DE102021115410B3

DE102021115410B3 - Mittelkonsolenträger und Fahrzeug

Info

Publication number: DE102021115410B3
Application number: DE102021115410.3A
Authority: DE
Inventors: Philipp Kellner; Scally Rommelfanger
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2021-06-15
Filing date: 2021-06-15
Publication date: 2022-09-08
Anticipated expiration: 2041-06-16

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Mittelkonsolenträger (10) mit mindestens eine Befestigungsstelle (7;11-14), an der eine Kraft in den Mittelkonsolenträger (10) eingeleitet werden kann.Um den Mittelkonsolenträger (10) im Hinblick auf sein Gewicht und/oder seine Herstellkosten zu verbessern, ist der Mittelkonsolenträger (10) als endlosfaserverstärktes Kunststoffteil (20) ausgeführt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Mittelkonsolenträger mit mindestens einer Befestigungsstelle, an der eine Kraft in den Mittelkonsolenträger eingeleitet werden kann. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Fahrzeug mit einem derartigen Mittelkonsolenträger.
Aus der internationalen Offenlegungsschrift WO 2017/044784 A1 ist eine Armlehnenstütze mit einem thermoplastischen Trägerelement bekannt, das mit Kohlenstoff- oder Glasfasern verstärkt ist. Aus der der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2011 051 719 A1 ist eine Mittelkonsole eines Kraftfahrzeugs bekannt, die sich in einem mittleren bodennahen Bereich in Fahrzeuglängsrichtung erstreckt und in ein Armaturenbrett des Kraftfahrzeugs übergeht, wobei ein Mittelkonsolenoberteil als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet ist. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2016 002 167 A1 ist eine Innenraum-Baugruppe für ein Fahrzeug mit einem Abdeckelement bekannt, das aus einem faserverstärkten Kunststoff spritzgegossen ist. Aus den deutschen Offenlegungsschriften DE 102 57 123 A1 und DE 10 2009 058 505 A1 sind Mittelkonsolen mit Trägerteilen bekannt, die aus einem Kunststoffmaterial spritzgegossen wurden. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2013 006 557A1 und der deutschen Patentschrift DE 198 28 001 C1 sind Trägerformteile aus Kunststoffen, wie Polyamid oder Polyphenylensulfid, bekannt, die mit Glasfasern verstärkt sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Mittelkonsolenträger mit mindestens einer Befestigungsstelle, an der eine Kraft in den Mittelkonsolenträger eingeleitet werden kann, im Hinblick auf sein Gewicht und/oder seine Herstellkosten zu verbessern.
Die Aufgabe ist durch einen Mittelkonsolenträger mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14 gelöst. Bei dem Mittelkonsolenträger handelt es sich vorzugsweise um einen Grundträger, der an einer Tragstruktur eines Kraftfahrzeugs befestigt wird. An dem Mittelkonsolenträger kann mindestens eine Komfortkomponente, wie eine Armauflage oder Armlehne angebracht werden. Die Armauflage oder Armlehne ist zum Beispiel schwenkbar an dem Mittelkonsolenträger angebracht. Herkömmliche Mittelkonsolenträger sind aus Stabilitätsgründen aus einem metallischen Material gebildet. Aufgrund der im Betrieb auftretenden hohen Belastungen sind herkömmliche Mittelkonsolenträger zum Beispiel