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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Querträger eines Armaturenbretts für ein Kraftfahrzeug,
sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Querträgers.
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Insbesondere
betrifft die Erfindung einen Querträger eines Armaturenbretts für ein Kraftfahrzeug,
mit einem metallischen rohrförmigen
Strukturelement, das an den A-Säulen
des Kraftfahrzeugs angebracht ist, und zumindest einem Luftkanal
zum Leiten von Luft in den Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs, welcher
Luftkanal zumindest teilweise in dem metallischen Strukturelement
angeordnet ist.
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Ein
solcher Querträger
hält vorteilhafterweise
das metallische Strukturelement des Fahrzeugs und die Luftkanäle konzentrisch
unter Ausnutzung der Rohrform des metallischen Strukturelements. Dies
führt zu
einem Volumengewinn gegenüber
einer herkömmlichen
Struktur, in der das Strukturelement im wesentlichen parallel, jedoch
nicht konzentrisch mit den Luftkanälen angeordnet ist.
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Wegen
der Wärmeverluste,
die durch die guten Wärmeleiteigenschaften
von Stahl auftreten, ist es erforderlich, dass die transportierte
Luft nicht in direkten Kontakt mit dem rohrförmigen metallischen Strukturelement
gerät,
da sonst die eingebaute Luft-Heiz-/Kühleinheit überdimensioniert sein muß, um diese
Verluste auszugleichen. Es ist daher bekannt, den Luftkanal aus
einem Kunststoffmaterial herzustellen, um die geförderte Luft
gegenüber
dem Stahl des Querträgers
zu isolieren.
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US6422633 oder
DE 10046120 offenbaren Querträger von
Armaturenbrettern für
Kraftfahrzeuge, mit einem rohrförmigen
metallischen Strukturelement, das an den A-Säulen des Kraftfahrzeugs angebracht
ist, und mit zumindest einem Luftkanal aus Kunststoff zum Leiten
von Luft in den Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs, welcher Luftkanal
zumindest teilweise in dem metallischen Strukturelement angeordnet
ist. Die in diesen Dokumenten vorgeschlagenen Herstellungsverfahren
beruhen auf Mischtechnologien, bei denen das metallische Strukturelement
mit Elementen aus einem Kunststoffmaterial vergossen wird, die im
wesentlichen die Luftkanäle
bilden. Die Kunststoffelemente ha ben u. a. die Funktion der Verstärkung und übernehmen
teilweise die Funktion der Struktur des Querträgers. Diese Verfahren haben den
Vorteil der Reduktion der Anzahl der Verfahrensschritte und/oder
der Anzahl der Zwischenprodukte in dem Produktionszyklus. Gegenüber diesem
Vorteil steht eine Entwicklungsphase des Querträgers zur Luftleitung und damit
verbundener komplizierter Werkzeuge, sowie höherer Herstellungskosten und damit
verbundener Betriebskosten der Werkzeuge, die höher sind als bei der herkömmlichen
Herstellung eines Querträgers
mit dazu parallelen Luftleitungskanälen.
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Ein
weiteres Beispiel für
die herkömmliche Technik
ist in Dokument
DE29916470U offenbart.
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Es
ist eines der Ziele der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren
für einen
Struktur-Querträger
mit einem dazu konzentrischen Luftkanal aus einem Kunststoffmaterial
zu schaffen, dessen Kosten für
die Entwicklung und die Werkzeuge vergleichbar mit den Entwicklungs-
und Werkzeugkosten herkömmlicher
Konstruktionen sind, in welchen das metallische Strukturelement
im wesentlichen parallel, jedoch nicht konzentrisch mit den Luftkanälen aus
Kunststoff angeordnet ist, wobei die Volumenvorteile des konzentrischen
Aufbaus erhalten bleiben.
