EP4217220A1 - Strukturbauteil - Google Patents

Strukturbauteil

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Publication number
EP4217220A1
EP4217220A1 EP21766452.3A EP21766452A EP4217220A1 EP 4217220 A1 EP4217220 A1 EP 4217220A1 EP 21766452 A EP21766452 A EP 21766452A EP 4217220 A1 EP4217220 A1 EP 4217220A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
structural component
actuator
material thickness
component according
inner region
Prior art date
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Ceased
Application number
EP21766452.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Lin MOELLENHOFF
Alexander Kerscher
Majid Hojjat
Roland Wanka
Arne Koehler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Publication of EP4217220A1 publication Critical patent/EP4217220A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K11/00—Arrangement in connection with cooling of propulsion units
    • B60K11/08—Air inlets for cooling; Shutters or blinds therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R19/00—Wheel guards; Radiator guards, e.g. grilles; Obstruction removers; Fittings damping bouncing force in collisions
    • B60R19/02—Bumpers, i.e. impact receiving or absorbing members for protecting vehicles or fending off blows from other vehicles or objects
    • B60R19/48—Bumpers, i.e. impact receiving or absorbing members for protecting vehicles or fending off blows from other vehicles or objects combined with, or convertible into, other devices or objects, e.g. bumpers combined with road brushes, bumpers convertible into beds
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05D—HINGES OR SUSPENSION DEVICES FOR DOORS, WINDOWS OR WINGS
    • E05D1/00—Pinless hinges; Substitutes for hinges
    • E05D1/02—Pinless hinges; Substitutes for hinges made of one piece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/0081—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor of objects with parts connected by a thin section, e.g. hinge, tear line
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/30—Vehicles, e.g. ships or aircraft, or body parts thereof
    • B29L2031/3005—Body finishings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/30—Vehicles, e.g. ships or aircraft, or body parts thereof
    • B29L2031/3044—Bumpers
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    • B60Y2400/405—Electric motors actuators
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    • B60Y2400/00—Special features of vehicle units
    • B60Y2400/40—Actuators for moving a controlled member
    • B60Y2400/406—Hydraulic actuators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2400/00—Special features of vehicle units
    • B60Y2400/40—Actuators for moving a controlled member
    • B60Y2400/408—Pneumatic actuators

Definitions

  • the invention relates to a structural component with the features from the preamble of patent claim 1 .
  • Flat components can be bent easily if they are flat.
  • the bending direction can be freely selected here. In the case of simple curved surfaces, the bending direction is determined by the existing curvature. Bending is also possible with double-curved surfaces, but this involves increased effort.
  • Deformations lead to stresses in a component. These can be bending stresses or additional membrane stresses.
  • the energy input into a system with a comparable deformation amplitude is lower than with a combination of bending and membrane loading.
  • a targeted reduction in wall thickness along a line is common for plastic parts and is called a film hinge.
  • bending stress occurs only in the area where the wall thickness is reduced. Due to high material elongation, the residual wall thickness of the film hinge must be very small. Without a local wall thickness reduction, bending stress occurs over a large area with a correspondingly low material strain.
  • the more force is required to deform a component the more energy the component has to absorb.
  • the energy absorbed should be of a purely elastic nature. Should a deformation generated by means of an actuator it is desirable to minimize the force required for the deformation. In this way, costs and weight can be saved. Likewise, the longevity of the component to be deformed is improved.
  • the industrial standard includes structural components that:
  • a closure system with a three-dimensional structure is proposed, which has an opening to be closed and a cover to be placed on the three-dimensional structure in order to close the opening, the cover having the following:
  • annular rim section which has a larger outer circumference in the first bistable state than in the second bistable state and is therefore designed to effect a clamping attachment of the cover to a wall region of the opening by the rim section in the first state being on the inside or in presses against the outside of the wall area in the second state,
  • the three-dimensional structure is configured to transmit a force exerted from the outside on the closure system at predefined points in such a way that it causes the cover to snap over from one of the two bistable states to the other.
  • Another defined deformation of a component is known from the German patent application DE 102011 001 690 A1.
