DE10259981A1 - Karosseriebauteil - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Karosseriebauteil für Kraftfahrzeuge, insbesondere Fronthaube, mit mindestens zwei Sandwichschalen aus Kunststoff, wobei mindestens eine der Schalen aus duroplastischen und mindestens eine der Schalen aus einem thermoplastischen Kunststoff gebildet ist.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Karosseriebauteil für Kraftfahrzeuge, insbesondere eine Fronthaube, mit mindestens zwei Sandwichschalen aus Kunststoff. Die Erfindung betrifft außerdem eine Verbindung von Sandwichschalen eines Karosseriebauteils für Kraftfahrzeuge, ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zur Montage eines Karosseriebauteils mit mindestens zwei Sandwichschalen.
- Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise aus der
DE 31 38 167 C2 Karosseriebauteile bekannt, die aus. mehreren Sandwichschalen zusammengesetzt sind. Hierbei kommen beispielsweise Thermoplaste zum Einsatz. - In der
DE 100 61 510 A1 ist eine Motorhaube beschrieben, die aus einer Oberschale und einer Unterschale besteht. - Aus der
DE 198 46 192 A1 ist eine stoßabsorbierend Karosseriehaube bekannt, die aus einem Oberteil und einem Unterteil besteht, wobei das Unterteil aus einem Metall und das Oberteil aus einem Metall oder einem Duroplast gebildet sein kann. - Allen genannten Karosseriebauteilen ist gemeinsam, dass unterschiedliche Materialien nur dann miteinander kombiniert werden können, wenn die Wärmeausdehnungskoeffizienten der verwendeten Materialien zumindest annähernd identisch sind. Durch diese Restriktion ist jedoch die Leistungsfähigkeit der einzelnen Materialien nicht vollständig ausgeschöpft. So besteht der Bedarf nach Karosseriebauteilen, die im unmittelbaren Sichtbereich eines Kraftfahrzeugs eine hohe Qualität aufweisen, wobei das Bauteil in sich steif und möglichst leicht ist. Ein solches Bauteil bereitzustellen, ist Aufgabe dieser Erfindung.
- Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass mindestens eine der Sandwichschalen aus einem duroplastischen und mindestens eine der Sandwichschalen aus einem thermoplastischen Kunststoff gebildet ist.
- Durch diese Werkstoffkombination kann ein Karosseriebauteil hergestellt werden, das einerseits ein hervorragendes Steifigkeits-Gewichtsverhältnis aufweist und andererseits höchsten optischen Anforderungen gerecht wird.
- Die duroplastische Schale trägt zu der hohen Steifigkeit des Karosseriebauteils bei. Durch den sandwichartigen Verbund mit der thermoplastischen Schale wird ein insgesamt sehr steifes Bauteil erzeugt, das aufgrund der vergleichsweise geringen Wandstärken der einzelnen Schalen nur wenig Material benötigt und daher sehr leicht ist. Neben der duroplastischen und der thermoplastischen Schale können weitere Sandwichlagen verwendet werden, falls dies für bestimmte Anwendungsfälle erforderlich sein sollte. Beispielsweise kann mindestens eine der Schalen als Formbauteil ausgebildet sein, in dem Hohlräume zur Aufnahme von Dämmmaterial ausgebildet sind. Es ist auch denkbar, dass der Verbund aus duroplastischen und thermoplastischen Schalen durch eine weitere nichtmetallische oder auch eine metallische Schale ergänzt ist.
- Vorzugsweise ist die thermoplastische Schale auf der Außenseite des Kraftfahrzeugs und die duroplastische Schale innenseitig angeordnet. Thermoplastische Kunststoffe können zu durchgefärbten Bauteilen verarbeitet werden, so dass diese höchsten Farbanforderungen genügen können. Duroplastische Kunststoffe zeichnen sich dadurch aus, dass sie gegenüber den thermoplastischen Kunststoffen erhöhte Festigkeitswerte aufweisen, jedoch hinsichtlich ihrer optischen Eigenschaften nicht an die thermoplastischen Kunststoff heranreichen.
- Vorteilhafterweise ist der thermoplastische Kunststoff aus Polycarbonat und/oder Polyester, insbesondere aus PC-PBT gebildet. Dieses Material kann besonders gut durchgefärbt und zu sehr großflächigen Bauteilen verarbeitet werden. Außerdem werden die für den Kraftfahrzeugbau wichtigen Anforderungen hinsichtlich Schlag- und Stoßempfindlichkeit erfüllt.
