DE3839855A1 - Leichtbauteil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Leichtbauteil aus einem dreidimensionalen schalenförmigen Grundkörper, dessen Innenraum Verstärkungsrippen aufweist.

Derartige Leichtbauteile finden in entsprechender Ge­ staltung Verwendung für Fahrzeugteile, tragende Elemente für Büromaschinen, Konstruktionselemente für Dekora­ tionszwecke und dergleichen.

Sie wurden bisher aus Metall hergestellt, wobei bei­ spielsweise ein aus Stahlblech oder Aluminiumblech tiefgezogener Grundkörper mit Verstärkungsrippen ver­ schweißt, vernietet oder verschraubt wurde. Andererseits stellte man solche Leichtbauteile aus Kunststoff durch Spritzgießen in einem Stück her. Es hat sich jedoch ge­ zeigt, daß reine Kunststoffteile bei vertretbarer Dimen­ sionierung der Querschnitte geringere Festigkeiten und vor allem geringere Steifigkeiten aufweisen als ver­ gleichbare Leichtbauteile aus Metall.

Es besteht die Aufgabe, ein Leichtbauteil zu schaffen, welches einfacher herstellbar ist und gute Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften aufweist.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß die Verstärkungs­ rippen aus angespritztem Kunststoff bestehen und daß der Grundkörper an den Verbindungstellen mit den Verstär­ kungsrippen Verankerungen aufweist.

Dadurch wird erreicht, daß ein dünnwandiger Grundkörper verwendet werden kann, welcher aus Metallblech im Tief­ ziehverfahren herstellbar ist. Es eignen sich insbeson­ dere unbehandelte, verzinkte und/oder mit einem Primer und gegebenenfalls Haftvermittler versehene Stahlbleche, unbehandelte, eloxierte und/oder mit einem Primer und gegebenenfalls einem Haftvermittler versehene Aluminium­ bleche. Es lassen sich für den Grundkörper aber auch durch Warmpressen verformte Kunststoffbleche verwenden, welche aus Thermoplasten mit Einlagen aus Glasfaser­ matten oder Synthesefasermatten bestehen. Als Kunst­ stoffe zum Anspritzen der Verstärkungsrippen eignen sich insbesondere teilkristalline Kunststoffe, wie glasfaser­ verstärktes Polyamid-6, Polyamid-6.6, Polybutylentere­ phthalat, Polyphenylensulfid oder Propylen.

Besonders geeignete Anwendungen für derartige Leichtbau­ teile sind Strukturteile für Kraftfahrzeugtüren, Stoß­ fängerträger, Front- und Heckschalen für PKW, Tür­ schweller, Tragrahmen für Büromaschinen sowie Dekora­ tionselemente, welche erhöhte Festigkeit und Steifigkeit aufweisen müssen.

Herstellen lassen sich diese Leichtbauteile, indem man den durch Tiefziehen oder Warmverpressen vorgeformten Grundkörper in ein Spritzgießwerkzeug mit entsprechend gestaltetem Formhohlraum einlegt und die Verstärkungs­ rippen und gegebenenfalls sonstigen Verstärkungen an­ spritzt.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß auf diese Weise je nach Kunststoff die Knickstabilität des Grund­ körpers aus Stahlblech bis über 80% gesteigert werden kann; die Torsionssteifigkeit läßt sich bei V-Verrippung um mehr als das 10-fache erhöhen, bei Kreuzverrippung steigt sie noch höher. Das an sich spröde Bruchverhalten von kurzglasfaserverstärkten Thermoplasten wird durch das duktile Verhalten der Metallteile positiv beein­ flußt, so daß die Gefahr des Splitterns des Kunststoffes nicht gegeben ist. Bei Verwendung von Kunststoffblechen für den Grundkörper lassen sich ähnliche Festigkeitser­ höhungen erzielen. Bei Verwendung eines metallischen Grundkörpers wird der lineare Wärmeausdehnungs­ koeffizient im wesentlichen durch das Metall bestimmt.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform bestehen die Verankerungen aus Verformungen, wie Sicken, welche entweder in die Rippen hineingerichtet oder von ihnen weggerichtet sind.

Diese Verformungen können runden, länglichen, aber auch unregelmäßigen Querschnitt besitzen.

