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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug-Türschloss, mit einer Schlossplatte beispielsweise zur Lagerung eines Gesperres, wobei die Schlossplatte als Werkstoffverbund aus Metall und Kunststoff hergestellt ist.
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Ein Kraftfahrzeug-Türschloss des eingangs beschriebenen Aufbaus wird in der
DE 43 06 142 C2 beschrieben. Hier geht es um einen Kraftfahrzeugtürverschluss, bei welchem das zugehörige Schlossgehäuse im Wege der Spritzgießformgebung aus Spritzgießkunststoff geformt ist und in einem Halterungsbereich befestigte oder gelagerte Bauteile der Schließmechanik aufweist. Das Schlossblech ist auf den Halterungsbereich reduziert und als Bewehrung zur Aufnahme von statischen und dynamischen Beanspruchungen ausgelegt. Das hat sich grundsätzlich bewährt. Allerdings wird letztlich offen gelassen, welche Kunststoffe für die Herstellung der bekannten und als Werkstoffverbund aus Metall und Kunststoff hergestellten Schlossplatte geeignet sind.
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Ähnliche Informationen sucht man auch in dem weiteren einschlägigen Stand der Technik nach der
WO 03/106 790 A1 vergebens. Hier geht es erneut um ein Kraftfahrzeug-Türschloss mit einer Schlossplatte, die aus einem Metallelement und Kunststoffmaterial hergestellt wird. Details im Hinblick auf an dieser Stelle geeignete Kunststoffe sucht man erneut vergebens.
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Tatsächlich können nämlich in der Praxis bei solchen Hybrid-Schlossplatten Probleme dergestalt auftreten, dass die Verbindung zwischen dem Metall und dem Kunststoff gelöst wird bzw. ein dauerhafter Werkstoffverbund nicht mehr vorliegt. Hierzu können nicht nur Alterungseffekte beitragen sondern insbesondere Temperatureffekte. Tatsächlich werden die fraglichen Kraftfahrzeug-Türschlösser bekanntermaßen weltweit eingesetzt. D. h., es sind Temperaturen zwischen –40° C bis zu 80° C oder möglicherweise sogar noch mehr denkbar und müssen aufgenommen werden. Hier hat es bisher in der Praxis Probleme gegeben, da sich der Werkstoffverbund zwischen dem Metall und Kunststoff aufgelöst hat. Ein aufgelöster Werkstoffverbund kann zu Sicherheitsproblemen führen. Denn mithilfe der Schlossplatte werden sämtliche an einer Kraftfahrzeugtür angreifenden Kräfte über das hieran meistens gelagerte Gesperre aufgenommen. Hier will die Erfindung insgesamt Abhilfe schaffen.
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Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Kraftfahrzeug-Türschloss des eingangs beschriebenen Aufbaus so weiter zu entwickeln, dass der Werkstoffverbund aus Metall und Kunststoff dauerhaft beibehalten wird und folglich sämtliche Sicherheitsanforderungen auch nach mehrjährigem Gebrauch und unter Umständen in verschiedenen Klimazonen erfüllt werden.
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Zur Lösung dieser technischen Problemstellung ist ein gattungsgemäßes Kraftfahrzeug-Türschloss im Rahmen der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass das Metall und der als Polymer ausgebildete Kunststoff einen vergleichbaren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Im Regelfall handelt es sich bei dem Wärmeausdehnungskoeffizienten um den Längenausdehnungskoeffizienten, also den linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Dieser beschreibt die relativen Längenänderungen des betreffenden Werkstoffes bei einer Temperaturänderung. Meistens werden solche relativen Längenänderungen sowohl des Metalls als auch des Kunststoffs bzw. Polymers in Richtung einer von der Schlossplatte aufgespannten Ebene zugrundgelegt. Demgegenüber wird der thermische Raumausdehnungskoeffizient bzw. räumliche Ausdehnungskoeffizient üblicherweise nicht betrachtet.
