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Die Erfindung betrifft eine Verbindung aus einem Metallrohr und einer Kunststoffkomponente, insbesondere für ein Fahrzeug, sowie einen Kühlergrill mit einer entsprechenden Verbindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung und eine Formgebungskomponente.
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Zur Übertragung von hohen Drehmomenten und/oder bei hohen Anforderungen an die Dauerfestigkeit einer Verbindung werden insbesondere im Kfz-Bereich hohe Anforderungen an eine Verbindung aus einem Metallrohr und einer Kunststoffkomponente gestellt. Dies macht regelmäßig eine spezielle Geometrie des Metallrohrs zur sicheren Kraftübertragung erforderlich, welche nur durch zusätzliche und kostenintensive Prozessschritte realisiert werden kann. Bei derart speziellen Geometrien kann es sich um gestanzte Lochbilder, Gewinde oder Verprägungen handeln, die im Anschluss mit einer Kunststoffkomponente in einem davon losgelösten Montageprozess oder Überspritzungsprozess verbunden werden.
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An die Genauigkeit der Verbindungspartner werden zudem hohe Anforderungen gestellt, um eine prozesssichere Herstellung und dauerhafte Funktionsfähigkeit der Verbindung zu gewährleisten. Wird der Montageprozess über einen integrierten Überspritzungsprozess gelöst, werden zur sicheren Prozessführung sehr präzise Geometrien der Verbindungspartner gefordert. Dies erhöht die Kosten und birgt die Gefahr von Produktionsstillständen aufgrund von Toleranzabweichungen.
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Aus dem Stand der Technik (
DE 103 36 189 A1 ) ist eine Verbindung zwischen zwei Bauteilen bekannt, wobei die Bauteile in einer Verbindungszone über eine Kunststoffverbindung aus einem angespritzten Kunststoff miteinander verbunden sind und zusätzlich über eine Klebstoffverbindung aus einem ausgehärten Klebstoff miteinander verbunden sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbindung aus einem Metallrohr und einer Kunststoffkomponenten sowie eine Formgebungskomponente und ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung bereitzustellen, bei denen die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile vermieden oder zumindest reduziert werden.
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Gelöst wird die Aufgabe durch eine Verbindung gemäß dem Hauptanspruch, einen Kühlergrill gemäß Anspruch 11, eine Formgebungskomponente gemäß Anspruch 12 und ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung gemäß Anspruch 13.
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Demnach betrifft die Erfindung eine Verbindung aus einem Metallrohr und einer Kunststoffkomponente, insbesondere für ein Fahrzeug, mit einer in einem Verbindungsbereich angeordneten Formgebungskomponente, wobei das Metallrohr in dem Verbindungsbereich eine an die Formgebungskomponente angepasste Form aufweist. Bei der Verbindung handelt es sich insbesondere um eine torsionssteife Verbindung.
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Die Erfindung betrifft außerdem eine Formgebungskomponente für eine Verbindung aus einem Metallrohr und einer Kunststoffkomponente, mit einem ersten Abschnitt zur Anordnung in einem Verbindungsbereich des Metallrohrs, wobei der erste Abschnitt eine im Wesentlichen zylindrische Grundform mit mindestens einer an einer Längsseite angeordneten Aussparung aufweist.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung aus einem Metallrohr und einer Kunststoffkomponente, insbesondere für ein Fahrzeug, mit den folgenden Schritten: Platzieren einer Formgebungskomponente in einem Verbindungsbereich des Metallrohrs und Überspritzen des Metallrohrs mit Kunststoff zur Ausbildung der Kunststoffkomponente, wobei das Metallrohr in einem Verbindungsbereich derart umgeformt wird, dass es eine an die Formgebungskomponente angepasste Form aufweist.