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Zu
diesem Zweck betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur
Herstellung eines Querträgers
eines Armaturenbretts für
ein Kraftfahrzeug, mit einem metallischen rohrförmigen Strukturelement, das
an den A-Säulen
des Kraftfahrzeugs angebracht ist, und zumindest einem Luftkanal
aus Kunststoff zum Leiten von Luft in den Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs,
welcher zumindest teilweise in dem metallischen Strukturelement
angeordnet ist.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung umfaßt das
Verfahren die folgenden Schritte:
- – Herstellung
einer unteren metallischen Halbschale und einer zu der unteren metallischen Halbschale
komplementären
oberen metallischen Halbschale, welche dazu vorgesehen sind, im
zusammengesetzten Zustand das metallische rohrförmige Strukturelement zu bilden;
- – Anbringung
von Mitteln zur Verbindung des metallischen rohrförmigen Strukturelements
mit den A-Säulen
an den freien äußeren Querenden
der einen oder der anderen der metallischen Halbschalen;
- – Herstellung
des Luftkanals aus Kunststoff; und anschließend
- – Anordnung
zumindest eines Abschnitts des Luftkanals auf einer Halbschale;
und anschließend
- – Zusammenbau
der oberen Halbschale mit der unteren Halbschale, wobei der Abschnitt
des Luftkanals zwischen den zwei Halbschalen eingeschlossen ist.
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Das
Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung stellt das Gegenstück
zu der Lehre der
US6422633 oder
DE10046120 dar, indem einerseits das
metallische Strukturelement hergestellt wird, andererseits die Elemente
des Luftkanals hergestellt werden, und in einem letzten Schritt
der Zusammenbau der vorab hergestellten unterschiedlichen Elemente
erfolgt.
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Gemäß einer
Ausführungsform
des Schritts der Herstellung der zwei Halbschalen ist die obere Halbschale
auf die untere Halbschale aufgeklebt.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
des Montageschritts der zwei Halbschalen ist die obere Halbschale
mit der unteren Halbschale verschweißt.
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Gemäß einer
Ausführungsform
des Schritts der Herstellung des Luftkanals ist der Luftkanal aus Kunststoff
durch Extrusion/Blasformen hergestellt.
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Gemäß einer
Ausführungsform
des Schritts zur Herstellung des Luftkanals wird der Luftkanal aus Kunststoff
in einem Spritzvorgang hergestellt, mit einem Schritt, in welchem
- – das
Kunststoffmaterial in eine Form eingespritzt wird, die einen Form-Hohlraum umfaßt, der
zwei Halbschalen begrenzt, die miteinander durch ein Filmscharnier
verbunden sind;
- – die
zwei Halbschalen die durch das Filmscharnier verbunden sind, entnommen
werden;
- – die
zwei Halbschalen aus Kunststoff durch relative Drehung der zwei
Halbschalen um eine Achse, die das Filmscharnier durchläuft, zusammengesetzt
werden, zur Bildung des Luftkanals aus Kunststoff.
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Zur
Sicherstellung eines Zusammenhalts zwischen dem metallischen Strukturelement
und dem Luftkanal weist gemäß einem
Merkmal der Erfindung der Abschnitt des Luftkanals, der zur Anordnung
in dem metallischen Strukturelement vorgesehen ist, zumindest in
einer Querrichtung vor dem Zusammenbau der zwei metallischen Halbschalen
mindestens einen Teil auf, dessen äussere Abmessung größer ist
als die innere Abmessung des Teils des metallischen Strukturelements,
derart, dass beim Schritt des Zusammenbaus der zwei metallischen Halbschalen
dieser Teil entlang der Querrichtung durch die Teile der zwei metallischen
Halbschalen unter elastischen Druck gesetzt wird.
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Gemäß einem
optionalen Merkmal der vorliegenden Erfindung weisen zur guten relativen
Positionierung der zusammen zu bauenden Elemente das metallische
Strukturelement und der zur Anordnung in dem metallischen Struktur-element
vorgesehene Abschnitt des Luftkanals komplementäre Markierungen auf, die eine
Längsausrichtung
und/oder eine Querausrichtung und/oder eine Winkelausrichtung des
Luftkanals bezüglich
der unteren metallischen Halbschale und/oder dem metallischen Strukturelement
ermöglichen.
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Die
Erfindung betrifft ferner einen Querträger eines Armaturenbretts für ein Kraftfahrzeug,
mit einem metallischen rohrförmigen
Strukturelement, das mit den A-Säulen
des Kraftfahrzeugs verbunden ist, und zumindest einem Luftkanal
aus Kunststoff zum Leiten der Luft in den Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs,
der zumindest einen Abschnitt umfaßt, der in dem metallischen
Strukturelement angeordnet ist. Erfindungsgemäß umfaßt:
das metallische Strukturelement
zwei miteinander verbundene metallische Halbschalen, und
der
Luftkanal ist von den zwei Halbschalen unabhängig und umfaßt zumindest
einen Abschnitt, der in dem metallischen Strukturelement angeordnet
ist, welcher einer elastischen Spannung zumindest in einer Querrichtung
unterliegt und zumindest an zwei gegenüberliegenden Punkten der Innenfläche des metallischen
Strukturelements durch die Wirkung der Reaktionskraft der elastischen
Spannung abgeplattet ist.