  • This published application describes an interior lining for a vehicle with increased crash safety, with a deformable interior lining element which is arranged on a receiving element.
  • a cavity is formed at least below the interior paneling element, with the interior paneling element being designed in such a way that it is at least partially deformed into the cavity when an impact body impacts.
  • a material recess is provided, through which the deformation behavior of the interior trim element is influenced in such a way that when a force acts on the interior trim element from one direction of action, at least one area of the interior trim element is lateral to the direction of action of the force dodges.
  • a method for forming a plate-shaped material into a three-dimensional object is known.
  • the sheet-like material is formed on a die by exerting pressure on a side of the material facing away from the die.
  • the method according to the invention is characterized in that a reduction in the material thickness is carried out in the plate-shaped material in the regions to be formed before the forming on the side facing away from the die.
  • a method for forming a plate-shaped material into a three-dimensional object is also proposed.
  • the plate-like material is folded along one or more fold lines, with the plate-like material in the areas to be shaped being subjected to a linear reduction in material thickness prior to shaping, and the material then being bent manually along this linear material thickness reduction.
  • the object of the present invention is to show a structural component made of a plastic which can be deformed with a very small force that has to be applied.
  • the present invention relates to structural components that have areas with different wall thicknesses and that have defined deformation options due to local wall thickness reductions.
  • the areas with reduced wall thickness do not represent straight segments, but rather a free-form geometry that is ideally adapted to the surface geometry.
  • the applications are diverse and can affect products far beyond the automotive sector.
  • the configuration according to patent claim 2, that the inner region can be pivoted reversibly by an actuator, is particularly beneficial for the present invention, since the actuator only has to apply small forces, which saves weight and costs.
  • the structural component according to patent claim 5 is particularly preferably an injection-molded part or a deep-drawn component, with a thermoplastic material preferably being used according to patent claim 6 .
  • a thermoplastic material preferably being used according to patent claim 6 .
  • This can be, for example, acrylonitrile butadiene styrene (ABS), polyamide (PA), polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polystyrene (PS), act etc.
  • FIG. 1 shows a top view of a motor vehicle according to the invention with a closed inner area.
  • FIG. 2 shows a top view of the motor vehicle according to the invention with an open inner area.
  • FIG 3 shows a section through a front end of a motor vehicle with a structural component according to the invention.
  • 5a shows a structural component according to the prior art.
  • 5b shows the structural component according to the invention.
  • the motor vehicle 2 has a structural component 1, which in the present exemplary embodiment represents a bumper covering of the motor vehicle 2.
  • the structural component 1 has a parting line 3 which divides the structural component into an inner area 4 and an outer area 5 .
  • the inner region is closed in FIG. 1, which means that the structural component 1 acts as a single structural component 1 on an observer.
  • the structural component 1 is made of a plastic, in particular a thermoplastic material as initially described, in this embodiment for an outer skin of a body of the motor vehicle 2.
  • the inner region 4 and the adjacent outer region 5 have a defined Pivotability of the inner area 4 with a reduced effort three-dimensional areas with a reduced material thickness 6 on. Three examples of this are shown in Figures 4a, 4b and 4c.
  • FIG. 2 again shows the motor vehicle 2 from FIG. 1 , but in this case the inner area 4 is pivoted, so that an air inlet in the bumper covering is shown as a result.
  • FIG. 3 shows a section through a front end of the motor vehicle 2 with the structural component 1 .
  • the foldable inner area 4 is shown in sections with a thinner wall thickness, the reduced material thickness 6, than the rest of the structural component 1.
  • An arrow pointing from FIG. 3 to FIG. 2 shows a point of application 8 for an actuator 7.
  • the actuator 7 is pivotably mounted in the area of an electrically actuable motor 9, for example. If the motor 9 is actuated electrically, the actuator 7 pulls the inner area 4 of the structural component 1 inwards, away from the top.
  • the pivoted situation as also shown in FIG. 2, is shown in broken lines in FIG. It is clearly recognizable how the actuator 7 is adjusted from an inclined position to a vertical position and in this way folds away or opens the inner area 4 of the structural component 1 inwards via the actuator point of application 8 .
