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Dokumentenidentifikation DE102006026655A1 13.12.2007
Titel Kraftfahrzeug-Bauteil mit einem wölbstrukturierten Lochblech
Anmelder DaimlerChrysler AG, 70327 Stuttgart, DE
Erfinder Grünbaum, Martin, Dipl.-Ing., 71069 Sindelfingen, DE;
Lange, Dieter, Dipl.-Ing., 71106 Magstadt, DE
DE-Anmeldedatum 08.06.2006
DE-Aktenzeichen 102006026655
Offenlegungstag 13.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.12.2007
IPC-Hauptklasse B62D 29/00(2006.01)A, F, I, 20060608, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B60J 7/22(2006.01)A, L, I, 20060608, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug-Bauteil (1, 1'), das eine flächenhafte Belüftung bzw. einen flächenhaften Luftdurchlass ermöglichen soll und hierzu ein Lochblech (2, 2') umfasst. Zur Steifigkeitserhöhung ist das Lochblech (2, 2') zumindest abschnittsweise mit einer Wölbstruktur (3) versehen, wobei die Wölbstruktur (3) durch Beulverformen mit einer nur unwesentlichen Oberflächenvergrößerung des Materials gebildet ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug-Bauteil mit einem Lochblech, wie es beispielsweise aus der DE 43 35 103 C1 als bekannt hervorgeht.

In unterschiedlichen Bereichen in Fahrzeugen kommen Bauteile zum Einsatz, die einerseits eine flächenhafte Belüftung bzw. einen flächenhaften Luftdurchlass ermöglichen sollen, die andererseits aber eine gewisse Eigensteifigkeit aufweisen sollen.

So müssen beispielsweise oftmals in der vorderen Stirnwand Luftdurchtrittsöffnungen vorgesehen werden, damit ein guter Luftaustausch zwischen der (im Fahrzeuginneren angeordneten) Heizung bzw. Klimaanlage und der (im hinteren Bereich der Motorhaube befindlichen) Luftansaugöffnung gewährleistet ist. Um einerseits einen guten Luftdurchtritt zu ermöglichen, andererseits aber die Steifigkeit/Betriebsfestigkeit der Stirnwand nicht nachteilig zu beeinflussen, wird in der DE 34 01 039 A1 vorgeschlagen, die Stirnwand im Bereich der Luftdurchtrittsöffnung siebartig gelocht auszubilden. Insbesondere wird in die Luftdurchtrittsöffnung ein Lochblech eingesetzt, das siebartige Lochungen aufweist und fest, beispielsweise durch Schweißen, mit der Stirnwand verbunden ist.

Weiterhin werden oftmals Fahrzeuginnenräume, insbesondere heckseitige Kofferräume, mit Belüftungsöffnungen versehen, die als Druckausgleichsvorrichtungen einen Luftstau (Überdruck) beim Schließen von Türen bzw. des Kofferraumdeckels vermeiden sollen. Hierzu werden beispielsweise im Heckbereich Belüftungsöffnungen angebracht; um den Eintritt von Schmutz und Feuchtigkeit zu verhindern, können diese Öffnungen mit einem Gitter versehen sein. Allerdings sind diese Belüftungsöffnungen immer mit einer lokalen Schwächung der Karosserie verbunden, so dass solche Öffnungen nur in Bereichen angeordnet werden dürfen, in denen Steifigkeitsverluste in Kauf genommen werden können. Es besteht daher Bedarf an konstruktiven Lösungen, die eine beliebige räumliche Anordnung der Innenraumbelüftung ohne große Steifigkeitsverluste der Karosserie gestatten.

Ein weiteres Beispiel für ein Bauteil mit flächenhaftem Luftdurchlass ist ein Cabriolet-Windschutz. Aus der DE 38 44 844 C2 ist ein Windschutz bekannt, der aus zwei mittels Scharnieren miteinander verbundenen Teilen besteht, die jeweils von einem auf einen Rahmen aufgespannten elastischen Netz gebildet sind. Aufgrund der Elastizität des Netzes wird die von hinten auf den Windschutz auftreffende Luftströmung vergleichmäßigt und die Luftgeschwindigkeit in einer solchen Weise reduziert, dass im Fahrzeuginnenraum ein geringerer Strömungsgeräuschpegel erreicht wird.

