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 .