DE60213554T2

DE60213554T2 - Träger in gemischter Bauweise für das Armaturenbrett eines Kraftfahrzeugs und dessen Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE60213554T2
Application number: DE60213554T
Authority: DE
Inventors: Daniel Charbonnel
Original assignee: Denso Thermal Systems SpA
Current assignee: Denso Thermal Systems SpA
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2007-08-09
Anticipated expiration: 2022-03-28
Also published as: EP1350711B1; SK287433B6; SK3692003A3; DE60213554D1; PT1350711E; CZ2003654A3; EP1350711A1; BR0300756A; PL205683B1; ATE334862T1; BR0300756B1; JP2003327017A; US6761395B2; PL359353A1; AR039607A1; ES2269645T3; US20030227195A1; CZ299239B6

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen die Kraftfahrzeugindustrie und eine Hybrid-Tragkonstruktion für das Armaturenbrett eines Kraftfahrzeugs und deren Herstellungsverfahren.
Ein solches Armaturenbrett eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Merkmal des Oberbegriffs von Anspruch 1 wird in der DE-A-19626441 offenbart.
Das Armaturenbrett eines Kraftfahrzeugs ist eine komplexe Einheit, welche mehrere Vorrichtungen und Steuereinheiten umfasst, wie zum Beispiel das Instrumentenbrett, die Anordnung für Luftverteilung innerhalb des Fahrgastraums des Kraftfahrzeugs, das Steuerbrett für die Luftverteileranordnung, das Airbag-Modul, usw. Die Tragkonstruktion eines Armaturenbretts umfasst einen Querträger aus gebogenem Blech mit einer länglichen Form entlang einer Hauptachse, und sie ist dafür ausgelegt, an der Kraftfahrzeug-Karosserie befestigt zu werden. Der Querträger stellt ein tragendes Element für das Tragen der gesamten Armaturenbrettanordnung dar. Hybrid-Tragkonstruktionen sind bekannt, bei denen Kunststoffmaterial gemeinsam auf den Querträger aus Metall geformt ist, um eine Luftverteileranordnung und Befestigungsbereiche zu bilden, auf denen zum Beispiel ein Airbag-Modul und verschiedene elektrische oder elektronische Bauteile oder Vorrichtungen, die Bestandteil der Armaturenbrettanordnung bilden, installiert werden sollen. Im Besonderen umfasst die Luftverteileranordnung einen Verteilerkanal, der sich parallel zum Querträger erstreckt, und einen Verteilerkasten, der eine Kammer oder mehr Kammern begrenzt, die mit dem Kanal in Verbindung stehen. Die Luftverteileranordnung wird erzielt mit Hilfe des Einspritzens von Kunststoffmaterial, und sie wird auf dem Querträger durch gemeinsa mes Formen verankert, das heißt durch das Einspritzen von Kunststoffmaterial auf den Querträger aus Metall.
Eines der Probleme, auf die man bei der Herstellung einer Hybrid-Tragkonstruktion dieser Art stößt, ist der unterschiedliche Koeffizient der Wärmeausdehnung des Querträgers und des auf diesem gemeinsam geformten Kunststoffmaterials. Wenn die Armaturenbrettanordnung in einem Kraftfahrzeug installiert wird, erzeugen die Heizungs- und Kühlungszyklen eine unterschiedliche Wärmeausdehnung des Teils aus Kunststoffmaterial und des Teils der Hybrid-Tragkonstruktion aus Metall. Die Wärmeausdehnung dieser Art bewirkt Spannungen im Kunststoffmaterial, die zu seinem Versagen führen können.
Um die vorgenannten Nachteile zu überwinden, bezweckt die vorliegende Erfindung eine Hybrid-Tragkonstruktion für ein Armaturenbrett eines Kraftfahrzeugs sowie ein Verfahren für deren Herstellung, wobei die Konstruktion und das Verfahren die Merkmale aufweisen, welche den Gegenstand der nachfolgenden Ansprüche darstellen.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird sich deutlich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, die lediglich als nicht einschränkendes Beispiel gegeben wird, und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ergeben, in denen:
1 bis 3 schematische Veranschaulichungen eines Verfahrens für die Herstellung einer erfindungsgemäßen Hybrid-Tragkonstruktion sind;
4 und 5 vordere bzw. hintere Perspektivansichten des Teils sind, der durch den Pfeil IV in 3 angegeben wird;
6 eine Vorderansicht der erfindungsgemäßen Tragkonstruktion ist; und
7, 8 und 9 Querschnitte entlang der Linien VII-VII, VIII-VIII bzw. IX-IX von 6 sind.
