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Die Erfindung betrifft ein Trägerelement für einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Trägerelements gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 6.
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Ein solches Trägerelement in Form eines Frontendträgers für einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen, ist beispielsweise bereits aus der
DE 10 2012 021 746 A1 als bekannt zu entnehmen. Das Trägerelement umfasst wenigstens ein eine Längserstreckung aufweisendes Trägerteil in Form eines Querträgerelements, welches sich in Einbaulage zumindest im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung erstreckt. Dabei ist das Trägerteil zumindest teilweise mit wenigstens einem Kunststoff versehen, indem der Kunststoff an das Trägerteil angespritzt ist. Das Trägerteil ist dabei aus einem metallischen Werkstoff gebildet und somit mit dem Kunststoff zu einem Hybrid-Bauteil, das heißt einem Metall-Kunststoff-Hybridträger (MKH-Träger) ergänzt. Das Trägerelement (Frontendträger) kann beispielsweise an eine separat vom Trägerelement ausgebildete Kraftfahrzeugtragstruktur, insbesondere eine Personenkraftwagenkarosserie, angebunden werden.
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Zum Herstellen des Trägerelements wird beispielsweise das Trägerteil in ein Werkzeug, insbesondere ein Spritzgusswerkzeug, eingelegt und durch Spritzgießen mit dem Kunststoff versehen. Beispielsweise wird das sich lang erstreckende Trägerteil mit Kunststoff zur Bildung von Konsolen, Versteifungsrippen, Streben und/oder dergleichen Funktionselementen umspritzt. Herkömmlicherweise ist das Trägerteil einstückig und kann beispielsweise aus einem Rohr bestehen oder aber ein offenes Halbschalenprofil sein.
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Das Trägerelement kann Anbauteile wie beispielsweise Vertikalstreben etc. umfassen, welche separat von dem Trägerelement hergestellt werden. Mit anderen Worten handelt es sich bei den Anbauteilen um separate Bauteile, welche nachträglich montiert oder aber beim Versehen des Trägerteils mit dem Kunststoff mit an das Trägerteil angespritzt werden.
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Da beispielsweise während des Betriebs des Kraftwagens auf das Trägerelement wirkende Lasten nicht überall gleich groß sind, wird das Trägerteil, insbesondere das Trägerelement insgesamt, so konzipiert, dass es der höchsten Anforderung, das heißt der höchsten Last über seine gesamte Länge genügt. Dadurch erhalten das Trägerelement und insbesondere das Trägerteil zumindest in einem Teilbereich eine Wandstärke und einen Querschnitt, die bezogen auf die in diesem Teilbereich wirkenden Lasten überdimensioniert sind. Dies führt zu einer übermäßigen Größe und zu einem übermäßigen Gewicht des Trägerelements.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Trägerelement sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Trägerelements der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die Größe und somit der Bauraumbedarf sowie das Gewicht des Trägerelements besonders gering gehalten werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Trägerelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Trägerelements mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um ein Trägerelement der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Bauraumbedarf beziehungsweise Größe und Gewicht besonders gering gehalten werden können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Trägerteil durch eine Mehrzahl von Einzelprofilen gebildet ist, welche mittels des Kunststoffs miteinander verbunden sind. Mit anderen Worten, um auf möglichst einfache Weise das Trägerelement anforderungsgerecht zu gestalten, ist das Trägerteil aus mindestens zwei vorzugsweise schalenartigen Einzelprofilen gebildet, die beispielsweise in einem gemeinsamen Spritzgießwerkzeug mit dem Kunststoff versehen, das heißt zumindest teilweise umspritzt werden. Mittels des Spritzgießwerkzeugs wird der Kunststoff an die separat voneinander hergestellten Einzelprofile angespritzt, derart, dass die Einzelprofile mittels des Kunststoffs miteinander verbunden werden.
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Hierdurch wird ein Zusammenbau erzielt, der es ermöglicht, einzelne, mit den Einzelprofilen korrespondierende Bereiche des Trägerteils durch Verwendung der Einzelprofile mit unterschiedlichen Wandstärken und/oder Querschnitten auszubilden, um damit das Trägerelement insgesamt hinsichtlich des jeweiligen Anforderungsbedarfs an mechanischer Beanspruchung maßgeschneidert zu konfigurieren. Mit andern Worten ist es möglich, jeweilige Bereiche, in denen die Einzelprofile angeordnet sind, an jeweilige, in diesen Bereichen wirkende Belastungen anzupassen, sodass Überdimensionierungen sowie Unterdimensionierungen des Trägerelements vermieden werden können.
