserlage abgewandt ist. Mit der derartigen Sackbohrung ist insbesondere die Faserlage nicht geöffnet und entsprechend nicht in ihrer Struktur geschädigt.
-
Alternativ ist die Sackbohrung die mindestens eine Faserlage durchsetzend in den Reinkunststoffdom hinein ausgebildet. Mit der derartigen Sackbohrung kann an dem erfindungsgemäßen Fahrzeugkarosseriebauteil auch an der vom Reinkunststoffdom abgewandten Seite ein Befestigungselement angebracht sein.
-
Das Befestigungselement ist ferner erfindungsgemäß vorteilhaft stoffschlüssig an dem Reinkunststoffdom angebracht. Als Stoffschluss eignet sich insbesondere ein Reibschweißen, wobei als Werkstoff bzw. Material zum Reibschweißen vorteilhaft Polyamid (PA) verwendet wird.
-
Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann besonders vorteilhaft auch ein Befestigungselement vorgesehen werden, das zwei Reinkunststoffdome verbindet. Ein solches Befestigungselement bildet also eine Brücke zwischen zwei Reinkunststoffdomen. Es eignet sich besonders als Kabellasche zum Befestigen mindestens eines Kabels an dem erfindungsgemäßen Fahrzeugkarosseriebauteil. Alternativ oder zusätzlich kann auch das Befestigungselement selbst mit einem Kabelring bzw. einer Kabelschlaufe gestaltet sein.
-
An dem erfindungsgemäßen Reinkunststoffdom ist bevorzugt auch in dessen Nähe mindestens eine Positionierkennzeichnung vorgesehen. Die derartige Positionierkennzeichnung gibt an, wo genau sich der Reinkunststoffdom an dem zugehörigen Fahrzeugkarosseriebauteil befindet. Damit wird ermöglicht, dass im Reparaturfall der erfindungsgemäße Reinkunststoffdom entfernt, insbesondere abgefräst, und durch ein anhand der Positionierkennzeichnung lagegenau positioniertes, vorzugsweise aufgeklebtes Element ersetzt werden kann.
-
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
-
1 eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fahrzeugkarosseriebauteils mit einem dortigen Reinkunststoffdom,
-
2 eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fahrzeugkarosseriebauteils mit einem dortigen Reinkunststoffdom,
-
3 eine perspektivische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fahrzeugkarosseriebauteils mit dortigen Reinkunststoffdomen,
-
4 die Ansicht IV in 3,
-
5 die Ansicht V in 4,
-
6 eine perspektivische Ansicht eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fahrzeugkarosseriebauteils mit einem dortigen Reinkunststoffdom,
-
7 die Ansicht VII in 6,
-
8 eine perspektivische Ansicht eines fünften Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fahrzeugkarosseriebauteils mit einem reparierten Reinkunststoffdom,
-
9 einen Längsschnitt eines sechsten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fahrzeugkarosseriebauteils mit einem dortigen Reinkunststoffdom,
-
10 die Ansicht X in 9,
-
11 einen Längsschnitt eines siebten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fahrzeugkarosseriebauteils mit einem dortigen Reinkunststoffdom,
-
12 einen Längsschnitt eines achten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fahrzeugkarosseriebauteils mit einem dortigen Reinkunststoffdom,
-
13 einen Längsschnitt eines neunten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fahrzeugkarosseriebauteils mit einem dortigen Reinkunststoffdom,
-
14 einen Längsschnitt eines alternativen Befestigungselements für einen Reinkunststoffdom gemäß 12 oder 13 und
-
15 eine perspektivische Ansicht des Befestigungselements gemäß 14.
-
Ein Fahrzeugkarosseriebauteil 10 weist eine im Wesentlichen plattenförmige, insbesondere ebene oder geringfügig gewölbte Grundfläche 12 auf, die aus einem Kunststoffmaterial in Form von Kunstharz mit einer darin eingebetteten Faserlage 14 aus Kohlfasergewebe gestaltet ist. Von der Grundfläche 12 steht ein Reinkunststoffdom 16 ab, der beim Herstellen des Fahrzeugkarosseriebauteils 10 in dessen Formwerkzeug zugleich mit der Grundfläche 12 mit Kunstharz gefüllt worden ist. Der Reinkunststoffdom 16 ist aber nicht mit Fasermaterial gefüllt, sondern stellt einen Ansatz bzw. Zapfen an der Grundfläche 12 dar, der werkzeugfallend zusammen mit dieser hergestellt werden kann, ohne dass es dazu eines nennenswerten Aufwands bedarf. „Werkzeugfallend” bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Reinkunststoffdom 16 sich aus dem Werkzeug selbst, insbesondere aus einer dort ausgeformten Aushöhlung, ergibt. Es bedarf keines besonderen Fertigungsschrittes, damit der Reinkunststoffdom 16 an der Grundfläche 12 angeordnet ist. Entsprechend kann ein solcher Reinkunststoffdom 16 an dem erfindungsgemäßen Fahrzeugkarosseriebauteil 10 extrem kostengünstig bereitgestellt werden.