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Da das Metall und der als Polymer ausgebildete Kunststoff im Rahmen der Erfindung einen vergleichbaren Längenausdehnungskoeffizienten aufweisen, also Ihre relative Längenänderung bei einer Temperaturänderung vergleichbar ist, zeichnet sich der hergestellte Werkstoffverbund aus dem Metall und dem Kunststoff im Rahmen der Erfindung dadurch aus, dass bei einer Erwärmung oder Abkühlung die Schlossplatte beispielsweise keine Risse aufgrund unterschiedlicher Längenausdehnungen aufweist.
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Vielmehr ist durch den Rückgriff auf ein Metall und einen als Polymer ausgebildeten Kunststoff mit vergleichbarem Wärmeausdehnungskoeffizienten bzw. Längenausdehnungskoeffizienten gewährleistet, dass beide Bestandteile des Werkstoffverbundes, also das Metall und der polymere Kunststoff, eine vergleichbare Längenänderung bei einer Temperaturänderung beschreiben. Dadurch kommt es ausdrücklich nicht zu temperaturbedingten Spannungen innerhalb der Schlossplatte, so dass die Funktionsfähigkeit der Schlossplatte und hierauf gelagerter Elemente, insbesondere des Gesperres, unter allen Umständen gegeben ist und gewährleistet werden kann. Das gilt sowohl für lange Zeitdauern als auch in dem Fall, dass das fragliche Kraftfahrzeug-Türschloss beispielsweise unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt wird.
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Im Regelfall ist die Auslegung so getroffen, dass der Längenausdehnungskoeffizient für das Polymer und das Metall jeweils unterhalb von 50·10–6K–1 angesiedelt ist. D. h., beide Werkstoffe des Werkstoffverbundes zur Herstellung der Schlossplatte verfügen jeweils über einen Längenausdehnungskoeffizienten, welcher unterhalb der zuvor angegebenen Grenze angesiedelt ist.
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Tatsächlich werden solche Längenausdehnungskoeffizienten im Regelfall für duroplastische Polymere beobachtet, also spezielle Kunststoffe, nämlich Duroplaste. Solche Duroplaste sind Kunststoffe, die nach Ihrer Aushärtung nicht mehr verformt werden können. Außerdem zeichnen sich Duroplaste durch Ihre harte glasartige Struktur aus, die sich im Wesentlichen auf die dreidimensionale feste Vernetzung ihrer Hauptvalenzbindungen zurückführen lässt. Solche Duroplaste bzw. duroplastischen Polymere sind zur Realisierung der Schlossplatte bei einem Kraftfahrzeug-Türschloss besonders geeignet. Denn sie zeichnen sich durch eine hohe Festigkeit aus und weisen bei der Verarbeitung nahezu keinen Verzug auf. Außerdem wird eine hohe Oberflächenqualität beobachtet, so dass sich eine aus einem solchen Werkstoffverbund hergestellte Schlossplatte bei Bedarf lackieren oder anderweitig beschichten lässt. Dadurch können Korrosionen zuverlässig vermieden werden und ist auch eine etwaige Reibung zwischen der solchermaßen hergestellten Schlossplatte und hierauf gelagerten Schließelementen wie beispielsweise dem Gesperre aus Drehfalle und Sperrklinke auf ein Minimum reduziert.
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Die vorgegebenen Werte für den Längenausdehnungskoeffizienten von unterhalb 50·10–6K–1 werden von den meisten Metallen problemlos erreicht, nicht jedoch von vielen Kunststoffen. Tatsächlich zeichnen sich überwiegend duroplastische Polymere durch solche Längenausdehnungskoeffizienten aus. So beobachtet man für solche duroplastischen Polymere Längenausdehnungskoeffizienten, die typischerweise im Bereich von 10 bis 40·10–6K–1 angesiedelt sind. Wenn man dann noch berücksichtigt, dass als Metall für den beschriebenen Werkstoffverbund überwiegend Stahl und insbesondere hochlegierter Stahl zum Einsatz kommt, so wird die vergleichbare Auslegung der jeweiligen Längenausdehnungskoeffizienten deutlich.
