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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugstrukturbauteil.
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Fahrzeugstrukturbauteile dienen zur Verbesserung der Steifigkeit und Festigkeit der Fahrzeugstruktur, beispielsweise von Vertikalsäulen oder der Fahrzeugdachstruktur. Des Weiteren können sie zur Anbindung von Klappen und deren Funktionselementen dienen.
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Beispielsweise kann ein Fahrzeugstrukturbauteil in Form eines Heckfensterrahmens vorgesehen sein, der üblicherweise sowohl zur Verbesserung der Festigkeit der Fahrzeugstruktur im Heckbereich als auch zur Anbindung eines Heckklappenscharniers dient.
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Der Heckfensterrahmen wird in der Regel in Blechbauweise gefertigt. Die bekannten Heckfensterrahmen haben jedoch den Nachteil, dass sie aus einer Vielzahl von Blechteilen zusammengesetzt sind, wodurch der Herstellprozess aufwendig ist. Außerdem haben die bekannten Heckfensterrahmen in Blechbauweise ein hohes Gewicht.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeugstrukturbauteil bereitzustellen, das geeignet ist, eine Festigkeit im Heckbereich eines Fahrzeugs zu verbessern und gleichzeitig ein geringes Gewicht aufweist sowie einfach herstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Fahrzeugstrukturbauteil umfassend mindestens einen faserverstärkten Kunststoffeinsatz und mindestens ein metallisches Element, durch das ein Anbindungsbereich des Fahrzeugstrukturbauteils gebildet ist, wobei an dem mindestens einen metallischen Element mindestens ein Anbindungspunkt vorgesehen ist, an dem der Kunststoffeinsatz durch eine zusätzliche Spritzgussstruktur an das metallische Element angebunden ist und der an einer Lasche des metallischen Elements vorgesehen ist, wobei der mindestens eine Kunststoffeinsatz mit der Lasche überlappt und der Kunststoffeinsatz außerhalb der Lasche, bezogen auf den im Fahrzeug eingebauten Zustand, in Fahrzeughochrichtung von dem metallischen Element beabstandet ist, wobei der Abstand mindestens so groß ist wie die Höhe des Kunststoffeinsatzes, insbesondere mindestens fünfmal so groß.
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Ein derartiges Fahrzeugstrukturbauteil eignet sich besonders gut zur Verwendung als Heckfensterrahmen, da das Fahrzeugstrukturbauteil eine besonders hohe Festigkeit hat. Dadurch wird auch die Anbindung einer Heckklappe mittels Heckklappenscharnieren ermöglicht.
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Darüber hinaus sorgt der faserverstärkte Kunststoffeinsatz für die nötige Steifigkeit des Fahrzeugstrukturbauteils.
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Dadurch, dass der mindestens eine faserverstärkte Kunststoffeinsatz in Fahrzeughochrichtung von dem metallischen Element beabstandet ist, ist das Fahrzeugstrukturbauteil besonders stabil gegenüber Biegebeanspruchung.
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Indem der faserverstärkte Kunststoffeinsatz außerhalb der Lasche von dem metallischen Element beabstandet ist, kann der Verlauf des faserverstärkten Kunststoffeinsatzes relativ frei gewählt werden, insbesondere entsprechend der im Fahrbetrieb auftretenden Kräfte.
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Durch die Spritzgussrippenstruktur, die volumenmäßig den Hauptanteil des Fahrzeugstrukturbauteils ausmacht, erfüllt das Fahrzeugstrukturbauteil die Anforderungen hinsichtlich der Leichtbauweise.
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Die Anzahl der zusammengefügten Einzelteile ist zudem gegenüber einem Fahrzeugstrukturbauteil in Bleichbauweise reduziert, wodurch die Herstellung vereinfacht ist.
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Der mindestens eine Kunststoffeinsatz ist lediglich durch die Spritzgussstruktur an das metallische Element angebunden und stützt sich in einer Einbaulage des Fahrzeugstrukturbauteils in Fahrzeughochrichtung nicht an dem metallischen Element ab. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von einer freischwebenden Anordnung des faserverstärkten Kunststoffeinsatzes relativ zum metallischen Element.