- Weiterhin ist es vorteilhaft, dass der duroplastische Kunststoff faserverstärkt ist. Es können beispielsweise ungesättigte Polyesterharze mit Glasfaserverstärkung zum Einsatz kommen. Diese Materialkombination stellt einen guten Kompromiss hinsichtlich der Festigkeitsanforderungen und einer möglichst günstigen Herstellung der duroplastischen Schale dar.
- Vorteilhafterweise ist der duroplastische Kunststoff ein SMC-Werkstoff. SMC-Werkstoffe können in Form von Matten bereitgestellt werden, die in die gewünschte Form gepresst werden und nach Einleitung der Vernetzungsreaktion aushärten.
- Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sandwichschalen über mindestens eine Tasche miteinander verbunden sind, deren Öffnung sich parallel zur Oberfläche der Sandwichschalen erstreckt. Eine solche Tasche kann beispielsweise an eines der Sandwichbauteile angeformt oder nachträglich angeschweißt sein. Die sich parallel zu den Sandwichschalen erstreckende Öffnung der Tasche bildet einen Aufnahmeraum für ein weiteres Sandwichbauteil, das mit einem Teilabschnitt in die Tasche einführbar ist.
- Der vorgeschlagene Taschenaufbau hat den Vorteil, dass die Sandwichschalen in einer zu den Schalen senkrechten Richtung zueinander fixiert sind, jedoch innerhalb ihrer Haupterstre ckungsebene relativ zueinander bewegbar sind. Dies ist insbesondere deshalb vorteilhaft, als dass Karosseriebauteile aus Kunststoff, insbesondere bei horizontaler Einbaulage großen Temperaturunterschieden ausgesetzt sind, wodurch starke Wärmeausdehnungen und bei Verwendung von Sandwichbauteilen aus verschiedenartigen Materialien auch verschiedene Wärmeausdehnungen innerhalb eines Bauteile auftreten. So wird im Kraftfahrzeugbau ein Temperaturbereich von ca. –30° bis +90°C zugrundegelegt, wodurch die Längenausdehnung beispielsweise einer ca. 1,20 m breiten thermoplastischen Fronthaube ca. 3 mm betragen kann. Faserverstärkte Duroplaste verformen sich innerhalb dieses Temperaturbereichs nicht oder nur sehr viel weniger als die beispielsweise angeführten 3 mm. Durch die als Tasche ausgebildete Verbindung zwischen der thermoplastischen und duroplastischen Schale können solche Längenausdehnungsunterschiede problemlos kompensiert werden.
- In Ausgestaltung der Erfindung weist eine erste Schale eine sich mindestens entlang eines Abschnitts einer ihrer Außenkanten erstreckende Tasche auf, die zur Aufnahme mindestens eines Abschnitts einer Außenkante einer zweiten Schale geeignet ist. Hierdurch kann an einer Kante des Karosseriebauteils ein Anschlag gebildet werden, an dem sich die Schale, die mit einem Teilbereich in die Tasche eingeschoben ist, abstützen kann.
- Vorzugsweise ist die erste Schale aus thermoplastischem und die zweite Schale aus duroplastischem Kunststoff gebildet. Somit kann beispielsweise auf der Rückseite der im Sichtbereich eines Kraftfahrzeugs angeordneten thermoplastischen Schale eine Tasche vorgesehen sein, in die die duroplastische Innenschale mit einem Teilabschnitt eingeschoben ist. Durch diese Maßnahme wird außerdem gewährleistet, dass von den Randbereichen des Karosseriebauteils nur die thermoplastische Schale mit guter Oberflächenqualität sichtbar ist.
- In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind in der mindestens einen Tasche Öffnungen zur Ausbildung einer zusätzlichen Steckverbindung vorgesehen. Diese Steckverbindung wird durch die Öffnungen in den Taschen gebildet, in die beispielsweise Laschen oder Nasen ragen, die an dem in die Tasche einzuschiebenden Bauteil ausgebildet sind. Durch die Steckverbindung können die Sandwichschalen relativ zueinander positioniert werden.