als Magnesiumdruckgussteile oder als Aluminiumdruckgussteile ausgeführt. Durch gezielte Verstärkung mit Endlosfasern kann auch bei einem Kunststoffteil eine ausreichende Stabilität und Festigkeit des Mittelkonsolenträgers erreicht werden. Die Endlosfasern sind vorteilhaft entlang von definierten Lastpfaden in dem Kunststoff angeordnet und positioniert. Die Endlosfasern sind in eine dem Mittelkonsolenträger oder Grundträger seine Form gebende Kunststoffmatrix eingebettet. Die verwendeten Endlosfasern können aus folgenden Materialien gebildet sein: Kohlenstofffaser, Aramidfaser, Glasfaser, Basaltfaser, Stahldraht, Titandraht. Die Endlosfasern können in Form von Thermoplastpultrudaten vorliegen, welche durch lokales Aufschmelzen und Biegen mithilfe einer Biegemaschine in eine gewünschte Form gebogen werden. Als Strangziehverfahren, Pultrusionsverfahren oder Pultrudieren wird ein kontinuierliches Herstellungsverfahren zur Fertigung von faserverstärkten Kunststoffprofilen bezeichnet. Die Fasern liegen vorzugsweise als Halbzeug in Form von Tapes, endlosfaserverstärkten Pultrudaten, Matrix imprägnierten Faserrovings, Extrudaten oder Fasersträngen aus einer Mischung von schmelzbaren Kunststofffäden und Endlosfasern vor. Durch das endlosfaserverstärkte Kunststoffteil wird bei großer Gewichtsersparnis eine formschlüssige Krafteinleitung in den Mittelkonsolenträger ermöglicht.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Mittelkonsolenträgers ist dadurch gekennzeichnet, dass an der Befestigungsstelle ein Durchgangsloch, zumindest teilweise, mit Endlosfasern umschlungen ist. Zur gezielten Krafteinleitung und Verstärkung an der Befestigungsstelle umschlingen die Endlosfasern das Durchgangsloch ganz oder teilweise. An der Befestigungsstelle kann das Durchgangsloch auch ganz oder teilweise mit den Endlosfasern umwickelt sein. Der Mittelkonsolenträger weist vorteilhaft zusätzlich zu Befestigungspunkten zur Befestigung an einer Karosserie oder Tragstruktur des Fahrzeugs auch mindestens einen Befestigungspunkt oder mehrere Befestigungspunkte für einen Cockpitquerträger in dem Fahrzeug auf.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Mittelkonsolenträgers ist dadurch gekennzeichnet, dass an der Befestigungsstelle ein längliches Einlegeteil, das verdrehsicher in eine Kunststoffmatrix des Mittelkonsolenträgers eingebettet ist, mit Endlosfasern umschlungen ist. Wenn das Kunststoffteil als Spritzgussteil ausgeführt ist, dann sind die das längliche Einlegeteil umschlingenden Endlosfasern vollständig mit Kunststoff umspritzt. Das endlosfaserverstärkte Kunststoffteil kann aber auch anders hergestellt werden, zum Beispiel in einem Pressverfahren oder Schäumverfahren.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Mittelkonsolenträgers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Endlosfasern entlang mindestens eines Lastpfades zwischen der Befestigungsstelle mit dem länglichen Einlegeteil und mindestens einer weiteren Befestigungsstelle angeordnet sind. Die weitere Befestigungsstelle umfasst zum Beispiel ein Durchgangsloch, das zum Durchführen eines Befestigungsmittels, wie einer Schraube dient. Mit dem Befestigungsmittel wird