DE10221709A1

DE10221709A1 - Leichtbauteil für Trägerelemente von Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE10221709A1
Application number: DE10221709A
Authority: DE
Inventors: Ralf Schmidt; Ralf Hemmersmeier; Dieter Braun
Original assignee: Hella Behr Fahrzeugsysteme GmbH
Current assignee: HBPO GmbH
Priority date: 2002-05-16
Filing date: 2002-05-16
Publication date: 2004-03-04
Also published as: CN1652963A; EP1503931A1; ATE303283T1; KR20050014818A; CN100347022C; AU2003233307A1; EP1503931B1; US20050229530A1; WO2003097431A1; ES2248749T3; DE50301113D1

Abstract

Ein solches Leichtbauteil ist in Gestalt eines flächigen, dreidimensional verformten Gebildes mit einer mit Durchgangslöchern versehenen Metalllage ausgeführt. Es weist aus Kunststoff angespritzte Versteifungsrippen auf, die in Hohlstellen des flächigen Gebildes angeordnet sind und deren Kunststoff durch die Löcher der Metalllage hindurchreicht. Zwecks Optimierung des Kunststoff-Spritzvorgangs und zur Erzielung eines innigen Verbundes zwischen der Metalllage und den Versteifungsrippen ist die Metalllage als eine mittels des Kunststoffs umspritzte Metalleinlage ausgebildet. Diese weist eine Vielzahl von Löchern mit regelmäßiger Verteilung auf, und diese Löcher bilden beim Umspritzen einen Durchflusswiderstand für die Kunststoffschmelze. Zumindest an der Angussseite der Metalleinlage sind an jedem der Löcher Erhebungen vorhanden, die von der Kunststoffschicht überdeckt sind. Die von der Angussseite abliegenden Versteifungsrippen haben einen Anschlussquerschnitt, der über eine Mehr- oder Vielzahl der Löcher in der Metalleinlage hinwegreicht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Leichtbauteil der im Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 näher bezeichneten Art.

Ein solches Leichtbauteil ist aus der Patentschrift DE 38 39 855 C2 bekannt. Die überwiegend geschlossenwandige Metalllage dieses Leichtbauteils besteht aus einem Formkörper aus Metallblech, der großformatige Löcher hat, die in deutlichen Abständen voneinander angeordnet sind. Auf diese Löcher sind die im Hohlbereich des Formkörpers angeordneten Versteifungsrippen ausgerichtet, die aus angespritztem Kunststoff bestehen, der durch die Löcher im Formkörper zum Umgreifen des Lochrandes hindurchreicht. In dieser Weise sind für die Versteifungsrippen im Formkörper diskrete Verbindungsstellen gebildet, an denen jeweils eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Kunststoff der Versteifungsrippen und dem Metall des Formkörpers besteht.

Bei dem bekannten Leichtbauteil hat der aus Metallblech be stehende Formkörper eine erhebliche Steifigkeit, und er gibt als sogenannter Grundkörper die Grundform für das Leichtbauteil vor. Um diesen Formkörper biegesteifer und torsionssteifer zu machen, sind die an den diskreten Stellen des Formkörpers angespritzten Versteifungsrippen vorgesehen, deren Anordnung von der Lage der Löcher im Formkörper abhängig ist. Aufgrund der wenigen Löcher im Formkörper sowie deren erheblichen Abstände ist die Anzahl der Versteifungsrippen beschränkt, und die Ausbildung der Anbindungsstellen für die Rippen ist nur begrenzt belastbar. Andererseits lassen sich die relativ wenigen Löcher im metallenen Formkörper problemlos von der Fließfront der Kunststoffschmelze erreichen.

