DE102014212239A1 - Motor vehicle structural component - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftfahrzeug-Strukturbauteil mit einem flächig erstreckten Grundkörper (2), der aus einem faserverstärkten Kunststoff gegossen ist und der eine Basiswandstärke (d) von weniger als 1.5 mm aufweist. Dabei sind an dem Grundkörper (2) Bereiche (3) mit einer gegenüber der Basiswandstärke (d) erhöhten Wanddicke (D1) vorgesehen, von denen zumindest einige jeweils einen Versorgungskanal eines zur Formung des Grundkörpers (2) verwendeten Gusswerkzeugs repräsentieren, entlang dem zur Herstellung des Grundkörpers (2) verwendete Gussmasse geleitet wurde.The invention relates to a motor vehicle structural component with a flatly extended main body (2), which is cast from a fiber-reinforced plastic and having a base wall thickness (d) of less than 1.5 mm. In this case, areas (3) are provided on the base body (2) with a wall thickness (D1) which is increased relative to the base wall thickness (d), at least some of which each represent a supply channel of a casting tool used for forming the base body (2) along which for production of the main body (2) used casting material was passed.
Description
Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug-Strukturbauteil gemäß Patentanspruch 1. The invention relates to a motor vehicle structural component according to
Ein Strukturbauteil mit einem flächig erstreckten Grundkörper kann in Kraftfahrzeugen insbesondere zur Aufnahme von Funktionskomponenten des Fahrzeugs sowie zur Trennung eines Trockenraumes von einem Nassraum dienen. So ist aus der
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Kraftfahrzeug-Strukturbauteil der eingangs genannten Art zu schaffen, welches sich bei geringem Gewicht durch eine einfache Herstellbarkeit auszeichnet. The invention is based on the problem to provide a motor vehicle structural component of the type mentioned, which is characterized by a simple manufacturability with low weight.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch ein Kraftfahrzeug-Strukturbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. This problem is solved by a motor vehicle structural component with the features of
Danach ist der flächig erstreckte Grundkörper des Kraftfahrzeug-Strukturbauteils aus einem faserverstärkten Kunststoff gegossen und weist eine Basiswandstärke von weniger als 1.5 mm auf, wobei an dem Grundkörper weiterhin Bereiche mit gegenüber der Basiswandstärke erhöhter Wanddicke vorgesehen sind, von denen zumindest einige jeweils einen Versorgungskanal eines den Grundkörper formenden Gusswerkzeugs repräsentieren, entlang dem zur Herstellung des Strukturbauteiles durch Gießen, insbesondere Spritzgießen, verwendete Gussmasse (faserverstärkte Kunststoff-Schmelze) geleitet wurde, um an eine bestimmte Stelle eines Gusswerkzeugs geführt zu werden. Thereafter, the flatly extended body of the motor vehicle structural component is cast from a fiber-reinforced plastic and has a base wall thickness of less than 1.5 mm, wherein on the body further areas with respect to the base wall thickness increased wall thickness are provided, of which at least some each have a supply channel of the Represent molding body molding casting tool along which was used for the production of the structural component by casting, in particular injection molding, used casting compound (fiber-reinforced plastic melt) to be guided to a specific location of a casting tool.
Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass das Kraftfahrzeug-Strukturbauteil einstückig in einem Gussvorgang hergestellt werden kann, wobei durch die geringe Basiswandstärke des Grundkörpers das Gewicht des Strukturbauteils minimiert wird. Gleichzeitig sind an dem Grundkörper Bereiche erhöhter Wanddicke zur Verbesserung der Festigkeit bzw. Steifigkeit ausgebildet. The solution according to the invention has the advantage that the motor vehicle structural component can be produced in one piece in a casting process, wherein the weight of the structural component is minimized by the low base wall thickness of the base body. At the same time, areas of increased wall thickness for improving the strength or rigidity are formed on the base body.
