DE10243405A1

DE10243405A1 - Kunststoffverbundbauteil

Info

Publication number: DE10243405A1
Application number: DE10243405A
Authority: DE
Inventors: Jochen Dr. Kruse; Stefan Schönhoff; Frank Budde
Original assignee: ZF Lemfoerder GmbH
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2002-09-18
Filing date: 2002-09-18
Publication date: 2004-04-01
Anticipated expiration: 2022-09-19
Also published as: DE10243405B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kunststoffverbundbauteil, bestehend aus mindestens zwei Bauteilen, wobei ein erstes Bauteil aus Kunststoff und ein zweites Bauteil aus Metall ist und das zweite Bauteil mindestens einen Vorsprung aufweist, der mindestens eine Hinterschneidung bildet und das erste Bauteil an das zweite Bauteil angespritzt ist und die Hinterschneidung hintergreift.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kunststoff-Metallverbundbauteil gemäß den Merkmalen der Oberbegriffe der unabhängigen Ansprüche 1 bzw. 12.
Zur Reduzierung der Gesamtmasse eines Bauteils bei gleichzeitig gleichmäßiger Verteilung großer Festigkeit und Steifigkeit oder zum Anbringen einer Schall- und Wärmedämmung über das ganze Bauteil werden Kunststoff-Metallverbundbauteile, auch Hybride genannt, eingesetzt. Derartige Verbundbauteile sind aus der DE 199 56 607 A1 bekannt. Die Schrift beschreibt ein Kunststoffverbundbauteil, bei dem die Verbindung durch Ausformung von Verbindungszapfen, die durch Durchdringungen im Metallblech gesteckt werden und dann mittels Ultraschallschweißen zu Nietverbindungen umgeformt werden. In sämtlichen Ausführungsbeispielen dienen diese Durchbrüche als Basis für die Herstellung formschlüssiger Verbindungen zwischen Metall und Kunststoff. Die Einbringung von Durchbrüchen in das Metall-Trägermaterial ist allerdings gleichbedeutend mit einer Schwächung des Materials, da die Festigkeit und Steifigkeit um den Faktor 2 herabgesetzt wird und die Gefahr von Kerbwirkungen entsteht, so dass zur Erzielung der gleichen Festigkeit, die eine nicht durchdrungene Trägerplatte erzielen würde, die doppelte Menge an Material eingesetzt werden muss. Die Gewichtsreduktion wird demnach stark verringert und die Materialkosten und der notwendige Bauraum erhöht. Eine weitere Gefahr geht von den Randungen der Durchbrüche aus. Bei der Herstellung dieser Durchbrüche können Grate entstehen, durch die der angespritzte Kunststoff beschädigt bzw. abgeschert werden kann, was ein frühzeitiges Versagen des Bauteils zur Folge hat.
Auch die Kunststoff-Metallverbunde der DE 199 34 545 C1 sowie der DE 38 39 855 A1 weisen Durchbrüche auf, die zur formschlüssigen Verbindung zwischen Kunststoff und Metall durch sogenannte Spritzniete dienen. Auch hier ist die Gefahr der Schwächung des Materials sowie der Abscherung des Kunststoffes durch dafür notwendige Durchbrüche gegeben und die oben genannten Maßnahmen müssen getroffen werden.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kunststoff-Metallverbund bereitzustellen, bei dem bei gleicher Steifigkeit und Festigkeit das Gewicht, die Materialkosten und der notwendige Bauraum reduziert sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß von einem Kunststoff-Metallverbund gemäß den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 12 gelöst.
Der erfindungsgemäße Kunststoff- Metallverbund weist ein vorgeformtes Trägerblech auf, welches zumindest bereichsweise mit einem Kunststoff angespritzt wird. Die formschlüssige Verbindung zwischen Metall und Kunststoff erfolgt durch in das Trägerblech eingebrachte napfförmige, zur Öffnung hin konisch zulaufende Vorsprünge, an die sich der angespritzte Kunststoff anlagert. So wird vorteilhaft eine Verbindung der verschiedenen Materialien ohne Schwächung des Trägermaterials durch sonst übliche Durchgangslöcher erreicht, so dass weniger Material und weniger Bauraum notwendig ist, um die geforderte Steifigkeit und Festigkeit des Verbundes zu erreichen, wodurch gleichzeitig das Gewicht des Kunststoff-Metallverbundes reduziert ist.
Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel weist ein Trägerblech auf, bei dem eine Kante um 180° gebogen ist und anschließend von einem Kunststoff einseitig angespritzt bzw. hinterspritzt wird. Durch die umgebogene Kante wird der Kunststoff auf dem Trägerblech fixiert, ohne eine Schwächung durch Durchbrüche hervorzurufen.
Im folgenden werden mögliche Ausführungsbeispiele anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1: die Draufsicht eines Trägerblechs mit napfförmigen Vorsprüngen sowie den Schnitt A durch dieses Trägerblech;
2: Schnitt durch einen Kunststoff- Metallverbund mit napfförmigen Vorsprüngen im Trägerblech;
3: Schnitt durch einen Kunststoff- Metallverbund mit u-förmig umgebogener Kante;
4: Schnitt durch einen Kunststoff- Metallverbund mit zweifach umgebogener Kante;
5: Schnitt durch einen Kunststoff- Metallverbund mit zwei durch Clinchen verbundenen Blechen als Trägerblech;
6: Schnitt durch einen Kunststoff- Metallverbund mit napfförmigen Vorsprüngen und Kantenbiegung des Trägerbleches.
In 1 zeigt eine Draufsicht eines zweiten Bauteils in Form eines Trägerbleches 2. Auf dem Trägerblech 2 sind beispielhaft vier Vorsprünge 3, die z.B. in einem Tiefzieh- oder Prägeprozess hergestellt werden können, in den jeweiligen Kantenbereichen angeordnet. Je nach Belastungsart und Größe des einzusetzenden Bleches kann sowohl Anzahl als auch Anordnung der Vorsprünge variieren. Im dargestellten Schnitt A-A lässt sich die Form der Vorsprünge 3 genauer erkennen. Die kegelförmigen Vorsprünge 3 sind so geformt, dass durch ihren vom Boden zur Öffnung hin konischen Verlauf vorteilhaft Hinterschnitte entstehen, an die sich im späteren Verlauf der Hybridherstellung ein erstes Bauteil in Form eines angespritzten Kunststoffes 1 fixieren lässt.
2 zeigt zwei verschiedene Schnitte durch mögliche Kunststoff-Metallverbunde. Im oberen Beispiel wird der Kunststoff 1 so angespritzt, dass die Metallvorsprünge 3 in den Kunststoff 1 hineingreifen, im unteren Beispiel wird der Kunststoff 1 so angespritzt, dass er in die Vorsprünge 3 des Trägerbleches 2 hineingreift. Die Form der Vorsprünge 3 des Trägerbleches 2 bestimmen dabei die Ausbildung der Form des Kunststoffes 1. In den angeführten Beispielen sorgt der bei der Formung der Vorsprünge 3 des Trägerbleches 2 entstandene Hinterschnitt dafür, dass die jeweiligen Bauteile die Rücksprünge des anderen Bauteils hintergreifen.
In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kunststoff-Metallverbundes dargestellt. Die Fixierung des Kunststoffes 1 auf dem Metall-Trägerblech 2 erfolgt durch Hinterspritzung eines Hinterschnittes, der durch eine beispielsweise mittels eines Biegeprozesses abgewinkelten Kante des Trägerbleches entstanden ist (hier beispielhaft mit Biegung um 180°). Je nach Belastungsart und Belastungsrichtung kann der Biegewinkel zwischen 95° und 270° variieren. Durch die Biegung der Blechkante wird außerdem ein zusätzlicher Schutz des Kunststoffes 1 in dem Bereich, in dem der Kunststoff vom Metallblech umschlossen wird, vor belastungsbedingten Außeneinwirkungen erreicht.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Kunststoff-Metallverbundes, bei dem die abgewinkelte Kante eine weitere Biegung 5 des Bleches 2 aufweist, um eine noch größere Sicherheit gegen Abscheren des Kunststoffes 1 zu gewährleisten. Besonders bei alternierender Belastung erweist sich diese Ausformung der Blechkante als vorteilhaft.
5 zeigt einen Kunststoff-Metallverbund, bei dem das zweite Bauteil aus zwei durch Clinchen verbundenen Blechen besteht. Durch das Clinchen wird vorteilhaft eine zusätzliche Stabilität im Bereich der Umformung durch Verstärkung mittels eines zweiten Bleches erreicht, ohne das Gewicht unnötig stark zu erhöhen. Auch die Verbindung mehrerer Bleche zu einem Verbund und zusätzlicher Kunststoffbeschichtung wird durch diese Technik möglich.
In 6 ist ein Kunststoff-Metallverbund dargestellt, der durch Kombination aus eingebrachten Vorsprüngen und umgebogener Kante vorteilhaft auch gegen Beschädigung bzw. Abscheren des Kunststoffes im Randbereich gesichert ist.

