DE10260048A1

DE10260048A1 - Kraftfahrzeug-Frontendträger und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE10260048A1
Application number: DE2002160048
Authority: DE
Inventors: A. Dr. Knickrehm; M. Ehleben
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2004-07-15

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftfahrzeug-Frontendträger mit einem Kunststoffteil (2) und einem Einsatzteil (3), das in das Kunststoffteil (2) zur Verstärkung eingebaut ist, und ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeug-Frontendträgers. Erfindungsgemäß ist das Einsatzteil (3) aus einem Faser-Kunststoff-Verbund ausgebildet. Ein derartiges Einsatzteil ist kostengünstiger als die bisher eingesetzten metallischen Einsatzteile, insbesondere aufgrund der geringeren Produktionsaufwandes für den Faser-Kunststoff-Verbund, und ist besser recycelbar. Zudem ist das Gewicht eines als Faser-Kunststoff-Verbund ausgebildeten Einsatzteils geringer als das eines metallischen Einsatzteils.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftfahrzeug-Frontendträger mit einem Kunststoffteil und einem Einsatzteil, das in das Kunststoffteil zur Verstärkung eingebaut ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Kraftfahrzeug-Frontendträgers.
Kraftfahrzeug-Frontendträger, auch als Frontendmontageträger bezeichnet, bestehen aus einem Kunststoffteil und einem metallischen Einsatzteil. Das Kunststoffteil ist in der Regel ein Verbundwerkstoff und wird in einem Spritzgussverfahren gefertigt. Das metallische Einsatzteil wird üblicherweise aus mehreren Einzelblechen hergestellt, insbesondere drei oder mehr Einzelblechen. Die Einzelbleche werden durch Widerstandspunktschweißen gefügt und anschließend gegen Korrosion durch eine kathodische Tauchlackierung vor Korrosion geschützt. Durch Einlegen des Einsatzteils in das Kunststoffteil und miteinander Verbinden der beiden Teile wird als Endprodukt der Kraftfahrzeug-Frontendträger erhalten.
Das Einsatzteil dient dazu, das Crashverhalten der Frontendmontageträger zu optimieren und die aus Crashtests resultierenden Anforderungen zu realisieren. Weiterhin ist das Einsatzteil erforderlich, um die Vertikalsteifigkeit sowie die Zug- und Druckfestigkeit des Frontendmontageträgers, insbesondere in z-Richtung, also in Richtung der Höhe des Kraftfahrzeugs, in das der Frontendmontageträger eingebaut ist, zu erhöhen.
Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, dürfen die Einzelbleche des Einsatzteils bei einem Crashtest nicht auseinander reißen. Um eine derart belastbare Verbindung der Einzelbleche zu erzielen, müssen diese aufwändig punktgeschweißt werden. Da ein Korrosionsschutz des Einsatzteils erst nach dem Punktschweißen aufgebracht werden kann, muss das gesamte sperrige Einsatzteil durch ein Bad zur kathodischen Tauchlackierung transfe riert werden. Der nachfolgende Transport eines derart lackierten Einsatzteils ist aufwändig und kostenintensiv, da er aufgrund der frischen Lackierung sehr schonend durchgeführt werden muss, um diese nicht zu verletzen. Insgesamt ist also die Herstellung und Handhabung eines metallischen Einsatzteils eines Kraftfahrzeug-Frontendträgers in der Produktion aufwändig und teuer.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen Kraftfahrzeug-Frontendträger mit einem Kunststoffteil und einem Einsatzteil zu schaffen, bei dem das Einsatzteil insbesondere in der Produktion des Frontendträgers kostengünstiger und einfacher zu handhaben ist.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Kraftfahrzeug-Frontendträger gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist also das Einsatzteil aus einem Faser-Kunststoff-Verbund gebildet. Eine derartige Composite-Verstärkung ist einfacher herstellbar als ein metallisches Einsatzteil. Insbesondere entfallen die aufwändigen Produktionsschritte des Punktschweißens von Einzelblechen und der kathodischen Tauchlackierung. Obwohl die reinen Materialkosten eines metallischen Einsatzteils, die sich im Wesentlichen auf die Kosten für die Einzelbleche beschränken, geringer sind als die Kosten eines Faser-Kunststoff-Verbundes, ist das fertig gestellte metallische Einsatzteil auf Grund der hohen Produktionskosten etwa gleich teuer wie das erfindungsgemäße, aus Faser-Kunststoff-Verbund ausgebildete Einsatzteil. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Dichte eines Faser-Kunststoff-Verbunds sehr viel geringer als die von Stahl ist, obwohl die Festigkeitswerte der beiden Materialien annähernd gleich sind. Aufgrund der annähernd gleichen Festigkeitswerte reicht bei Einsatzteilen aus Faser-Kunststoff-Verbund etwa die gleiche Wanddicke aus wie bei metallischen Einsatzteilen. Daher ist das Bauteilgewicht des erfindungsgemäßen Einsatzteils sehr viel geringer als das eines metallischen Einsatzteils. Schließlich lässt sich das erfindungsgemäße Einsatzteil auch besser recyceln als ein metallisches Einsatzteil, da sowohl das Kunststoffteil als auch das Einsatzteil eines Kraftfahrzeug-Frontendträgers gemäß der Erfindung im Wesentlichen aus den gleichen Materialien bestehen. Daher muss kein metallisches Einsatzteil von einem Kunststoffteil getrennt werden, wie beim Stand der Technik. Das Recyceln eines derartigen Kraftfahrzeug-Frontendträgers wird somit vereinfacht und letztendlich kostengünstiger. Ein erfindungsgemäßer Kraftfahrzeug-Frontendträger kann zum Recyceln beispielsweise in einem Stück einer Schredderanlage zugeführt werden und zu einem GMT-Rezyklat verarbeitet werden.
Das Einsatzteil kann aus endlosfaserverstärktem Kunststoff bestehen, um eine besonders hohe Reißfestigkeit zu erzielen, was insbesondere auf Grund der Anforderungen des bereits erwähnten Crashtests vorteilhaft ist.
Vorzugsweise ist das Einsatzteil in einem Pressverfahren hergestellt. Mit diesen Verfahren kann es besonders kostengünstig in einem Produktionsschritt hergestellt werden. Das Einsatzteil kann hierbei als ein Teil verpresst werden, sodass ein Fügen von Einzelteilen entfällt. Im Gegensatz zu einem metallischen Einsatzteil kann auch ein kostenintensiver Korrosionsschutz, insbesondere eine Feuerverzinkung und ein Aufbringen einer kathodischen Tauchlackierung, entfallen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Kunststoffteil ein Verbundwerkstoff, der Langfasern und Polypropylen umfasst und in einem Spritzgussverfahren hergestellt ist. Dadurch unterscheiden sich die Werkstoffe von Einsatz- und Kunststoffteil im Wesentlichen nicht, sodass ein Recyceln des Frontendmontageträgers vereinfacht wird.
Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Frontendträgers zeichnet sich dadurch aus, dass das Einsatzteil in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt und mit einem Verbundwerkstoff zum Ausbilden des Kunststoffteils umspritzt wird. Weitere Produktionsschritte zum Verbinden von Einsatz- und Kunststoffteil entfallen damit, wodurch dieses Herstellungsverfahren besonders kostengünstig ist.
Es hat sich als besonders vorteilhaft für die Haftung des auf das Einsatzteil aufgespritzten Verbundwerkstoffes erwiesen, wenn das Einsatzteil in einem kalten Zustand in das Spritzgusswerkzeug eingelegt und mit dem Verbundwerkstoff, der Langfasern und Polypropylen umfasst, umspritzt wird. Unter kaltem Zustand wird hierbei verstanden, dass das Einsatzteil nach seiner Produktion abkühlt und erst bei Erreichen einer Temperatur, die beispielsweise der Raumtemperatur entspricht, in das Spritzgusswerkzeug eingelegt wird.
Bei einem alternativen Herstellungsverfahren wird das Einsatzteil in das Kunststoffteil eingelegt. Anschließend werden beide Teile miteinander verbunden, insbesondere durch Niete, Hülsen, Kleben und/oder Schweißpunkte, wobei auch eine flächige Verschweißung oder Verklebung möglich ist.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst das Einsatzteil eine thermoplastische Matrix. Dadurch werden keine Kunststoffdome für eine Schweißverbindung von Einsatz- und Kunststoffteil mehr benötigt. Vielmehr wird das Einsatzteil mit dem Kunststoffteil dadurch verbunden, dass durch eine örtliche Erwärmung Schweißpunkte ge setzt werden oder eine flächige Schweißverbindung realisiert wird. Weiterhin ist dabei auch eine Klebeverbindung möglich.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
1 ein Kunststoff- und Einsatzteil eines Kraftfahrzeug-Frontendträgers im getrennten Zustand und
2 einen vollständig montierten Kraftfahrzeug-Frontendträger.
1 zeigt die Einzelteile eines Kraftfahrzeug-Frontendträgers, nämlich ein Kunststoffteil 2 und ein dazu passendes Einsatzteil 3. Die beiden abgebildeten Teile sind für einen Frontendträger für einen Personenkraftwagen ausgeformt. Der fertig montierte Kraftfahrzeug-Frontendträger 1 ist in 2 dargestellt. In 2 ist auch die bereits Eingangs erwähnte z-Richtung 4 dargestellt, in welcher der Frontendmontageträger 1 eine besonders hohe Vertikalsteifigkeit sowie Zug- und Druckfestigkeit aufweisen muss. Dies wird durch das in 1 dargestellte Einsatzteil 3 gewährleistet. Zum Recyceln kann der in 2 dargestellte komplette Frontendmontageträger 1 mittels eines Schredderverfahrens zu einem GMT-Recyclat verarbeitet werden. Eine Trennung der in 1 dargestellten beiden Teile 2 und 3 ist nicht erforderlich, da sie im Wesentlichen aus den gleichen Werkstoffen bestehen.

