DE10259981B4

DE10259981B4 - Karosseriebauteil

Info

Publication number: DE10259981B4
Application number: DE2002159981
Authority: DE
Inventors: Roland Dipl.-Ing. Ciezki; Alexander Dipl.-Ing. Pothoven; Klaus Dipl.-Ing. Wiesler
Original assignee: Individual
Current assignee: Ciezki Roland Dipl-Ing 80999 Muenchen De
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2008-11-13
Anticipated expiration: 2022-12-21
Also published as: DE10259981A1

Abstract

Karosseriebauteil (2) für Kraftfahrzeuge, insbesondere Fronthaube (2), mit mindestens zwei Sandwichschalen (4, 6) aus Kunststoff, wobei mindestens eine der Schalen (6) aus einem duroplastischen und mindestens eine der Schalen (4) aus einem thermoplastischen Kunststoff gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sandwichschalen (4, 6) über Schraubverbindungen (56), Steckverbindungen (58, 38) und mindestens eine Tasche (48), deren Öffnung sich parallel zur Oberfläche der Sandwichschalen (4, 6) erstreckt, in der Weise miteinander verbunden sind, dass eine Relativbewegung der Sandwichschalen (4, 6) ermöglicht ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Karosseriebauteil für Kraftfahrzeuge, insbesondere eine Fronthaube, mit mindestens zwei Sandwichschalen aus Kunststoff nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Erfindung betrifft ausserdem eine Verbindung von Sandwichschalen eines solchen Karosseriebauteils für Kraftfahrzeuge, ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Karosseriebauteil und ein Verfahren zur Montage eines solchen Karosseriebauteils.
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 stossabsorbierende 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.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 100 56 796 A1 ist ein Außenhautbauteil für ein Kraftfahrzeug bekannt, welches zwei Schalen aufweist, die miteinander verklebt werden, wobei die Schalen entweder aus einem thermoplastischen oder einem duroplastischen Kunststoff hergestellt sind.
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 mit einem Karosseriebauteil mit den Merk- malen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Durch die Werkstoffkombination aus Thermoplast und Duroplast 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 therrmoplastischen 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 themoplastischen Schalen durch eine weitere nichtmetallische oder auch eine metallische Schale ergänzt ist.
Die thermoplastische Schal ist auf der Außenseite des Kraftfahrzeugs und die duroplaßtische Schale innenseitig angeordnet. Thermoplastische Kunststoffe können zu durchgefärbten Bautei len 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 Haupterstreckungsebene 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.
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 Oberflächenqualitätsichtbar 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 entlang 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 Taschenbo- den 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 Sand wichschalen in zur Erstreckungsebene der Schalen senkrechten Richtung zueinander festlegen, jedoch eine Bewegung der Scha- len in ihrer Erstreckungsebene erlauben. Deshalb können die Schraubverbindungen beispielweise durch entsprechende Lang löcher 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.
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 Bezugszeichen 2 bezeichnet. Die Fronthaube 2 ist im Wesentlichen aus zwei Sandwichschalen aufgebaut, und zwar aus einer thermoplastischen Außenschale 4 und einer duroplastischen Innenschale 6. Die Fronthaube 2 weist eine in Einbaulage obere Kante 8 sowie eine untere Kante 10, eine in Fahrtrichtung linke Seitenkante 12 und eine in Fahrtrichtung rechte Seiten kante 14 auf. Die Außenschale 4 weist eine nach außen weisende Sichtseite 16 auf, sowie eine durch den gestrichelten Bezugspfeil 18 angedeutete Rückseite, die einer Montageseite 20 der Innenschale 6 zugewandt ist. Die Innenschale 6 ist mit mehreren Versteifungsrippen und Sicken versehen, von denen beispielhaft die Rippen 22 und 24 bezeichnet sind.
Die Innenschale 6 weist zur Befestigung an der Außenschale 4 mehrere Befestigungselemente auf. Beispielsweise ist im Bereich der in Einbaulage unteren Kante der Innenschale 6 ein mittig angeordnetes Langloch 26 vorgesehen. Ferner sind im Bereich der Seitenkanten sowie im Bereich der in Einbaulage oberen Kante der Innenschale 6 Schraubenlöcher 28, 30, 32, 34 und 36 vorgesehen, wobei die Schraubenlöcher 34 und 36 nur in 2 dargestellt sind.
Die Innenschale 6 weist ferner im Bereich der in Einbaulage oberen Kante insgesamt vier abgekröpfte Lappen 38 auf, die ebenfalls aus 2 ersichtlich sind.
An der in Einbaulage unteren Kante der Innenschale 6 ist ein sich bis hin zu den Seitenkanten erstreckender Wulst 40 vorgesehen, in dem Material der Innenschale 6 aufgeworfen ist und dort mit Verstärkungsrippen 42 verstärkt ist. In dem Wulst 40 sind außerdem zwei Stecklaschen 44 ausgebildet, die zur Befestigung der Innenschale 6 an der Außenschale 4 dienen, was mit Bezug auf 2 im Folgenden erläutert wird.
In der 2 ist die Fronthaube 2 im Endmontagezustand dargestellt, wobei von der Außenschale 4 nur ein Randbereich ihrer Rückseite 18 und von der Innenschale 6 die Rückseite 46 sichtbar ist. Entlang der in Einbaulage unteren Kante 10 der Außenschale 4 ist eine Tasche 48 vorgesehen, die sich auch in Bereichen 50 und 52 entlang der Seitenkanten der Fronthaube 2 erstreckt. In diese Tasche 48 ist der in 1 dargestellte Wulst 40 der Innenschale 6 eingeschoben. Die im Bereich der Tasche 48 zwischen der Außenschale 4 und der Innenschale 6 ausgebildete Verbindung ist eine lose Steckverbindung.
Die Außenschale 4 und die Innenschale 6 sind durch weitere Verbindungselemente miteinander verbunden. So weist die Tasche 48 Öffnungen auf, in die die an dem Wulst 40 der Innenschale 6 ausgebildeten Stecklaschen 44 greifen. Ferner greift eine auf der Rückseite 18 der Außenschale 4 angeformte Nase 54 in das in der Innenschale 6 ausgebildete Langloch 26.
Die Außenschale 4 und die Innenschale 6 sind weiterhin über insgesamt fünf Schrauben 56 miteinander verbunden, die entlang der Seitenkanten 12, 14 bzw. entlang der in Einbaulage oberen Kante 8 der Fronthaube 2 angeordnet sind. Zwischen den Schraubenverbindungen an der oberen Kante der Fronthaube 2 sind zusätzlich Steckverbindungen ausgebildet, die einerseits durch Vorsprünge 58 gebildet sind, die an die Rückseite 18 der Außenschale 4 angeformt sind, und andererseits durch die an die Innenschale 6 angeformten Anschläge 38.
Durch die beschriebene Anordnung können sich die Außenschale 4 und die Innenschale 6 bei Wärmeeinwirkung verschieden stark ausdehnen, ohne dass die Fronthaube 2 unter Eigenspannung gesetzt wird. Die Innenschale 6 ist in der Tasche 48 der Außenschale 4 nur lose eingeschoben, so dass eine Relativbewegung zwischen den Schalen 4 und 6 ermöglicht wird. Die Schraubenverbindungen 56 lassen durch entsprechend groß geformte Schraubenlöcher 28 bis 36 eine Relativbewegung in der Ebene der Außenschale 4 bzw. der Innenschale 6 zu. Die durch Anschläge 38 bzw. Vorsprünge 58 gebildeten Steckverbindungen sind derart bemaßt, dass eine Relativbewegung von Außenschale 4 und Innenschale 6 innerhalb eines Bereichs von einigen Millimetern ermöglicht ist.