  • the structural component 1 has the parting line 3, which separates the structural component 1 into the inner area 4 and the outer area 5, the inner area 4 having three-dimensional areas with a reduced material thickness 6 for defined pivotability with a reduced effort.
  • the areas of reduced material thickness 6 are shown in FIGS. 4a to 4c.
  • the reduced material thickness 6 preferably has between 10% and 90%, in particular between 10% and 60%, of the full or maximum material thickness of the structural component 1 . Furthermore, the inner region 4 can be pivoted by the actuator 7 between 0° and 100° with respect to the structural component 1 in a fixed position.
  • the structural component 1 is preferably an injection molded part or a deep-drawn component, it being preferably made of a thermoplastic material.
  • the actuator 7 is preferably an electromechanical or hydraulic or pneumatic actuator, it being possible for a spindle drive, for example, to be provided for an electromechanical actuator.
  • the structural component 1 is particularly preferably at least a section of a bumper covering of the motor vehicle 2, as shown in the present exemplary embodiment.
  • the inner region 4 is preferably an air inlet, such as could be required for controlling the temperature of a unit arranged behind the structural component 1 .
  • the structural component 1 preferably has a full material thickness of between 1 mm and 6 mm, since the best results in practical tests with regard to the deformation behavior have been achieved in this way.
  • FIGS. 4a to 4c An inner area 4 of the structural component 1 is shown in each of FIGS. 4a to 4c, the lower edge from FIGS. 1 to 3 being shown at the top (rotated by 180°) in FIGS. 4a to 4c.
  • the areas of reduced material thickness 6 are shown in FIGS. 4a to 4c.
  • the reduced material thickness 6 corresponds to 95% of the maximum wall thickness.
  • the actuator 7 has to apply a force of 28 N for a material reduction of 5% in order to pivot the inner area 4 of the structural component 1 .
  • FIG. 4b again shows the same inner area 4 as FIG. 4a, but the reduced material thickness 6 is 90% of the maximum wall thickness. This results in a resultant force of 24 N to be applied by the actuator 7, i. H. less than in Fig. 4a.
  • FIG. 4c again shows the same inner region 4 as in FIGS. 4a and 4b, but the reduced material thickness 6 is now 85% of the maximum wall thickness. This results in a resultant force of 19 N to be applied by the actuator 7, ie significantly less than in FIG. 4a.
  • FIG. 5a shows a top view of the structural component 1 .
  • the inner area of the structural component 1 is again numbered 4 and the outer area is numbered 5.
  • the parting line is numbered 3 again.
  • the actuator point of action 8 again shows the point of action of the actuator 7.
  • the resulting force in the structural component 1 is shown distributed over circles.
  • the entire structural component 1 has the maximum material thickness, which results in a force of 364 N to be applied by the actuator 7 in order to pull up or pivot the inner region 4 .
  • FIG. 5b again shows the structural component 1 from FIG. 5a, but with the reduced material thickness 6 according to the invention. It can be clearly seen that the actuator 7 is now able to pull the inner area 4 up or down with a significantly reduced force of 19 N. to pivot.
  • the present invention thus relates to many structural components 1 which have areas with different wall thicknesses and which have defined deformation options due to local wall thickness changes.
  • the areas with reduced wall thickness do not represent linear elements, but rather a free-form geometry that is adapted to the surface geometry.

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Abstract

Strukturbauteil aus einem Kunststoff für eine Außenhaut einer Karosserie eines Kraftfahrzeuges, wobei das Strukturbauteil eine Trennfuge aufweist, die das Strukturbauteil in einen inneren Bereich und einen äußeren Bereich trennt, wobei der innere Bereich für eine definierte Verschwenkbarkeit mit einem reduziertem Kraftaufwand dreidimensionale Bereiche mit einer reduzierten Materialstärke aufweist. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird für ein Öffnen oder Schließen des inneren Bereichs ein deutlich geringerer Kraftaufwand benötigt.

Description

Strukturbauteil
Die Erfindung betrifft ein Strukturbauteil mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 .
