WO2020007851A1 - Strukturbauteil - Google Patents

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WO2020007851A1
WO2020007851A1 PCT/EP2019/067714 EP2019067714W WO2020007851A1 WO 2020007851 A1 WO2020007851 A1 WO 2020007851A1 EP 2019067714 W EP2019067714 W EP 2019067714W WO 2020007851 A1 WO2020007851 A1 WO 2020007851A1
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structural
reinforcing
component
structural component
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Jonathan Friedrich
Frank SCHÄFERGOCKEL
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HBPO GmbH
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    • B62D25/082—Engine compartments
    • B62D25/085—Front-end modules

Definitions

  • the invention relates to a structural component, in particular for a motor vehicle front end, and a motor vehicle
  • Structural components of the type in question are required in a large number of application areas. They serve to absorb and transmit mechanical forces and to connect other components and / or assemblies. In many applications there is a desire to achieve a high rigidity of the structural component with a low weight and at the same time to guarantee a high functionality, in particular with regard to the connectivity of the structural component with other components or assemblies.
  • structural components have proven themselves that have a structural element that at least partially surrounds a spatial area and thus forms a cavity.
  • Structural elements of this type have a comparatively high rigidity due to their shape. The stiffness is greater, the larger the at least partially surrounded area. This is in particular due to the fact that such structures with an at least partially enclosed cavity have comparatively high moments of inertia compared to solid elements.
  • structural components also have high functional requirements, which are reflected in certain requirements for the design.
  • structural components of the type in question have a second structural element. This is connected to the first structural element.
  • An interface is formed in the area of the connection between the first structural element and the second structural element. Mechanical forces can be transmitted between the structural elements via this interface.
  • an optimized structural component can be developed which, on the one hand, is suitable for absorbing comparatively high forces at a low weight, but on the other hand can also be designed so flexibly with regard to its geometry that it is possible to meet a large number of geometric requirements.
  • a disadvantage of structural elements with cavities is that they are often sensitive, for example to a locally concentrated introduction of forces. This results in particular from the fact that the design of the first structural elements is particularly favorable in terms of rigidity if the cavity enclosed by the first structural element has the largest possible volume. With the same weight of the first structural elements, this then requires comparatively thin wall thicknesses of the areas of the first structural element that adjoin the cavity. These are already susceptible during the manufacture of the structural component against the forces and / or pressures locally introduced into the first structural element.
  • the invention is therefore based on the object
  • the object is achieved in that the structural component has a reinforcing element for mechanically reinforcing the structural component.
  • the reinforcing element in this case supports a partial area of a surface area which faces the spatial area at least partially surrounded by the structural element.
  • a structural component according to the invention has a first structural element for absorbing mechanical forces, the first structural element at least partially surrounding a spatial area in such a way that a cavity is formed in the interior of the first structural element.
  • the first structural element also has a surface area that borders this cavity.
  • the structural component also has at least one second structural element, the second structural element being connected to the first structural element.
  • at least one Reinforcing element is provided, which mechanically reinforces the first structural element, the reinforcing element supporting a partial area of the surface area.
  • the first structural element is composed of at least two separate structural element parts,
  • first structural element or its structural element parts can consist of a metallic material.
  • Metallic materials such as a metal such as sheet metal, are characterized by high strength and good durability. Cavity structures formed with them are well suited for use as load-bearing components that span certain distances. As an alternative or in addition, it is also possible for the first structural element or the structural element parts to have a plastic material.
  • the reinforcing element and the two structural element parts of the first structural element are connected to one another via the second structural element.
  • the reinforcing element and the two structural element parts of the first structural element each have an opening and / or recess. In this way, the individual structural elements can be connected to one another.
  • a first region of the second structural element is arranged in the interior of the cavity such that it forms an undercut of the second structural element with the first structural element and / or an anchoring of the second structural element in the first structural element.
  • the first region preferably lies against a part of the surface of the first structural element facing the cavity.
  • the first region and / or a second region of the second structural element arranged within the cavity preferably cooperates with the reinforcing element in such a way that it prevents the reinforcing element from moving in the first structural element.
  • the first and / or the second area preferably interacts with the reinforcing element in a form-fitting manner. Preventing the movement of the first reinforcing element in the first structural element through the first and / or second region is particularly useful if the reinforcing element introduces into the first structural element not only during the manufacture of the structural component according to the invention but also during the intended use of the structural component according to the invention should absorb forces.
  • the reinforcing element advantageously forms the negative shape for the first and / or second region. This is particularly advantageous if the second structural element is produced using an opening molding process. In this way, the material of the second structural element can penetrate into the cavity during the production of the structural component according to the invention and is given the desired shape there by the reinforcing element.
  • the at least one second structural element extends through the openings and / or recesses. This can take place in particular when the second structural element is designed as a plastic part, for example by the second structural element being sprayed through the openings and / or recesses. In this way, the second structural element reinforcing element (s) and the structural element parts of the first structural element with each other.
  • the opening provided in the reinforcement element is designed as a channel.
  • a channel can run through the reinforcement element in particular over its entire length and thus produce a particularly intimate connection of all components, in particular if the second structural element is sprayed through the channel.