Zum anderen sind grundsätzlich Bauteile bekannt, die im Spritzgußverfahren aus Kunststoff hergestellt werden und die eine versteifende Metalleinlage aufweisen. Auf das Angießen von im Hohlbereich socher Bauteile liegende Versteifungsrippen muß hierbei nicht Rücksicht genommen werden. Insoweit ist hier die Durchlässigkeit der Versteifungseinlage für die Kunststoffschmelze beim Spritzgießvorgang leicht daran anzupassen, daß beim fertigen Bauteil die Versteifungseinlage allseitig von dem Kunststoffmaterial ummantelt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Leichtbauteil der gattungsgemäßen Art zu schaffen, welches hinsichtlich der Fließbedingungen der Kunststoffschmelze beim Spritzvorgang im zugehörigen Spritzgußwerkzeug optimiert ist und bei dem ein inniger Verbund zwischen der Metalllage und dem die Versteifungsrippen bildenden Kunststoff besteht, der zugleich die von den Versteifungsrippen abliegende Außenseite des Leichtbauteils lückenlos kaschiert.

Diese Aufgabe wird bei einem Leichtbauteil der gattungsbildenden Art nach der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Für das erfindungsgemäße Leichtbauteil ist von Bedeutung, daß die von den Rippen abliegende Außenseite der Metalleinlage die Angußseite ist, die somit von außen her mit dem Kunststoffmaterial umspritzt worden ist. Um zugleich an der von der Angußseite abliegenden Innenseite der Metalleinlage in dem betreffenden Spritzgußwerkzeug die Versteifungsrippen bilden zu können, wird die besondere Siebstruktur der Metalleinlage dazu genutzt, den Weg der Kunststoffschmelze im Spritzgußwerkzeug zu optimieren. Hier geht es vor allem darum, über die vielzähligen Löcher in der Metalleinlage Durchlässe für die Kunststoffschmelze mit einem jeweils kleinen Querschnitt zu erzielen, die dem Injektionsdruck der Kunststoffschmelze beim Spritzprozeß einen erhöhten Widerstand entgegensetzt. Ferner ist die Bildung eines Fließspaltes an der Angußseite der Metalleinlage zur Werkzeugwandung hin wichtig.

Zum einen kann dadurch die Kunststoffschmelze beim Anguß von außen her auf die Metalleinlage einen Druck ausüben, aufgrund dessen die Metalleinlage in vorteilhafter Weise mit ihrer Innenseite an der Innenseite des Spritzgußwerkzeugs angepreßt wird. Dadurch kann unabhängig davon, ob der flüssige Kunststoff an der Innenseite die Metalleinlage vollständig unterwandert, das Leichtbauteil innenseitig glattflächig ausgebildet werden. Zum zweiten sucht sich die Schmelze den Weg des geringsten Fließwiderstandes und verfüllt den spaltförmigen Raum, der zwischen der Außenseite der Metalleinlage mit den hier an den Löchern vorstehenden Erhebungen und der Außenwand des Spritzgußwerkzeugs besteht. Damit wird eine geschlossene Überdeckung der Metalleinlage an der Außenseite bzw. der Angußseite mittels des Kunststoffmaterials erzielt. Des weiteren erschweren die relativ engen Querschnitte der Löcher in der Metalleinlage ein zu schnelles Vordringen der Kunststoffschmelze in die im Spritzgußwerkzeug von der Angußseite her gesehen unterhalb bzw. hinter der Metalleinlage angeordneten Kanäle zur Ausformung der Versteifungsrippen. Damit wird an der von der Angußseite abgelegenen Innenseite der Metalleinlage ein Voreilen der Front der Kunststoffschmelze gegenüber der sich vorn Anguß an der Außenseite der Metalleinlage wegbewegenden Schmelzenfront verhindert. Dies vermeidet, daß die Metalleinlage aufgrund eines höheren hydraulischen Drucks, der Kunststoffschmelze von ihrer Innenseite her gegen die nach außen begrenzenden Wandungen des Spritzgußwerkzeugs gepreßt wird. Dadurch wird an der Angußseite der Metalleinlage eine einwandfreie, geschlossene Kunststoffüberdeckung sichergestellt, denn die hierdurch gebildete Außenseite des fertigen Leichtbauteils ist in dessen Einbaulage die einsehbare Sichtseite, die für das Aussehen des Leichtbauteils eine erhebliche Bedeutung hat.

Vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Insbesondere ist hier die besondere Gestaltung der an den Löchern vorgesehenen Erhebungen der Metalleinlage an der Angußseite zu erwähnen, die es ermöglicht, die von der Öffnung jedes einzelnen Lochs der Metalleinlage aufgespannte Ebene senkrecht oder nahezu senkrecht zu der Grundfläche der Metalleinlage zu stellen. Insbesondere die als Viertel-Hohlkugel ausgebildete etwa muschelförmige Auswölbung der Erhebungen ermöglicht es, daß die durch das jeweilige Loch hindurchdringende Kunststoffschmelze nach dem Erstarren einen formschlüssig in die vom Muscheldach überdeckte Hohlform an der konkaven Seite der Auswölbung eingebundenen Kopf bildet. Die Vielzahl der in der Metalleinlage vorhandenen Öffnungen und entsprechend die Vielzahl der auf diese Weise gebildeten Kunststoff-Köpfe stellt eine besonders innige, formschlüssige Verbindung zwischen dem Kunststoff und der Metalleinlage sicher.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel noch näher erläutert. Dabei zeigen:
1 einen Ausschnitt aus einer Metalleinlage für ein Leichtbauteil
2 eine perspektivische Ansicht eines Abschnittes eines mit der Metalleinlage gemäß 1 nach dreidimensionaler Verformung versehenen Leichtbauteils von der Angußseite her gesehen und
3 eine perspektivische Ansicht eines Leichtbauteils gemäß 2 von der Innenseite her gesehen.
1 zeigt im einzelnen einen Abschnitt einer noch nicht dreidimensional verformten Metalleinlage, die ein flächiges Gebilde darstellt und aus einem Stahlblech gefertigt ist. In dieses Stahlblech ist eine Vielzahl von Löchern 2, nämlich von Durchgangslöchern, in besonderer Weise eingearbeitet, wodurch die Metalleinlage 1 eine siebartige Struktur aufweist. Die Metalleinlage 1 ist ähnlich einer Küchenreibe ausgebildet und hat eine strukturierte Außenseite, nämlich eine Angußseite 4, und eine glatte Innenseite 6, an der lediglich die Öffnungen der durchgehenden Löcher 2 vorhanden sind.
An der äußeren Angußseite 4 stehen aus dem Metallblech der Metalleinlage 1 herausgedrückte Erhebungen 3 vor, die annähernd die Form einer Viertel-Hohlkugel haben. Dadurch haben die Erhebungen 3 in etwa die Form einer offenen Muschel, wobei die halbseitigen Muschelöffnungen 8 an der Angußseite 4 die Öffnungen der Durchgangslöcher 2 bilden. Die Öffnungsebenen der Löcher 2 an der Angußseite 4 stehen nahezu senkrecht zu der Grundfläche der Metalleinlage 1, wobei diese Ebenen der Öffnungen 8 miteinander parallel oder unterschiedlich ausgerichtet sein können. Dies hängt davon ab, wie man die Fließrichtung der Kunststoffschmelze steuern will, die zur Ummantelung der Metalleinlage 1 in ein Spritzgußwerkzeug injiziert wird, in welchem nach dreidimensionaler Verformung die Metalleinlage 1 eingelegt ist. Hierbei geht es darum, an der Angußseite 4 eine vollständige Überdeckung der Metalleinlage 1 zu erzielen und die Kunststoffschmelze zugleich durch die Löcher 2 der Me talleinlage 1 hindurchdringen zu lassen, um in der Spritzgußform an die Innenseite 6 der Metalleinlage 1 anschließende Kanäle zu füllen. Hierdurch werden von dem die Metalleinlage 1 ummantelnden Kunststoff Versteifungsrippen 7 gebildet, die in 3 