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Bei der Verbindung aus dem Metallrohr und der Kunststoffkomponente handelt es sich insbesondere um eine torsionssteife und/oder spielfreie Verbindung. Unter einem Verbindungsbereich von Metallrohr und Kunststoffkomponente ist ein Bereich um eine gemeinsamen Kontaktbereich zwischen den Verbindungspartnern zu verstehen. Bei der Formgebungskomponente kann es sich um eine separate Komponente der Verbindung handeln, an dessen Geometrie sich das Metallrohr nach einer Umformung anpasst.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei Verwendung einer Formgebungskomponente gleichzeitig zu einer Montage der Verbindungspartner (z.B. Überspritzungsprozess) eine Umformung des Metallrohrs eingeleitet wird. Ein Vorteil einer solchen Verbindung aus Metallrohr und Kunststoffkomponente besteht in der - im Vergleich zu mehrstufigen Herstellungsverfahren - erhöhten Belastbarkeit in Bezug auf Torsionsbelastungen. Durch die Umformung und Verbindung in einem Prozessschritt sind weniger Bearbeitungsschritte erforderlich, was zu einem effizienteren Herstellungsverfahren führt. Zudem besteht die Möglichkeit Rohre mit handelsüblichen Toleranzen, anstelle von speziell bearbeiteten und teuren Halbzeugen, zu verwenden.
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Eine an die Form der Formgebungskomponente angepasste Form des Metallrohrs kann sich dadurch auszeichnen, dass ein Innendurchmesser des Metallrohrs in dem Verbindungsbereich kleiner ist als ein Außendurchmesser der Formgebungskomponente und/oder ein Innendurchmesser der Kunststoffkomponente in dem Verbindungsbereich kleiner ist als ein Außendurchmesser des Metallrohrs. In letzterem Fall ist die Kunststoffkomponente auf dem Metallrohr fixiert.
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Das Metallrohr kann in dem Verbindungsbereich eine Verjüngung aufweisen, welche eine Hinterschneidung für die Kunststoffkomponente bildet. Die Verjüngung verhindert, dass sich die Kunststoffkomponente, beispielsweise durch axiale und/oder radiale Verschiebung, von dem Metallrohr entfernen lässt.
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Die Formgebungskomponente kann einen innerhalb des Metallrohrs angeordneten ersten Abschnitt aufweisen, der eine im Wesentlichen zylindrische Grundform aufweist, mit mindestens einer an einer Längsseite angeordneten Aussparung. Durch die Form der Aussparung kann Einfluss auf die Form der Verjüngung des Metallrohrs genommen werden. Die Aussparung kann sich über den gesamten Verbindungsbereich erstrecken. Des Weiteren können mindestens zwei Aussparungen vorgesehen sein, die sich an gegenüberliegenden Seiten des ersten Abschnitts erstrecken. Aus Stabilitätsgründen kann zudem eine Versteifungsrippe in der Aussparung angeordnet sein.
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Ferner kann die Formgebungskomponente einen außerhalb des Metallrohrs angeordneten zweiten Abschnitt aufweisen, der einen Anschlag für eine Stirnfläche des Metallrohrs bildet. Die Formgebungskomponente kann somit reproduzierbar an der gleichen Stelle in dem Metallrohr platziert werden. Der zweite Abschnitt kann zusätzlich einen sich im Wesentlichen in axialer Richtung erstreckenden Verbindungsabschnitt zur Verbindung mit der Kunststoffkomponente aufweisen; der Verbindungsabschnitt kann bspw. einen kreuzförmigen Querschnitt aufweisen. Der zusätzliche Verbindungsabschnitt beschreibt einen Verbindungsbereich zwischen der Formgebungskomponente und der Kunststoffkomponente, der eine Langlebigkeit der Verbindung zusätzlich erhöhen kann.
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Das Metallrohr kann in dem Verbindungsbereich einen im Wesentlichen sternförmigen Querschnitt aufweisen. Dies kann durch die Anpassung der Form des Metallrohrs an eine Formgebungskomponente mit mindestens drei Aussparungen erzielt werden. Eine Symmetrie der Form des Metallrohrs führt zu einer verbesserten Torsionssteifigkeit der Verbindung und ist bspw. in Form einer 90°-Rotationssymmetrie ausgebildet.