  • the reinforcing element has a metal, in particular sheet metal, and / or a plastic material, in particular PA.
  • the material of the second structural element is advantageously or comprises a plastic material.
  • the plastic material can in particular be PA.
  • the advantage of plastics is that they can be shaped in a wide variety of ways.
  • the second structural element can be produced using an injection molding process or a compression molding process. Alternatively and / or In addition, physical or chemical
  • the second structural element is also possible to manufacture the second structural element from a metallic material.
  • Light metals such as magnesium or aluminum are particularly suitable for this.
  • casting processes in particular die casting processes, are preferred for the production of the second structural element.
  • connection areas serve to connect the component according to the invention to other components.
  • Connection areas of the type in question can, for example, be designed as bores in simple cases. However, more complex designs of a connection area are also possible. For example, threads and / or guide elements can be introduced into and / or molded onto the structural element or the structural element parts. Such connection areas significantly increase the functionality of the structural component according to the invention.
  • connection area in particular with respect to the main direction of extension of the first structural element, is arranged in the area of the reinforcing element. This has the particular advantage that forces which are introduced into the second structural element via the connecting region and are further transmitted through the interface to the first structural element can be absorbed or supported by the reinforcing element.
  • the spatial The proximity of the connection area and the reinforcement element requires a comparatively direct and therefore particularly favorable introduction of force into the reinforcement egg.
  • the main direction of extension of the first structural element is to be understood in particular as the spatial direction in which the first structural element has its greatest spatial extent.
  • Front-mounted motor vehicles are understood to mean pre-assembled assemblies which form the front region of a motor vehicle.
  • Motor vehicle front ends are preferably preassembled separately from the motor vehicle and connected to the motor vehicle at a later point in time.
  • a motor vehicle front end can contain various functional components, for example radiators, hood locks, headlights and other lighting elements, sensors - for example for temperatures or parking aids - and crash absorption elements.
  • the structural component according to the invention preferably forms the mounting bracket of the motor vehicle front end.
  • mounting supports represent the essential structural component. They extend in large parts of the motor vehicle front end in the vehicle transverse direction and in the vehicle vertical direction.
  • the functional components of the motor vehicle front end are attached to the mounting bracket during the mounting of the motor vehicle front end. Accordingly, high demands are placed on such mechanical supports on the mechanical properties on the one hand, and on the other hand the mounting supports must perform a variety of functional tasks. This often requires a complex shape of the mounting bracket.
  • a structural component according to the invention can therefore be used particularly advantageously as an assembly support.
  • the first structural element is preferably oriented with its main extension at least substantially parallel to the transverse direction of the motor vehicle front end, that is to say the motor vehicle transverse direction.
  • the motor vehicle transverse direction is the one in which the greatest lengths have to be spanned in the case of a motor vehicle front end.
  • Structural components with such an orientation in the area of a motor vehicle front end are also referred to as cross members. They can be part of a mounting bracket or as separate components. Because of its high rigidity, the first structural element is therefore particularly suitable for use as a cross member.
  • the invention described above can also be used in a method.
  • the method for producing a structural component according to the invention provides that a first structural element is first provided.
  • the first structural element at least partially surrounds a space.
  • a cavity is formed in the interior of the first structural element.
  • the first structural element has a surface area delimiting this cavity.
  • the first structural element has a reinforcing element that supports a partial area of this surface area.
  • a second structural element is molded onto the first structural element. This creates an interface between the first structural element and the second structural element in the region of the reinforcing element. At this interface there can be a material connection between the first structural element and the second structural element.
  • the second structural element is molded onto the first structural element by means of an original molding process.
  • the second structural element is molded onto the first structural element using an injection molding process.
  • the first structural element can be taken up in the injection mold.
  • only a part of the first structural element can also be accommodated in the injection mold. The latter is advantageous, for example, if the first structural element has an elongated shape, but the second structural element extends in the main direction of extension of the first structural element only over a partial area of the first structural element.
  • the structural component can have further structural elements in addition to the second structural element.
  • the further structural components can have the described features of the second structural element.
  • FIGS. 1 and 2 shows a perspective view of a structural component according to the invention, for example
  • FIG. 2 shows an exemplary cross-sectional illustration of a part of the exemplary structural component according to the invention shown in FIG. 1.
  • the structural component 1 shown in FIG. 1 has a first structural element 2 for absorbing mechanical forces.
  • the structural element 2 is composed of two separate structural element parts 2a, 2b, which together at least partially surround a spatial area such that a cavity 4 is formed inside.
  • the structural component 1 also has a second structural element 3, which is connected to the first structural element 2 is.
  • the exemplary structural component 1 shown here also has an inner reinforcing element 8, which is arranged in the cavity 4 of the first structural element 2, and an outer reinforcing element 6, which partially surrounds the first structural element 2.
  • the reinforcing element 6 merges on the side facing away from the first structural element 2 into a U-shaped structural element 7.
  • the cut through the first structural element 2 takes place at the point at which the second structural element 3 penetrates the first structural element 2.
  • the two structural element parts 2a, 2b enclose a cavity 4 in which the reinforcing element 8 is arranged.