Unter Bezugnahme auf 1 bis 3 wird eine erfindungsgemäße Hybrid-Tragkonstruktion hergestellt, ausgehend von einem Querträger 10 aus gebogenem Blech mit einem im Allgemeinen C-förmigen Querschnitt und einer länglichen Form entlang einer Hauptachse, die in 1 mit 12 bezeichnet wird. Der Querträger 10 ist mit Öffnungen 14 für seine Befestigung an der Karosserie des Kraftfahrzeugs und mit Öffnungen 16 für die Verankerung von gemeinsam geformtem Kunststoffmaterial versehen. Der Querträger 10 wird in das Gesenk einer Spritzgussvorrichtung eingeführt (nicht veranschaulicht), wobei in einem Formschritt ein erstes Kunststoffmaterial in einen ersten Spritzguss-Passsitz des Gesenks eingespritzt wird und der Sitz dafür ausgelegt ist, eine Luftverteileranordnung zu bilden. 2 veranschaulicht das Bauteil, welches am Ende dieses Herstellungs-Zwischenschritts erzielt wird. Die Luftverteileranordnung wird insgesamt mit 18 bezeichnet, und sie umfasst einen Luftverteilerkanal 20, der sich parallel zum Querträger 10 erstreckt, und eine Verteilerbox 22, die einstückig mit dem Kanal 20 ausgebildet ist und einen Abschnitt 24 aufweist, der auf einem entsprechenden Bereich des Querträgers 10 gemeinsam geformt ist. Wie in 2 veranschaulicht wird, ist die Verteilerbox 22 in einem im Wesentlichen zentralen Bereich des Querträgers 10 verankert, und der Verteilerkanal 20 hat zwei Seitenabschnitte 26, die sich in Auslegerform von der Verteilerbox 22 weg erstrecken. Der Abschnitt 24 für die Verankerung der Verteilerbox 22 umschließt den Querträger 10 vollständig und ist thermisch an Letzterem befestigt, ohne irgendeine Möglichkeit der relativen Bewegung.
Bei einem nachfolgenden Schritt des Formverfahrens wird ein zweites Kunststoffmaterial, das sich vom Kunststoffmaterial unterscheidet, welches die Luftverteileranordnung 18 bildet, eingespritzt, um zumindest eine Auflage zu bilden, die mit dem Querträger 10 verankert ist und in der Weise, die nachstehend beschrieben werden wird, mit einem entsprechenden Seitenabschnitt 26 des Verteilerkanals 20 verbunden ist. 3 veranschaulicht die erfindungsgemäße Tragkonstruktion am Ende dieses weiteren Formschrittes. Wie aus 3 ersichtlich ist, werden bei diesem zweiten Formschritt eine erste Auflage 28 und eine zweite Auflage 30 gebildet, die mit Hilfe von gemeinsamem Formen mit dem Querträger 10 auf gegenüberliegenden Seiten in Bezug auf die Verteilerbox 22 verankert werden. Die Auflagen 28, 30 sind ebenfalls fest am Querträger 10 ohne eine Möglichkeit der Bewegung in Bezug auf Letzteren befestigt.
Vorzugsweise werden sowohl der erste Spritzguss-Schritt für das Formen der Verteileranordnung 18 als auch der zweite Spritzguss-Schritt für das Formen der Auflagen 28, 30 innerhalb des gleichen Gesenks ausgeführt. Die zwei Formschritte sind getrennt von einander, dergestalt, dass der zweite Formschritt stattfindet, nachdem das Material, welches mit dem ersten Formschritt eingespritzt wurde, schon fest geworden ist. Die zwei Formschritte können in umgekehrter Reihenfolge in Bezug auf das, was hier beschrieben wird, ausgeführt werden, das heißt die Auflagen 28, 30 können zuerst eingespritzt werden, und danach kann die Verteileranordnung 18 durch Spritzguss hergestellt werden. Vorzugsweise weisen die aus Kunststoffmaterial hergestellten gemeinsam geformten Teile Versteifungsstreben für eine erhöhte Steifigkeit der Konstruktion auf. Erfindungsgemäß werden der erste und der zweite Arbeitsschritt des Formens ausgeführt, um eine gemeinsame Verbindung zwischen dem Verteilerkanal 20 und den Auflagen 28, 30 zu schaffen, welche eine relative Bewegungsfreiheit in einer Richtung parallel zur Hauptachse 12 gestattet. Dies wird erreicht, indem eine Schweißstelle oder eine chemische Verbin ung im Bereich der gemeinsamen Verbindung zwischen der Auflage 28, 30 und dem Verteilerkanal 20 geschaffen wird. Wie nachstehend detaillierter veranschaulicht werden wird, haben die Verbindungsflächen zwischen den Auflagen 28, 30 und dem Verteilerkanal 20 eine solche Form, dass sie eine Führung parallel zum Querträger 10 bilden, was relative Bewegungen zwischen den Verbindungsflächen in einer Richtung parallel zur Hauptachse 12 nicht verhindert. Die Verbindung in Form einer Führung zwischen den Auflagen 28, 30 und dem Verteilerkanal 20 wird darüber hinaus bereitgestellt, um relative Bewegungen in Richtungen orthogonal zur Hauptachse 12 zu verhindern.