Flächige Bauteile lassen sich leicht biegen wenn sie eben sind. Hier kann die Biegerichtung frei gewählt werden. Bei einfach gekrümmten Flächen ist die Biegerichtung durch die bestehende Krümmung vorgegeben. Bei doppelt gekrümmten Flächen ist eine Biegung ebenfalls möglich, allerdings ist dies mit einem erhöhten Kraftaufwand verbunden.
Verformungen führen zu Spannungen in einem Bauteil. Diese können Biegespannungen sein oder zusätzliche Membranspannungen. Im Falle einer reinen Biegebelastung ist der Energieeintrag in ein System bei vergleichbarer Verformungsamplitude niedriger als bei einer Kombination aus Biege- und Membranbelastung. Eine gezielte Wandstärkenreduktion entlang einer Linie ist bei Kunststoffteilen üblich und wird Filmscharnier genannt. In diesem Fall tritt eine Biegespannung ausschließlich in dem Bereich auf, wo die Wandstärke reduziert ist. Aufgrund hoher Materialdehnung muss die Restwandstärke des Filmscharniers sehr gering sein. Ohne lokale Wandstärkenreduktion kommt es großflächig zu einer Biegespannung mit einer entsprechend geringen Materialdehnung.
Grundsätzlich gilt, je mehr Kraft aufgewendet werden muss, um ein Bauteil zu verformen, desto mehr Energie muss das Bauteil aufnehmen. Hierbei ist im Sinne einer zyklischen Belastung zu beachten, dass die aufgenommene Energie rein elastischer Art sein sollte. Sollte eine Verformung mittels eines Aktors erzeugt werden, ist es anstrebenswert, die für die Verformung notwendige Kraft zu minimieren. So können Kosten und Gewicht gespart werden. Gleichermaßen wird die Langlebigkeit des zu verformenden Bauteils verbessert.
Im industriellen Standard findet man Strukturbauteile, welche:
- durch eine geradlinige Wandstärkenreduzierung eine definierte Verformung zulassen;
- mit einem definierten Bereich, welche maximal eine einfache Krümmung aufweisen und ohne eine lokale Wandstärkenreduzierung eine definierte Verformung zulassen;
- durch Faltenbereiche aussteifen, z. B. Faltmechanismen bei Papier.
Zum allgemeinen technischen Umfeld wird beispielsweise auf die deutsche Gebrauchsmusterschrift DE 20 2018 103 730 U1 hingewiesen. Aus dieser Gebrauchsmusterschrift ist eine Dose mit einem Schnappverschluss bekannt. Es wird ein Verschlusssystem mit einer dreidimensionalen Struktur vorgeschlagen, die eine zu verschließende Öffnung aufweist und einer Abdeckung zum Aufstecken auf die dreidimensionale Struktur, um die Öffnung zu verschließen, wobei die Abdeckung folgendes aufweist:
- eine Stirnwand, die in bistabiler Weise zwischen einem ersten in Aufsteckrichtung gewölbten Zustand und einem zweiten entgegen der Aufsteckrichtung gewölbten Zustand verformbar ist, und
- einen ringförmigen Randabschnitt, der in dem ersten bistabilen Zustand einen größeren Außenumfang aufweist als in dem zweiten bistabilen Zustand und daher dazu ausgelegt ist, eine klemmende Befestigung der Abdeckung an einem Wandbereich der Öffnung zu bewirken, indem der Randabschnitt in dem ersten Zustand innen oder in dem zweiten Zustand außen gegen den Wandbereich drückt,
- wobei die dreidimensionale Struktur dazu konfiguriert ist, eine an vordefinierten Stellen von außen auf das Verschlusssystem ausgeübte Kraft so weiterzuleiten, dass sie zu einem Umschnappen der Abdeckung von dem einen in den anderen der beiden bistabilen Zustände führt. Eine weitere definierte Deformation eines Bauteils ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 102011 001 690 A1 bekannt. Beschrieben wird in dieser Offenlegungsschrift eine Innenverkleidung für ein Fahrzeug mit erhöhter Crash- Sicherheit, mit einem deformierbaren Innenverkleidungselement, das an einem Aufnahmeelement angeordnet ist. Wenigstens unter dem Innenverkleidungselement ist ein Hohlraum gebildet, wobei das Innenverkleidungselement derart ausgebildet ist, dass dieses bei einem Aufprall eines Prallkörpers zumindest teilweise in den Hohlraum hinein deformiert. Dazu ist vorgesehen, dass in der Struktur des Innenverkleidungselementes, in wenigstens einem Bereich eine Materialausnehmung vorgesehen ist, durch die das Deformationsverhalten des Innenverkleidungselementes derart beeinflusst ist, dass bei einer Krafteinwirkung aus einer Wirkrichtung auf das Innenverkleidungselement zumindest ein Bereich des Innenverkleidungselementes seitlich zur Wirkrichtung der Kraft ausweicht.