  • the reinforcing element 8 lies at least partially against the inner surface area 5b of the first structural element 2 and thus makes surface contact with the latter so that it Can absorb forces that act on the first structural element 2.
  • the reinforcing element 6 rests on the structural element part 2b and can thus absorb forces from the first structural element 2 or transmit them to it.
  • both the first structural element 2 and the two reinforcing elements 6, 8 have aligned openings 2a.1, 2b.1, 6a, 8a.
  • One end of the second structural element 3 is passed through these openings 2a.1, 2b.1, 6a, 8a and fastened in a form-fitting manner.
  • the second structural element 3 can be an injection molded plastic part that is injected through the openings 2a.1, 2b.1, 6a, 8a and thus through the undercuts in the area of the opening 2a.1, between the openings 2b.1 and 6a or outside the opening 6a, hold the dressing of the second structural element 2 together with the two structural element parts 2a, 2b, and the reinforcing elements 6, 8. It is also possible for the second structural element 3 to be a preformed plastic part which is inserted into the openings 2a.1, 2b.1, 6a, 8a and then softened, for example by means of an ultrasonic welding device, and conforms to the contours of the first structural element 2 and reinforcing elements 6, 8 are formed. Other positive connections are also possible.
  • This form-fitting arrangement ensures that the reinforcing elements 6, 8 are held in surface contact with the first structural element 2 become and thus lead to a stiffening of the structural component 1.
  • this sectional view shows two cursing openings 6b, 2b.2 and 2b.3, 6c.
  • the second structural element 3 is positively angeord.net.
  • the second structural element 9 is preferably an injection molded part, but other ways of creating the second structural element 3 are also possible.
  • the second structural element 3 thus connects the reinforcing element 6 with the structural element part 2 b and the inner reinforcing element 8.
  • the structural component 1 created in this way is distinguished by a high level of lightness, with a high level being achieved by the at least partially applied reinforcements 6, 8
  • Stiffness of the structural component 1 is achieved.
  • the structural component 1 created in this way can be built in wherever high rigidity and low weight are required.
  • the structural component 1 can be used, for example, as an assembly support.

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Abstract

Das Strukturbauteil (1), insbesondere für eine Kraftfahrzeugkarosserie, weist ein erstes Strukturelement (2) zur Aufnahme mechanischer Kräfte auf. Das erste Strukturelement (2) umgibt einen Raumbereich zumindest teilweise derart, dass im Inneren des ersten Strukturelements (2) ein Hohlraum (4) gebildet ist. Das erste Strukturelement (2) weist einen diesen Hohlraum (4) begrenzenden Oberflächenbereich (5a, 5b) auf, Das Strukturbauteil (1) weist wenigstens ein zweites Strukturelement (3, 9) auf, welches mit dem ersten Strukturelement (2) verbunden ist. Zur mechanischen Verstärkung des ersten Strukturelements (2) weist das Strukturbauteil wenigstens ein Verstärkungselement (8, 6) auf. Das Verstärkungselement (6) stützt einen Teilbereich des Oberflächenbereichs (5a, 5b) ab. Das erste Strukturelement (2) ist aus wenigstens zwei separaten Strukturelementteilen (2a, 2b) zusammengesetzt.

Description

STRUKTURBAUTEIL
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Strukturbauteil, insbesondere für ein Kraftfahrzeug-Frontend, sowie ein Kraftfahrzeug-
Frontend .
Stand der Technik
Strukturbauteile der in Rede stehenden Art werden in einer Vielzahl von Anwendungsgebieten benötigt. Sie die nen dazu, mechanische Kräfte aufzunehmen und zu übertragen und andere Bauteile und/oder Baugruppen miteinander zu verbinden. In vielen Anwendungsfä11en besteht der Wunsch, eine hohe Steifigkeit des Strukturbauteils bei gleichzeitig niedrigem Gewicht zu erzielen und gleichzeitig eine hohe Funktionalität, insbesondere im Hinblick auf die Verbindbarkeit des Strukturbauteils mit anderen Bauteilen oder Baugruppen, zu gewährleisten.
In diesem Zusammenhang haben sich Strukturbauteile be währt, die ein Strukturelement aufweisen, das einen Raumbereich zumindest teilweise umgibt und so einen Hohlraum bildet. Derartige Strukturelemente weisen aufgrund ihrer Formgebung eine vergleichsweise hohe Steifigkeit auf. Dabei ist die Steifigkeit umso größer, je größer der zu mindest teilweise umgebene Raumbereich ist. Dies liegt insbesondere daran, dass derartige Strukturen mit einem zumindest teilweise umschlossenen Hohlraum verglichen mit massiven Elementen vergleichsweise hohe Flächenträgheits momente aufweisen . Oftmals werden an derartige Strukturbauteile auch hohe funktionelle Anforderungen gestellt, die sich in be stimmten Anforderungen an die Formgebung niederschlagen. Um diese Anforderungen mit den Anforderungen an ein ge ringes Gewicht und eine hohe Steifigkeit, die mit vorstehend beschriebenen Strukturelementen mit Hohlräumen erreicht werden können, in Einklang zu bringen, weisen Strukturbauteile der in Rede stehenden Art ein zweites Strukturelement auf. Dieses ist mit dem ersten Strukturelement verbunden. Dabei bildet sich im Bereich der Verbindung zwischen dem ersten Strukturelement und dem zweiten Strukturelement eine Grenzfläche aus. Ober diese Grenzfläche können mechanische Kräfte zwischen den Strukturelementen übertragen werden . Auf diese Weise kann ein optimiertes Strukturbauteil entwickelt werden, das zum einen bei niedrigem Gewicht zur Aufnahme vergleichs weise hoher Kräfte geeignet ist, andererseits jedoch auch hinsichtlich seiner Geometrie so flexibel gestaltet werden kann, dass es möglich ist, eine Vielzahl geometri scher Anforderungen zu erfüllen.