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Denn Stahl und insbesondere hochlegierter Stahl verfügt typischerweise über einen Längenausdehnungskoeffizienten im Bereich von 12 bis 16·10–6K–1. Jedenfalls sorgt die Anpassung der Längenausdehnungskoeffizienten im Werkstoffverbund von einerseits dem Metall und andererseits dem Polymer bzw. dem duroplastischen Polymer dafür, dass der Werkstoffverbund dauerhaft und mit einer gleichbleibenden Festigkeit realisiert wird, und zwar auch bei schwankenden Temperaturen bzw. in unterschiedlichen Klimazonen. Hierfür sorgt die Beschränkung der jeweiligen Längenausdehnungskoeffizienten und die Obergrenze von 50·10–6K–1, welche als Kriterium für die Vergleichbarkeit zum Tragen kommt. Hierin sind die wesentlichen Vorteile zu sehen.
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Nach vorteilhafter Ausgestaltung setzt sich die Schlossplatte im Wesentlichen aus dem Polymer und einem Einleger aus dem fraglichen Metall zusammen. Wie bereits erläutert, handelt es sich dem Metall typischerweise um Stahl und bei dem Kunststoff um ein duroplastisches Polymer. Außerdem ist die Auslegung meistens so getroffen, dass die Kontur der Schlossplatte von einer Basis aus dem Polymer vorgegeben und der Einleger aus Metall von der Basis umfangsseitig komplett umschlossen wird. D.h., die Schlossplatte verfügt durchgängig über einen Rand aus dem Kunststoff bzw. Polymer.
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Auf diese Weise lässt ich das Gewicht der solchermaßen realisierte Schlossplatte deutlich reduzieren. Denn die Rohdichte bzw. das spezifische Gewicht von derartigen duroplastischen Polymeren ist üblicherweise im Bereich zwischen 1,3 bis 1,4 g/cm3 angesiedelt. Verglichen mit Stahl und insbesondere hochlegiertem Stahl mit einer Rohdichte bzw. einem spezifischem Gewicht von in etwa 7,9 bzw. nahezu 8 g/cm3 wird deutlich, dass zwischen den beiden Materialien hinsichtlich ihres spezifischen Gewichtes in etwa ein Faktor 6 liegt. D. h., der zumindest teilweise Ersatz von Stahl durch Kunststoff bei der Herstellung der Schlossplatte als Werkstoffverbund aus Metall und Kunststoff führt zu einer deutlichen Gewichtsreduktion. Dabei versteht es sich, dass das Metall bzw. der Stahl im Bereich der Schlossplatte nach wie vor in den Bereichen vorhanden sein muss, welche eine Beanspruchung beim normalen Schließvorgang aufnehmen müssen und insbesondere bei einem Unfall für die nötige Festigkeit sorgen. Denn der Kunststoff kann in diesem Zusammenhang praktisch keine Kräfte aufnehmen, zumal duroplastische Polymere spröde sind und beispielsweise bei einem Unfall schnell brechen können.
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Zur weiteren Gewichtsersparnis sieht die Erfindung vor, dass der Einleger aus Metall mit einer mittigen Aussparung ausgerüstet ist. Außerdem verfügt der Einleger typischerweise über Durchgriffsöffnungen für Lagerbolzen und/oder Befestigungsmittel. Mit Hilfe der Lagerbolzen können beispielsweise Gesperrebauteile des Gesperres an dem fraglichen Einleger gelagert werden, im Regelfall die Drehfalle und die Sperrklinke. Mit Hilfe der Befestigungsmittel kann die Schlossplatte insgesamt beispielsweise an einer Kraftfahrzeugtür oder prinzipiell auch an einer Kraftfahrzeugkarosserie festgelegt werden.