Aus der DE 41 19 530 A1 ist ein Windschutz für Cabriolets bekannt, der aus wenigstens einer transparenten Scheibe besteht. Die Scheibe umfasst eine Vielzahl von Durchbrechungen, die unterschiedliche Größe aufweisen können. Durch die Scheibe wird ein Großteil der vom Fahrzeugheck kommenden Luftströmung von den Fahrgästen ferngehalten und ein geringer, erwünschter Teil dieser Luft strömt durch die Durchbrechungen hindurch.

Die gattungsbildende DE 43 35 103 C1 zeigt einen Windschutz für Fahrzeuge mit einer mit Luftdurchtrittsöffnungen versehenen Abdeckwand aus einem Blechteil oder Streckmetall und einem Rahmen am Umfang oder Umfangsbereich. Die Luftdurchtrittsöffnungen sind derart optimiert und ausgerichtet, dass ihre Anzahl möglichst gering ist. Dieser Windschutz benötigt jedoch eine entsprechend große Wandstärke bzw. den Rahmen, um die erforderliche Steifigkeit zu erhalten. Zudem wird die Sicht erheblich beeinträchtigt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahrzeug-Bauteil mit einem Lochblech derart auszubilden, dass das Bauteil – bei einer hohen Luftdurchlässigkeit – eine hohe Eigensteifigkeit aufweist. Weiterhin soll das Bauteil einfach und kostengünstig herstellbar sein.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Danach ist das Lochblech zumindest abschnittsweise mit einer Wölbstrukturierung versehen. Unter einem „wölbstrukturierten" Bereich des Lochblechs wird hierbei ein Blechbereich verstanden, der mit einer versteifenden Makrostruktur versehen ist, welche mit Hilfe eines Beulverfahrens in das Lochblech eingebracht wird. Ein zur Erzeugung solcher beulstrukturierter Bleche zum Einsatz kommendes Verfahren ist beispielsweise aus der DE 44 37 986 A1 bekannt.

Im Gegensatz zu der Wirkung klassischer Umformverfahren (wie z.B. Walzenprägen oder Hydroforming), bei denen während des Umformens eine Plastifizierung des Ausgangsmaterials stattfindet, wird das Blech beim Wölbstrukturieren lediglich lokal gefaltet; dieser Prozess ist verbunden mit einer nur unwesentlichen Oberflächenvergrößerung des Materials. Während des Wölbstrukturierens werden auf dem Blech lokal definierte, vorgespannte Beulen erzeugt, die dann – durch eine lokal begrenzte Druckerzeugung aus der entgegengesetzten Richtung – durchgedrückt bzw. stabilisiert werden. Die Beulverformung kann insbesondere – wie in der DE 44 37 986 A1 beschrieben – in einem Durchlaufverfahren erfolgen, so dass gesamte Materialbahnen (bzw. bandartige Bereiche auf ihnen) mit der Wölbstruktur versehen werden.

Die Wölbstrukturierung geht einher mit einer erheblichen Steifigkeitserhöhung des betreffenden Lochblechs und des daraus gefertigten Bauteils. Das wölbstrukturierte Lochblech hat – auch bei geringer Materialstärke – eine ausreichend hohe Eigensteifigkeit, so dass es beispielsweise direkt als Windschutz für ein Cabriolet verwendet werden kann, ohne dass es mit einem versteifenden Rahmen versehen werden muss. Das Lochblech kann eine hohe Dichte von Löchern aufweisen, so dass eine gute Durchsicht ermöglicht wird. Zudem ist bei Verwendung eines Lochblechs die Reinigung des Windschutzes sehr einfach.

Im Unterschied zu versickten Blechen hat die Wölbstrukturierung den Vorteil, eine weitgehend richtungsunabhängige Steifigkeitserhöhung zu bewirken. Durch Verwendung eines wölbstrukturierten Lochblechs kann somit eine näherungsweise richtungsunabhängige, konstante Steifigkeit und Massenverteilung erreicht werden. Weiterhin haben die im Zuge der Wölbstrukturierung in eine Materialbahn eingebrachten Beulen – verglichen mit den herkömmlicherweise eingeprägten Sicken – eine sehr geringe Höhe. Das hat zur Folge, dass die effektive Bauteildicke des wölbstrukturierten Lochblechs sehr gering ist, so dass ein solches Lochblech auch in räumlich beengten Bereichen verwendet werden kann.