Weiter ist aus der europäischen Patentanmeldung EP 2 455 169 A1 unter anderem ein Verfahren zum Umformen eines plattenförmigen Materials in ein dreidimensionales Objekt bekannt. Hierbei wird das plattenförmige Material auf einer Matrize durch Ausüben von Druck auf einer der Matrize abgewandten Seite des Materials umgeformt. Das Verfahren gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass im plattenförmigen Material in dessen umzuformenden Bereichen vor der Umformung auf der der Matrize abgewandten Seite eine Verminderung der Materialstärke vorgenommen wird. Auch wird ein Verfahren zum Umformen eines plattenförmigen Materials in ein dreidimensionales Objekt vorgeschlagen. Das plattenförmige Material wird entlang einer oder mehrerer Knicklinien geknickt, wobei im plattenförmigen Material in dessen umzuformenden Bereichen vor der Umformung eine linienförmige Verminderung der Materialstärke vorgenommen wird und anschließend das Material entlang dieser linienförmigen Materialstärkeverminderung manuell abgeknickt wird.
Bis auf wenige Einzelfälle mit sehr einfachen Mechanismen gibt es derzeit keine industriellen Anwendungen für Flächen mit komplexen geometrischen Formen mit definierten Bereichen (Filmscharniere), in denen die Wandstärke reduziert wird, um mittels eines Mechanismus (Aktivierung unterschiedlicher Filmscharniere in einer bestimmten Reihenfolge) eine Verformung mit geringem Widerstand zuzulassen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Strukturbauteil aus einem Kunststoff aufzuzeigen, welches sich mit sehr geringer, aufzubringender Kraft deformieren lässt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die vorliegende Erfindung betrifft Strukturbauteile, die Bereiche mit unterschiedlicher Wandstärke aufweisen und die aufgrund lokaler Wandstärkenreduzierungen definierte Verformungsmöglichkeiten besitzen. Insbesondere stellen die wandstärkenreduzierten Bereiche keine geradlinigen Segmente dar, sondern eine Freiformgeometrie, welche an die Oberflächengeometrie ideal angepasst ist. Die Anwendungen sind vielseitig und können Produkte weit über den Automobilsektor hinaus betreffen.
Im Rahmen der Entwicklung, beispielsweise von Stoßfängerverkleidungen, gibt es Bestrebungen, Öffnungen je nach Betriebszustand bereit zu stellen. Ohne eine sichtbare Klappe, welche als zusätzliches Bauteil an einem Scharnier bewegt wird, gibt es die Möglichkeit in einem Verkleidungsbauteil eine Fuge darzustellen und mittels Aktor das Bauteil so zu verformen, dass sich aus der Fuge eine Öffnung, beispielsweise ein Lufteinlass, bildet. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es in vorteilhafter Weise, Flächen entsprechend Designwünschen darzustellen, welche Verformungen mit geringen Aktorkräften zulassen und welche im verformten Zustand keine plastischen Dehnungen aufweisen.
Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2, dass der innere Bereich von einem Aktor reversibel verschwenkbar ist, bietet sich für die vorliegende Erfindung besonders positiv an, da der Aktor nur geringe Kräfte aufbringen muss, was Gewicht und Kosten spart. Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 3, dass die reduzierte Materialstärke zwischen 10 % und 90 %, insbesondere zwischen 10 % und 60 % der vollen Materialstärke des Strukturbauteils beträgt, ist ein besonders bevorzugter Materialstärkenbereich.