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Bei dem fraglichen Polymer handelt es sich um ein solches, welches durch Spritzgießen und/oder Pressen mit dem Metall verbunden wird. Dabei wird im Regelfall der Einleger aus Metall beim Spritzgießen in eine entsprechende Spritzgießform eingelegt und dann mit Hilfe des Polymers zumindest teilweise ummantelt. Grundsätzlich kann der Einleger aus Metall auch vollständig von dem Polymer ummantelt werden. Als weitere Möglichkeit der Verarbeitung sieht die Erfindung das Pressen bzw. ein Pressverfahren vor.
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In diesem Fall wird der fragliche Kunststoff bzw. das Polymer im Regelfall in einer Pressform verarbeitet. Dazu empfiehlt es sich, das fragliche Polymer in trockener Form beispielsweise als Granulat oder Pulver in beispielsweise eine Matrize einer Pressform einzubringen. Wenn dann unter Druck und bei Temperaturen im Bereich von ca. 130° bis 180° C der Pressstempel in die Matrize einfährt, reagiert das Polymer und wird in die von der solchermaßen zur Verfügung gestellten Pressform vorgegebene Form gepresst. Hierbei mag zusätzlich in der Matrize zuvor der Einleger aus Metall positioniert werden, so dass im Anschluss daran der Einleger aus Metall von dem Polymer bzw. duroplastischem Polymer durch das beschriebe Pressverfahren teilweise bis vollständig ummantelt ist.
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Im Ergebnis wird ein Kraftfahrzeug-Türschloss zur Verfügung gestellt, welches über ein im Vergleich zum Stand der Technik verringertes Gewicht und zugleich hohe Funktionssicherheit verfügt. Das lässt sich im Kern auf die gegenseitige Anpassung des Metalls und Kunststoff im Werkstoffverbund für die Herstellung der Schlossplatte zurückführen. Denn der typischerweise realisierte Einleger aus Metall und der ihn umgebende Kunststoff sind insbesondere im Hinblick auf ihre jeweilige Längenausdehnungen bei Temperaturänderungen aneinander angepasst. Dadurch können Materialspannungen, Risse etc. auch bei langem Betrieb und in wechselnden Klimazonen nicht (mehr) auftreten. Hierin sind die wesentlichen Vorteile zu sehen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug-Türschloss, reduziert auf die für die Erfindung wesentlichen Bestandteile.
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In den Figuren ist ein Kraftfahrzeug-Türschloss dargestellt, welches im Wesentlichen mit einer Schlossplatte 1 ausgerüstet ist. Die Schlossplatte 1 dient zur Lagerung einer Drehfalle 2 und einer Sperrklinke 3. Das gilt selbstverständlich nur beispielhaft. Die Drehfalle 2 und die Sperrklinke 3 definieren ein Gesperre 2, 3. Man erkennt, dass die Drehfalle 2 drehbar gegenüber der Schlossplatte 1 gelagert ist, und zwar mit Hilfe eines eine Drehachse definierenden und die Schlossplatte 1 durchgreifenden Lagerbolzens 4. Auch die Sperrklinke 3 ist drehbar gegenüber der Schlossplatte 1 gelagert. Hierzu ist ein weiterer Lagerbolzen 5 vorgesehen, welcher wie der Lagerbolzen 4 die Schlossplatte 1 durchdringt. Zur Anbringung der Lagerbolzen 4, 5 an der Schlossplatte 1 sind jeweils Durchgriffsöffnungen 6 vorgesehen.
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Neben den zu den beiden Lagerbolzen 4, 5 gehörigen Durchgriffsöffnungen 6 erkennt man noch diverse weitere Durchgriffsöffnungen 6, welche zur Lagerung weiterer Schließelemente dienen respektive dazu, die Schlossplatte 1 mit Hilfe von nicht ausdrücklich dargestellten Befestigungsmitteln an beispielsweise einer Kraftfahrzeugtür oder Kraftfahrzeugkarosserie festzulegen.