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Mittels der metallischen Elemente ist eine Verbindung des Fahrzeugstrukturbauteils mit einer angrenzenden Fahrzeugstruktur durch warme Verbindungstechniken für metallische Materialien, beispielsweise durch Schweißen, möglich.
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Der mindestens eine faserverstärkte Kunststoffeinsatz verläuft in Einbaulage des Fahrzeugstrukturbauteils vorzugsweise unterhalb des metallischen Elements. Anders ausgedrückt erstreckt sich der faserverstärkte Kunststoffeinsatz vorzugsweise in keinem Bereich oberhalb des metallischen Elements.
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Insbesondere sind mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei faserverstärkte Kunststoffeinsätze vorgesehen, wobei alle Kunststoffeinsätze in einer Einbaulage betrachtet unterhalb des metallischen Elements verlaufen.
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Beispielsweise hat das Fahrzeugstrukturbauteil keine faserverstärkten Kunststoffeinsätze, die in Einbaulage des Fahrzeugstrukturbauteils oberhalb des metallischen Elements verlaufen.
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Die mindestens eine Lasche kann so ausgerichtet sein, dass sie in Längsrichtung des Fahrzeugstrukturbauteils betrachtet seitlich am Kunststoffeinsatz verläuft, sodass der Kunststoffeinsatz in Fahrzeughochrichtung über seine gesamte Länge von dem metallischen Element beabstandet ist.
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Die mindestens eine Lasche hat beispielsweise eine Fläche von wenigen Quadratzentimetern, insbesondere maximal 10 cm2.
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Gemäß einer Ausführungsform ist zumindest eine Lasche an einem Endbereich des zugeordneten Kunststoffeinsatzes und/oder an einem von seinem Endbereich beabstandeten Bereich vorgesehen.
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Die stirnseitigen Enden des mindestens einen Kunststoffeinsatzes überlappen in Draufsicht auf die stirnseitigen Enden betrachtet vorzugsweise nicht mit dem metallischen Element. Das metallische Element kann zu diesem Zweck entsprechende Aussparungen haben. Somit stützt sich der mindestens eine Kunststoffeinsatz auch in Längsrichtung nicht an dem metallischen Element ab. Dadurch hat das Fahrzeugstrukturbauteil in Längsrichtung eine reduzierte Steifigkeit.
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Alternativ kann der mindestens eine Kunststoffeinsatz an seinen Enden eine Umbiegung haben, wobei der Kunststoffeinsatz mit der Umbiegung an dem metallischen Element anliegt. Dadurch ist die Steifigkeit des Fahrzeugstrukturbauteils in Längsrichtung betrachtet erhöht.
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Vorzugsweise ist mindestens ein weiterer Kunststoffeinsatz vorgesehen, der an einer Unterseite des metallischen Elements anliegt. Dies sorgt für eine zusätzliche Verbesserung der Festigkeit des Fahrzeugstrukturbauteils.
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An dem metallischen Element kann eine Anbindung für ein Heckklappenscharnier vorgesehen sein. Die Anbindung ist beispielsweise durch mehrere Schraubpunkte gebildet, insbesondere drei Schraubpunkte. Dadurch lässt sich ein Hecklappenscharnier besonders einfach an das Fahrzeugstrukturbauteil anbinden.
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Die Anbindung für das Heckklappenscharnier kann sich in Draufsicht auf die Anbindung betrachtet über den mindestens einen Kunststoffeinsatz hinweg erstrecken. Auf diese Weise lassen sich Kräfte, die beispielsweise beim Öffnen und Schließen einer Heckklappe auftreten, über das Heckklappenscharnier besonders großflächig in das Fahrzeugstrukturbauteil einleiten, sodass keine lokalen Spannungsspitzen im Material auftreten.
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Im Bereich der Anbindung kann eine Aussparung im metallischen Element vorgesehen sein. Die Aussparung schafft einen Freiraum für ein Heckklappenscharnier. Insbesondere wird vermieden, dass Teile eines Heckklappenscharniers beim Öffnen oder Schließen der Heckklappe mit dem Fahrzeugstrukturbauteil kollidieren.