Gemäß einer anderen Ausführungsform bestehen die Ver­ ankerungen aus Durchbrüchen, durch welche der Kunststoff hindurch- und über die Flächen der Durchbrüche hinaus­ reicht.

Besonders vorteilhaft ist es, Verformungen mit Durch­ brüchen zu kombinieren.

Alle diese Ausführungsformen zeichnen sich durch beson­ ders gute Aufnahme von Schubspannungen aus.

Vorzugsweise weist der Grundkörper mindestens teilweise eine Überzugschicht auf, welche aus dem gleichen Kunst­ stoff wie die Verstärkungsrippen besteht.

Auf diese Weise läßt sich der Grundkörper mit einer optisch ansprechenden Oberfläche versehen, so daß er z.B. eine bestimmte Farbe und/oder Strukturoberfläche (Narbung, Muster) aufweist. Bei einem metallischen Grundkörper dient eine solche Überzugschicht insbe­ sondere auch als Korrosionsschutz und ist für alle besonders gefährdeten Flächen zu empfehlen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Ränder der Durch­ brüche Verformungen aufweisen.

Dadurch wird gerade in diesem kritischen Bereich die Oberfläche des Grundkörpers vergrößert. Als Verformungen eignen sich sickenartige Einbuchtungen der Ränder der Durchbrüche. Die Ränder können aber auch zusätzlich ein­ geschnitten und die entstandenen Zungen abgewinkelt oder verdreht sein, wodurch besonders feste Verbindungen er­ zielbar sind. Durch solche Verformungen wird der Kraft­ fluß zwischen Grundkörper und Verstärkungsrippen sowie sonstigen angespritzen Verstärkungen verbessert. In der Regel wird man die Verformungen in den Innenraum des Grundkörpers hinein richten, weil man auf diese Weise eine glatte Außenfläche des Grundkörpers erzielen kann.

Vorzugsweise besitzen die Verstärkungsrippen an den Verbindungsstellen mit dem Grundkörper einen ver­ breiterten Fuß.

Die damit vergrößerte Kontaktfläche zwischen Grundkörper und Verstärkungsrippen erhöht die Haftung und damit ins­ besondere die Aufnahme von Schubkräften.

Es ist auch von besonderem Vorteil, wenn die zwischen den Verstärkungsrippen und den Seitenwänden des Grund­ körpers verbleibenden Freiräume trapezförmigen Quer­ schnitt aufweisen statt eines spitzen Dreiecksquer­ schnittes.

Dadurch werden zum einen die Kontaktflächen mit dem Grundkörper vergrößert und zum anderen ist der Kraft­ fluß zwischen den Rippen günstiger. Der Übergang zwi­ schen den einzelnen Flächen der Verstärkungsrippen sollte abgerundet sein, um Kerbwirkungen auszu­ schließen.

In der Zeichnung ist das neue Leichtbauteil in mehreren Ausführungsbeispielen rein schematisch dargestellt und nachstehend näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Grundkörper in Form eines Längsholms für ein Kraftfahrzeug in räumlicher Darstellung,

Fig. 2 einen Grundkörper in Form eines Tragrahmens für eine Büromaschine in räumlicher Darstel­ lung und

Fig. 3 eine Auswahl von verschiedenen Möglichkeiten der Verformungen der Ränder der Durchbrüche.

In Fig. 1 besteht das Leichtbauteil aus einem Grund­ körper 1 in Form eines Längsholmes 1 für einen PKW. Er besteht aus tiefgezogenem Stahlblech, welches mit einem Haftvermittler behandelt wurde. In seinem Innenraum 2 sind V-förmige Verstärkungsrippen 3 aus Polyamid-6 mit 30 Gew.-% Glasfasergehalt vorgesehen. Diese Ver­ stärkungsrippen 3 erstrecken sich mit einem Steg 4 über die gesamte Tiefe des Innenraumes 2 und weisen zum Boden 5 des Längsholms 1 hin einen verbreiterten Fuß 6 auf. Die Verstärkungsrippen 3 bilden mit dem Grundkörper 1 trapezartige Freiräume 7, wobei an den Seitenwänden 8, 9 des Längsholmes 1 Verbindungsstege 10 aus dem gleichen Kunststoff vorhanden sind, welche parallel zu den Seitenwänden 8, 9 verlaufen und daran fest haften. Sie weisen in etwa die gleiche Stärke auf wie die Ver­ stärkungsrippen 3. Zwischen den Verstärkungsrippen 3 und dem Längsholm 1 sind gestrichelt dargestellte Veranke­ rungen in Form von Sicken und Durchbrüchen 12 vorge­ sehen, durch welche der Kunststoff auf die Außenseite 13 hindurchreicht und dort Blöcke 14 bildet. Die Außen­ seite 13 ist mit einer Überzugschicht 15 des gleichen Kunststoffes versehen. Zur Demonstration der Anspritz­ technik ist der Angußkanal 16 eines nicht dargestellten Formwerkzeuges gestrichelt symbolisiert.