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Durch den geschilderten Aufbau des Trägerelements lässt sich ein Fertigungskonzept schaffen, welches ein sehr hohes Maß an Flexibilität aufweist, da im Sinne eines Baukastenprinzips unterschiedliche Einzelprofile mit unterschiedlichen Profilformen und/oder Dimensionierungen miteinander – beispielsweise bei geeigneter Umrüstung des Werkzeugs – zu dem Trägerteil verknüpft, das heißt verbunden werden können. Hierdurch kann nicht nur ein besonders leichtes, sondern auch ein besonders raumsparendes und kompaktes Strukturbauteil in Form des Trägerelements realisiert werden.
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Darüber hinaus sind Biegungen besonders einfach darstellbar. Zudem ist keine chemische Vorbehandlung für die Haftung des Kunststoffes an den Einzelprofilen erforderlich. Optional können an den Einzelprofilen Anbindungselemente vormontiert sein. Dies bedeutet beispielsweise, dass die Anbindungselemente an den Einzelprofilen montiert werden, bevor die Einzelprofile mit dem Kunststoff versehen werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind zwei der Einzelprofile seitliche Einzelprofile, wobei ein drittes der Einzelprofile ein Mittelprofil ist. Das Mittelprofil ist in Längserstreckungsrichtung des Trägerteils zwischen den seitlichen Profilen angeordnet. Die seitlichen beziehungsweise äußeren Einzelprofile weisen beispielsweise zumindest teilweise einen gebogenen Verlauf auf, wobei es vorzugsweise vorgesehen ist, dass das Mittelprofil länger als die seitlichen Einzelprofile ist.
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Bei einer weiteren Ausführungsform ist ein viertes Einzelprofil vorgesehen, welches ebenfalls mittels des Kunststoffs mit den anderen Einzelprofilen verbunden ist. Bei dem vierten Einzelprofil kann es sich um ein Schlossblech handeln, an welchem ein Schloss zum Verriegeln eines Flügelelements wie beispielsweise einer Fronthaube des Kraftwagens befestigbar ist. Vorzugsweise wird das Schlossblech insbesondere mittels Einpressmuttern am Mittelprofil vorfixiert, bevor die Einzelprofile des Spritzgusswerkzeugs eingelegt und schließlich mit dem Kunststoff versehen werden.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Einzelprofile aus unterschiedlichen Werkstoffen gebildet sind. Dabei können die jeweiligen Einzelprofile beispielsweise aus einem Leichtmetall, aus Stahl oder aus einem faserverstärkten Kunststoff (FVK) gebildet sein. Hierbei wird vorzugsweise belastungs- und anforderungsgerecht das jeweilig geeignete Material an der jeweiligen Stelle des Trägerteils eingesetzt.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass zumindest eines der Einzelprofile aus einem metallischen Werkstoff gebildet und mit dem Kunststoff zu einem Metall-Kunststoff-Hybridbauteil ergänzt ist. Sind die Einzelprofile jeweils aus einem metallischen Werkstoff gebildet, so ist das Trägerteil insgesamt aus wenigstens einem metallischen Werkstoff gebildet und mit dem Kunststoff zu einem Metall-Kunststoff-Hybridträger ergänzt.
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Die Verbindung der Einzelprofile kann stoffschlüssig und/oder formschlüssig beispielsweise über Durchtrittsöffnungen der Einzelprofile erfolgen, wobei der zunächst flüssige Kunststoff bei einem Versehend er Einzelprofile mit dem Kunststoff durch die Durchtrittsöffnungen hindurchtritt. Da sich der Kunststoff anschließend verfestigt, werden die Einzelprofile besonders fest und insbesondere formschlüssig miteinander verbunden, wobei der Kunststoff beispielsweise in verfestigtem Zustand Zuganker bildet. Außerdem können hierdurch angespritzte Konsolen einen besonders guten Halt erhalten. Besonders bevorzugt erfolgt die Verbindung der Einzelprofile formschlüssig beispielsweise durch Umgreifen von Kanten der Einzelprofile mittels des Kunststoffs.