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Die Kunststoffkomponente kann durch Überspritzen des Metallrohrs mit Kunststoff ausgebildet sein. Bei Überspritzungsprozessen handelt es sich um bekannte Montageprozesse, die jedoch gewöhnlich eine sehr präzise Geometrie der Verbindungspartner erforderlich machen. Gleichzeitig zur Ausbildung der Kunststoffkomponente kommt es zu einer Umformung des Metallrohrs, bei dem sich das Metallrohr in dem Verbindungsbereich an die Form der Formgebungskomponente annähert. Eine Umformung des Metallrohrs kann durch einen beim Überspritzen auftretenden Druck induziert werden.
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Die Erfindung betrifft ferner einen Kühlergrill mit einer entsprechend ausgebildeten Verbindung zur Übertragung eines Drehmoments. Zur aktiven Steuerung der Kühlluftklappen kann u.a. eine Einstellung des Luftwiderstands durch Positionierung der einzelnen Klappen erreicht werden. Ein Antrieb der Klappen erfolgt über torsionssteife Verbindungen zur Übertragung eines Drehmoments.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung aus einem Metallrohr und einer Kunststoffkomponente, insbesondere für ein Fahrzeug, mit den Schritten: Platzieren einer Formgebungskomponente in einem Verbindungsbereich des Metallrohrs und Überspritzen des Metallrohrs mit Kunststoff zur Ausbildung der Kunststoffkomponente, wobei das Metallrohr in einem Verbindungsbereich derart umgeformt wird, dass es eine an die Formgebungskomponente angepasste Form aufweist. Eine Umformung des Metallrohrs kann bspw. durch den beim Überspritzen auftretenden Druck induziert werden. Der Druck beim Überspritzen kann zwischen 300 bar und 600 bar, bspw. mindestens 400 bar, betragen.
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Die erfindungsgemäße Formgebungskomponente und das erfindungsgemäße Verfahren können mit weiteren im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Verbindung beschriebenen Merkmalen fortgebildet werden. Die erfindungsgemäße Verbindung kann mit weiteren im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Formgebungskomponente und/oder des erfindungsgemäßen Verfahrens beschriebenen Merkmalen fortgebildet werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
- 1: eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Verbindung;
- 2: eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Formgebungskomponente;
- 3: eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Verbindung;
- 4: eine perspektivische Ansicht des Metallrohrs gemäß 3; und
- 5: eine perspektivische Ansicht der Kunststoffkomponente gemäß 3.
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In 1 ist eine Verbindung 100 aus einem Metallrohr 10 und einer Kunststoffkomponente 20 gezeigt. Bei dem Metallrohr 10 handelt es sich um ein handelsübliches Metallrohr, das vorab keiner zusätzlichen Bearbeitung unterzogen wurde. Die Kunststoffkomponente 20 ist durch Überspritzung des Metallrohrs 10 mit Kunststoff ausgebildet und bildet einen hinreichend genauen Verbindungspartner für das Metallrohr 10. Bei dem Kunststoff kann es sich um ein Polyamid ggf. mit zusätzlichen Verstärkungsstoffen, wie Glasfasern, handeln. Das Metallrohr 10 weist in dem dargestellten umgeformten Zustand eine torsionssteife Geometrie auf, woraus sich eine torsionssteife Verbindung 100 ergibt. Eine solche torsionssteife Verbindungen 100 ist für den Einsatz in Fahrzeugen ausgelegt und kann beispielsweise in einem Antrieb eines aktiven Kühlergrills zur Übertragung eines Drehmoments eingesetzt werden.