zu erkennen sind. Eine der Möglichkeiten der Ausrichtungen der Öffnungen 8 der Löcher 2 an der Angußseite 4 der Metalleinlage 1 besteht, wie in 1 dargestellt, darin, die Ebenen der Öffnungen 8 in zwei einander rechtwinklig kreuzenden Richtungen anzuordnen. Des weiteren sind die vielzähligen Löcher 2 und entsprechend die vielzähligen Erhebungen 3 an der Angußseite 4 der Metalleinlage 1, soweit es deren zu umspritzenden Bereich betrifft, in fluchtenden Reihen mit regelmäßiger Verteilung angeordnet.
Die 2 und 3 zeigen ein fertiges Leichtbauteil, welches erkennen läßt, daß die in 1 wiedergegebene Metalleinlage 1 vor dem Ummanteln im Spritzgußverfahren dreidimensional verformt worden ist, wodurch sich konkave Wölbungen mit Hohlbereichen an der Innenseite 6 der Metalleinlage 1 ergeben, welche die Versteifungsrippen 7 aufnehmen. 1 zeigt die Ansicht des Leichtbauteils einschließlich einem nicht ummantelt dargestellten Abschnitt der Metalleinlage 1 von der Angußseite 4 her gesehen, und man erkennt hier, daß der Kunststoffmantel 5 die Angußseite 4 der Metalleinlage 1 vollflächig überdeckt. Da der Kunststoffmantel 5 dicker ist als die Erhebungen 3 der Metalleinlage 1 hoch sind, sind die Scheitel der Erhebungen 3 der Metalleinlage 1 an der durch die Angußseite 4 gebildeten Sichtseite des Leichtbauteils im Bereich der Kunststoff oberfläche nicht zu erkennen.
Aus gestalterischen Gründen kann dies an der Sichtseite des Leichtbauteils anders vorgesehen werden, indem man den Kunststoffmantel so dick macht, wie die Erhebungen 3 der Metalleinlage 1 hoch sind. Sowohl aus gestalterischen Gründen als auch im Hinblick auf das Fließverhalten der Kunststoffschmelze beim Spritzvorgang können grundsätzlich die die Löcher 2 umgebenden Erhebungen 3 ebenfalls an der Innenseite 6 der Metalleinlage 1 vorgesehen werden. Auf diese Weise kann der siebartigen Metalleinlage 1 partiell ein unterschiedlicher Durchflußwiderstand für die Kunststoffschmelze gegeben werden, der nicht allein von der Öffnungsweite und -richtung der Löcher 2 sondern auch von der Anordnung der Erhebungen 3 abhängt.
Wie aus 3 deutlich wird, ist die Anordnung der Versteifungsrippen 7 grundsätzlich unabhängig von der Lochkonfiguration der Metalleinlage 1, von der auch hier ein Abschnitt sichtba gelassen ist. Die Versteifungsrippen 7 haben an der Metalleinlage 1 solche Anschlußquerschnitte, daß eine Mehr- oder Vielzahl der Löcher 2 bzw. deren Öffnungen an der Innenseite 6 der Metalleinlage 1 überdeckt wird. So können die Anbindungsstellen der Versteifungsrippen 7 an beliebiger Stelle der Metalleinlage 1 vorgesehen werden, Voraussetzung ist lediglich, daß an der jeweiligen Anbindungsstelle die Siebstruktur der Metalleinlage 1 mit den Löchern 2 und den Erhebungen 3 vorhanden ist. Die Metalleinlage 1 kann auch insbesondere Rand- oder Endbereiche haben, die ohne die Siebstruktur ausgeführt und entspre chend nicht mit dem Kunststoffmaterial umspritzt sind. Diese Bereiche dienen vornehmlich zur Ausbildung oder Anbringung der Befestigungsmittel, über die das Leichtbauteil an der Karosserie des betreffenden Fahrzeugs montiert wird oder mittels derer Anbauten an dem Leichtbauteil befestigt werden.