Wird das Lochblech als Windschutz in einem Cabriolet verwendet, so überspannt die Wölbstruktur vorteilhafterweise das gesamte Lochblech. Das Lochblech kann randseitig mit einem Kantenschutz versehen sein; aufgrund der hohen Steifigkeit der Wölbstrukturierung kann auf einen Rahmen verzichtet werden. Neben der versteifenden Wirkung stellt die Wölbstrukturierung auch ein Dekorelement auf dem Windschutz dar.

Weiterhin kann das wölbstrukturiertes Lochblech als Teil einer Druckausgleichsvorrichtung für Fahrzeuginnenräume verwendet werden. In diesem Fall muss das Lochblech in der Regel randseitig mit angrenzenden Karosseriekomponenten verbunden werden. Um dabei herkömmliche, bewährte und großserientaugliche Fügeverfahren – z.B. Punktschweißen und/oder Kleben – verwenden zu können und dabei prozesssicher eine hochfeste Verbindung sicherzustellen, darf in den zu fügenden Randbereichen des Lochblechs keine (oder nur eine sehr geringe) Wölbstruktur vorliegen. In diesem Fall befindet sich die Wölbstruktur vorteilhafterweise nur in einem Mittelbereich des Lochblechs, der damit als Versteifungsbereich ausgestaltet ist; entlang der Fügebereiche, die sich in der Regel randseitig auf dem Lochblech befinden, ist das Lochblech vorzugsweise glatt, also frei von Wölbstrukturierung. Diese glatten Fügebereiche des Lochblechs können erzeugt werden, indem diese Bereiche gezielt von einer Beulstrukturierung ausgenommen werden. Wenn die Beulstrukturierung in einem Durchlaufverfahren erzeugt werden, müssen die Randbereiche ggf. nachträglich geglättet werden, was vorzugsweise mit Hilfe eines Prägeverfahrens erfolgt.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand zweier in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert; dabei zeigen:

1 eine Aufsicht auf einen Windschutz für ein Cabriolet mit einem wölbstrukturierten Lochblech;

2 eine Detaildarstellung des Windschutzes nach 1 2a: in einer Aufsicht;

2b: in einer Schnittdarstellung;

3 eine Aufsicht auf ein wölbstrukturiertes Lochblech für eine Druckausgleichsvorrichtung;

4 eine Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie IV-IV in 3.

1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Aufsicht auf ein Bauteil 1 mit einem Lochblech 2, das mit einer hexagonalen Wölbstruktur 3 versehen ist. In diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Windschutz 4 für ein Cabriolet. Das wölbstrukturierte Lochblech 2 ist randseitig mit einem Kantenschutz 5 – alternativ auch mit einem Dekorrahmen – versehen. 2a und 2b zeigen einen Ausschnitt des Windschutzes 4 der 1 in einer Aufsicht (2a) und in einer Schnittdarstellung mit stark überhöht dargestellter Blechdicke (2b).

Die Wölbstrukturierung 3 des Lochblechs 2 wurde durch Beulverformung eines ebenen perforierten Ausgangsblechs erzeugt; ein geeignetes Herstellungsverfahren ist beispielsweise in der DE 44 37 986 A1 im Detail beschrieben. Die Beulenhöhe 6 der Wölbstruktur 3 ist typischerweise sehr gering: So ragen bei Blechen mit Blechdicken von 0.5 mm bis 1 mm, die typischerweise für einen Windschutz 4 zum Einsatz kommen, die Beulen bei Wabengrößen 7 von 25–50 mm nur etwa 2–4 mm aus der Materialbahn heraus. Die Wölbstrukturierung 3 verleiht dem Lochblech 2 eine ausreichende Steifigkeit, so dass der Windschutz 4 ohne zusätzlichen Rahmen dem bei der Fahrt entstehenden Winddruck standhalten kann. Selbstverständlich kann zu Dekorationszwecken oder zur Erzielung einer zusätzlichen Versteifung ein Rahmen vorgesehen werden.

Das Lochblech 2 weist eine hohe Anzahl von Löchern 8 auf, wodurch eine gute Durchsicht erzeugt wird, ohne die Wirkung des Windschutzes 4 zu beeinträchtigen. Bevorzugt handelt es sich bei den Löchern 8 um ein regelmäßiges Muster von Kreislöchern gleicher Größe, wobei auch andere Formen und Verteilungen der Löcher möglich sind. Das Lochblech 2 kann aus einem Metall, insbesondere aus Stahl oder Aluminium, oder aus einem Kunststoff-Metall-Verbundwerkstoff bestehen. Weiterhin kann das Lochblech auch eine Kunststofffolie, eine faserverstärkte Kunststofffolie oder eine Kunststoff-Verbundfolie sein. Soll der Windschutz 4 mit einer Beschichtung versehen (z.B. lackiert, eloxiert) werden, so kann das Lochblech 2 entweder vor oder nach der Wölbstrukturierung beschichtet werden.