Dass die Basiswandstärke des Grundkörpers weniger als 1.5 mm beträgt, bedeutet dabei, dass die Dicke des Grundkörpers auf mindestens 30 % seiner Fläche, insbesondere auf mindestens 50% der Fläche, weniger als 1.5 mm beträgt. Bereiche mit einer demgegenüber erhöhten Wandstärke, also mit einer Dicke von mehr als 1.5 mm, können z.B. gezielt dort vorgesehen sein, wo erhöhte Anforderungen an die Festigkeit bzw. Steifigkeit des Strukturbauteils bestehen, etwa an Befestigungsstellen und/oder an Aufnahmebereichen für Funktionskomponenten. Ferner können hiermit Anforderungen an akustische Eigenschaften des Strukturbauteiles erfüllt werden. The fact that the base wall thickness of the base body is less than 1.5 mm means that the thickness of the base body is at least 30% of its area, in particular at least 50% of the area, less than 1.5 mm. Areas with a contrast increased wall thickness, ie with a thickness of more than 1.5 mm, can be used e.g. specifically be provided there where there are increased demands on the strength or rigidity of the structural component, such as attachment points and / or receiving areas for functional components. Furthermore, hereby requirements for acoustic properties of the structural component can be met.
Derartige Strukturbauteile können, wie bereits beschrieben, als Modulträger in einer Kraftfahrzeugtür eingesetzt werden. Sie können aber auch an anderer Stelle in einem Kraftfahrzeug verwendet werden, z. B. als Lüfterzarge oder als Bestandteil einer Sitzwanne oder -lehne. Such structural components can, as already described, be used as module carriers in a motor vehicle door. But they can also be used elsewhere in a motor vehicle, for. B. as fan cowl or as part of a seat pan or backrest.
Als Fasern zur Verstärkung des Kunststoffes kommen beispielsweise Glasfasern, Kunststoff-Fasern, wie Kevlar-Fasern, oder Keramikfasern in Betracht. Dabei ermöglicht die erfindungsgemäße Lösung zur Verstärkung des für das Strukturbauteil eingesetzten Kunststoffes die Verwendung vergleichweise langer Fasern, bezogen auf die Basiswandstärke des Grundkörpers. So ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Länge der zur Verstärkung des Strukturbauteils genutzten Fasern bei wenigstens 50 % der Fasern mehr als 1 mm beträgt. Die Verwendung vergleichweise langer Fasern zur Herstellung eines dünnwandigen Strukturbauteils beinhaltet grundsätzlich ein erhöhtes Risiko, dass die Fasern bei der Herstellung des Bauteiles brechen. Diesem Risiko wird vorliegend dadurch begegnet, dass der zur Herstellung des Strukturbauteils verwendete Kunststoff, einschließlich der darin enthaltenen Fasern, über Versorgungskanäle des zur Herstellung verwendeten Gusswerkzeugs gezielt zu bestimmten Bereichen des herzustellenden Strukturbauteils bzw. von dessen Grundkörper geleistet werden kann, wobei innerhalb dieser Kanäle – wegen der dort resultierenden erhöhten Wanddicke des Strukturbauteils – das Risiko eines Brechens der Fasern erheblich reduziert ist. As fibers for reinforcing the plastic, for example, glass fibers, plastic fibers, such as Kevlar fibers, or ceramic fibers come into consideration. In this case, the solution according to the invention for reinforcing the plastic used for the structural component allows the use of comparatively long fibers, based on the base wall thickness of the base body. Thus, according to one embodiment of the invention, it is provided that the length of the fibers used to reinforce the structural component is more than 1 mm in at least 50% of the fibers. The use of comparatively long fibers for the production of a thin-walled structural component basically entails an increased risk of the fibers breaking during the production of the component. In the present case, this risk is counteracted by the fact that the plastic used for the production of the structural component, including the fibers contained therein, can be specifically directed to particular regions of the structural component or its base body via supply channels of the casting tool used for production. because of the resulting increased wall thickness of the structural component - the risk of breaking the fibers is significantly reduced.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann außerdem vorgesehen sein, dass zumindest einige Angussstellen des Strukturbauteils, die jeweils einen Abschnitt der Bahn repräsentieren, entlang der die Gussmasse dem zum Gießen des Strukturbauteiles verwendeten Gusswerkzeug von außen zugeführt wurde, mindestens einen gekrümmten Angussabschnitt aufweisen, bei dem einander gegenüberliegende und einander abgewandte Seiten jeweils entlang einer gekrümmten Bahn verlaufen und hiermit in den Grundkörper des Strukturbauteils übergehen, wie in der
Als Kunststoff zur Herstellung des Strukturbauteils kann vorliegend ein solcher verwendet werden, der – ohne die hinzugefügten Fasern – eine geringe Viskosität aufweist, beispielsweise mit einem auf die Masse bezogenen Schmelzflussindex (Schmelz-Massefließrate/MFR) größer oder gleich 80 g/10 min. bei 230 °C und einer Belastung von 2.16 kg nach
Die Basiswandstärke soll gemäß vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung höchstens 1.4 mm betragen und insbesondere zwischen 0.8 mm und 1.2 mm liegen. Die Bereiche erhöhter Wandstärke des Strukturbauteils bzw. des Grundkörpers haben beispielsweise eine Dicke zwischen 1.5 mm und 2.5 mm. According to an advantageous embodiment of the invention, the base wall thickness should be at most 1.4 mm and in particular between 0.8 mm and 1.2 mm. The areas of increased wall thickness of the structural component or the base body, for example, have a thickness between 1.5 mm and 2.5 mm.