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Von besonderer Bedeutung für die Erfindung ist nun der Umstand, dass die Schlossplatte 1 als Werkstoffverbund 1a, 1b aus Metall 1a und Kunststoff 1b hergestellt ist. Bei dem eingesetzten Metall 1a des Werkstoffverbundes 1a, 1b handelt es sich im Beispiel um einen Einleger aus Metall 1a. Als Kunststoff 1b kommt ein Polymer zum Einsatz. Dabei ist die Auslegung insgesamt so getroffen, dass das Metall 1a bzw. der Einleger und der Kunststoff bzw. das Polymer 1b einen vergleichbaren Wärmeausdehnungskoeffizienten, nach dem Ausführungsbeispiel einen vergleichbaren Längenausdehnungskoeffizienten aufweisen. Tatsächlich sind das Metall 1a bzw. der Einleger und der Kunststoff 1b so ausgelegt und gestaltet, dass der jeweilige Längenausdehnungskoeffizient jeweils unterhalb von 50 10–6K–1 angesiedelt ist. Bevorzugt liegt der jeweilige Längenausdehnungskoeffizient im Bereich von 10 bis 40·10–6K–1.
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Bei dem Metall 1a bzw. dem Einleger aus Metall 1a handelt es sich um einen solchen aus Stahl und insbesondere einem hochlegierten Stahl. Als Kunststoff 1b kommt typischerweise ein duroplastisches Polymer 1b zum Einsatz. Anhand der einzigen Figur erkannt man, dass die Kontur der Schlossplatte 1 von einer Basis aus dem Polymer 1b vorgegeben und der Einleger aus Metall 1a von der fraglichen Basis umfangseitig komplett umschlossen wird. D. h., der Rand der Schlossplatte 1 wird vom Polymer 1b bzw. der von dem Polymer 1b gebildeten und definierten Basis vorgeben.
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Demgegenüber reicht der von der Basis umfangsseitig umschlossenen Einleger nicht oder praktisch nicht bis zum Rand der fraglichen Schlossplatte 1. Außerdem ist der Einleger auf die Bereiche der Schlossplatte 1 reduziert, welche für die Aufnahme der nötigen Kräfte erforderlich sind. Tatsächlich weist der Einleger im Ausführungsbeispiel die beiden Lagerbolzen 4, 5 für einerseits die Drehfalle 2 und andererseits die Sperrklinke 3 auf. Außerdem ist der Einleger mit den fraglichen Durchgriffsöffnungen 6 für weitere Schließelemente bzw. für Befestigungsmittel ausgerüstet.
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Dadurch werden sämtliche an den fraglichen Schließelementen bzw. Befestigungsmitteln angreifenden Kräfte einzig und allein auf den Einleger aus Metall 1a übertragen und nicht auf die Basis bzw. den Kunststoff 1b. Tatsächlich handelt es sich bei dem eingesetzten Kunststoff 1b um ein duroplastisches Polymer 1b, welches die einleitend beschriebenen Vorteile aufweist.
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Die Verbindung zwischen dem duroplastischem Polymer 1b und dem Einleger aus Metall 1a erfolgt üblicherweise durch Spritzgießen und/oder Pressen oder ein Pressverfahren, wie dies zuvor bereits beschrieben wurde. Dabei ummantelt das fragliche Polymer 1b den Einleger aus Metall 1a ganz oder teilweise. Tatsächlich wird man meistens so vorgehen, dass der Einleger aus Metall 1a von zumindest einer dünnen Schicht aus dem Polymer 1b an seinen beiden Oberflächen bedeckt bzw. abgedeckt wird. Es ist aber auch möglich, dass der Einleger aus dem Metall 1a nur seitlich mit dem umgebenden Kunststoff 1b verbunden ist. Dies zeigt die Figur. Hierin erkennt man schließlich auch eine mittige Aussparung 7 in dem Einleger.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4306142 C2 [0002]
- WO 03/106790 A1 [0003]