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Gemäß einer
Ausführungsform
des Querträgers
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist die obere Halbschale auf die untere Halbschale aufgeklebt.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist die obere Halbschale an die untere
Halbschale angeschweißt.
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Gemäß einer
Ausführungsform
des Querträgers
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist der Luftkanal aus Kunststoff ein extrudierter/durch
Blasformen hergestellter Kanal.
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Gemäß einer
Ausführungsform
des Querträgers
gemäß der vorliegenden
Erfindung umfaßt
der Luftkanal aus Kunststoff zwei Halbschalen aus Kunststoff, die
durch ein Filmscharnier verbunden sind, das mit den Halbschalen
gemeinsam ausgeformt ist.
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Gemäß einer
Ausführungsform
des Querträgers
gemäß der vorliegenden
Erfindung umfassen das metallische Strukturelement und der zur Anordnung
in dem metallischen Strukturelement vorgesehene Abschnitt des Luftkanals
komplementäre
Markierungen, die eine Längsausrichtung
und/oder eine Querausrichtung und/oder eine Winkelausrichtung des
Luftkanals bezüglich
der unteren metallischen Halbschale und/oder dem metallischen Strukturelement
ermöglichen.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug, mit einer Fahrgastzelle
mit zwei A-Säulen
und einem Querträger
der vorstehend beschriebenen Art, mit Befestigungsmitteln, die mit
komplementären
Befestigungsmitteln an jeder A-Säule zusammenwirken,
zur Anbringung des Querträgers
an der Strukturzelle des Fahrzeugs zwischen den A-Säulen.
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Die
Erfindung wird besser anhand der folgenden Beschreibung deutlich,
die sich ausschließlich
beispielhaft auf die folgenden Zeichnungen bezieht:
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1 ist
eine schematische Teilansicht eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 ist
ein schematischer Querschnitt entlang der Linie II-II in 1;
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3 ist
ein schematischer Querschnitt entlang der Linie III-III in 1;
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4 ist
ein schematischer Querschnitt durch einen Luftkanal aus Kunststoff,
der in einem Schritt durch einen Spritzvorgang hergestellt wird.
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1 ist
eine schematische Teildarstellung eines Kraftfahrzeugs 2,
das einen Querträger
des Armaturenbretts 1 aufweist, das ein rohrförmiges metallisches
Strukturelement 3 umfaßt,
dessen Längsachse 8 mit
den A-Säulen 4 des
Kraftfahrzeugs 2 verbunden ist, sowie zumindest einen Luftkanal 5 aus
einem Kunststoffmaterial, der dazu vorgesehen ist, Luft in den Fahrgastraum 6 des
Kraftfahrzeugs 2 zu leiten und der zumindest teilweise
in Längsrichtung
in dem rohrförmigen
metallischen Strukturelement 3 angeordnet ist.
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In
der folgenden Beschreibung bezeichnet der Begriff "Längsrichtung" jede Richtung parallel zur Achse 8 des
rohrförmigen
metallischen Strukturelements 3, und der Begriff "Querrichtung" bezeichnet jede
Ebene oder jede Richtung senkrecht zur Achse des rohrförmigen metallischen
Strukturelements 3.
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Der
Querträger
des Armaturenbretts
1 ist mit den A-Säulen
4 durch beliebige
bekannte Befestigungsmittel
7 zum Halten eines Querträgers auf
den A-Säulen
des Kraftfahrzeugs verbunden, wobei beispielsweise, jedoch nicht
beschränkend,
die Befestigungsmittel genannt seien, die in der französischen Patentanmeldung
FR-A-2841864 genannt
sind.
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Das
metallische Strukturelement 3 umfaßt zumindest eine Queröffnung 9,
die dazu vorgesehen ist, einen Quer-Auslaßabschnitt 10 des
Luftkanals 5 durchzulassen. Dieser Quer-Auslaßabschnitt 10 kann
mit einer nicht dargestellten Vorrichtung zur Luftverteilung verbunden
sein, die eine Steuerung der Richtung und/oder des Strömungsdurchsatzes der
Luft am Einlaß oder
am Auslaß des
Luftkanals zu steuern. Diese Vorrichtung kann beispielsweise ein Belüfter sein,
der eine Verteilung der Luft ermöglicht, die
durch den Luftkanal 5 in den Fahrgastraum 6 transportiert
wird, oder eine Gruppe zur Luftklimatisierung, die einen Luftstrom
durch den Luftkanal 5 bewirkt.