Claims

Leichtbauteil für biege- und torsionssteife Trägerelemente von Kraftfahrzeugen, insbesondere für Frontend-Montageträger von PKWS oder dergl., in Gestalt eines flächigen, dreidimensional verformten Gebildes mit einer mit Durchgangslöchern versehenen Metalllage, welche die flächige, dreidimensional verformte Grundform aufweist, und mit von angespritztem Kunststoff gebildeten Versteifungsrippen, die zumindest einseitig an dem flächigen Gebilde in daran durch die dreidimensionale Formgebung gebildeten Hohlstellen angeordnet sind und deren Kunststoff durch die Löcher der Metalllage hindurchreicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalllage eine mittels des die Rippen (7) bildenden Kunststoffs umspritzte Metalleinlage (1) ist, deren Löcher (2) in einer Vielzahl mit regelmäßiger Verteilung nach Art einer Siebstruktur und mit einer der Kunststoffschmelze beim Umspritzen einen Durchflußwiderstand entgegensetzenden Öffnungsweite angeordnet sind, daß an der Angußseite (4) an jedem der Löcher (2) vorstehende Erhebungen (3) vorhanden sind, deren Höhe zumindest die Dicke der Kunststoffschicht (5) an der Angußseite (4) der Metalleinlage (1) entspricht und daß die Rippen (7) an der von der Angußseite (4) ablie genden Innenseite (6) der Metalleinlage (1) angeordnet sind und einen über eine Mehr- oder Vielzahl der Löcher (2) in der Metalleinlage (1) hinwegreichenden Anschlußquerschnitt haben.
Leichtbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Angußseite (4) in der Einbaulage die Sichtseite bildet, an der die Dicke der Kunststoffschicht (5) größer als die Höhe der Erhebungen (3) an den Löchern (2) ist, und entsprechend die Sichtseite im umspritzten Bereich vollflächig von dem Kunststoff gebildet ist.
Leichtbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der der Angußseite (4) abgelegenen Innenseite (6) der durch die Löcher (2) der Metalleinlage (1) hindurchgeflossene Kunststoff mit seiner Oberfläche mit der Innenseite (6) der Metalleinlage (1) zumindest bündig liegt oder sich darüber hinweg erstreckt.
Leichtbauteil nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen (3) aus der Grundfläche der Metalleinlage (1) herausgewölbte Ausbuchtungen sind, die halbseitige Öffnungen (8) haben, welche die Öffnungen der Löcher (2) in der Metalleinlage (1) bilden.
Leichtbauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen (3) annähernd die Form einer Viertel-Hohlkugel haben.
Leichtbauteil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die entsprechend den Erhebungen (3) aus der Grundfläche der Metalleinlage (1) herausgestellten Öffnungen (8) der Löcher (2) an der Angußseite (4) je in einer Ebene liegen, die senkrecht oder annähernd senkrecht zu der Grundfläche der Metalleinlage (1) steht.
Leichtbauteil nach einem der Ansprüche 4–6, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (8) der Löcher (2) an den herausgewölbten Erhebungen (3) der Metalleinlage (1) in Ebenen liegen, die miteinander parallel sind.
Leichtbauteil nach einem der Ansprüche 4–6, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (8) der Löcher (2) an den herausgewölbten Erhebungen (3) der Metalleinlage (1) in zwei oder mehrere Gruppen unterteilt sind, wobei die Öffnungen (8) der Löcher (2) einer Gruppe in miteinander parallelen Ebenen liegen und die Lochebenen der Gruppen winklig zueinander stehen.
Leichtbauteil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die in miteinander parallelen Ebenen liegenden Öffnungen (8) der Löcher (2) an den herausgewölbten Erhebungen (3) der Metalleinlage (1) in die gleiche, zur jeweiligen Lochebene senkrechte Richtung parallel oder annähernd parallel zur Grundfläche der Metalleinlage (1) zeigen.
Leichtbauteil nach einem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen (3) an den Löchern (2) zum Teil an der Innenseite (6) der Metalleinlage (1) angeordnet sind.
Leichtbauteil nach einem der Ansprüche 1–10, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalleinlage (1) umspritzte sowie nicht umspritzte Bereiche aufweist und die Siebstruktur mit den Löchern (2) sowie den Erhebungen (3) nur in den umspritzten Bereichen vorhanden ist.