Dass der innere Bereich von dem Aktor gemäß Patentanspruch 4 zwischen 0° und 100° gegenüber dem lagefesten Strukturbauteil verschwenkbar ist, ermöglicht das Öffnen und Schließen einer praktisch nicht sichtbaren Klappe.
Besonders bevorzugt ist das Strukturbauteil gemäß Patentanspruch 5 ein Spritzgussteil oder ein tiefgezogenes Bauteil, wobei gemäß Patentanspruch 6 bevorzugt ein thermoplastischer Kunststoff zum Einsatz kommt. Hierbei kann es sich beispielsweise um Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyamide (PA), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), etc. handeln.
Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 7, dass der Aktor ein elektromechanischer oder hydraulischer oder pneumatischer Aktor ist, sind drei bevorzugte Ausführungsbeispiele, bei denen der Aktor keine große Kraft aufbringen muss.
Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 8, dass das Strukturbauteil zumindest ein Abschnitt einer Stoßfängerverkleidung des Kraftfahrzeuges ist, ist neben vielen weiteren Ausführungsbeispielen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel.
Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 9, dass der innere Bereich ein Lufteinlass ist, ist ebenfalls eine bevorzugte Ausführungsvariante, mit der beispielsweise Kühlmaßnahmen durchgeführt werden können.
Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 10, dass die volle Materialstärke des Strukturbauteils zwischen 1 mm und 6 mm beträgt, hat sich in Testreihen als besonders positiv herausgestellt.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand von acht Figuren näher erläutert. Fig. 1 zeigt eine Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug mit einem geschlossenen inneren Bereich.
Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug mit einem geöffneten inneren Bereich.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch einen Vorderwagen eines Kraftfahrzeuges mit einem erfindungsgemäßen Strukturbauteil.
Fig. 4a zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel.
Fig. 4b zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel.
Fig. 4c zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel.
Fig. 5a zeigt ein Strukturbauteil gemäß dem Stand der Technik.
Fig. 5b zeigt das Strukturbauteil gemäß der Erfindung.
Im Folgenden gelten in den Figuren 1 bis 5b für gleiche Bauelemente die gleichen Bezugsziffern.
Fig. 1 zeigt eine Aufsicht auf ein Kraftfahrzeug 2. Das Kraftfahrzeug 2 weist ein Strukturbauteil 1 auf, welches in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Stoßfängerverkleidung des Kraftfahrzeuges 2 darstellt. Das Strukturbauteil 1 weist eine Trennfuge 3 auf, die das Strukturbauteil in einen inneren Bereich 4 und einen äußeren Bereich 5 aufteilt. In Fig. 1 ist der innere Bereich geschlossen, dies bedeutet, dass das Strukturbauteil 1 als ein einziges Strukturbauteil 1 auf einen Betrachter wirkt.
Das Strukturbauteil 1 ist aus einem Kunststoff, insbesondere einem thermoplastischen Kunststoff wie eingangs dargestellt, in diesem Ausführungsbeispiel für eine Außenhaut einer Karosserie des Kraftfahrzeuges 2. Der innere Bereich 4 und der angrenzende äußere Bereich 5 weisen für eine definierte Verschwenkbarkeit des inneren Bereichs 4 mit einem reduzierten Kraftaufwand dreidimensionale Bereiche mit einer reduzierten Materialstärke 6 auf. Drei Beispiele hierfür sind in den Figuren 4a, 4b und 4c dargestellt.