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Vorzugsweise weisen die Einzelprofile jeweilige Flansche auf, welche sich beispielsweise im Spritzgießwerkzeug überlappen und dann dort zur Verbindung der Einzelprofile mit dem Kunststoff umspritzt werden. Denkbar ist aber auch eine Anordnung der Einzelprofile Stoß-an-Stoß mit auslassender Umspritzung an jeweiligen Enden der Einzelprofile, wodurch die Einzelprofile mittels des Kunststoffs miteinander verbunden werden.
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Zur Verbesserung der anforderungsgerechten Ausbildung des Trägerelements können die Einzelprofile in Form eines Tailored Blanks gepatcht oder gewalzt sein, sodass hierbei beispielsweise unterschiedliche Wandstärken gezielt erreicht werden können. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass das zumindest eines der Einzelprofile an sich unterschiedliche Wandstärken aufweist.
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Das Trägerelement ist beispielsweise ein Frontendträger für eine Kraftfahrzeugtragstruktur, insbesondere eine Personenkraftwagenkarosserie. Hierbei ist durch das Trägerteil beispielsweise ein Obergurt in Form eines Querträgerelements gebildet, welches sich in Einbaulage zumindest im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung erstreckt.
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Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Herstellen eines Trägerelements, wobei es erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass das Trägerteil durch eine Mehrzahl von Einzelprofilen gebildet wird, welche mittels des Kunststoffs miteinander verbunden werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Trägerelements sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
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1 eine schematische Perspektivansicht auf ein Baukastensystem für eine Mehrzahl von Bauvarianten eines Trägers in Form eines Frontendträgers gemäß einer ersten Ausführungsform für einen Personenkraftwagen, mit einem Obergurt in Form eines bauvariantenübergreifenden Querträgerelements als erstem Bauelement, mit separat voneinander und separat von dem Querträgerelement hergestellten bauvariantenspezifischen ersten Anbauteilen in Form von ersten Stützelementen sowie mit separat voneinander und separat vom Querträgerelement hergestellten bauvariantenspezifischen zweiten Anbauteilen in Form von zweiten Stützelementen, wobei in Abhängigkeit von der Bauvariante des Frontendträgers und somit wahlweise die ersten Stützelemente oder die zweiten Stützelemente über jeweilige Verbindungselemente unter Ausbildung jeweiliger Steckverbindungen mit dem Querträgerelement verbindbar sind;
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2 eine schematische Perspektivansicht auf separat voneinander hergestellte Grundkörper in Form von Einzelprofilen des Querträgerelements, welche jeweils zumindest teilweise mit einem Kunststoff versehen und über einen Kunststoff miteinander verbunden werden;
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3 eine schematische Perspektivansicht auf das Querträgerelement;
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4 eine schematische Perspektivansicht auf eines der ersten Stützelemente;
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5 eine schematische Perspektivansicht auf eines der zweiten Stützelemente;
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6 ausschnittsweise eine schematische und perspektivische Rückansicht auf den Frontendträger;
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7 ausschnittsweise eine schematische Rückansicht auf den Frontendträger gemäß 6;
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8 ausschnittsweise eine weitere schematische und perspektivische Rückansicht auf den Frontendträger gemäß einer zweiten Ausführungsform;
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9 ausschnittsweise eine schematische und perspektivische Vorderansicht auf den Frontendträger;
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10 ausschnittsweise eine schematische Explosionsansicht auf den Frontendträger; und in