Nachteilig bei Strukturelementen mit Hohlräumen ist jedoch, dass diese oft empfindlich, beispielsweise gegenüber einer lokal konzentrierten Einleitung von Kräften, sind. Dies resultiert insbesondere aus der Tatsache, dass die Gestaltung der ersten Strukturelemente im Hinblick auf die Steifigkeit insbesondere dann günstig ist, wenn der vom ersten Strukturelement umschlossene Hohlraum ein möglichst großes Volumen aufweist . Bei gleichem Gewicht der ersten Strukturelemente bedingt dies dann vergleichs weise dünne Wandstärken der Bereiche des ersten Struk turelements, die an den Hohlraum angrenzen. Diese sind bereits bei der Herstellung des Strukturbauteils anfällig gegenüber den in das erste Strukturelement lokal eingeleiteten Kräften und/oder Drücken.
Die Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein
Strukturbauteil bzw. ein Kraftfahrzeugfrontend mit einem Strukturbauteil sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils aufzuzeigen, bei dem die vorstehend ge nannten Nachteile nicht oder zumindest im verminderten Umfang auftreten.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Strukturbauteil bzw. ein Kraftfahrzeugfrontend mit einem Strukturbauteil mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 9. Die Merkmale der abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungs formen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Strukturbauteil ein Verstärkungselement zur mechanischen Verstärkung des Strukturbauteils aufweist. Das Verstärkungselement stützt hierbei einen Teilbereich eines Oberflächenbereichs ab, der zu dem von dem Strukturelement zumindest teilweise umgebenen Raumbereich weist. Ein er- findungsgemäßes Strukturbauteil weist dazu ein erstes Strukturelement zur Aufnahme mechanischer Kräfte auf, wobei das erste Strukturelement einen Raumbereich zumin dest teilweise derart umgibt, dass im Inneren des ersten Strukturelements ein Hohlraum gebildet ist. Das erste Strukturelement weist ferner einen diesen Hohlraum be grenzenden Oberflächenbereich auf. Das Strukturbauteil weist außerdem wenigstens ein zweites Strukturelement auf, wobei das zweite Strukturelement mit dem ersten Strukturelement verbunden ist. Ferner ist wenigstens ein Verstärkungselement vorgesehen, welches das erste Strukturelement mechanisch verstärkt, wobei das Verstärkungs- element einen Teilbereich des Oberflächenbereichs abstützt . Das erste Strukturelement ist erfindungsgemäß aus wenigstens zwei separaten Strukturelementteilen zusammengesetzt ,
Hierdurch wird es ermöglicht, dass Kräfte, die über die Grenzfläche - damit ist insbesondere die Fläche gemeint, die im Bereich der Verbindung zwischen dem ersten Strukturelement und dem zweiten Strukturelement eine Grenzfläche bildet - in das erste Strukturelement eingeleitet werden, von dem Verstärkungselement aufgenommen werden. Gleiches gilt grundsätzlich auch für Kräfte, die während des bestimmungsgemäßen Einsatzes des erfindungsgemäßen Strukturbauteils in das erste Strukturelement eingeleitet werden. Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Abstützung des Teilbereichs des Oberflächenbereichs durch das Verstärkungselement jedoch im Rahmen der Herstellung des Strukturbauteils.
Hier können bereits bei der Herstellung des Strukturbauteils, insbesondere beim Verbinden des ersten Strukturelements, insbesondere der beiden Strukturelement- teile, mit dem zweiten Strukturelement, Kräfte, die in das erste Strukturelement bzw. in dessen Strukturele mentteile eingeleitet werden, aufgenommen werden. Dies kann z.B. bereits während der Ausbildung einer Grenz fläche geschehen. Im Extremfall wird so ein Kollabieren des Hohlraums aufgrund von Kräften und/oder Drücken, die im Bereich der Grenzfläche auf das erste Strukturelement bzw. dessen Strukturelementteile einwirken, verhindert. Wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Struktur bauteile ist es, dass die mechanischen Eigenschaften durch die Auswahl geeigneter Werkstoffe für das erste Strukturelement bzw dessen Strukturelementteile und das zweite Strukturelement optimiert werden können. So kann/ können das erste Strukturelement bzw. dessen Struktur elementteile beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff bestehen. Metallische Werkstoffe, wie z.B. ein Metall wie Blech, zeichnen sich durch eine hohe Festigkeit und gute Haltbarkeit aus. Mit ihnen gebildete Hohl raumstrukturen eignen sich gut für die Verwendung als tragende Bauteile, die gewisse Strecken überspannen . Alternativ oder ergänzend ist es auch möglich, dass das erste Strukturelement oder die Strukturelementteile ein Kunststoffmaterial aufweisen.
Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass das Verstärkungs- element und die beiden Strukturelementteile des ersten Strukturelements über das zweite Strukturelement miteinander verbunden sind. Hierzu kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Verstärkungselement und die beiden Struk turelementteile des ersten Strukturelements jeweils eine Öffnung und/oder Aussparung aufweisen. Auf diese Weise können die einzelnen Strukturelemente miteinander verbunden werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist ein erster Bereich des zweiten Strukturelements derart im Inneren des Hohlraums angeordnet , dass er einen Hinterschnitt des zweiten Strukturelements mit dem ersten Strukturelement und/oder eine Verankerung des zweiten Strukturelements im ersten Strukturelement bildet. Eine derartige Verbindung ermöglicht eine bessere Krafteinleitung vom zweiten Strukturelement in das erste Strukturelement. Bevorzugt weist hierbei das erste Strukturelement oder weisen dessen Strukturelementteile eine Öffnung auf, durch die ein Teil des Materials des zweiten Strukturelements in den Hohlraum eingedrungen ist. Dieser Teil des Materials weist dann innerhalb des Hohlraums eine räumliche Er streckung auf, die den ersten Bereich am Verlassen des Hohlraums durch die Öffnung hindert. Bevorzugt liegt der erste Bereich hierbei an einem Teil der zu dem Hohlraum hinweisenden Oberfläche des ersten Strukturelements an.
Vorzugsweise wirkt/en der erste Bereich und/oder ein innerhalb des Hohlraums angeordneter zweiter Bereich des zweiten Strukturelements derart mit dem Verstärkungselement zusammen, dass er eine Bewegung des Verstärkungs elements im ersten Struk urelement verhindert . Hierfür wirkt/en der erste und/oder der zweite Bereich bevorzugt formschlüssig mit dem Verstärkungselement zusammen. Eine Verhinderung der Bewegung des ersten Verstärkungselements im ersten Strukturelement durch den ersten und/oder zweiten Bereich ist vor allem dann sinnvoll, wenn das Verstärkungselement nicht nur während der Herstellung des erfindungsgemäßen Strukturbauteils, sondern auch während der bestimmungsgemäßen Verwendung des erfindungsgemäßen Strukturbauteils in das erste Strukturelement eingeleite te Kräfte aufnehmen soll.
Vorteilhafterweise bildet das Verstärkungselement die Negativform für den ersten und/oder zweiten Bereich. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das zweite Struk turelement mit einem ürformverfahren hergestellt wird. Auf diese Weise kann während der Herstellung des erfindungsgemäßen Strukturbauteils der Werkstoff des zweiten Strukturelements in den Hohlraum eindringen und erhält dort durch das Verstärkungselement die gewünschte Form. Dazu kann nach einer vorteilhaften Ausfüfarungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass das wenigstens eine zweite Strukturelement durch die Öffnungen und/ oder Aussparungen hindurch reicht. Dies kann insbesondere bei der Ausbildung des zweiten Strukturelernents als Kunststoffteil zum Beispiel dadurch geschehen, dass das zweite Strukturelement durch die Öffnungen und/oder Aussparungen durchgespritzt ist. Auf diese Weise verbindet das zweite Strukturelement Verstärkungselement (e) und die Strukturelementeile des ersten Strukturelements mitein ander .
Nach einer besonderen Ausführungsform kann dazu vor gesehen sein, dass die im Verstärkungse1ement vorgesehene Öffnung als Kanal ausgebildet ist. Ein solcher Kanal kann das Verstärkungselement insbesondere über seine gesamte Länge durchlaufen und so eine besonders innige Verbindung aller Bauteile, insbesondere im Falle des Durchspritzens des zweiten Strukturelements durch den Kanal, herstellen .
Die Materialwahl für das Verstärkungselement ist hier ins Belieben des Fachmanns gesetzt; nach einer bevorzugten Ausführungsform weist das Verstärkungselement ein Metall, insbesondere Blech, und/oder ein Kunststoffmaterial, insbesondere PA, auf.
Vorteilhafterweise ist oder umfasst der Werkstoff des zweiten Strukturelements ein Kunststoffmaterial. Das Kunststoffmaterial kann insbesondere PA sein. Kunststoffe haben den Vorteil, dass sie sich in unterschiedlichste Formen bringen lassen. So kann das zweite Strukturelement beispielsweise mit einem Spritzgießverfahren oder einem Formpressverfahren hergestellt sein. Alternativ und/oder ergänzend können auch physikalische oder chemische
Schäumverfahren zum Einsatz kommen.
Ebenfalls ist es möglich, dass zweite Strukturelement aus einem metallischen Werkstoff zu fertigen. Hierfür bieten sich insbesondere Leichtmetalle, wie beispielsweise Magnesium oder Aluminium, an. Im Fall metallischer Werk stoffe kommen bevorzugt Gussverfahren, insbesondere Druckgussverfahren, für die Herstellung des zweiten Strukturelements in Betracht.