Fig. 2 zeigt nochmals das Kraftfahrzeug 2 aus Fig. 1 , jedoch ist in diesem Fall der innere Bereich 4 verschwenkt, sodass hierdurch ein Lufteinlass in der Stoßfängerverkleidung dargestellt ist.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch einen Vorderwagen des Kraftfahrzeuges 2, mit dem Strukturbauteil 1 . Der einklappbare innere Bereich 4 ist abschnittsweise mit einer dünneren Wandstärke, der reduzierten Materialstärke 6, dargestellt als der Rest des Strukturbauteils 1 . Ein Pfeil, der von Fig. 3 zu Fig. 2 verweist, zeigt einen Angriffspunkt 8 für einen Aktor 7. Der Aktor 7 ist im Bereich eines elektrisch betätigbaren Motors 9 beispielsweise schwenkbar gelagert. Wird der Motor 9 elektrisch angesteuert, zieht der Aktor 7 den inneren Bereich 4 des Strukturbauteils 1 nach innen, oben weg. Die verschwenkte Situation, wie sie auch in Fig. 2 dargestellt ist, ist in Fig. 3 gestrichelt dargestellt. Deutlich erkennbar ist, wie der Aktor 7 von einer Schrägstellung in eine Senkrechtstellung verstellt wird und hierbei über den Aktorangriffspunkt 8 den inneren Bereich 4 des Strukturbauteils 1 nach innen, oben wegklappt, bzw. öffnet.
Erfindungsgemäß weist das Strukturbauteil 1 die Trennfuge 3 auf, die das Strukturbauteil 1 in den inneren Bereich 4 und den äußeren Bereich 5 trennt, wobei der innere Bereich 4 für eine definierte Verschwenkbarkeit mit einem reduzierten Kraftaufwand dreidimensionale Bereiche mit einer reduzierten Materialstärke 6 aufweist. Die Bereiche der reduzierten Materialstärke 6 sind in den Figuren 4a bis 4c dargestellt.
Bevorzugt weist die reduzierte Materialstärke 6 zwischen 10 % und 90 %, insbesondere zwischen 10 % und 60 % der vollen, bzw. maximalen Materialstärke des Strukturbauteils 1 auf. Weiter ist der innere Bereich 4 von dem Aktor 7 zwischen 0° und 100° gegenüber dem lagefesten Strukturbauteil 1 verschwenkbar. Bevorzugt ist das Strukturbauteil 1 ein Spritzgussteil oder ein tiefgezogenes Bauteil, wobei es bevorzugt aus einem thermoplastischen Kunststoff gefertigt ist.
Weiter ist der Aktor 7 vorzugsweise ein elektromechanischer oder hydraulischer oder pneumatischer Aktor, wobei für einen elektromechanischen Aktor beispielsweise ein Spindelantrieb vorgesehen werden kann.
Besonders bevorzugt ist das Strukturbauteil 1 zumindest ein Abschnitt einer Stoßfängerverkleidung des Kraftfahrzeuges 2, so wie in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dargestellt. Darüber hinaus ist der innere Bereich 4 bevorzugt ein Lufteinlass, wie er beispielsweise für eine Temperatursteuerung eines hinter dem Strukturbauteil 1 angeordneten Aggregates benötigt werden könnte.
Das Strukturbauteil 1 weist bevorzugt eine volle Materialstärke zwischen 1 mm und 6 mm auf, da hiermit die besten Resultate in praktischen Versuchen in Bezug auf das Deformationsverhalten erzielt worden sind.
In den Figuren 4a bis 4c ist jeweils ein innerer Bereich 4 des Strukturbauteils 1 dargestellt, wobei der unten liegende Rand aus den Figuren 1 bis 3 in den Figuren 4a bis 4c oben (um 180° verdreht) dargestellt ist. Die Bereiche der reduzierten Materialstärke 6 sind in den Figuren 4a bis 4c jeweils eingezeichnet.
Hierbei gilt in Figur 4a M = 95, dass die reduzierte Materialstärke 6 95 % der maximalen Wandstärke entspricht. In Fig. 4a ist erkennbar, dass der Aktor 7 bei einer Materialreduzierung von 5 % eine Kraft von 28 N aufbringen muss, um den inneren Bereich 4 des Strukturbauteils 1 zu verschwenken.
Fig. 4b zeigt nochmals den gleichen inneren Bereich 4 wie Fig. 4a, jedoch beträgt die reduzierte Materialstärke 6 90 % der maximalen Wandstärke. Hieraus resultiert eine von dem Aktor 7 aufzubringende, resultierende Kraft von 24 N, d. h. weniger als in Fig. 4a.