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11 eine schematische und perspektivische Vorderansicht auf den Frontendträger gemäß der zweiten Ausführungsform.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Während 1 bis 7 einen Träger in Form eines Frontendträgers gemäß einer ersten Ausführungsform zeigen, zeigen 10 und 11 den Frontendträger gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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1 zeigt in einer schematischen Perspektivansicht ein Baukastensystem für eine Mehrzahl von Bauvarianten eines Trägers in Form eines Frontendträgers für einen Personenkraftwagen. Der Frontendträger und somit das Baukastensystem umfassen ein Querträgerelement 10, welches auch als Obergurt bezeichnet wird. In Zusammenschau mit 2 ist erkennbar, dass das Querträgerelement 10 eine Mehrzahl von Einzelprofilen 12a–d vorliegend in Form von metallischen Grundkörpern umfasst, welche als Blecheinleger ausgebildet und jeweils separat voneinander hergestellt sind. Mit anderen Worten sind die Einzelprofile 12a–d Blechbauteile, wobei das Einzelprofil 12a als rechtes Außenblech ausgebildet und aus einem Stahl hergestellt ist sowie eine Einpressbuchse 14 aufweist. Das Einzelprofil 12c ist ein linkes Außenblech, das aus einem Stahl hergestellt und mit einer Einpressbuchse 16 versehen ist. Das Einzelprofil 12b ist ein sogenanntes Mittelblech, welches aus einem Stahl gebildet ist. Bei dem Einzelprofil 12d handelt es sich um einen aus einem Stahl gebildeten Schlossblech mit drei Einpressmuttern 18, wobei das Schlossblech am Mittelblech fixiert ist. in Zusammenschau mit 3 ist erkennbar, dass die Einzelprofile 12a–d separat voneinander hergestellt und miteinander verbunden sind und zusammen ein Trägerteil 11 des Querträgerelements 10 bilden, wobei das Trägerteil 11 insgesamt aus wenigstens einem metallischen Werkstoff gebildet ist. Vorliegend sind die Einzelprofile 12–d schalenartig und dabei als offene Profile, das heißt als Profile mit offenem Hohlquerschnitt ausgebildet sind.
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Das Trägerteil 11 ist dabei mit einem Kunststoff 20 des Querträgerelements 10 versehen und dadurch zu einem Hybrid-Bauteil in Form eines Metall-Kunststoff-Hybridträgers (MKH-Träger) ergänzt, wobei der Kunststoff 20 in 1 und 3 transparent dargestellt ist. Der Kunststoff 20 ist vorzugsweise im Rahmen eines Spritzgießverfahrens zumindest an die Einzelprofile 12a–c angespritzt, sodass die Einzelprofile 12a–c jeweils zumindest teilweise außenumfangsseitig mit dem Kunststoff 20 versehen und mittels des Kunststoffes 20 miteinander verbunden sind. Vorzugsweise sind alle Einzelprofile 12a–d mit dem Kunststoff 20 versehen und mittels dieses miteinander verbunden.
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Die Einzelprofile 12a–d sind mittels des Kunststoffs 20 miteinander verbunden, um dadurch das Gewicht und die Größe und somit den Bauraumbedarf des Frontendträgers 10 gering halten zu können. Die Einzelprofile 12a–d können nämlich separat voneinander und dadurch bedarfsgerecht hergestellt werden, sodass insbesondere hinsichtlich ihrer Dimensionen und Geometrie an jeweilige, in ihrem Bereich wirkende Belastungen angepasst werden können.
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Da die Einzelprofile 12–d vorliegend aus einem metallischen Werkstoff gebildet sind, ist das Trägerteil 11 insgesamt aus wenigstens einem metallischen Werkstoff gebildet und somit mit dem Kunststoff 20 zu einem Metall-Kunststoff-Hybridbauteil beziehungsweise einem Metall-Kunststoff-Hybridträger (MKH-Träger) ergänzt. Der Frontendträger insgesamt ist somit als Metall-Kunststoff-Hybridbauteil mit anforderungsgerechten Einlegeelementen in Form der Einzelprofile 12a–d ausgebildet, mittels welchen der Frontendträger und insbesondere das Trägerfeil 10 verstärkt ist. Da die Lasten, welche beispielsweise während des Betriebs des Personenkraftwagens auf den Frontendträger wirken, nicht überall am Frontendträger gleich groß sind, können die Einlegeelemente in Form der Einzelprofile 12a–d insbesondere hinsichtlich ihrer Größe und/oder ihres Werkstoffs bedarfsgerecht gewählt werden, sodass sich die Einzelprofile 12a–d beispielsweise hinsichtlich ihrer Größe und/oder ihres Werkstoffs und/oder ihrer Geometrie wie beispielsweise ihres Querschnitts und/oder ihre Wandstärke, voneinander unterscheiden. Die Einzelprofile 12a–d werden dann in ein Spritzgießwerkzeug eingelegt und im Rahmen des Spritzgießverfahrens mit dem Kunststoff 20 versehen, das heißt zumindest teilweise umspritzt. Bei dem Kunststoff 20 handelt es sich vorzugsweise um einen thermoplastischen Kunststoff.