In Fig. 2 besteht der Grundkörper 21 aus durch Warm­ pressen verformtem Kunststoffblech aus Polyamid mit eingelegter Glasfasermatte von einem Flächengewicht von 1950 g/m² bei 1 mm Blechdicke und 78 Gew.-% Glasanteil. Im Innenraum 22 dieses Grundkörpers 21 sind Verstär­ kungsrippen 23 aus Polyamid-6.6 mit einem Glasfaserge­ halt von 35 Gew.-% angeordnet. An den Verbindungsstellen 24 zwischen dem Grundkörper 21 und den Verstärkungs­ rippen 23 weist der Grundkörper 21 gestrichelt darge­ stellte Verformungen (Sicken) 25 auf, durch welche der Kunststoff der Verstärkungsrippen 23 hindurchreicht und auf der Außenseite 26 Wülste 27 bildet. Außerdem sind Anschlußflansche 28 und Verstärkungsaugen 29 aus dem gleichen Kunststoff mit angespritzt.

Die in Fig. 3 dargestellten verschiedenartigen Ver­ ankerungen 31 stellen lediglich eine besonders geeignete Auswahl aus einer Vielzahl weiterer Möglichkeiten dar.

Die Verankerung 31 besteht aus einer Verformung nach Art einer Halbrundsicke, und war in die Rippe 32 hinein­ weisend. Die Verankerung 33 besitzt ebenfalls die Form einer Halbrundsicke, jedoch von der Rippe 32 wegweisend.

Die Verankerungen 34 und 35 haben die Form napfartiger Sicken. Auch die Verankerungen 36, 37, 38, 39 sind im wesentlichen napfartig gestaltet, besitzen aber zusätz­ lich Durchbrüche 40. Die Verankerung 41 besteht eben­ falls aus einem Durchbruch mit rechtwinkliger Randver­ formung 42. Die Verankerung 43 schließlich weist ledig­ lich einen Durchbruch 40 auf.

Claims (7)

1. Leichtbauteil, bestehend aus einem dreidimensiona­ len schalenförmigen Grundkörper (1, 21), dessen Innenraum (2, 22) Verstärkungsrippen (3, 23) auf­ weist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstär­ kungsrippen (3, 23) aus angespritztem Kunststoff bestehen und daß der Grundkörper (1, 21) an den Verbindungsstellen (11, 24) mit den Verstärkungs­ rippen (3, 23) Verankerungen (12, 25, 31, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 43) aufweist.

2. Leichtbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verankerungen aus Verformungen (Sicken) (12, 25, 31, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 41) bestehen.

3. Leichtbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verankerungen aus Durch­ brüchen (12, 25, 40) bestehen, durch welche der Kunststoff hindurch- und über die Flächen der Durchbrüche (12, 25, 40) hinausreicht.

4. Leichtbauteil nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (1) mindestens teilweise eine Überzugschicht (15) aufweist, welche aus dem gleichen Kunststoff wie die Verstärkungs­ rippen (3) besteht.

5. Leichtbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder der Durch­ brüche (40) Verformungen (42) aufweisen.

6. Leichtbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsrippen (3) an den Verbindungstellen (11) mit dem Grund­ körper (1) einen verbreiterten Fuß (6) aufweisen.

7. Leichtbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die zwischen den Ver­ stärkungsrippen (3) verbleibenden Freiräume (7) trapezförmigen Querschnitt aufweisen.