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Beispielsweise sind mindestens zwei faserverstärkte Kunststoffeinsätze vorgesehen, die in Fahrzeughochrichtung voneinander beabstandet sind, wobei die Spritzgussstruktur zwischen den Kunststoffeinsätzen eine Aussparung hat. Durch die Aussparung kann sich das Heckklappenscharnier hindurch erstrecken, insbesondere ein Befestigungsabschnitt des Heckklappenscharniers.
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Gemäß einer Ausführungsform kann ein metallisches Verbindungselement vorgesehen sein, dass sich in Längsrichtung des Fahrzeugstrukturbauteils erstreckt und mit dem mindestens einen metallischen Element abschnittweise überlappt. Das Verbindungselement kann zur Anbindung weiterer Bauteile an das Fahrzeugstrukturbauteil dienen.
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Das Verbindungselement kann über die Spritzgussstruktur an das metallische Element angebunden sein, insbesondere wobei der Bereich, in dem das metallische Element und das Verbindungselement überlappen, zumindest teilweise frei von einer Spritzgussstruktur ist. Das Verbindungselement kann somit durch die Spritzgussstruktur an dem metallischen Element vormontiert sein, wobei im Bereich der Überlappung, der frei von der Spritzgussstruktur ist, nachträglich eine Verschweißung vorgesehen werden kann. Das nachträgliche Verschweißen ist vorteilhaft hinsichtlich des Fertigungsablaufs.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beiliegenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 ein erfindungsgemäßes Fahrzeugstrukturbauteil in einer Draufsicht,
- - 2 das Fahrzeugstrukturbauteil aus 1 in einer Ansicht von unten,
- - 3 eine Rückansicht des Fahrzeugstrukturbauteils aus 1,
- - 4 eine perspektivische Ansicht eines Anbindungsbereichs des Fahrzeugstrukturbauteils aus 1,
- - 5 eine perspektivische Ansicht des gegenüberliegenden Anbindungsbereichs des Fahrzeugstrukturbauteils aus 1,
- - 6 einen Anbindungsbereich des Fahrzeugstrukturbauteils in einer perspektivischen Ansicht, wobei die Spritzgussstruktur nicht dargestellt ist,
- - 7 eine perspektivische Ansicht des gegenüberliegenden Anbindungsbereichs des Fahrzeugstrukturbauteils, wobei die Spritzgussstruktur nicht dargestellt ist,
- - 8 das Fahrzeugstrukturbauteil mit einem Heckklappenscharnier in einer perspektivischen Ansicht,
- - 9 das Fahrzeugstrukturbauteil mit einem Heckklappenscharnier in einer Draufsicht,
- - 10 einen Anbindungsbereich eines alternativen erfindungsgemäßen Fahrzeugstrukturbauteils, und
- - 11 den Anbindungsbereich des Fahrzeugstrukturbauteils aus 10 in einer Ansicht von unten.
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Die 1 und 2 zeigen das ein Fahrzeugstrukturbauteil 10 in einer Draufsicht und in einer Ansicht von unten.
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Das Fahrzeugstrukturbauteil 10 umfasst zwei metallische Elemente 12, die jeweils seitlich am Fahrzeugstrukturbauteil 10 angeordnet sind. Die metallischen Elemente 12 bilden einen Anbindungsbereich, der zur Anbindung des Fahrzeugstrukturbauteils 10 an eine Fahrzeugstruktur dient.
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Beispielsweise kann das Fahrzeugstrukturbauteil 10 über die metallischen Elemente 12 mit bekannten Fertigungsverfahren an die Fahrzeugkarosserie angebunden werden, zum Beispiel durch Punktschweißen.
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Des Weiteren umfasst das Fahrzeugstrukturbauteil 10 mehrere faserverstärkte Kunststoffeinsätze 13, 14, 15.
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Die faserverstärkten Kunststoffeinsätze 13, 14, 15 sind vorzugsweise Faserbündel, die ein Endlosfasermaterial aufweisen.