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Der Kunststoff 20 des Querträgerelements 10 ist vorzugsweise ein faserverstärkter Kunststoff, wobei es sich beispielsweise um Polyamid (PA) handelt, welcher mittels Verstärkungsfasern, insbesondere in Form von Glasfasern (GF), verstärkt ist. Beispielsweise handelt es sich bei dem Kunststoff 20 um PA6-GF30.
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Ferner ist es vorzugsweise vorgesehen, dass jeweilige Blechkanten der Einzelprofile 12a–c mit dem Kunststoff 20 umspritzt werden. Der Frontendträger wird separat von der Karosserie des Personenkraftwagens hergestellt und im Rahmen der Herstellung des Personenkraftwagens an die Karosserie montiert.
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Das Querträgerelement 10 ist ein erstes Bauelement des Frontendträgers, welcher zweite Bauelemente in Form von ersten Anbauteilen umfasst, die vorliegend als Stützelemente beziehungsweise Strebenelemente 22 und 24 ausgebildet sind. Im Rahmen des Baukastensystems sind ferner dritte Bauelemente in Form von zweiten Anbauteilen vorgesehen, welche als zweite Stützelemente beziehungsweise Strebenelemente 26 und 28 ausgebildet sind. Während das Querträgerelement 10 bauvariantenübergreifend ist, sind die Strebenelemente 22 und 24 und die Strebenelemente 26 und 28 jeweils bauvariantenspezifisch und in Abhängigkeit von der Bauvariante des Frontendträgers mit dem Querträgerelement 10 verbindbar. Mit anderen Worten werden zur Herstellung einer ersten der Bauvarianten des Frontendträgers die Strebenelemente 22 und 24 mit dem Querträgerelement 10 verbunden. Zur Realisierung einer zweiten der Bauvarianten werden hingegen anstelle der Strebenelemente 22 und 24 die Strebenelemente 26 und 28 mit dem Querträgerelement 10 verbunden. Im fertig hergestellten Zustand der jeweiligen Bauvariante erstrecken sich die Strebenelemente 22 und 24 beziehungsweise 26 und 28 zumindest im Wesentlichen in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) und dabei in Fahrzeughochrichtung nach unten vom Querträgerelement 10 weg.
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Im fertig hergestellten Zustand des Personenkraftwagens insgesamt ist beispielsweise der Frontendträger über die Strebenelemente 22 und 24 beziehungsweise 26 und 28 an einer darunter angeordneten und insbesondere als Längsträgerebene ausgebildeten Lastebene abgestützt, wobei der Frontendträger über die Strebenelemente 22 und 24 beziehungsweise 26 und 28 beispielsweise an jeweiligen Längsträgerelementen der Lastebene abgestützt ist.
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Dabei ist anhand von 1 bis 7 eine erste Ausführungsform des Frontendträgers veranschaulicht. Im Rahmen des Baukastensystems sind die Strebenelemente 22 und 24 sowie 26 und 28 bauvariantenspezifisch. Dies bedeutet, dass für alle Bauvarianten das gleiche Querträgerelement 10 verwendet wird, wobei die Variantenbildung durch die Strebenelemente 22 und 24 beziehungsweise 26 und 28 erfolgt. Dies bedeutet, dass sich die Bauvarianten unterscheiden, wobei diese Unterschiede insbesondere durch die Strebenelemente 22 und 24 beziehungsweise 26 und 28 derart realisiert werden, dass sich die Strebenelemente 22 und 24 beziehungsweise 26 und 28 hinsichtlich ihrer äußeren Abmessungen, insbesondere hinsichtlich ihrer in Fahrzeughochrichtung verlaufenden Höhe, voneinander unterscheiden. Dadurch, dass sich die Strebenelemente 22 und 24 beziehungsweise 26 und 28 im fertig hergestellten Zustand des Frontendträgers zumindest im Wesentlichen in Fahrzeughochrichtung erstrecken, werden die Strebenelemente 22 und 24 beziehungsweise 26 und 28 auch als Z-Streben oder Vertikalstreben bezeichnet.