Eine besonders einfache und effektive Art und Weise für die Erzielung dieser Art von Verbindung besteht darin, dass Kunststoffmaterialien verwendet werden, die unterschiedlich sind und chemisch nicht miteinander kompatibel sind, um die Verteileranordnung 18 und die Auflagen 28, 30 zu bilden. Vorzugsweise sind die zwei Kunststoffmaterialien polymere Materialien mit unterschiedlichen Strukturen; das erste Material kann zum Beispiel eine amorphe Struktur aufweisen, während das zweite Material eine kristalline Struktur aufweisen kann. Beispielhaft kann das Kunststoffmaterial, welches die Verteileranordnung 20 bildet, Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) oder ansonsten eine Mischung aus ABS und Polycarbonat sein, und das Material, welches die Auflagen 28, 30 bildet, kann Polypropylen-Homopolymer oder ansonsten Polypropylen-Copolymer sein. Die zwei Auflagen 28, 30 haben die Aufgabe, die Seitenenden 26 des Verteilerkanals 20 mit dem Querträger 10 aus Metall zu verbinden, und sie können darüber hinaus genutzt werden, um die Vorrichtungen oder die Bauteile zu befestigen, die Bestandteil der Armaturenbrett-Anordnung bilden. Zum Beispiel kann die Auflage 28 für die Befestigung eines Sicherungskastens (nicht veranschaulicht) genutzt werden, und die Auflage 30 kann ge nutzt werden, um die Airbag-Anordnung für den Fahrgast zu installieren.
4 und 5 veranschaulichen die Art und Weise, in welcher eine der Auflagen, in diesem Fall die Auflage 28, mit Hilfe des gemeinsamen Formens am Querträger 10 verankert wird und mit dem Verteilerkanal 26 verbunden ist. Die Verbindungsfläche zwischen dem Kanal 20 und der Auflage 28 wird mit 32 bezeichnet. In diesem Bereich wird eine der zwei Kunststoffmaterialien auf die Außenfläche des anderen Materials, die bereits gebildet worden ist, aufgespritzt, und dank der unterschiedlichen Art des Kunststoffmaterials wird keine chemische Verbindung und auch keine Verschmelzung zwischen den zwei Materialien hergestellt. Die Verbindungsfläche kann eine im Wesentlichen C-förmige Gestaltung aufweisen, die so angeordnet ist, dass eine Freiheit des relativen Verschiebens in der Richtung der Hauptachse des Querträgers 10 aus Metall belassen wird.
Weitere bauliche Details der erfindungsgemäßen Tragkonstruktion werden in 6 bis 9 veranschaulicht. Im Besonderen kann in 8 festgestellt werden, dass die Verteilerbox 22 eine Hauptverteilerkammer 34 und eine Verteilerkammer für das Entnebeln/Entfrosten des Luftstroms 36 begrenzt. Beide Kammern 34, 36 stehen an ihrem oberen Ende mit dem Verteilerkanal 20 in Verbindung. Die Hauptverteilerkammer 34 steht weiterhin mit den Öffnungen 38 für die Verteilung des Luftstroms zu vorderen Verteilerauslassöffnungen in Verbindung. Bei 7 und 8 kann festgestellt werden, dass der Verteilerkanal 20 an seinem oberen Ende offen und so ausgelegt ist, dass er am oberen Ende des Armaturenbretts (nicht veranschaulicht) geschlossen werden kann. Der Verteilerkanal 20 hat eine längliche Membran 40, welche den Kanal 20 in einen Verteilerkanal für das Entnebeln/Entfrosten des Luftstroms 42 und einen Verteilerkanal 44 für diffundierte Luft teilt. Wie in 7 und 9 ersichtlich ist, können auf der Verbindungsfläche 32 zwischen den Auflagen 28, 30 und dem Kanal 20 längliche Streben 46 parallel zum Querträger 10 dergestalt bereitgestellt werden, dass die Verbindung zwischen jeder der Auflagen 28, 30 und dem Verteilerkanal 20 starr in Richtungen orthogonal zum Querträger 10 ist, und dass die Möglichkeit der relativen Bewegung nur in einer Richtung parallel zum Querträger 10 existiert.