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Ein Verbindungsbereich zwischen dem Metallrohr 10 und der Kunststoffkomponente 20 ist mit dem Bezugszeichen 30 gekennzeichnet. Der Verbindungsbereich erstreckt sich in einer axialen Richtung entlang des gesamten Kontaktbereichs zwischen Metallrohr 10 und Kunststoffkomponente 20. Das Metallrohr 10 weist im Verbindungsbereich 30 eine Verjüngung 11 auf, in die die Kunststoffkomponente 20 derart eingreift, dass die Verjüngung 11 eine Hinterschneidung für die Kunststoffkomponente 20 in axialer Richtung bildet. In anderen Worten, ein Innendurchmesser d2 der Kunststoffkomponente 20 in dem Verbindungsbereich 30 ist beidseitig umgeben von einem größeren Außendurchmesser d > d2 des Metallrohrs 10. Die Kunststoffkomponente 20 ist somit in axialer Richtung auf dem Metallrohr 10 fixiert.
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Die Verbindung 100 weist ferner eine zumindest teilweise innerhalb des Metallrohrs 10 angeordnete Formgebungskomponente 40 auf. Die Formgebungskomponente 40 ist so angeordnet, dass sie im Bereich der Verjüngung 11 im Verbindungsbereich 30 einen reduzierten Querschnitt aufweist (d1 < d4). In dem Verbindungsbereich 30 weist das Metallrohr 10 eine an diesen reduzierten Querschnitt der Formgebungskomponente 40 angepasste Form auf. Im Bereich der Verjüngung 11 etwa in der Mitte des Verbindungsbereichs 30 ist ein Innendurchmesser d1 des Metallrohrs 10 im Wesentlichen identisch mit einem Außendurchmesser der Formgebungskomponente 40 d1. Der Innendurchmesser des Metallrohrs d1 ist kleiner als ein Außendurchmesser d4 der Formgebungskomponente 40 an den Rändern des Verbindungsbereichs 30 oder außerhalb des Verbindungsbereichs 30.
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In 2 ist die Formgebungskomponente 40 in einer perspektivischen Darstellung gezeigt. Die Formgebungskomponente 40 weist einen ersten Abschnitt 41 mit einer im Wesentlichen zylindrischen Grundform auf. An einer Längsseite des ersten Abschnitts 41 sind in dieser Ausführungsform vier Aussparungen 42, 42', 42'' angeordnet, die in Form von radialen Vertiefungen jeweils in einem 90° Winkel zueinander angeordnet sind. Somit sind jeweils zwei Aussparungen 42, 2', 42'' jeweils gegenüberliegenden angeordnet. Die Aussparungen 42, 42', 42'' weisen in der Mitte jeweils eine Versteifungsrippe 43 auf.
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Die Formgebungskomponente 40 weist einen zweiten Abschnitt 45, 46 auf, der in axialer Richtung neben dem ersten Abschnitt 41 angeordnet ist. Die Formgebungskomponente 40 kann wie dargestellt einteilig ausgebildet sein. Der zweite Abschnitt 45, 46 weist in Richtung des ersten Abschnitts 41 einen Anschlag 45 für eine Stirnseite des Metallrohrs 10 auf. Davon ausgehend erstreckt sich ein Verbindungsabschnitt 46 mit einem im Wesentlichen kreuzförmigen Querschnitt. Der Verbindungsabschnitt 46 ist für eine Verbindung zwischen der Formgebungskomponente 40 und der Kunststoffkomponente 20 ausgelegt.
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In 3 ist die Verbindung 100 in einer perspektivischen Darstellung gezeigt. Die Formgebungskomponente 40 erstreckt sich im Wesentlichen innerhalb des Metallrohrs 10 und der Kunststoffkomponente 20 und ist lediglich durch den gegenüber einem Ende der Kunststoffkomponente 20 vorstehenden kreuzförmigen Querschnitt in 3 zu sehen. Die Kunststoffkomponente 20 umschließt einen Großteil des Verbindungsabschnitts 46 (und den Anschlag 45) der Formgebungskomponente 40 und erstreckt sich um ein Verbindungsende des Metallrohrs 10 in das zuvor die Formgebungskomponente 40 eingebracht wurde. Durch die Überspritzung des Metallrohrs 10 mit Kunststoff und den beim Überspritzungsprozess auftretenden Druck wird das Metallrohr 10 im Verbindungsbereich 30 umgeformt und weist eine an die Formgebungskomponente 40 angepasste Form auf.