-
Der Reinkunststoffdom 16 gemäß 1 weist eine im Wesentlichen rechteckige Querschnittfläche mit nahezu senkrechten, leicht schräg stehenden Seitenflächen 18 auf. An diese quaderförmige Zapfenform ist dann ein Befestigungselement 20 in Form einer im Wesentlichen U-förmigen Klemme aufgesetzt. Das Befestigungselement 20 weist zwei plattenförmige, nahezu parallele Schenkel bzw. Klemmarme 22 auf, die jeweils an ihren Endbereichen mit Klemmrasten 24 versehen sind. Die Klemmarme 22 sind federnd gegen die Seitenflächen 18 gespannt, wobei die Klemmrasten 24 geringfügig in die Seitenflächen 18 eindringen und dadurch eine sowohl kraftschlüssige als auch formschlüssige Verbindung zwischen dem Reinkunststoffdom 18 und dem Befestigungselement 20 herstellen.
-
Auf dem Befestigungselement 20 gemäß 1 ist ein Funktionsbauteil 26 aufgesetzt, das auf diese Weise ortsfest an dem Fahrzeugkarosseriebauteil 10 angebracht ist.
-
In 2 ist ein Fahrzeugkarosseriebauteil 10 mit einer Grundfläche 12 und einem davon abstehenden Reinkunststoffdom 16 gezeigt, bei dem der Reinkunststoffdom 16 in der Draufsicht eine Kreuzform aufweist. Auf den Reinkunststoffdom 16 ist ein Befestigungselement 20 mit vier Klemmarmen 22 mit jeweils einer Klemmraste 24 aufgesetzt. Dabei übergreifen die Klemmarme 22 die Kreuzform derart, dass das Befestigungselement 20 in beide Kreuzrichtungen fixiert ist. An der von der Grundfläche 12 abgewandten, bezogen auf die 2 oberen, Seite des Befestigungselements 20 befinden sich drei Klammern bzw. Haken 28, mittels denen ein weiteres (nicht dargestelltes) Bauteil an das Befestigungselement 20 angekoppelt werden kann.
-
3 bis 5 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Fahrzeugkarosseriebauteils 10, bei dem die Grundfläche 12 gekrümmt ist. In der Krümmung bzw. Wölbung 30 der Grundfläche 12 befinden sich zwei Reinkunststoffdome 16, die mittels eines ausgebuchteten Streifens 32 aus Reinkunststoff verbunden sind. Der ausgebuchtete Streifen 32 ist mittels einer Brücke 34 eines Befestigungselements 20 überspannt, das jeweils mit zwei Klemmarmen 22 an den beiden Reinkunststoffdomen 16 eingehakt ist. Zwischen der Brücke 34 und dem ausgebuchtetem Streifen 32 kann auf diese Weise ein Funktionsbauteil 26, insbesondere ein zylindrisches Rohr, eine Leitung oder ein Kabelbaum, an dem Fahrzeugkarosseriebauteil 10 befestigt werden.
-
Die 6 und 7 veranschaulichen ein Befestigungselement 20 an einem streifenförmigen Reinkunststoffdom 16, das an seiner Oberseite einen Kabelring 36 und an seiner Unterseite zwei ebenfalls streifenförmige Klemmarme 22 aufweist. An den Klemmarmen 22 erstreckt sich über deren gesamte Länge jeweils eine Klemmraste 24. In gleicher Weise erstreckt sich jeweils über die gesamte Länge des streifenförmigen Reinkunststoffdoms 16 an jeder von dessen Seitenfläche 18 ein im Querschnitt halbkreisförmiger, nutförmiger Hinterschnitt 38. In die derart einander am Reinkunststoffdom 16 gegenüberliegenden Hinterschnitte 38 greifen die Klemmarme 22 mit ihren Klemmrasten 24 ein und bilden auf diese Weise einen formschlüssigen Hintergriff des Befestigungselements 20 am Reinkunststoffdom 16.
-
Mit der 8 ist eine Situation veranschaulicht, bei der der Reinkunststoffdom 16 an der zugehörigen Grundfläche 12 beispielsweise aufgrund einer Überbelastung beschädigt wurde und deshalb repariert werden musste. Dazu ist der Reinkunststoffdom 16 zunächst entfernt, insbesondere abgefräst worden. Nachfolgend ist anhand von insgesamt vier, in Kreuzform um die Stelle des ursprünglichen Reinkunststoffdoms herum angebrachten, Positionierkennzeichnungen 40 ein Reparaturdom 42 mittels einer flächigen Klebung 44 lagegenau und ortsfest aufgeklebt worden. Der Reparaturdom 42 kann nachfolgend in gleicher Weise genutzt werden, wie die hier beschriebenen Reinkunststoffdome 16.