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Das
erfindungsgemäße rohrförmige metallische
Strukturelement 3 umfaßt
eine untere Halbschale 11 und eine obere Halbschale 12,
die entlang ihrer freien Längskanten 15, 16 miteinander
verbunden sind. Die Befestigungsmittel 7 des Querträgers 1 an
den A-Säulen 4 sind
an den Querenden der einen oder der anderen Halbschale 11, 12 angebracht.
Unter anderem kann optional auf dem metallischen Strukturelement 3 eine
metallische Stützstrebe
(nicht dargestellt) angebracht sein, die eine starre Verbindung
zwischen dem Querträger 1 und
dem Boden des Fahrzeugs 2 sicherstellt, und/oder eine metallische
untere Querverbindung des Chassis, die eine starre Verbindung zwischen
dem Querträger
des Armaturenbretts 1 und dem Querträger des unteren Chassis (nicht
dargestellt) des Fahrzeugs 2 schafft. Die metallischen
Materialien zum Aufbau der Halbschalen 11, 12,
die Abmessungen jeder Halbschale 11, 12, der Vorgang
der Montage der zwei Halbschalen 11, 12 miteinander
und die Befestigungsmittel 7 und die gegebenenfalls vorhandene
Stützstrebe
aus Metall und die Querverbindung des unteren Chassis aus Metall
mit dem Querträger 1 sind
derart bemessen, dass man eine metallische Konstruktionsanordnung
erhält,
die dem Pflichtenheft der Konstruktion des Querträgers des
Armaturenbretts 1 genügt.
Das bedeutet, dass die zusammengebauten Metallelemente, wie oben
bezeichnet, ein mechanisches Verhalten aufweisen, das die Aufnahme
hoher Spannungswerte im Fall eines Unfalls aufnehmen können, sowie
Vibrationsspannungen, die gemäß dem Pflichtenheft
auf ein Armaturenbrett mit seiner Ausstattung wirken (Airbag, Längssäule, Hörer, Klimaanlage, usw.),
die zwischen den A-Säulen
des Kraftfahrzeugs montiert sind.
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Es
versteht sich, dass die freien Längskanten
der zwei Halbschalen 11, 12 an die Position der Queröffnungen 9 angepaßt sind.
In der Darstellung in 3 umfaßt der Umfang der Queröffnung 9 einen Teil,
der der oberen Halbschale 12 zuzuordnen ist, und einen
Teil, der der unteren Halbschale 11 zuzuordnen ist.
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Die
Schritte zum Zusammenbau der zwei Halbschalen 11, 12 können beispielsweise
ein Kleben von Metall auf Metall umfassen (wie beispielsweise in
den 2 und 3 dargestellt ist) oder ein Verschweißen.
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Der
Luftkanal 5 besteht aus einem Kunststoffmaterial und umfaßt zumindest
einen Längsabschnitt 5,
der zwischen den zwei Halbschalen 11, 12 angeordnet
ist. Ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Luftkanals 5 kann
beispielsweise ein bekanntes Verfahren zur Blasextrusion umfassen.
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Ein
weiteres Verfahren zur Herstellung eines solchen Luftkanals kann
die folgenden Schritte umfassen:
man spritzt das Kunststoffmaterial
in eine Form ein, die einen Form-Hohlraum
umfaßt,
der zwei Halbschalen 30, 31 begrenzt, die miteinander
durch einen Filmscharnier 32 verbunden sind;
man entnimmt
die zwei Halbschalen 30, 31, die durch das Filmscharnier 32 verbunden
sind;
man setzt die zwei Halbschalen 30, 31 aus
Kunststoff durch relative Drehung der zwei Halbschalen 30, 31 um
eine Achse, die das Filmscharnier 32 durchläuft, zusammen
und verbindet die freie Kante 33, 34 der Halbschalen 30, 31 miteinander,
die somit den Luftkanal 5 aus Kunststoff bilden. 4 zeigt
schematisch in einem Querschnitt einen Luftkanal 5, der nach
diesem Verfahren hergestellt ist. Vorteilhafterweise können zur
Sicherstellung einer guten Luftdichtigkeit des so hergestellten
Luftkanals die Längskanten
komplementäre
Stufenprofile aufweisen, die eine Abdichtungsschikane 37 bilden.