Claims

Karosseriebauteil (2) für Kraftfahrzeuge, insbesondere Fronthaube (2), mit mindestens zwei Sandwichschalen (4, 6) aus Kunststoff, wobei mindestens eine der Schalen (6) aus einem duroplastischen und mindestens eine der Schalen (4) aus einem thermoplastischen Kunststoff gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sandwichschalen (4, 6) über Schraubverbindungen (56), Steckverbindungen (58, 38) und mindestens eine Tasche (48), deren Öffnung sich parallel zur Oberfläche der Sandwichschalen (4, 6) erstreckt, in der Weise miteinander verbunden sind, dass eine Relativbewegung der Sandwichschalen (4, 6) ermöglicht ist.
Karosseriebauteil (2) nach Anspruch 1, 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 2, 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 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Tasche (48) Öffnungen zur Ausbildung einer zusätzlichen Steckverbindung vorgesehen sind.
Karosseriebauteil (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Tasche (48) entlang der in Einbaulage unteren Kante (10) des Karosseriebauteils (2) erstreckt.
Karosseriebauteil (2) nach Anspruch 5, 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 1 bis 6, 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 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der in Einbaulage oberen Kante (10) mittig (36) und jeweils benachbart (28, 34) zu den Seitenkanten des Karosseriebauteils Schraubverbindungen (56) angeordnet sind, wobei zwischen den Schraubverbindungen (28, 36, 34) Steckverbindungen (38) vorgesehen sind.
Karosseriebauteil (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die thermoplastische Schale (4) auf der Aussenseite des Kraftfahrzeugs und die duroplastische Schale (6) innenseitig angeordnet ist.
Karosseriebauteil (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, 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.
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 12 oder einer Verbindung nach Anspruch 13.
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.