Die Bereiche erhöhter Wandstärke an dem Grundkörper des Strukturbauteils, welche jeweils einen Versorgungskanal repräsentieren, können einerseits unmittelbar als Verstärkungsbereiche des Strukturbauteiles dienen. Alternativ oder zusätzlich kann einem einen Versorgungskanal repräsentierende Bereich an dem Grundkörper des Strukturbauteils ein Verstärkungsbereich mit erhöhter Wanddicke zugeordnet sein, der bei der Herstellung des Strukturbauteiles über den entsprechenden Versorgungskanal mit der erforderlichen Gussmasse (Kunststoff-Schmelze) versorgt wurde. In diesem Fall kann der Grundkörper in dem den Versorgungskanal repräsentierenden Bereich eine geringere Dicke aufweisen als in dem zugeordneten weiteren Verstärkungsbereich. Beispielsweise beträgt die Dicke des Grundkörpers in einem einen Versorgungskanal repräsentierenden Bereich weniger als 90 % der Dicke des zugeordneten Verstärkungsbereichs. The regions of increased wall thickness on the main body of the structural component, which each represent a supply channel, on the one hand can serve directly as reinforcing regions of the structural component. Alternatively or additionally, a region representing a supply channel on the main body of the structural component can be assigned a reinforcing region with increased wall thickness, which was supplied with the required casting compound (plastic melt) during the production of the structural component via the corresponding supply channel. In this case, the base body may have a smaller thickness in the area representing the supply channel than in the associated further reinforcement area. For example, the thickness of the base body in an area representing a supply channel is less than 90% of the thickness of the associated reinforcement area.
Entsprechend der Ausgestaltung von Versorgungskanälen in bzw. an einem (Spritz-)Gusswerkzeug ist ein jeweiliger einen solchen Versorgungskanal repräsentierender Bereich am Grundkörper des Strukturbauteils längserstreckt ausgeführt. Die entsprechenden Bereiche können dabei sowohl geradlinig als auch gekrümmt verlaufen. Corresponding to the configuration of supply channels in or on a (injection) casting tool, a respective region representing such a supply channel is designed to extend longitudinally on the main body of the structural component. The corresponding areas can be both rectilinear and curved.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass ein jeweiliger einen Versorgungskanal repräsentierender Bereich an dem Grundkörper des Strukturbauteils zumindest über einen Teil seiner Länge eine Sollbruchstelle definiert, und zwar insbesondere derart, dass beim Auftreten einer Belastung an dem Grundkörper, welcher dieser nicht standhalten kann, ein Aufbrechen des Grundkörpers gezielt an jener Sollbruchstelle erfolgt. Hierdurch kann erreicht werden, dass das Strukturbauteil in einem Crash-Fall bevorzugt derart bricht, dass das Verletzungsrisiko von Fahrzeuginsassen minimiert wird. Eine solche Sollbruchstelle kann beispielsweise durch einen scharfkantigen Übergang des einen Versorgungskanal repräsentierenden Bereiches des Grundkörpers in einen angrenzenden (dünnwandigen) Teilbereich, insbesondere einen Bereich mit der Basiswandstärke, realisiert werden. Alternativ oder ergänzend kann zur Definition einer Sollbruchstelle eine (ggf. lokal begrenzte) Kerbe am Übergang eines einen Versorgungskanal repräsentierenden Bereiches in einen benachbarten Teilbereich des Grundkörpers vorgesehen sein. Furthermore, it may be provided that a respective region representing a supply channel on the main body of the structural component defines a predetermined breaking point over at least part of its length, in particular in such a way that upon the occurrence of a load on the main body, which can not withstand this, breaking of the Basic body targeted to that predetermined breaking point occurs. In this way, it can be achieved that the structural component in a crash case preferably breaks such that the risk of injury to vehicle occupants is minimized. Such a predetermined breaking point can be realized, for example, by a sharp-edged transition of the region of the basic body representing a supply channel into an adjacent (thin-walled) partial region, in particular a region with the base wall thickness. Alternatively or additionally, to define a predetermined breaking point, a (possibly locally limited) notch may be provided at the transition of a region representing a supply channel into an adjacent partial region of the main body.