- In Weiterbildung der Erfindung erstreckt sich die Tasche entland der in Einbaulagen unteren Kante des Karosseriebauteils. Hierdurch ist gewährleistet, dass sich die in die Tasche eingeschobene Schale an dem Boden den Tasche abstützen kann und somit eine besonders großflächige und materialschonende Verbindung erzeugt wird. Die Tasche kann sich zusätzlich entlang mindestens 20 bis 80% der Länge der Seitenkanten des Karosseriebauteils erstrecken. Hierdurch werden die Sandwichschalen auch seitlich zueinander festgelegt, wobei der Taschenboden bei geringen Außentemperaturen nur geringfügig von der Außenkante der eingeschobenen Schale beabstandet ist und sich dieser Abstand bei erhöhten Außentemperaturen durch Dehnung der die Tasche aufweisenden Schale erhöht.
- Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass im Bereich der in Einbaulage oberen Kanten und/oder der Seitenkanten des Karosseriebauteils Schraubverbindungen ausgebildet sind. Diese Schraubverbindungen sind derart gestaltet, dass sie die Sandwichschalen in zur Erstreckungsebene der Schalen senkrechten Richtung zueinander festlegen, jedoch eine Bewegung der Schalen in ihrer Erstreckungsebene erlauben. Deshalb können die Schraubverbindungen beispielsweise durch entsprechende Langlöcher geführt sein oder durch Federelemente in sich flexibel sein.
- Besonders vorteilhaft ist, wenn im Bereich der in Einbaulage oberen Kante mittig und jeweils benachbart zu den Seitenkanten des Karosseriebauteils Schraubverbindungen angeordnet sind, wobei zwischen den Schraubverbindungen Steckverbindungen vorgesehen sind. Durch diese abwechselnd angeordneten Schraub- bzw. Steckverbindungen ist gewährleistet, dass die Sandwichschalen zuverlässig miteinander verbunden sind und nur eine verhältnismäßig geringe Anzahl von Montageschritten erforderlich ist.
- Die Erfindung betrifft außerdem eine Verbindung von Sandwichschalen eines Karosseriebauteils für Kraftfahrzeuge, wobei eine Schale eine sich mindestens entlang eines Abschnitts einer ihrer Außenkanten erstreckende Tasche aufweist, die zur Ausbildung einer losen Steckverbindung zur Aufnahme mindestens eines Abschnitts einer Außenkante einer weiteren Schale geeignet ist. Eine solche Verbindung von Sandwichteilen ermöglicht die Verwendung von Materialien, die sich bei Wärmeeinwirkung verschieden stark ausdehnen.
- Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit einem Karosseriebauteil oder einer Verbindung von Sandwichschalen eines Karosseriebauteils mit den oben ganannten Merkmalen. Die Karosseriebauteile können vorteilhafterweise im Sichtbereich des Kraftfahrzeugs als Fronthaube, Heckklappe, Dachteile, Seitenteile oder Türen Verwendung finden.
- Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Montage eines Karosseriebauteils, insbesondere einer Fronthaube eines Kraftfahrzeugs mit mindestens zwei Sandwichschalen, wobei eine Schale in eine Tasche einer weiteren Schale gesteckt wird, wobei die Steckrichtung parallel zu den Schalenebenen orientiert ist.
- Ein solches Montageverfahren ermöglicht eine schnelle, einfache und zuverlässige Verbindung zwischen Sandwischschalen eines Karosseriebauteils. Hierfür kann beispielsweise zunächst eine im Außenbereich eines Kraftfahrzeugs angeordnete thermoplastische Schale bereitgestellt werden, die entlang ihrer in Einbaulage unteren Kante eine Tasche aufweist, in die eine im nächsten Schritt bereitgestellte duroplastische Schale mit einem Randabschnitt eingeschoben werden kann. Zur Fertigmontage solchermaßen gebildeten Karosseriebauteile können gegebenenfalls weitere Verbindungen vorgesehen sein.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert ist.