Wenn die erfindungsgemäße Tragkonstruktion einer Änderung der Temperatur ausgesetzt wird, erfolgt die überwiegende thermische Ausdehnung in der Richtung des Querträgers 10. Da das Metallmaterial, welches den Querträger 10 bildet, und das Kunststoffmaterial, welches den Verteilerkanal 20 bildet, Koeffizienten der Wärmeausdehnung haben, die sich von einander unterscheiden, unterliegen diese Bauteile einer unterschiedlichen Wärmeausdehnung entlang der Achse des Querträgers 10. Dank der beweglichen Verbindung zwischen den Auflagen 28, 30 und dem Verteilerkanal 20 kann die Tragkonstruktion als Ganzes einer Deformation auf unterschiedliche Weise unterliegen, ohne dass Spannungen im Kunststoffmaterial herbeigeführt werden. Im Besonderen bewegen sich die Teile, die starr mit dem Querträger verankert sind, zusammen mit Letzterem in der Richtung der Hauptachse, und die Bewegungen der unterschiedlichen thermischen Ausdehnung sind in den Bereichen der Verbindung zwischen dem Kanal 20 und den Auflagen 28, 30 konzentriert. In diesen Bereichen kann es relative Bewegungen in der Größenordnung von +3 mm geben.

Claims

Hybrid-Tragkonstruktion für das Armaturenbrett eines Fahrzeugs, umfassend: – einen Querträger (10) aus Metall von länglicher Form entlang einer Hauptachse (12); und – einen Luftverteilerkanal (18) aus Kunststoff, der zumindest einen länglich geformten Kanal (20) einschließt, der sich parallel zum Querträger (10) aus Metall erstreckt, und einen Luftverteilerkasten (22), der durch gemeinsames Formen am Querträger (10) aus Metall verankert ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie zumindest eine Auflage (28, 30) aus Kunststoff umfasst, die am Querträger (10) aus Metall durch gemeinsames Formen verankert ist und mit dem Luftverteilerkanal (20) verbunden ist, um relative Bewegungsfreiheit zwischen dem Kanal (20) und der Auflage (28, 30) in einer Richtung parallel zur Hauptachse (12) zu gestatten.
Konstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteilerkanal (20) und die Auflage (28, 30) mit Hilfe einer Führungsfläche (32) miteinander verbunden sind, die ein relatives Verschieben in einer Richtung parallel zur vorgenannten Hauptachse (12) gestattet.
Konstruktion nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgenannte Kupplungsfläche (32) relative Bewegungen in Richtungen orthogonal zur vorgenannten Hauptachse (12) verhindert.
Konstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteilerkanal (26) und die Auflage (28, 30) aus Kunststoffmaterialien gefertigt sind, die unterschiedlich und chemisch nicht miteinander kompatibel sind.
Konstruktion nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Material der Kunststoffmaterialien eine amorphe Struktur aufweist, und dass ein zweites Material der Kunststoffmaterialien eine kristalline Struktur aufweist.
Konstruktion nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial von amorpher Struktur ABS oder eine Mischung aus ABS und Polycarbonat umfasst.
Konstruktion nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial kristalliner Struktur Polypropylen-Homopolymer oder Polypropylen-Copolymer umfasst.
Verfahren für die Herstellung einer Hybrid-Tragkonstruktion für das Armaturenbrett eines Fahrzeuges, folgende Schritte umfassend: – Bereitstellung eines Querträgers aus Metall von länglicher Form entlang einer Hauptachse; – gemeinsames Formen eines ersten Kunststoffmaterials auf einem Teil des Querträgers (10) zur Ausbildung einer Luftverteileranordnung, die zumindest einen länglichen Kanal (20) und einen Verteilerkasten (22) einschließt, der durch gemeinsames Formen am Querträger (10) verankert ist, und – Einspritzen eines zweiten Kunststoffmaterials, um zumindest eine Auflage (28, 30) auszubilden, die gemeinsam auf dem Querträger (10) geformt ist und mit dem Verteilerkanal (20) so verbunden ist, dass relative Bewegungsfreiheit zwischen dem Kanal (20) und der Auflage (28, 30) in einer Richtung parallel zum Querträger ermöglicht wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzen des zweiten Kunststoffmaterials in der gleichen Spritzgussvorrichtung nach dem Festwerden des ersten Kunststoffmaterials erfolgt.