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nimmt der Querschnitt eines einen Versorgungskanal repräsentierenden Bereiches an dem Grundkörper des Strukturbauteils in Fließrichtung der Kunststoff-Schmelze bei der Herstellung des Strukturbauteiles ab. Hiermit lässt sich erreichen, dass die Kunststoff-Schmelze bei der Herstellung des Strukturbauteiles entlang des Versorgungskanals gleichmäßig in benachbarte Bereiche übertritt (und insbesondere nicht ins Stocken gerät). Weiterhin kann durch die hierbei erzeugte Scherwärme dazu beigetragen werden, dass die Temperatur der Kunststoff-Schmelze oberhalb der Erstarrungstemperatur gehalten wird. According to a development of the invention, the cross section of a region representing a supply channel on the main body of the structural component decreases in the direction of flow of the plastic melt in the production of the structural component. Hereby can be achieved that the plastic melt in the production of the structural component along the supply channel evenly into adjacent areas exceeded (and in particular does not falter). Furthermore, it can be contributed by the shear heat generated in this way that the temperature of the plastic melt is maintained above the solidification temperature.
Ferner kann ein jeweiliger Versorgungskanal am Gusswerkzeug gezielt so geführt sein, dass die durch den Versorgungskanal definierte Fließfront der Kunststoff-Schmelze gezielt für ein Ableiten eventuell vorhandenen Gases zu Entlüftungsöffnungen des Werkzeugs sorgt. Furthermore, a respective supply channel on the casting tool can be selectively guided so that the defined by the supply channel flow front of the plastic melt specifically provides for the discharge of any existing gas to vents of the tool.
An dem Grundkörper kann eine Mehrzahl unterschiedliche Versorgungskanäle repräsentierender Materialbereiche so verlaufen und derart angeordnet sein, dass mit den zugrundeliegenden Versorgungskanälen gekrümmte Fließfronten der Kunststoff-Schmelze bei der Herstellung des Strukturbauteiles erzeugbar sind. Hierdurch soll die Bildung ungewollter Sollbruchstellen als Folge gerader Bindenähte vermieden werden. On the main body, a plurality of different supply channels representing material areas may extend and be arranged such that curved flow fronts of the plastic melt in the production of the structural component can be generated with the underlying supply channels. As a result, the formation of unwanted breaking points as a result of straight binding seams should be avoided.
Die Bereiche größerer Wandstärke an dem Grundkörper des Strukturbauteils können ein Versorgungskanalsystem repräsentieren, bei dem jeweils von Versorgungskanälen einer Hierarchieebene Versorgungskanäle einer anderen Hierarchieebene abgehen. Die Versorgungskanäle der höheren Hierarchieebene weisen dabei einen größeren Querschnitt auf als die hiervon abgehenden Versorgungskanäle einer niedrigeren Hierarchieebene. Dies gilt in entsprechender Weise für die jene Versorgungskanäle unterschiedlicher Hierarchieebenen repräsentierenden Bereiche an dem Grundkörper des Strukturbauteils. The areas of greater wall thickness on the main body of the structural component may represent a supply channel system, in each of the supply channels of a hierarchical level supply channels of another hierarchical level depart. The supply channels of the higher hierarchical level have a larger cross-section than the outgoing supply channels of a lower hierarchical level. This applies in a corresponding manner for the areas representing those supply channels of different hierarchical levels on the main body of the structural component.
Ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Strukturbauteils ist durch die Merkmale des Anspruchs 18 charakterisiert. A method for producing a motor vehicle structural component according to the invention is characterized by the features of claim 18.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden bei der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren deutlich werden. Further details and advantages of the invention will become apparent in the following description of exemplary embodiments with reference to the figures.