- Dabei zeigen:
-
1 eine perspektivische Ansicht einer Fronthaube eines Kraftfahrzeugs in einem Vormontagezustand; und -
2 eine Rückansicht einer Fronthaube in einem fertig montierten Zustand. - In der
1 ist eine Fronthaube insgesamt mit dem Bezugszeichen2 bezeichnet. Die Fronthaube2 ist im Wesentlichen aus zwei Sandwichschalen aufgebaut, und zwar aus einer thermoplastischen Außenschale4 und einer duroplastischen Innenschale6 . Die Fronthaube2 weist eine in Einbaulage obere Kante8 sowie eine untere Kante10 , eine in Fahrtrichtung linke Seitenkante12 und eine in Fahrtrichtung rechte Seitenkante14 auf. Die Außenschale4 weist eine nach außen weisende Sichtseite16 auf, sowie eine durch den gestrichelten Bezugspfeil18 angedeutete Rückseite, die einer Montageseite20 der Innenschale6 zugewandt ist. Die Innenschale6 ist mit mehreren Versteifungsrippen und Sicken versehen, von denen beispielhaft die Rippen22 und24 bezeichnet sind. - Die Innenschale
6 weist zur Befestigung an der Außenschale4 mehrere Befestigungselemente auf. Beispielsweise ist im Bereich der in Einbaulage unteren Kante der Innenschale6 ein mittig angeordnetes Langloch26 vorgesehen. Ferner sind im Bereich der Seitenkanten sowie im Bereich der in Einbaulage oberen Kante der Innenschale6 Schraubenlöcher28 ,30 ,32 ,34 und36 vorgesehen, wobei die Schraubenlöcher34 und36 nur in2 dargestellt sind. - Die Innenschale
6 weist ferner im Bereich der in Einbaulage oberen Kante insgesamt vier abgekröpfte Lappen38 auf, die ebenfalls aus2 ersichtlich sind. - An der in Einbaulage unteren Kante der Innenschale
6 ist ein sich bis hin zu den Seitenkanten erstreckender Wulst40 vorgesehen, in dem Material der Innenschale6 aufgeworfen ist und dort mit Verstärkungsrippen42 verstärkt ist. In dem Wulst40 sind außerdem zwei Stecklaschen44 ausgebildet, die zur Befestigung der Innenschale6 an der Außenschale4 dienen, was mit Bezug auf2 im Folgenden erläutert wird. - In der
2 ist die Fronthaube2 im Endmontagezustand dargestellt, wobei von der Außenschale4 nur ein Randbereich ihrer Rückseite18 und von der Innenschale6 die Rückseite46 sichtbar ist. Entlang der in Einbaulage unteren Kante10 der Außenschale4 ist eine Tasche48 vorgesehen, die sich auch in Bereichen50 und52 entlang der Seitenkanten der Fronthaube2 erstreckt. In diese Tasche48 ist der in1 dargestellte Wulst40 der Innenschale6 eingeschoben. Die im Bereich der Tasche48 zwischen der Außenschale4 und der Innenschale6 ausgebildete Verbindung ist eine lose Steckverbindung. - Die Außenschale
4 und die Innenschale6 sind durch weitere Verbindungselemente miteinander verbunden. So weist die Tasche48 Öffnungen auf, in die die an dem Wulst40 der Innenschale6 ausgebildeten Stecklaschen44 greifen. Ferner greift eine auf der Rückseite18 der Außenschale4 angeformte Nase54 in das in der Innenschale6 ausgebildete Langloch26 . - Die Außenschale
4 und die Innenschale6 sind weiterhin über insgesamt fünf Schrauben56 miteinander verbunden, die entlang der Seitenkanten12 ,14 bzw. entlang der in Einbaulage oberen Kante8 der Fronthaube2 angeordnet sind. Zwischen den Schraubenverbindungen an der oberen Kante der Fronthaube2 sind zusätzlich Steckverbindungen ausgebildet, die einerseits durch Vorsprünge58 gebildet sind, die an die Rückseite18 der Außenschale4 angeformt sind, und andererseits durch die an die Innenschale6 angeformten Anschläge38 . - Durch die beschriebene Anordnung können sich die Außenschale
4 und die Innenschale6 bei Wärmeeinwirkung verschieden stark ausdehnen, ohne dass die Fronthaube2 unter Eigenspannung gesetzt wird. Die Innenschale6 ist in der Tasche48 der Außenschale4 nur lose eingeschoben, so dass eine Relativbewegung zwischen den Schalen4 und6 ermöglicht wird. Die Schraubenverbindungen56 lassen durch entsprechend groß geformte Schraubenlöcher28 bis36 eine Relativbewegung in der Ebene der Außenschale4 bzw. der Innenschale6 zu. Die durch Anschläge38 bzw. Vorsprünge58 gebildeten Steckverbindungen sind derart bemaßt, dass eine Relativbewegung von Außenschale4 und Innenschale6 innerhalb eines Bereichs von einigen Millimetern ermöglicht ist.