Bevorzugt weist das zweite Strukturelement einen Verbindungsbereich zur Verbindung des Strukturbauteils mit einem weiteren Bauteil auf. Derartige Verbindungsbereiche dienen dazu, das erfindungsgemäße Bauteil mit anderen Bauteilen zu verbinden. Verbindungsbereiche der in Rede stehenden Art können in einfachen Fällen beispielsweise als Bohrungen ausgeführt sein. Es sind jedoch auch komplexere Gestaltungen eines Verbindungsbereichs möglich. So können beispielsweise Gewinde und/oder Führungs- elemente in das Strukturelement bzw. die Strukturelement- teile eingebracht und/oder an dieses angeformt sein. Derartige Verbindungsbereiche erhöhen maßgeblich die Funktionalität des erfindungsgemäßen Strukturbauteils.
Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Verbindungsbereich, insbesondere bezogen auf die Haupter streckungsrichtung des ersten Strukturelements, im Be reich des Verstärkungselements angeordnet ist. Dies hat den besonderen Vorteil, dass Kräfte, die über den Verbin dungsbereich in das zweite Strukturelement eingeleitet und über die Grenzfläche an das erste Strukturelement weitexgeleitet werden, durch das Verstärkungselement aufgenommen bzw. abgestützt werden können. Die räumliche Nähe von Verbindungsbereich und Verstärkungselement bedingt hierbei eine vergleichsweise direkte und dadurch besonders günstige Krafteinleitung in das Verstärkungseierneut .
Unter der Haupterstreckungsrichtung des ersten Strukturelements ist dabei insbesondere diejenige Raumrichtung zu verstehen, in der das erste Strukturelement seine größte räumliche Ausdehnung hat.
Vorteilhafterweise ist das Strukturbauteil Bestandteil eines Kraftfahrzeugfrontends . Unter einem Kraftfahrzeug frontend werden vormontierte Baugruppen verstanden, die den Frontbereich eines Kraftfahrzeugs bilden. Kraftfahr- zeugfrontends werden bevorzugt separat vom Kraftfahrzeug vormontiert und zu einem späteren Zeitpunkt mit dem Kraftfahrzeug verbunden. Dabei kann ein Kraftfahrzeugfrontend diverse funktionale Bauelemente enthalten, beispielsweise Kühler, Haubenschlösser, Scheinwerfer und andere Beleuchtungselemente, Sensoren - beispielsweise für Temperaturen oder Einparkhilfen - und Crashabsorp tionselemente .
Das erfindungsgemäße Strukturbauteil bildet hierbei bevorzugt den Montageträger des Kraftfahrzeugfrontends . Montageträger stellen bei Kraftfahrzeugfrontends das wesentliche strukturelle Bauteil dar. Sie erstrecken sich in Fahrzeugquerrichtung und Fahrzeughochrichtung über weite Teile des Kraftfahrzeugfrontends . Am Montageträger werden die funktionalen Bestandteile des Kraftfahrzeug- frontends während der Montage des Kraftfahrzeugfrontends befestigt. Entsprechend werden an derartige Montageträger zum einen hohe Anforderungen an deren mechanische Eigenschaften gestellt, zum anderen müssen die Montageträger eine Vielzahl funktionaler Aufgaben erfüllen. Dies be dingt oft eine komplexe Formgebung der Montageträger . Ein erfindungsgemäßes Strukturbauteil lässt sich daher beson ders vorteilhaft als Montageträger verwenden.
Bevorzugt ist das erste Strukturelement mit seiner Haupt- erstreckung zumindest im Wesentlichen parallel zur Quer richtung des Kraftfahrzeugfrontends , also der Kraftfahrzeugquerrichtung, orientiert. Insbesondere bei der Ver wendung als Montageträger ist die Kraftfahrzeugquerrichtung diejenige, in der im Fall eines Kraftfahrzeug- frontends die größten Längen überspannt werden müssen. Tragende Bauteile mit einer solchen Orientierung im Bereich eines Kraftfahrzeugfrontends werden auch als Quer träger bezeichnet. Sie können Bestandteil eines Montageträgers oder als separate Bauteile ausgeführt sein. Aufgrund seiner hohen Steifigkeit eignet sich das erste Strukturelement daher insbesondere für die Verwendung als Querträger.
Die oben beschriebene Erfindung lässt sich auch in einem Verfahren zur Anwendung bringen. Das Verfahren zum Her stellen eines erfindungsgemäßen Strukturbauteils, sieht vor, dass zunächst ein erstes Strukturelement bereitge stellt wird. Das erste Strukturelement umgibt einen Raum bereich zumindest teilweise . Dadurch ist im Inneren des ersten Strukturelements ein Hohlraum gebildet . Das erste Strukturelement weist einen diesen Hohlraum begrenzenden Oberflächenbereich auf . Hierbei weist das erste Struktur- element ein Verstärkungselement auf, das einen Teil bereich dieses Oberflächenbereichs abstützt .