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In 4 ist in einer schematischen perspektivischen Vorderansicht das Strebenelement 24 gezeigt, wobei in 5 in einer schematischen perspektivischen Vorderansicht das Strebenelement 28 gezeigt ist. Im Gegensatz zum Strebenelement 24 weist das Strebenelement 28 einen Zwischenbereich 30 auf, woraus eine gegenüber dem Strebenelement 24 größere, in Fahrzeughochrichtung verlaufende Höhe des Strebenelements 28 resultiert. Dadurch kann beispielsweise die zweite Bauvariante des Frontendträgers für Fahrzeugausführungen mit einer großen Höhe und die erste Bauvariante für Fahrzeugausführungen mit dem gegenüber geringerer Höhe genutzt werden. Dies bedeutet, dass die Variantenbildung des Frontendträgers für unterschiedlich hohe Fahrzeugausführungen über die unterschiedlich hohen Vertikalstreben (Strebenelemente 22 und 24 beziehungsweise 26 und 28) realisiert wird. Hierbei ist der Obergurt (Querträgerelement 10) bei allen Bauvarianten gleich. Der Obergurt kann beispielsweise in einem Zustand transportiert werden, in welchem die Strebenelemente 22 und 24 beziehungsweise 26 und 28 noch nicht an den Obergurt angebunden sind. Somit ist der Obergurt wenig ausladend und kompakt und kann somit einfach transportiert werden. Die jeweilige Fahrzeugvariante wird im Rahmen der Montage des Frontendträgers erzeugt, in dem dann die jeweiligen Strebenelemente 22 und 24 beziehungsweise 26 und 28 an den Obergurt montiert werden. Die Strebenelemente 22, 24, 26 und 28 sind jeweils separat voneinander und separat vom Querträgerelement 10 ausgebildet und werden – je nach Bauvariante – nach ihrer voneinander unabhängigen und vom Querträgerelement 10 unabhängigen Herstellung mit dem Querträgerelement 10 verbunden.
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Aus 4 und 5 ist am Beispiel der Strebenelemente 24 und 28 zu erkennen, dass die Verbindung des Querträgerelements 10 mit den Strebenelementen 24 und 28 und somit mit den Strebenelementen 22 und 26 über eine jeweilige Anbindungsgeometrie 32 der Strebenelemente 24 beziehungsweise 28 erfolgt, wobei die Anbindungsgeometrie 32 auch als Schnittstelle bezeichnet wird, über welche das jeweilige Strebenelement 22, 24, 26 und 28 an das Querträgerelement 10 angebunden wird. Hierbei ist die Anbindungsgeometrie 32 bei allen Strebenelementen 22, 24, 26 und 28 identisch, sodass die Strebenelemente 22 und 24 beziehungsweise 26 und 28 trotz ihrer genannten Unterschiede auf gleiche und somit einfache Weise an das Querträgerelement 10 angebunden werden können. Durch eine solche geeignete Anbindungsgeometrie 32 kann eine eindeutige Montage der Vertikalstreben an den Obergurt ermöglicht werden. Eine Übertragung von Kräften kann durch entsprechende Ausgestaltung und Materialauswahl sowie Abstimmung der Schnittstelle erfolgen, um Toleranzanforderungen im Zusammenbau des Frontendträgers zu erfüllen.
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Aufgrund der genannten separaten Ausgestaltung beziehungsweise Herstellung des Querträgerelements 10 und der jeweiligen Strebenelemente 22, 24, 26 und 28 können die Bauelemente für sich betrachtet mit einer geringen Komplexität hergestellt und auf einfache und kostengünstige Weise transportiert werden. Vorzugsweise sind die Vertikalstreben aus einem anderen Werkstoff als das Querträgerelement 10 hergestellt. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Vertikalstreben aus einem Kunststoff, insbesondere aus einem faserverstärktem Kunststoff, gebildet sind. Bei dem faserverstärkten Kunststoff handelt es sich beispielsweise um Polypropylen (PP), welcher Verstärkungsfasern, insbesondere in Form von Glasfasern, aufweist. Bei dem faserverstärktem Kunststoff für die Vertikalstreben kann es sich beispielsweise um PPGF30 handeln. Aufgrund der separaten Herstellung der Bauelemente ist es ferner möglich, eine Variantenbildung des jeweiligen Personenkraftwagens erst mit der Herstellung des Frontendträgers zu schaffen, welcher auch als Frontendmodul bezeichnet wird.