1: Kraftfahrzeug-Frontendträger
2: Kunststoffteil
3: Einsatzteil
4: z-Richtung

Claims

Kraftfahrzeug-Frontendträger (1) mit einem Kunststoffteil (2) und einem Einsatzteil (3), das in das Kunststoffteil (2) zur Verstärkung eingebaut ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzteil (3) aus einem Faser-Kunststoff-Verbund gebildet ist.
Kraftfahrzeug-Frontendträger (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzteil (3) endlosfaserstärkten Kunststoff aufweist.
Kraftfahrzeug-Frontendträger (1) nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzteil (3) in einem Pressverfahren hergestellt ist.
Kraftfahrzeug-Frontendträger (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffteil (2) ein Verbundwerkstoff ist, der Langfasern und Polypropylen umfasst und in einem Spritzgussverfahren hergestellt ist.
Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeug-Frontendträgers (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzteil (3) in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt und mit einem Verbundwerkstoff zum Ausbilden des Kunststoffteils (2) umspritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzteil (3) in einem kalten Zustand in das Spritzgusswerkzeug eingelegt und mit dem Verbundwerkstoff, der Langfasern und Polypropylen umfasst, umspritzt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeug-Frontendträgers (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzteil (3) in das Kunststoffteil (2) eingelegt und beide Teile (2, 3) miteinander verbunden werden, insbesondere durch Niete, Hülsen, Kleben und/oder Schweißpunkte.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzteil (3) eine thermoplastische Matrix umfasst und mit dem Kunststoffteil (2) dadurch verbunden wird, dass durch eine örtliche Erwärmung Schweißpunkte gesetzt werden.