Die Wölbstruktur 3 des Lochblechs 2 hat im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine hexagonale Symmetrie, was in den Figuren schematisch durch ein Wabenmuster angedeutet ist. Die Gitterkonstante 7 sowie die Wölbhöhe 6 der Wölbstruktur 3 sind dabei der Materialstärke sowie der gewünschten Steifigkeit des Bauteils 1 angepasst. Die optimale Form und Ausrichtung der Wölbstruktur 3 auf dem Lochblech 2 kann in numerischen Festigkeitsuntersuchungen bestimmt werden. Alternativ zu der gezeigten hexagonalen Wölbstruktur 3 kann das Lochblech 2 auch eine Wölbstruktur mit einer trigonalen oder einer rechteckigen Grundsymmetrie oder aufweisen. Da die Wölbstruktur 3 hochsymmetrisch ist (im vorliegenden Fall in Form eines regelmäßigen hexagonalen Gitters), hat diese Wölbstruktur 3 eine näherungsweise richtungsunabhängige versteifende Wirkung auf das Lochblech 2. Alternativ können – je nach Anwendungsfall – kann das Lochblech mit einer anisotropen Wölbstruktur versehen werden, um in einer bestimmten Vorzugsrichtung eine erhöhte Versteifung zu erreichen.

Als weiteres Ausführungsbeispiel zeigt 3 eine Aufsicht auf ein Karosseriebauteil 1', das als Teil einer Druckausgleichsvorrichtung ein wölbstrukturiertes Lochblech 2' mit hexagonaler Wölbstruktur 3 aufweist. Zur Herstellung des Karosseriebauteils 1' muss das Lochblech 2' randseitig mit einem anderen, benachbarten Bauteil 10 verbunden werden. Entlang seines Randes 11 ist das Lochblech 2' daher mit Anschlusszonen 12 versehen, welche weitgehend frei von Wölbstrukturen 3 sind und die Form von flachen Flanschen haben (siehe die Schnittdarstellung der 4). In diesen Anschlusszonen 12 ist die ursprünglich vorliegende Wölbstruktur 3 durch ein Prägeverfahren geglättet. Die Anschlusszonen 12 sind so gestaltet, dass das Lochblech 2' mit Hilfe herkömmlicher Fügeverfahren (vorzugsweise durch eine Klebverbindung 13, alternativ beispielsweise auch durch Punktschweißen) an das benachbarte Bauteil 10 angebunden werden kann, welches im Überlappungsbereich mit den Anschlusszonen 12 ebenfalls näherungsweise flach ausgestaltet sind. Zwar sind die Anschlusszonen 12 im Ausführungsbeispiel der 3 und 4 randseitig angeordnet, jedoch können geglättete Bereiche (als Anschlusszonen oder zu dekorativen Zwecken) ganz allgemein an beliebigen Stellen auf dem Lochblech 2, beispielsweise auch im Innenbereich, vorgesehen werden.


Anspruch[de]
Kraftfahrzeug-Bauteil mit einem Lochblech, dadurch gekennzeichnet, dass das Lochblech (2,2') zumindest abschnittsweise mit einer Wölbstruktur (3) versehen ist, wobei die Wölbstruktur (3) durch Beulverformen mit einer nur unwesentlichen Oberflächenvergrößerung des Materials gebildet ist. Bauteil nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Lochblech (2,2') aus einem Metall, insbesondere aus Stahl oder Aluminium besteht. Bauteil nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Lochblech (2,2') aus einer Sandwichkonstruktion aus mindestens einer Schicht aus einem Kunststoff und mindestens einer Schicht aus einem Metall besteht. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wölbstruktur (3) eine Wabenstruktur aus gleichseitigen Sechsecken ist. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Randbereich (11) des Lochblechs (2') die Wölbstruktur (3) geglättet ist. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das wölbstrukturierte Lochblech (2) Teil eines Windschutzes (4) für ein Cabriolet ist. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das wölbstrukturierte Lochblech (2') Teil einer Druckausgleichsvorrichtung (9) zum Ausgleich von Druckänderungen in einem Innenraum eines Fahrzeugs ist.






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