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Ferner sind aus 4 und 5 Verbindungselemente 25 der Strebenelemente 24 beziehungsweise 28 erkennbar, wobei die Verbindungselemente 25 beispielsweise Kunststoffmuttern oder Metallgewindeeinsätze als Einlegeteile sind. Darüber hinaus sind jeweilige Einlegeteile in Form von Stützbuchsen 27 auf Metall vorgesehen.
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Aus 6 und 7 ist besonders gut erkennbar, dass am Querträgerelement 10 wenigstens ein Verbindungselement 34 und am jeweiligen Strebenelement 22, 24, 26 und 28 jeweils wenigstens ein zweites Verbindungselement 36 vorgesehen ist. Dabei ist die jeweilige Vertikalstrebe über die korrespondierenden Verbindungselemente 34 und 36 mit dem Querträgerelement 10 verbunden. Zur Realisierung einer besonders einfachen Montage des Frontendträgers selbst weist das Verbindungselement 34 des Querträgerelements 10 Aufnahmen 38 auf, wobei das jeweilige Verbindungselement 36 der entsprechenden Vertikalstrebe – wie in 7 am Beispiel des Strebenelements 28 zu erkennen ist – mit den Aufnahmen 38 korrespondierende Formschlusselemente 40 aufweist, welche unter Verbinden der Vertikalstrebe mit dem Querträgerelement 10 zumindest teilweise in eine Steckrichtung in die jeweilige Aufnahmen 38 eingesteckt sind. Bezogen auf den fertig hergestellten Zustand des Personenkraftwagens verläuft die Steckrichtung vorliegend zumindest im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung), wobei die Formschlusselemente 40 in Fahrzeuglängsrichtung von vorne nach hinten in die korrespondierenden Aufnahmen 38 eingesteckt werden.
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Aus 6 ist ferner besonders gut erkennbar, dass das Verbindungselement 36, welches zur Anbindungsgeometrie 32 gehört, ferner ein Rastelement 42 mit Rastnasen 44 aufweist. Damit korrespondierend ist am Querträgerelement 10 ein Rastelement 46 in Form einer Rastaufnahme vorgesehen, wobei das Rastelement 46 mit den Rastnasen 44 verrastet ist und somit formschlüssig zusammenwirkt. Dabei hintergreifen die Rastnasen 44 bezogen auf die Steckrichtung jeweilige Wandungsbereiche der Rastaufnahme. Aus 6 und 7 ist besonders gut erkennbar, dass das Verbindungselement 34 des Querträgerelements 10 durch den Kunststoff 20 des Querträgerelements 10 gebildet ist. Dabei wird das Verbindungselement 34 im Rahmen des Spritzgießverfahrens hergestellt, in dessen Rahmen zumindest die Einzelprofile 12a–c, vorzugsweise die Einzelprofile 12a–d, mit dem Kunststoff 20 versehen werden. Analog dazu ist das Verbindungselement 36 der jeweiligen Vertikalstrebe durch den Kunststoff der jeweiligen Vertikalstrebe gebildet.
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Zusätzliche und separate Verbindungselemente beziehungsweise Befestigungselemente zum Verbinden der Bauelemente sind somit nicht vorgesehen und nicht erforderlich, sodass eine einfache Montage dargestellt werden kann. Diese einfache Montage und die Halterung des jeweiligen Strebenelements 22, 24, 26 und 28 am Querträgerelement 10 erfolgt durch eine Rastverbindung, welche auch als Clips- oder Schnappverbindung bezeichnet und durch die Rastelemente 42 und 46 gebildet wird. Hierbei ist die Realisierung einer Handmontage ebenso möglich wie eine automatisierte Montage der Vertikalstrebe an das Querträgerelement 10.
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Die Verbindung zwischen der jeweiligen Vertikalstreben und dem Obergurt (Querträgerelement 10) ist vorzugsweise reversibel, das heißt zerstörungsfrei lösbar, sodass die Vertikalstreben beispielsweise zum Zwecke einer Wartung oder eines Austauschs auf einfache Weise vom Querträgerelement 10 demontiert werden können. Insgesamt ermöglichen die Vertikalstreben und ihre separate Herstellung eine einfache Fahrzeugvariantenbildung, wobei lediglich die Vertikalstreben, nicht jedoch das Querträgerelement 10, geändert werden müssen, da dieses für unterschiedliche Bauvarianten verwendet werden kann. Hierdurch können auch Werkzeugänderungskosten gering gehalten werden.