Fig. 4c zeigt nochmals den gleichen inneren Bereich 4 wie Fig. 4a und Fig. 4b, jedoch beträgt die reduzierte Materialstärke 6 nun 85 % der maximalen Wandstärke. Hieraus resultiert eine von dem Aktor 7 aufzubringende, resultierende Kraft von 19 N, d. h. deutlich weniger als in Fig. 4a.
Fig. 5a zeigt eine Aufsicht auf das Strukturbauteil 1 . Der innere Bereich des Strukturbauteils 1 ist wiederum mit 4 beziffert und der äußere Bereich mit 5. Die Trennfuge ist abermals mit 3 beziffert. Der Aktorangriffspunkt 8 zeigt wieder den Angriffspunkt des Aktors 7. Über Kreise verteilt ist die resultierende Kraft im Strukturbauteil 1 dargestellt. In Fig. 5a weist das gesamte Strukturbauteil 1 die maximale Materialstärke auf, woraus eine vom Aktor 7 aufzubringende Kraft von 364 N resultiert, um den inneren Bereich 4 hochzuziehen bzw. zu verschwenken.
Fig. 5b zeigt nochmals das Strukturbauteil 1 aus Fig. 5a, jedoch mit der erfindungsgemäßen reduzierten Materialstärke 6. Deutlich erkennbar ist, dass der Aktor 7 nun mit einer wesentlich verringerten Kraft von 19 N in der Lage ist, den inneren Bereich 4 hochzuziehen bzw. zu verschwenken.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit viele Strukturbauteile 1 , welche Bereiche mit unterschiedlichen Wandstärken aufweisen und die aufgrund lokaler Wandstärkenänderungen, definierte Verformungsmöglichkeiten besitzen. Insbesondere stellen die wandstärkereduzierten Bereiche keine geradlinigen Elemente dar, sondern eine Freiformgeometrie, welche an die Oberflächengeometrie angepasst ist.
Bezugszeichenliste
1 . Strukturbauteil
2. Kraftfahrzeug
3. Trennfuge
4. innerer Bereich
5. äußerer Bereich
6. reduzierte Materialstärke
7. Aktor
8. Aktorangriffspunkt
9. Motor

Claims

Ansprüche
1 . Strukturbauteil (1 ) aus einem Kunststoff für eine Außenhaut einer Karosserie eines Kraftfahrzeuges (2), dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturbauteil (1 ) eine Trennfuge (3) aufweist, die das Strukturbauteil (1 ) in einen inneren Bereich (4) und einen äußeren Bereich (5) trennt, wobei der innere Bereich (4) für eine definierte Verschwenkbarkeit mit einem reduziertem Kraftaufwand dreidimensionale Bereiche mit einer reduzierten Materialstärke (6) aufweist.
2. Strukturbauteil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der innere Bereich (4) von einem Aktor (7) reversibel verschwenkbar ist.
3. Strukturbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die reduzierte Materialstärke (6) zwischen 10% und 90%, insbesondere zwischen 10% und 60% der vollen Materialstärke des Strukturbauteils (1 ) beträgt.
4. Strukturbauteil nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Bereich (4) von dem Aktor (7) zwischen 0° und 100°, gegenüber dem lagefesten Strukturbauteil (1 ) verschwenkbar ist. Strukturbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturbauteil (1 ) ein Spritzgussteil oder ein tiefgezogenes Bauteil ist. Strukturbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturbauteil (1 ) aus einem thermoplastischen Kunststoff ist. Strukturbauteil nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (7) ein elektromechanischer oder hydraulischer oder pneumatischer Aktor (7) ist. Strukturbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturbauteil (1 ) zumindest ein Abschnitt einer Stoßfängerverkleidung des Kraftfahrzeuges (2) ist. Strukturbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Bereich (4) ein Lufteinlass ist. Strukturbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die volle Materialstärke des Strukturbauteils (1 ) zwischen 1 mm und 6 mm beträgt.
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