die Mittelkonsole an der Tragstruktur oder Karosserie des Fahrzeugs befestigt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Mittelkonsolenträgers ist dadurch gekennzeichnet, dass das längliche Einlegeteil außen an mindestens zwei Endabschnitten mit den Endlosfasern umschlungen ist. Das längliche Einlegeteil umfasst außen an seinen Endabschnitten jeweils zumindest eine Umschlingung, Umwicklung oder Umbiegung mit Endlosfasern. Zwischen den mit Endlosfasern umschlungenen Endabschnitten ist an dem länglichen Einlegeteil vorteilhaft ein mittlerer Bereich vorgesehen, in welchem das längliche Einlegeteil nicht mit Endlosfasern umschlungen ist. In dem mittleren Bereich an die gewünschte Stabilität allein durch das längliche Einlegeteil sichergestellt werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Mittelkonsolenträgers ist dadurch gekennzeichnet, dass das längliche Einlegeteil als Hülse zur formschlüssigen Krafteinleitung in den Mittelkonsolenträger ausgeführt ist. Im eingebauten Zustand des Mittelkonsolenträgers wird eine im Betrieb auftretende Belastung von außen über den Mittelkonsolenträger in die Tragstruktur des Kraftfahrzeugs übertragen. Die Hülse ist aus Metall, Kunststoff oder aus einem faserverstärktem Kunststoff gebildet. In den Endabschnitten ist die Hülse vorteilhaft mehrfach mit Endlosfasern umwickelt oder umschlungen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Mittelkonsolenträgers ist dadurch gekennzeichnet, dass in der Hülse ein Drehkörper gelagert ist, an den eine Komfortkomponente angebunden ist. Bei dem Drehkörper kann es sich um eine weitere Hülse handeln, die zur Darstellung einer Drehlagerung oder Schwenklagerung für die Komfortkomponente dient. Bei der Komfortkomponente handelt es sich zum Beispiel um eine Armauflage oder Armlehne, die über den Drehkörper und die Hülse schwenkbar an dem Mittelkonsolenträger angebracht ist.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Mittelkonsolenträgers ist dadurch gekennzeichnet, dass jeder Endabschnitt der Hülse über zwei Lastpfade, die in einer jeweiligen Lastpfadrichtung angeordnete Endlosfasern umfassen, mit mindestens zwei weiteren Befestigungsstellen an dem Mittelkonsolenträger verbunden ist. So kann die Komfortkomponente auf einfache Art und Weise stabil an dem Mittelkonsolenträger angebracht werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Mittelkonsolenträgers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse mit den vier Lastpfaden einen Lagerbock darstellt, der in den Mittelkonsolenträger integriert ist. Das liefert unter anderem den Vorteil, dass die Endlosfasern vorteilhaft nur in besonders beanspruchten Bereichen des Mittelkonsolenträgers angeordnet werden müssen.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Fahrzeug mit einem oberhalb eines Karosserietunnels oder Karosseriebodens im Bereich einer Fahrzeugmitte angeordneten und mit einer darunter liegenden Karosserie verschraubten Mittelkonsolenträger, wie er vorab beschrieben ist.
Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch ein Verfahren zum Herstellen eines vorab beschriebenen Mittelkonsolenträgers.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:

1 eine perspektivische Darstellung eines Mittelkonsolenträgers mit einem länglichen Einlegeteil, das außen an zwei Endabschnitten mit Endlosfasern umschlungen ist;
2 einen vergrößerten Ausschnitt aus 1 ;
3 den Mittelkonsolenträger aus 1 in einer anderen Perspektive;
4 den Mittelkonsolenträger aus den 1 und 3 in einer Seitenansicht.

In den 1 bis 4 ist ein Mittelkonsolenträger 10 in verschiedenen Ansichten dargestellt. Der Mittelkonsolenträger 10 umfasst eine Basisstruktur 5, von der sich eine Halsstruktur 6 in einer Fahrzeuglängsrichtung, die auch als x-Richtung bezeichnet wird, nach vorne erstreckt.
Eine Befestigungsstelle 7 mit einem Durchgangsloch 9 dient zur Anbindung einer nicht dargestellten Komfortkomponente an den Mittelkonsolenträger. Bei der Komfortkomponente handelt es sich um eine Armauflage oder Armlehne, die in den Figuren nicht dargestellt ist.
Die Armlehne oder Armauflage ist an dem Mittelkonsolenträger 10 zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung schwenkbar. Ein als Hülse 40 ausgeführtes längliches Einlegeteil 38 dient zur Darstellung eines Schwenklagers oder Drehlagers für die Komfortkomponente an dem Mittelkonsolenträger 10.
Die Hülse 40 ist mit einander abgewandten Endabschnitten 41, 42 in eine Kunststoffmatrix 25 eingebettet. In ihren Endabschnitten 41, 42 ist die Hülse 40 mit Endlosfasern 21, 22, 23, 24 umwickelt oder umschlungen, die ebenfalls in die Kunststoffmatrix 25 eingebettet sind. Die Hülse 40 und die Endlosfasern 21 bis 24 dienen mit der Kunststoffmatrix 25 zur Darstellung eines endlosfaserverstärkten Kunststoffteils 20.
In 2 ist der Endabschnitt 41 in der Hülse 40 vergrößert dargestellt. Die Kunststoffmatrix 25 ist transparent dargestellt, um die Anordnung der Endlosfasern 21, 22 im Bereich des Endabschnitts 41 zu veranschaulichen.
Bei den Endlosfasern 21, 22 handelt es sich, anders als dargestellt, zum Beispiel um Faserbündel oder um eine Vielzahl von Einzelfasern. Wesentlich ist, dass sich die Fasern 21, 22 in dem Endabschnitt 41 der Hülse 40 um einen Außendurchmesser der Hülse 40 herum erstrecken. So können mit den in die Kunststoffmatrix 25 eingebetteten Endlosfasern 21 bis 24 Lastpfade dargestellt werden, die in 3 mit 31 bis 34 bezeichnet sind.
Die Basisstruktur 5 des Mittelkonsolenträgers 10 umfasst in unteren Endbereichen vier Befestigungsstellen 11 bis 14. Die Befestigungsstellen 11 bis 14 wiederum umfassen jeweils ein Durchgangsloch 15 bis 18.
Die Durchgangslöcher 15 bis 18 dienen zum Beispiel zum Durchführen von Befestigungsmitteln, mit denen der Mittelkonsolenträger 10 an einer nicht dargestellten Tragstruktur, insbesondere Karosserie, eines Kraftfahrzeugs befestigt werden kann. Die Durchgangslöcher 15 bis 18 an den Befestigungsstellen 11 bis 14 sind ganz oder teilweise mit freien Enden der Endlosfasern 21 bis 24 umschlungen.
Die Endlosfasern 21 bis 24 erstrecken sich jeweils entlang eines der Lastpfade 31 bis 34. Der Lastpfad 31 verläuft zwischen dem Endabschnitt 41 der Hülse 40 und der Befestigungsstelle 11. Der Lastpfad 32 verläuft zwischen dem Endabschnitt 41 der Hülse 40 und der Befestigungsstelle 12. Der Lastpfad 33 verläuft zwischen dem Endabschnitt 42 der Hülse 40 und der Befestigungsstelle 13. Der Lastpfad 34 verläuft zwischen dem Endabschnitt 42 der Hülse 40 und der Befestigungsstelle 14.
In der in 4 gezeigten Seitenansicht sieht man, dass die Endlosfaser 21 sowohl die Befestigungsstelle 7 als auch die Befestigungsstelle 11 umschlingt. Die Endlosfaser 22 umschlingt die Befestigungsstellen 7 und 16 teilweise. Zwischen den Befestigungsstellen 12, 7 und 11, 7 verlaufen die Endlosfasern 22, 21 geradlinig.
In 3 sieht man, dass die geradlinig verlaufenden Lastpfade 31, 32 und 33, 34 Standbeine eines Lagerbocks 45 mit der Hülse 40 darstellen. Die Hülse 40 stellt eine Lageraufnahme des Lagebocks 45 dar.
Bezugszeichenliste

5: Basisstruktur
6: Halsstruktur
7: Befestigungsstelle
9: Durchgangsloch
10: Mittelkonsolenträger
11: Befestigungsstelle
12: Befestigungsstelle
13: Befestigungsstelle
14: Befestigungsstelle
15: Durchgangsloch
16: Durchgangsloch
17: Durchgangsloch
18: Durchgangsloch
20: faserverstärktes Kunststoffteil
21: Endlosfaser
22: Endlosfaser
23: Endlosfaser
24: Endlosfaser
25: Kunststoffmatrix
31: Lastpfad
32: Lastpfad
33: Lastpfad
34: Lastpfad
38: längliches Einlegeteil
40: Hülse
41: Endabschnitt
42: Endabschnitt
45: Lagerbock