Claims (16)
- Karosseriebauteil (
2 ) für Kraftfahrzeuge, insbesondere Fronthaube (2 ), mit mindestens zwei Sandwichschalen (4 ,6 ) aus Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Schalen (6 ) aus einem duroplastischen und mindestens eine der Schalen (4 ) aus einem thermoplastischen Kunststoff gebildet ist. - Karosseriebauteil (
2 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die thermoplastische Schale (4 ) auf der Außenseite des Kraftfahrzeugs und die duroplastische Schale (6 ) innenseitig angeordnet ist. - Karosseriebauteil (
2 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoplastische Kunststoff aus Polycarbonat und/oder Polyester, insbesondere aus PC-PBT, gebildet ist. - Karosseriebauteil (
2 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der duroplastische Kunststoff faserverstärkt ist. - Karosseriebauteil (
2 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der duroplastische Kunststoff ein SMC-Werkstoff ist. - Karosseriebauteil (
2 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sandwichschalen (4 ,6 ) über mindestens eine Tasche (48 ) miteinander verbunden sind, deren Öffnung sich parallel zur Oberfläche der Sandwichschalen (4 ,6 ) erstreckt. - Karosseriebauteil (
2 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Schale (4 ) eine sich mindestens entlang eines Abschnitts einer ihrer Außenkanten (10 ) erstreckende Tasche (48 ) aufweist, die zur Aufnahme mindestens eines Abschnitts (40 ) einer Außenkante einer zweiten Schale (6 ) geeignet ist. - Karosseriebauteil (
2 ) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schale (4 ) aus thermoplastischem Kunststoff und die zweite Schale (6 ) aus duroplastischem Kunststoff gebildet ist. - Karosseriebauteil (
2 ) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Tasche (48 ) Öffnungen zur Ausbildung einer zusätzlichen Steckverbindung vorgesehen sind. - Karosseriebauteil (
2 ) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Tasche (48 ) entlang der in Einbaulage unteren Kante (10 ) des Karosseriebauteils (2 ) erstreckt. - Karosseriebauteil (
2 ) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Tasche (48 ) zusätzlich entlang mindestens 20–80% der Länge der Seitenkanten (12 ,14 ) des Karosseriebauteils (2 ) erstreckt. - Karosseriebauteil (
2 ) nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der in Einbaulage oberen Kante (8 ) und/oder der Seitenkanten (12 ,14 ) des Karosseriebauteils (2 ) Schraubverbindungen (56 ) ausgebildet sind. - Karosseriebauteil (
2 ) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der in Einbaulage oberen Kante (10 ) mittig (36) und jeweils benachbart zu den Seitenkanten des Karosseriebauteils (28 ,34 ) Schraubverbindungen (56 ) aufweist sind, wobei zwischen den Schraubverbindungen (28 ,36 ,34 ) Steckverbindungen (38 ) vorgesehen sind. - Verbindung von Sandwichschalen eines Karosseriebauteils (
2 ) für Kraftfahrzeuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schale (4 ) eine sich mindestens entlang eines Abschnitts einer ihrer Außenkanten (10 ) erstreckende Tasche (48 ) aufweist, die zur Ausbildung einer losen Steckverbindung zur Aufnahme mindestens eines Abschnitts (40 ) einer Außenkante einer weiteren Schale (6 ) geeignet ist. - Kraftfahrzeug mit einem Karosseriebauteil (
2 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 oder einer Verbindung nach Anspruch 14. - Verfahren zur Montage eines Karosseriebauteils (
2 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere Fronthaube (2 ) eines Kraftfahrzeugs, mit mindestens zwei Sandwichschalen (4 ,6 ), dadurch gekennzeichnet, dass eine Schale (6 ) in eine Tasche (48 ) einer weiteren Schale (4 ) gesteckt wird, wobei die Steckrichtung parallel zu den Schalenebenen orientiert ist.
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Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DAIMLERCHRYSLER AG, 70327 STUTTGART, DE |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: CIEZKI, ROLAND, DIPL.-ING., 80999 MUENCHEN, DE |
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8363 | Opposition against the patent | ||
R037 | Decision of examining division/fpc revoking patent now final |
Effective date: 20130301 |