1: erstes Bauteil aus Kunststoff
2: zweites Bauteil aus Metall
3: napfförmiger, zur Öffnung hin konisch zulaufender Vorsprung
4: umgebogene Trägerblechkante
5: zweifach umgebogene Trägerblechkante
6: geclinchte Bleche

Claims

Kunststoffverbundbauteil, bestehend aus mindestens zwei Bauteilen, wobei ein erstes Bauteil aus Kunststoff und ein zweites Bauteil aus Metall ist, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bauteil (2) mindestens einen Vorsprung (3) aufweist, der mindestens eine Hinterschneidung bildet und das erste Bauteil (1) an das zweite Bauteil angespritzt ist und die mindestens eine Hinterschneidung hintergreift.
Kunststoffverbundbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Formschluss die Verbindung zwischen erstem und zweitem Bauteil bildet.
Kunststoffverbundbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bauteil ein vorgeformtes Blech ist.
Kunststoffverbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgeformten Vorsprünge des zweiten Bauteils napf- oder topfförmig sind.
Kunststoffverbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgeformten Vorsprünge zur Öffnung hin konisch zulaufen.
Kunststoffverbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bauteil aus mindestens zwei durch ein Fügeverfahren, insbesondere durch Clinchen, Stanznieten oder Toxen, verbundenen Blechen (6) besteht.
Kunststoffverbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Bauteile die Vorsprünge des anderen Bauteils hintergreifen.
Kunststoffverbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Anspritzung das zweite Bauteil (2) in das erste Bauteil (1) hineingreift.
Kunststoffverbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Anspritzung das erste Bauteil (1) in das zweite Bauteil (2) hineingreift.
Kunststoffverbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die der angespritzten Seite abgewandte Seite mindestens einen Rücksprung mit mindestens einer Hinterschneidung zum Eingriff eines weiteren Bauteils aufweist.
Kunststoffverbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingriff des weiteren Bauteils zur Befestigung des Kunststoff- Metallverbundes insbesondere als Schnappverbindung ausgebildet ist.
Kunststoffverbundbauteil, bestehend aus mindestens zwei Bauteilen, wobei ein erstes Bauteil aus Kunststoff und ein zweites Bauteil aus Metall ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Kante (4) des zweiten Bauteils (2) um mindestens 95°, insbesondere 95°–270°, umgebogen ist, wobei zumindest die umgebogene Kante (4) vom ersten Bauteil (1) durch einseitiges Anspritzen formschlüssig umgriffen ist.
Kunststoffverbundbauteil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das U-förmige Endstück (4) eine weitere winkelförmige Umformung (5) aufweist.
Kunststoffverbundbauteil nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bauteil im flächigen Bereich weitere Vorsprünge (3) aufweist.