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Zum Verrasten beziehungsweise Verklipsen der Vertikalstrebe, das heißt vorliegend dem Strebenelement 28 mit dem Querträgerelement 10 werden die Rastnasen 44 durch eine Durchgangsöffnung 48 der Rastaufnahme (Rastelement 46) hindurchgesteckt, wobei die Verbindungselemente 34 und 36 bezogen auf die Steckrichtung hinter der Durchgangsöffnung 48 miteinander verrastet sind.
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8 bis 11 veranschaulichen eine zweite Ausführungsform des Frontendträgers. Bei der zweiten Ausführungsform ist eine der Aufnahmen 38 als die Durchgangsöffnung 48 ausgebildet, in welche beziehungsweise durch welche das korrespondierende Rastelement 42 mit der Rastnase 44 des Verbindungselements 36 gesteckt wird. Auch die andere Aufnahme 38 ist als weitere Durchgangsöffnung 50 ausgebildet, wobei das Formschlusselement 40 als weiteres Rastelement mit besonders gut aus 8 erkennbaren, weiteren Rastnasen 52 ausgebildet ist. Auch das Formschlusselement 40 mit den Rastnasen 52 wird durch die Durchgangsöffnung 50 (Aufnahme 38) hindurch gesteckt, sodass die Rastnasen 52 die Durchgangsöffnung 50 begrenzende Wandungsbereiche hintergreifen können. Durch die Aufnahme 38 ist somit ein weiteres Rastelement in Form einer weiteren Rastaufnahme gebildet, wobei das weitere Rastelement mit dem Formschlusselement 40 mit den Rastnasen 52 verrastet ist.
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Insgesamt ist erkennbar, dass zur Realisierung einer besonders kostengünstigen Herstellung des Frontendträgers dieser in den Obergurt (Querträgerelement 10) und die Vertikalstreben aufgeteilt ist, welche nach der Herstellung des Trägerelements 10 an dieses montiert werden. Durch diese Aufteilung des Frontendträgers kann ein besonders einfaches Spritzgusswerkzeug geschaffen werden, in das die Versteifungselemente in Form der Einzelprofile 12a–d einfach eingelegt werden können und welches auch eine Doppelkavität zulässt.
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Mit anderen Worten sind die Einzelprofile 12a–d Einlegeverstärkungen, welche aus Materialien wie Stahl, insbesondere Stahlblech, Aluminiumblech oder auch Faserverbundmaterialien wie beispielsweise Organobleche sowie auch im Mischverbau ausgebildet werden können. Vorzugsweise werden die Einlegeverstärkungen schon während ihrer Einzelteilherstellung mit Verbindungselementen versehen, über welche der Frontendträger an der Personenkraftwagenkarosserie montiert werden kann.
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Nach dem Einlegen der Einlegeverstärkungen in das Spritzgusswerkzeug wird in einem thermoplastischen Spritzgussverfahren der Frontendträger vollständig, das heißt ohne nachgelagerte Prozesse wie Bohren, Trennen oder Buchsen einpressen hergestellt, wobei die Einlegeverstärkungen (Einzelprofile 12a–d) mittels des eine Spritzgussmasse darstellenden Kunststoffes 20 insbesondere durch Randumspritzungen und/oder Rippen und/oder Durchspritzpunkten fixiert werden. Dabei kann das Trägerelement 10 bedarfsgerecht ausgestaltet werden, sodass Anforderungen hinsichtlich Lasten und Toleranzen erfüllt werden können. Mit anderen Worten ist es möglich, die Einlageverstärkungen so dünn und klein wie möglich und insbesondere so dick und groß wie nötig zu gestalten, sodass ein geringes Bauteilgewicht des Frontendträgers insgesamt geschaffen werden kann. Gleichzeitig lässt sich eine besonders hohe Qualität des Frontendträgers schaffen, da Anbindungselemente schon in den Einlegeverstärkungen vormontiert werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012021746 A1 [0002]