Es zeigen: Show it:
Zur Erreichung einer möglichst großen Festigkeit des Strukturbauteiles
Der Fasermassenanteil an dem mit Fasern versetzten Kunststoff beträgt dabei 15% bis 50%, insbesondere ca. 30%. The fiber mass fraction of the fiberized plastic is 15% to 50%, in particular about 30%.
Das in
Im Ausführungsbeispiel ist das Strukturbauteil
Unter dem Gesichtspunkt des Leichtbaus besteht allgemein das Ziel, Baugruppen eines Kraftfahrzeugs mit möglichst geringem Gewicht zur Verfügung stellen zu können. Im Fall eines flächigen Strukturbauteils, das zur Trennung eines Nassraums von einem Trockenraum bzw. zur Aufnahme von Funktionskomponenten eines Kraftfahrzeugs ausgebildet und vorgesehen ist, kann eine Gewichtsreduktion insbesondere durch eine dünnwandige Ausgestaltung des Strukturbauteiles erreicht werden. Besteht ein solches Strukturbauteil aus einem faserversetzten Kunststoff, so besteht ein erhöhtes Risiko, dass die Fasern bei der Herstellung des Strukturbauteiles durch Gießen, insbesondere Spritzgießen, brechen, wenn die Wandstärke des Strukturbauteiles in derselben Größenordnung liegt wie die Länge der zur Verstärkung des Kunststoffes verwendeten Fasern. From the point of view of lightweight construction there is generally the goal of being able to provide assemblies of a motor vehicle with the lowest possible weight. In the case of a planar structural component which is designed and provided for separating a wet space from a drying space or for accommodating functional components of a motor vehicle, a weight reduction can be achieved, in particular, by means of a thin-walled configuration of the structural component. If such a structural component consists of a fiber-displaced plastic, there is an increased risk that the fibers will break during production of the structural component by casting, in particular injection molding, if the wall thickness of the structural component is of the same order of magnitude as the length of the fibers used to reinforce the plastic ,
Vorliegend soll die Basiswandstärke zumindest in einem Grundkörper
Um bei einem derart dünnwandigen Grundkörper
In
Durch die Versorgungskanalbereiche
In den Versorgungskanalbereichen
Ist einem Versorgungskanalbereich ein weiterer Verstärkungsbereich am Grundkörper zugeordnet derart, dass der durch jenen Versorgungskanalbereich repräsentierte Versorgungskanal in dem zur Herstellung verwendeten Gusswerkzeug solchen Stellen Gussmasse zuführt, an denen der besagte (weitere) Verstärkungsbereich erzeugt werden soll, so kann die Dicke des Grundkörpers im Versorgungskanalbereich kleiner sein als in dem zugeordneten Verstärkungsbereich, insbesondere höchstens 90 % hiervon betragen. If a supply channel region is assigned a further reinforcement region on the base body such that the supply channel represented by that supply channel region supplies casting compound to those sites where the (further) reinforcement region is to be produced in the casting tool used for production, the thickness of the base body in the supply channel region can become smaller be as in the associated gain range, in particular at most 90% thereof.
Weitere Möglichkeiten der Ausgestaltung von Versorgungskanalbereichen, wie in
Im Versorgungskanalbereich
Mit einem Versorgungskanal, welcher durch den in
Der in
Der in den
Bei der in
Durch die gemäß
In
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: BROSE FAHRZEUGTEILE SE & CO. KOMMANDITGESELLSC, DE Free format text: FORMER OWNER: BROSE FAHRZEUGTEILE GMBH & CO. KG, HALLSTADT, 96103 HALLSTADT, DE Owner name: BROSE FAHRZEUGTEILE GMBH & CO. KOMMANDITGESELL, DE Free format text: FORMER OWNER: BROSE FAHRZEUGTEILE GMBH & CO. KG, HALLSTADT, 96103 HALLSTADT, DE |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: MAIKOWSKI & NINNEMANN PATENTANWAELTE PARTNERSC, DE |
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: BROSE FAHRZEUGTEILE SE & CO. KOMMANDITGESELLSC, DE Free format text: FORMER OWNER: BROSE FAHRZEUGTEILE GMBH & CO. KOMMANDITGESELLSCHAFT, BAMBERG, 96052 BAMBERG, DE |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: MAIKOWSKI & NINNEMANN PATENTANWAELTE PARTNERSC, DE |
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R016 | Response to examination communication |