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Zur
richtigen Positionierung des Luftkanals zwischen zwei Halbschalen 11, 12 umfassen
das metallische Strukturelement 3 und der Abschnitt des Luftkanals 5,
der zur Anordnung in dem metallischen Strukturelement 3 vorgesehen
ist, komplementäre Markierungen 9, 10; 20, 21,
die eine Längsausrichtung
und/oder eine Querausrichtung und/oder eine Winkelausrichtung des
Luftkanals 5 gegenüber
der unteren metallischen Halbschale 11 und/oder der oberen
metallischen Halbschale 12 erlauben. Unter der Winkelausrichtung
versteht man die relative Winkelpositionierung des Kanals 5 und
des Struktur-elements 3 um die Längsachse 8 des Strukturelements 3.
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Die
Markierungen, die in den 1 und 2 dargestellt
sind, umfassen ein Auskehlungselement 20, das in der unteren
Halbschale 11 vorgesehen ist und mit einem Buckel 21 zusammenwirkt,
der auf dem Luftkanal 5 vorgesehen ist. Falls der Luftkanal 5 durch
Spritzgießen
in einem Arbeitsschritt hergestellt wird (siehe 4),
können
das Filmscharnier 32 oder die freien Kanten 33, 34 die
Buckel bilden.
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Wie
in 3 dargestellt ist, können ferner die Queröffnung 9 des
Strukturelements 3 und der Abschnitt des Querauslasses 10,
der mit dem Luftkanal 5 verbunden ist, gemeinsam die Markierungen bilden.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung weist der Luftkanal 5 vor
dem Zusammenbau mit den Halbschalen zumindest in einer Querrichtung 25 eine äußere Abmessung
auf, die größer ist
als die entsprechende innere Abmessung der zwei zusammengesetzten
Halbschalen 11, 12. Dies ist in 2 dargestellt,
in welcher mit gestrichelten Linien ein Querschnitt 22 des
Luftkanals 5 dargestellt ist, wie er am Ende seiner Herstellung
vorhanden ist. Während
des Zusammenbaus der zwei Halbschalen 11, 12 erfährt der
Abschnitt des Luftkanals 5 aus Kunststoff, der zwischen
den zwei Halbschalen 11, 13 angeordnet ist, eine
Deformation oder eine elastische Spannung aufgrund der Annäherung der zwei
Halbschalen 11, 12, welche wiederum eine Reaktionskraft
erzeugt, die zumindest zwei gegenüberliegende Punkte 23, 24 des
Luftkanals 5 gegen die inneren Wände der zwei Halbschalen 11, 12 abplattet. Entweder
für sich
genommen oder in Kombination mit den Markierungsmitteln sichert
das Einspannen des Luftkanals 5 während des Zusammenbaus der zwei
Halbschalen 11, 12 eine statische Druckverteilung
des Luftkanals aus Kunststoff 5 in dem metallischen Strukturelement 3 ohne
Anwen dung eines besonderen Verfahrens der Befestigung wie etwa ein Umspritzen
oder dergleichen.
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Das
Verfahren zur Herstellung eines derartigen Querträgers eines
Armaturenbretts 1 umfaßt
die folgenden Schritte:
- – Herstellung der unteren metallischen
Halbschale 11 und der zu der unteren metallischen Halbschale 11 komplementären oberen
metallischen Halbschale 12, die dazu vorgesehen sind, im
zusammengesetzten Zustand das metallische rohrförmige Strukturelement 3 zu
bilden;
- – Anbringung
von Mitteln 7 zur Befestigung des rohrförmigen metallischen Strukturelements 3 an den
A-Säulen 4 an
den freien Wänden
der unteren metallischen Halbschale 11 oder der oberen metallischen
Halbschale 12;
- – Herstellung
des Luftkanals 5 aus Kunststoff; und anschließend
- – Längspositionierung
zumindest eines Abschnitts des Luftkanals 5 auf einer der
zwei Halbschalen 11, 12; und dann
- – Zusammenbau
der oberen Halbschale 12 mit der unteren Halbschale 11,
wobei der Abschnitt des Luftkanals 5 zwischen den zwei
Halbschalen 11, 12 eingeschlossen wird.