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein zweites Strukturelement an das erste Strukturelement angeformt . Hierbei entsteht im Bereich des Verstärkungselements eine Grenzfläche zwischen dem ersten Strukturelement und dem zweiten Strukturelement. An dieser Grenzfläche kann es zu einer Stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem ersten Strukturelement und dem zweiten Strukturelement kommen. Es ist vorteilhaft, wenn das zweite Strukturelement mit tels eines Urformverfahrens an das erste Strukturelement angeformt wird. Besonders vorteilhaft in diesem Zusammenhang ist es, wenn das zweite Strukturelement mit einem Spritzgussverfahren an das erste Strukturelement angeformt wird. Hierbei kann das erste Strukturelement in der Spritzgussform aufge nommen sein. Das erste Strukturelement kann jedoch eben- falls nur zu einem Teil in der Spritzgussform aufgenommen sein. Letzteres ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn das erste Strukturelement eine langgestreckte Form auf- weist, das zweite Strukturelement sich in der Haupterstreckungsrichtung des ersten Strukturelements jedoch lediglich über einen Teilbereich des ersten Struktur elements erstreckt.
Es versteht sich sowohl im Hinblick auf das erfindungs gemäße Strukturbauteil wie auch im Hinblick auf das be- schriebene Verfahren, dass das Strukturbauteil neben dem zweiten Strukturelement weitere Strukturelemente aufweisen kann. Die weiteren Strukturbauteile können die beschriebenen Merkmale des zweiten Strukturelements auf- weisen.
Weg zur Ausführung der Erfindung
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren 1 und 2 schematisch näher erläutert. Fig, 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines bei spielhaften erfindungsgemäßen Strukturbauteils,
Fig. 2 zeigt eine beispielhafte Querschnittsdarstellung eines Teils des in Fig. 1 dargestellten beispielhaften erfindungsgeinäßen Strukturbauteils .
Das in Figur 1 gezeigte Strukturbauteil 1 weist ein erstes Strukturelement 2 zur Aufnahme mechanischer Kräfte auf. Das Strukturelement 2 setzt sich aus zwei separaten Strukturelementteilen 2a, 2b zusammen, die gemeinsam einen Raumbereich zumindest teilweise derart umgeben, dass im Inneren ein Hohlraum 4 gebildet ist , Das Strukturbauteil 1 weist auch ein zweites Strukturelement 3 auf, das mit dem ersten Strukturelement 2 verbunden ist. Das hier dargestellte beispielhafte Strukturbauteil 1 weist weiterhin ein inneres Verstärkungselement 8, das im Hohlraum 4 des ersten Strukturelements 2 angeordnet ist, und ein äußeres Verstärkungselement 6 auf, das das erste Strukturelement 2 teilweise umschließt. Das Ver stärkungselement 6 geht auf der vom ersten Struktur element 2 weg weisenden Seite in ein U-förmiges Strukturelement 7 über .
Weitere Einzelheiten werden an der Querschnittsdar stellung der Figur 2 näher erläutert . Der Schnitt durch das erste Strukturelement 2 erfolgt an der Stelle, an der das zweite Strukturelement 3 das erste Strukturelement 2 durchdringt. Die beiden Strukturelementteile 2a, 2b umschließen einen Hohlraum 4, in dem das Verstärkungs element 8 angeordnet ist. Dabei liegt das Verstärkungselement 8 zumindest teilweise an dem inneren Ober flächenbereich 5b des ersten Strukturelements 2 an und stellt so einen Flächenkontakt mit diesem her, so dass es Kräfte, die auf das erste Strukturelement 2 wirken, auf- nehmen kann. Außen auf dem äußeren Oberflächenbereich 5a liegt auf dem Strukturelementteil 2b das Verstärkungs- element 6 an und kann so Kräfte von dem ersten Strukturelement 2 aufnehmen oder an dieses abgeben. ln dem Bereich der Durchdringung des ersten Struktur elements 2 durch das zweite Strukturelement 3 haben sowohl das erste Strukturelement 2 wie auch die beiden Verstärkungselemente 6, 8 fluchtende Öffnungen 2a.1, 2b.1, 6a, 8a. Durch diese Öffnungen 2a.1, 2b.1, 6a, 8a wird ein Ende des zweiten Strukturelements 3 hindurch geführt und formschließend befestigt.
So kann beispielsweise das zweite Strukturelement 3 ein KunstStoffspritzgussteil sein, dass durch die Öffnungen 2a.1, 2b.1, 6a, 8a gespritzt wird und so durch die Hinterschneidungen im Bereich der Öffnung 2a.1, zwischen den Öffnungen 2b.1 und 6a oder außerhalb der Öffnung 6a den Verband aus zweitem Strukturelement 2 mit den beiden Strukturelementteilen 2a, 2b, und den Verstärkungsele- menten 6, 8 Zusammenhalten. Es ist auch möglich, dass das zweite Strukturelement 3 ein vorgeformtes Kunststoffteil ist, das in die Öffnungen 2a.1, 2b.1, 6a, 8a eingesteckt wird und dann beispielsweise mittels eines Ultraschall- schweißgerätes erweicht und an die Konturen von erstem Strukturele ent 2 und Verstärkungselementen 6, 8 angeformt wird. Andere formschlüssige Verbindungen sind auch möglich.