-
Mit den 9 bis 12 sind Ausführungsbeispiele veranschaulicht, bei denen ein Funktionsbauteil 26 über einen zugehörigen Reinkunststoffdom 16 gestülpt und dann mittels eines Befestigungselements 20 befestigt ist. Gemäß den 9 bis 11 ragt der Reinkunststoffdom 16 dabei durch ein Langloch 46 des Funktionsbauteils 26, an dem sich ferner eine Stufung 48 befindet. Das Befestigungselement 20 ist als eine kreisrunde Klemmscheibe mit radial nach innen gerichteten Klemmarmen 22 gestaltet, die auf den gemäß den 9 und 10 dabei im Wesentlichen kreiszylindrischen Reinkunststoffdom 16 aufgeschoben ist und an der Stufung 48 anliegt. Gemäß 11 ist der dortige Reinkunststoffdom 16 kreiskegelförmig mit einer Seitenfläche 18 gestaltet, die sich stark schräg, insbesondere in einem Winkel von zwischen 30° und 60°, zu einer Entformungsrichtung 50 des zugehörigen Fahrzeugkaroseriebauteils 10 erstreckt. Die Entformungsrichtung 50 ist dabei im Wesentlichen senkrecht zur Ebene der zugehörigen Grundfläche 12. Auf die derart schräg gestellte Seitenfläche 18 kann das zugehörige Befestigungselement 20 in einer Klemmrichtung 52 schräg zur Entformungsrichtung aufgeklemmt werden, wodurch es das zugehörige Funktionsbauteil 26 an dessen Stufung 48 in schräger Richtung zur Grundfläche 12 zurückhalten kann.
-
Mit der 12 und 13 ist veranschaulicht, dass auch ein umgekehrtes Prinzip sinnvoll ist, bei dem mittels einer schräg gestellten Seitenfläche 18 des zugehörigen Reinkunststoffdoms 16 die Entformungsrichtung 50 in einem Winkel zwischen 30° und 60° zur Ebene der Grundfläche 12 schräg gestellt ist und zugleich ein Befestigungselement 20 ein Funktionsbauteil 26 senkrecht zu dieser Grundfläche 12 am zugehörigen Fahrzeugkarosseriebauteil 10 zurückhält. Das Befestigungselement 20 ist dabei jeweils als eine Schraube gestaltet, die in eine Sackbohrung 54 am Reinkunststoffdom 16 eingeschraubt ist. Dabei greift ein Schraubenschaft 56 mittels eines selbstschneidenden Schraubengewindes 58 in den Reinkunststoffdom 16 formschlüssig ein, während ein Schraubenkopf 60 mit einer dort untergelegten Ringscheibe 62 das zugehörige Funktionsbauteil 26 zurückhält. Am Schraubenkopf 60 befindet sich ein Werkzeugansatz 64 in Form eines Innensechskants.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 12 befindet sich die Sackbohrung 54 am Reinkunststoffdom 16 an der von dessen Faserlage 14 abgewandten Seite, so dass die Faserlage 14 nicht von der Sackbohrung 54 unterbrochen ist. Gemäß 13 befindet sich die Sackbohrung 54 am Reinkunststoffdom 16 hingegen an der der Faserlage 14 zugewandten Seite, so dass dort die Faserlage 14 von der Sackbohrung 54 unterbrochen ist. Dabei kann die Faserlage 14 im Bereich der Sackbohrung 54 auch etwas ausgespart sein, so dass das dort eingeschraubte Befestigungselement 20 nicht in Kontakt mit der Faserlage 14 kommt und Korrosionsprobleme vermieden sind.
-
Die 14 und 15 zeigen schließlich ein Befestigungselement 20 in Gestalt einer Schraube mit Schraubenkopf 60 und Schraubenschaft 56 sowie Schraubengewinde 58. Dieses Befestigungselement 20 hat an der von dem Schraubenschaft 56 abgewandten Seite des Schraubenkopfes 60, also an seiner bezogen auf die 14 und 15 oberen Seite, einen Gewindestift 66, an dessen oberen Ende sich dann noch ein Werkzeugansatz 64 in Gestalt eines Außensechskants befindet. Auf den Gewindestift 66 kann entsprechend zum Befestigen ein Funktionsbauteil 26 selbst aufgeschraubt oder mittels einer dort aufgeschraubten (nicht dargestellten) Schraubenmutter befestigt werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Fahrzeugkarosseriebauteil
- 12
- Grundfläche
- 14
- Faserlage
- 16
- Reinkunststoffdom
- 18
- Seitenfläche des Reinkunststoffdoms
- 20
- Befestigungselement
- 22
- Klemmarm
- 24
- Klemmraste
- 26
- Funktionsbauteil
- 28
- Haken am Befestigungselement
- 30
- Wölbung der Grundfläche
- 32
- ausgebuchteter Streifen
- 34
- Brücke am Befestigungselement (zweit Reinkunststoffdome verbindend)
- 36
- Kabelring am Befestigungselement
- 38
- Hinterschnitt am Reinkunststoffdom
- 40
- Positionierkennzeichnung
- 42
- Reparaturdom
- 44
- Klebung
- 46
- Langloch im Funktionsbauteil
- 48
- Stufung am Funktionsbauteil
- 50
- Entformungsrichtung
- 52
- Klemmrichtung
- 54
- Sackbohrung im Reinkunststoffdom
- 56
- Schraubenschaft
- 58
- Schraubengewinde
- 60
- Schraubenkopf
- 62
- Ringscheibe
- 64
- Werkzeugansatz
- 66
- Gewindestift