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Zur Verdeutlichung ist das Verbindungsende des Metallrohrs 10 separat in perspektivischer Darstellung in 4 gezeigt. Das Metallrohr 10 weist in dem Verbindungsbereich 30 eine an die Formgebungskomponente 40 angepasste Geometrie in Form von Verjüngung 11 auf. Entsprechend der Geometrie der Formgebungskomponente 40 (siehe 2) weist das Metallrohr 10 im Verbindungsbereich vier trichterförmige Vertiefungen jeweils mit einer im Wesentlichen rechteckigen Grundfläche auf, die jeweils in einem 90° Winkel zueinander angeordnet sind. Das Metallrohr 10 weist im Verbindungsbereich 30 somit eine um 90° rotationssymmetrisch ausgebildete torsionssteife Geometrie auf. Im Querschnitt betrachtet weist das Metallrohr 10 im Verbindungsbereich 30 eine annähernd sternförmige Geometrie auf. Je nach Anforderung an die torsionssteife Verbindung 100 besteht eine hohe gestalterische Freiheit der Geometrie in Bezug auf die Anordnung, Anzahl und Form der Vertiefungen des Metallrohrs 10 bzw. Aussparungen in der Formgebungskomponente 40.
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In 5 ist die Kunststoffkomponente 20 separat in perspektivischer Darstellung gezeigt. Die Kunststoffkomponente 20 unterteilt sich optisch in zwei Abschnitte. Ein erster Abschnitt der Kunststoffkomponente 20 ist derart ausgebildet, den Verbindungsabschnitt 46 der Formgebungskomponente 40 zu umschließen, während ein zweiter Abschnitt dazu ausgebildet ist, das Verbindungsende des Metallrohrs 10 zu umschließt. Aufgrund der Geometrie des umgeformten Metallrohrs 10 kann die Kunststoffkomponente 20 derart in die Vertiefungen eingreifen, dass die Kunststoffkomponente 20 weder in axialer noch radialer Richtung gegenüber dem Metallrohr 10 verschoben werden kann. Es ergibt sich eine torsionssteife und spielfreie Verbindung 100.
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Bei dem Verfahren zur Herstellung der Verbindung 100 wird zunächst die Formgebungskomponente 40 (siehe 2) mit ihrem ersten Abschnitt 41 in dem Verbindungsbereich 30 des Metallrohrs 10 platziert. Zur Ausbildung der Kunststoffkomponente 20 wird anschließend das Metallrohr 10 mit Kunststoff überspritzt. Während des Spritzprozesses wird das Metallrohr 10 im Verbindungsbereich 30 derart umgeformt, dass es eine an die Formgebungskomponente 40 angepasste Form aufweist. Die Umformung des Metallrohrs 10 erfolgt durch den Druck des Spritzprozesses, der bspw. zwischen 300 bar und 600 bar, oder bspw. mindestens 400 bar betragen kann. Die Kunststoffkomponente 20 bildet einen hinreichend genauen Verbindungspartner, woraus sich eine torsionssteife Verbindung 100 zwischen dem Metallrohr 10 und der Kunststoffkomponente 20 ergibt. Dabei greift die Kunststoffkomponente 20 in Vertiefungen des umgeformten Metallrohrs 10 ein.
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Bei dem Verfahren zur Herstellung der Verbindung erfolgt somit die Verbindung der Verbindungspartner und die Umformung des Metallrohrs 10 in einem gemeinsamen Prozessschritt. Die so hergestellte Verbindung 100 weist eine erhöhte Belastbarkeit in Bezug auf Torsionsbelastungen im Vergleich zu mehrstufigen Herstellungsverfahren auf.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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