Claims

Mittelkonsolenträger (10) mit mindestens einer Befestigungsstelle (7; 11-14), an der eine Kraft in den Mittelkonsolenträger (10) eingeleitet werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelkonsolenträger (10) als faserverstärktes Kunststoffteil (20) aus kurz- oder langfaserverstärktem Kunststoff mit einem Gewichtsanteil von mindestens 50 % und endlosfaserverstärktes Kunststoff mit einem Gewichtsanteil von höchsten 50 % ausgeführt ist, wobei lokale Teilbereiche des faserverstärkten Kunststoffteils (20) ausschließlich aus kurz- oder langfaserverstärktem Kunststoff bestehen.
Mittelkonsolenträger (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Befestigungsstelle (7; 11-14) ein Durchgangsloch (9; 15-18) zumindest teilweise mit Endlosfasern (21-24) umschlungen ist.
Mittelkonsolenträger (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Befestigungsstelle (7) ein längliches Einlegeteil (38), das verdrehsicher in eine Kunststoffmatrix (25) des Mittelkonsolenträgers (10) eingebettet ist, mit Endlosfasern (21-24) umschlungen ist.
Mittelkonsolenträger (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Endlosfasern (21-24) entlang mindestens eines Lastpfades (31-34) zwischen der Befestigungsstelle (7) mit dem länglichen Einlegeteil (38) und mindestens einer weiteren Befestigungsstelle (11-14) angeordnet sind.
Mittelkonsolenträger (10) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das längliche Einlegeteil (38) außen an mindestens zwei Endabschnitten (41,42) mit den Endlosfasern (21-24) umschlungen ist.
Mittelkonsolenträger (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das längliche Einlegeteil (38) als Hülse (40) zur formschlüssigen Krafteinleitung in den Mittelkonsolenträger (10) ausgeführt ist.
Mittelkonsolenträger (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Hülse (40) ein Drehkörper gelagert ist, an den eine Komfortkomponente angebunden ist.
Mittelkonsolenträger (10) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Endabschnitt (41,42) der Hülse (40) über zwei Lastpfade (31,32;33,34), die in einer jeweiligen Lastpfadrichtung angeordnete Endlosfasern (21-24) umfassen, mit mindestens zwei weiteren Befestigungsstellen (11,12; 13, 14) an dem Mittelkonsolenträger (10) verbunden ist.
Mittelkonsolenträger (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (40) mit den vier Lastpfaden (31,32;33,34) einen Lagerbock (45) darstellt, der in den Mittelkonsolenträge (10) integriert ist.
Mittelkonsolenträger (10) einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das faserverstärkte Kunststoffteil (20) in einem Spritzgussprozess oder Pressprozess hergestellt wird und die Endlosfasern in Form von Rovings, Faser-Strängen, Tapes oder imprägnierten Drähten vorliegen.
Mittelkonsolenträger (10) einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein Thermoplast - vorzugsweise Polypropylen oder Polyamid ist.
Mittelkonsolenträger (10) einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Endlosfasern Glasfasern, Kohlenstofffasern oder Basaltfasern sind und die Lang- oder Kurzfasern Glasfasern, Kohlenstofffasern oder Basaltfasern sind, wobei die Verstärkungsfasern beliebig gemischt und kombiniert werden können.
Mittelkonsolenträger (10) einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse innen hohl ist und aus Aluminium, Magnesium, Stahl, Titan oder faserverstärktem Kunststoff besteht.
Fahrzeug mit einem oberhalb eines Karosserietunnels oder Karosseriebodens im Bereich einer Fahrzeugmitte angeordneten und mit einer darunterliegenden Karosserie verschraubten Mittelkonsolenträger (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.