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Die Kunststoffeinsätze 13, 14, 15 erstrecken sich in Längsrichtung des Fahrzeugstrukturbauteils 10, wobei die Kunststoffeinsätze 13, 14, 15 nicht geradlinig sein müssen, sondern wie im Ausführungsbeispiel dargestellt einen bogenförmigen Verlauf haben können.
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Alle Kunststoffeinsätze 13, 14, 15 verlaufen in Einbaulage des Fahrzeugstrukturbauteils unterhalb der metallischen Elemente 12.
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Zudem ist eine Spritzgussstruktur 16 vorgesehen, wobei die Kunststoffeinsätze 13, 14, 15 durch die Spritzgussstruktur 16 an die metallischen Elemente 12 angebunden sind.
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Die Kunststoffeinsätze 13, 14, 15 sind zumindest teilweise von der Spritzgussstruktur 16 umgeben und in sie eingebettet.
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Die metallischen Elemente 12 können beispielsweise Einlegeteile, insbesondere Stahlbleche sein, die von der Spritzgussstruktur 16 teilweise umspritzt und so mit der Spritzgussstruktur 16 und den Kunststoffeinsätzen 13, 14, 15 fest verbunden sind.
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Die Spritzgussstruktur 16 ist beispielsweise aus einem kurzfaserverstärkten Thermoplast gebildet.
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Das Fahrzeugstrukturbauteil 10 umfasst des Weiteren ein metallisches Verbindungselement 18, das sich in Längsrichtung des Fahrzeugstrukturbauteils 10 erstreckt und mit den metallischen Elementen 12 abschnittweise überlappt.
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Das metallische Verbindungselement 18 ist ebenfalls über die Spritzgussstruktur 16 an die metallischen Elemente 12 angebunden.
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Im Bereich der Überlappung des metallischen Verbindungselements 18 mit den metallischen Elementen 12 sind zusätzlich Schweißpunkte 20 vorgesehen.
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An den metallischen Elementen 12 ist jeweils eine Anbindung 22 für ein Heckklappenscharnier 24 vorgesehen. Das Heckklappenscharnier 24 ist in den 8 und 9 dargestellt.
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Die Anbindung 22 umfasst drei Schraubpunkte 26.
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Im Bereich der Anbindung 22 eine Aussparung 28 in den metallischen Elementen 12 vorgesehen.
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In 2 ist zu sehen, dass sich die Anbindung 22 sich in Draufsicht auf die Anbindung 22 betrachtet über zwei der Kunststoffeinsätze 13, 14 hinweg erstreckt. Anders ausgedrückt ist in Fahrzeuglängsrichtung mindestens ein Schraubpunkt 26 vor zumindest einem Kunststoffeinsätzen 13, 14, 15 angeordnet und mindestens ein Schraubpunkt 26 hinter dem zumindest einem Kunststoffeinsatz 13, 14, 15.
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3 zeigt das Fahrzeugstrukturbauteil 10 in einer Rückansicht. In 3 ist zu erkennen, dass in der Spritzgussstruktur 16 Aussparungen 30 vorgesehen sind. Im Bereich der Aussparungen können die Kunststoffeinsätze 13, 14, 15 während des Einspritzens eines flüssigen Kunststoffs in eine Werkzeugform mittels Haltewerkzeugen in einer gewünschten Position gehalten werden.
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Die 4 und 5 zeigen die Anbindungsbereiche des Fahrzeugstrukturbauteils 10 in einer perspektivischen Darstellung.
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Die 6 und 7 zeigen einen ebenfalls jeweils einen Anbindungsbereich des Fahrzeugstrukturbauteils 10, wobei die Spritzgussstruktur 16 in den 6 und 7 zur besseren Veranschaulichung nicht dargestellt ist.
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In den 6 und 7 ist zu erkennen, dass mehrere Laschen 32 an den metallischen Elementen 12 vorgesehen sind.
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An jeder Lasche 32 ist mindestens ein Anbindungspunkt 34 vorgesehen, der zur Anbindung des zugeordneten Kunststoffeinsatzes 13, 15 an das metallische Element 12 dient. Insbesondere überlappen die Kunststoffeinsätze 13, 15 mit den Laschen 32.