Durch diese formschließende Anordnung wird sichergestellt, dass die Verstärkungselemente 6, 8 in Oberflächenkontakt mit dem ersten Strukturelement 2 gehalten werden und so zu einer Versteifung des Strukturbauteils 1 führen .
Weiterhin zeigt dieses Schnittbild jeweils zwei fluch tende Öffnungen 6b, 2b.2 und 2b.3, 6c. Durch diese Öff nungen 2b.2, 2b.3, 6b, 6c ist das zweite Strukturelement 3 formschlüssig angeord.net. Bevorzugt handelt es sich bei dem zweiten Strukturelement 9 um ein Spritzgussteil, es sind allerdings auch andere Erstellungswege des zweiten Strukturelements 3 möglich. Das zweite Strukturelement 3 verbindet so das Verstärkungselement 6 mit dem Struk turelementteil 2b und dem inneren Verstärkungselement 8.
Das so erstellte Strukturbauteil 1 zeichnet sich durch eine hohe Leichtigkeit aus, wobei durch die zumindest teilweise anliegenden Verstärkungen 6, 8 eine hohe
Steifigkeit des Strukturbauteils 1 erreicht wird.
Das so erstellte Strukturbauteil 1 kann überall dort ein gebaut werden, wo eine hohe Steifigkeit bei geringem Gewicht gefordert wird. Insbesondere im Fahrzeugbau, insbesondere im Kraftfahrzeugfrontendbereich kann das Struk turbauteil 1 beispielsweise als Montageträger eingesetzt werden .

Claims

Patentansprüche
1. Strukturbauteil (1), insbesondere für eine Kraft- fahrzeugkarosserie, mit einem ersten Strukturelement (2) zur Aufnahme mechanischer Kräfte, wobei das erste Strukturelement (2) einen Raumbereich zumin dest teilweise derart umgibt, dass im Inneren des ersten Strukturelements (2) ein Hohlraum (4) gebil det ist, wobei das erste Strukturelement (2) einen diesen Hohlraum (4) begrenzenden Oberflächenbereich (5a, 5b) aufweist, wobei das Strukturbauteil (1) wenigstens ein zweites Strukturelement (3, 9) auf- weist, wobei das zweite Strukturelement {3) mit dem ersten Strukturelement (2) verbunden ist, wobei das Strukturbauteil (1) wenigstens ein Verstärkungsele ment (8, 6) zur mechanischen Verstärkung des ersten
Strukturelements (2) aufweist, wobei das Verstär kungselement (6) einen Teilbereich des Oberflächenbereichs (5a, 5b) abstützt, wobei das erste Strukturelement (2) aus wenigstens zwei separaten Struk turelementteilen (2a, 2b) zusammengesetzt ist.
2. Strukturbauteil (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Verstärkungselement (6, 8) und die beiden Strukturelementteile (2a, 2b) des ersten Strukturelements (2) über das zweite Strukturelement (3, 9) miteinander verbunden sind.
3. Strukturbauteil (1) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Verstärkungselement {6, 8) und die beiden Strukturelementteile (2a, 2b) des ersten Struktur- elements (2) jeweils eine Öffnung (6a, 8a bzw. 2a.1, 2b.1) und/oder Aussparung aufweisen.
4. Strukturbauteil {1) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass das wenigstens eine zweite Strukturelement (3, 9) durch die Öffnungen und/oder Aussparungen hin durchreicht, insbesondere durchgespritzt ist, und so
Verstärkungselement (e) (6, 8) und die beiden Struk turelementeile {2a, 2b) des ersten Strukturelements (2} miteinander verbindet.
5. Strukturbauteil {1} nach einem der Ansprüche 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet ,
dass die im Verstärkungselement (8) vorgesehene Öff nung als Kanal ausgebildet ist.
6. Strukturbauteil (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Strukturelementteile (2a, 2b) des ersten Strukturelementes (2) ein Metall, insbesondere Blech, und/oder Kunststoffmaterial aufweisen.
7. Strukturbauteil (2) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass das zweite Strukturelement (3, 9) ein Kunst- stoffmaterial , insbesondere PA, umfasst .
8. Strukturbauteil (1) nach einem der vorigen Ansprüche , dadurch gekennzeichnet ,
dass das Verstärkungselement (6, 8) ein Metall , ins besondere Blech, und/oder ein Kunststoffmaterial , insbesondere PA, aufweist .
9, Kraftfahrzeugfrontend,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Kraftfahrzeugfrontend ein Strukturbauteil (1) nach einem der vorigen Ansprüche aufweist.
10. Kraftfahrzeugfrontend nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Strukturbauteil (1) ein. Montageträger ist.
11 . Kraftfahrzeugfrontend nach Anspruch 9 oder Anspruch
10,
dadurch gekennzeichnet,
dass das erste Strukturelement ( 2 ) mit seiner HäupterStreckungsrichtung (X) zumindest im Wesentlichen parallel zur Querrichtung des Kraftfahrzeugfrontends orientiert ist.
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