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Die Laschen 32 haben Aussparungen 36, wodurch ein an der Lasche 32 anliegender Kunststoffeinsatz 13, 15 besonders gut umspritzt werden kann.
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Beispielsweise ist jeweils zumindest eine Lasche 32 an einem Endbereich der zugeordneten Kunststoffeinsätze 13, 15 vorgesehen.
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In 6 ist zu erkennen, dass der Kunststoffeinsatz 15 durch eine weitere Lasche 32 angebunden ist, die mit dem Kunststoffeinsatz 15 in einem von seinem Endbereich beabstandeten Bereich überlappt.
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Außerhalb der Laschen 32 sind die Kunststoffeinsätze 13, 15 bezogen auf den im Fahrzeug eingebauten Zustand des Fahrzeugstrukturbauteils in Fahrzeughochrichtung von dem metallischen Element 12 beabstandet.
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Der Abstand ist dabei mindestens so groß wie die Höhe der Kunststoffeinsätze 13, 15, insbesondere mindestens fünfmal so groß.
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Der weitere Kunststoffeinsatz 14 ist nicht über eine Lasche 32 an das metallische Element 12 angebunden, sondern liegt an einer Unterseite des metallischen Elements 12 an und ist an dieses angespritzt.
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Um die Anbindung des Kunststoffeinsatzes 14 an das metallische Element 12 zu verbessern, sind entlang des metallischen Elements 12 Aussparungen 38 vorgesehen (siehe 6).
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Des Weiteren ist in 6 zu erkennen, dass das stirnseitige Ende 40 des Kunststoffeinsatzes 13 in Draufsicht auf das stirnseitige Ende 40 betrachtet nicht mit dem metallischen Element 12 überlappt.
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Zu diesem Zweck endet der Kunststoffeinsatz 13 seitlich am metallischen Element 12.
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Das stirnseitige Ende des Kunststoffeinsatzes 15 überlappt in Draufsicht auf das stirnseitige Ende betrachtet ebenfalls nicht mit dem metallischen Element 12. Zu diesem Zweck ist im entsprechenden Bereich eine Aussparung im metallischen Element vorgesehen, die jedoch in den Figuren nicht sichtbar ist.
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Zwischen den Kunststoffeinsätzen 15, 14, welche in Fahrzeughochrichtung voneinander beabstandet sind, ist in der Spritzgussstruktur 16 eine Aussparung 44 vorgesehen, welche in den 4 und 5 dargestellt ist.
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Die 8 und 9 zeigen jeweils einen seitlichen Bereich des Fahrzeugstrukturbauteils 10 mit angebundenem Heckklappenscharnier 24.
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Wie in 8 zu sehen ist, erstreckt sich das Heckklappenscharnier 24 mit einem Befestigungsbügel 46 durch die Aussparung 44 der Spritzgussstruktur 16 hindurch, die zwischen den in Fahrzeughochrichtung beabstandeten Kunststoffeinsätzen 15, 14 vorgesehen ist.
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Die 10 und 11 zeigen einen Anbindungsbereich eines alternativen Fahrzeugstrukturbauteils 10, wobei die Spritzgussstruktur 16 nicht dargestellt ist.
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Die in den 10 und 11 veranschaulichte Ausführungsform unterscheidet sich von der vorhergehend beschriebenen Ausführungsform dadurch, dass der Kunststoffeinsatz 14, der an dem metallischen Element 12 anliegt, an seinen Enden eine Umbiegung 48 hat, wobei der Kunststoffeinsatz 14 mit der Umbiegung 48 an dem metallischen Element 12, insbesondere an einer in Fahrzeughochrichtung verlaufenden Innenseite des metallischen Elements 12 anliegt.
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Alternativ oder zusätzlich können die Kunststoffeinsätze 13, 15, die an den Laschen 32 an das metallische Element 12 angebunden sind, ebenfalls eine Umbiegung 50 haben, die sich an einer Innenseite des metallischen Elements 12 abstützt.
