Verfahren zur Herstellung eines Bauteils, insbesondere eines Querträ¬ gers für ein Fahrzeug und Bauteil sowie Verwendung eines Bauteils

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils, insbesondere eines Querträgers zum Anordnen zwischen A-Säulen eines Kraftfahrzeuges sowie auf ein derartig hergestelltes Bauteil selbst und auf die Verwendung eines derartigen Bauteils.

Aus dem Kraftfahrzeugbau sind aus Rohren bestehende Querträger be¬ kannt, die aus Metall bestehen und entsprechend große Wandstärken auf- weisen. Die Wandstärken sind dabei für eine ausreichende Form-, Biege-, Knick- und Torsionssteifigkeit und somit für eine ausreichende Druckbelast¬ barkeit entsprechend dick ausgeführt. Der als Rohr oder Hohlprofil ausgebil¬ dete Querträger eignet sich prinzipiell zur Luftführung beispielsweise von ei¬ ner mittig im Frontbereich des Fahrzeugs angeordneten Klimaanlage zu seit- liehen Ausströmern hin.

Ein derartiger Querträger ist beispielsweise aus der DE 100 64 522 A1 be¬ kannt. Dabei ist der Querträger zur Gewichtsreduzierung aus einem Leicht¬ bauwerkstoff, insbesondere aus einem Leichtmetall in Art eines Schalenbau- teils oder Grundkörpers gebildet, in welchen für eine hinreichende Steifigkeit und Druckbelastbarkeit des Querträgers ein zumindest einen Führungskanal bildender Kunststoffkern angeordnet ist. Zum Austritt des Luftstroms ist der Kanal mit Öffnungen versehen.

Zudem ist es bekannt, an einen solchen Grundkörper Anbauteile, beispiels- weise Schraubdome, Filmscharniere, Kabelhalter, Kabelführungen, Kabel¬ kanäle, Halter oder Aufnahmen für Bauteile aller Art, Lagerzapfen, Montage- clipse und fertig montierte Unterbaugruppen anzubringen. So ist aus der DE 44 09 081 C1 eine bewegliche, in eine Fahrzeugkarosserie einmontierba¬ re Baueinheit für den Stirnwand- und Cockpitbereich eines Personenkraft- wagens bekannt, die in ihrer tragenden Substanz aus zwei Verbundteilen gebildet ist, die jeweils aus tief gezogenem Blech und daran angespritztem Kunststoff bestehen. Dabei bildet das eine Verbundteil die Stirnwand als vordere Abschlusswand des Insassenraumes und das andere Verbundteil den Instrumententafelträger, wobei der Blechanteil eines jeden Verbundtei- les derart geformt ist, dass mit ihm dem großräumigen Kraftfluss bei der Aufnahme der Betriebsbelastung innerhalb des Verbundteiles und an den Anschlussstellen zur Karosserie hin Rechnung getragen ist und durch örtlich gezielte Anbringung von Bohrungen, Durchbrüchen und/oder ausgestellten Zungen Verankerungsstellen für den angespritzten Kunststoff zum form- schlüssigen Verankern des Kunststoffes an dem Blechteil geschaffen sind. Der angespritzte Kunststoff ist derart geformt, dass mit ihm zum einen eine die Blechteile versteifende Verrippung und zum anderen formangepasste Aufnahmen für die diversen Anbauteile gebildet werden. Dabei können Funktionselemente wie Kanäle und Kabelhalter aus dem Kunststoff gebildet sein.

Die DE 101 25 559 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Ver¬ bundteils aus einem Metallbauteil und einer Kunststoffstruktur, bei dem das Metallbauteil, das über mindestens eine Fläche mit mindestens einem Stanz- rand verfügt, und die Kunststoffstruktur in Fügewerkzeuge eingelegt und die Fügewerkzeuge zusammengefahren werden, wobei der Stanzrand form- und kraftschlüssig in die Kunststoffstruktur eingepresst wird. Beim Fügen von Halbschalen oder Anbauteilen an den Grundkörper, z. B. beim thermischen Fügen (= Schweißen) muss dabei ein genügend großer Abstand zu dem in¬ nen liegenden Kunststoff (= Kunststoffkern) oder dem außen liegenden Kunststoff (= Anbindung) eingehalten werden, damit dieser nicht geschädigt wird. Dabei erfordern Kunststoffauskleidungen, wie der Kunststoffkern große aufwendige Werkzeuge mit hohen Kosten und wenig Möglichkeiten zu Formänderungen der Kunststoffauskleidungen oder -Integrationen. Insbe¬ sondere so genannte Spritzgusswerkzeuge für derartige Hybrid-Bauteile (= Metall-Kunststoff-Bauteil) sind teuer und aufwendig. Zudem benötigt die Fü¬ getechnik große Schweißflansche und somit einen großen Bauraum und schränken ebenfalls die Gestaltungsform, insbesondere bei der Verwendung in einem Fahrzeug mit geringem Bauraumplatz ein.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das aus dem Stand der Technik bekannte Bauteil, insbesondere einen Querträger hinsichtlich einer besonders leichten Ausführungsform sowie einer einfachen und schnellen Herstellung zu verbessern.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstel¬ lung eines Bauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und das Bauteil selbst mit den Merkmalen des Anspruchs 37 sowie Verwendungen des Bau¬ teils mit den Merkmalen der Ansprüche 38 und 39.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteran¬ sprüche.

Für eine möglichst große Gewichtseinsparung im Fahrzeugbau wird erfin¬ dungsgemäß bei einem Verfahren zur Herstellung eines Bauteils, insbeson- dere eines Querträgers zum Anordnen zwischen A-Säulen eines Kraftfahr¬ zeugs ein metallischer Grundkörper mit einem geschlossenen Profilquer- schnitt und einem vorgegebenen Verlauf aus einem oder mehreren Segmen¬ ten vorgefertigt und in den vorgefertigten Grundkörper wenigstens ein Füh¬ rungskanal nachträglich eingebracht, wobei der Führungskanal aus einem flexiblen Material gebildet ist, das zur Montage in eine Montageform formbar ist, so dass der Führungskanal in der Montageform zumindest für einen Teil¬ bereich oder in den vorgefertigten Grundkörper eingebracht und während der Montage flexibel an einen zugehörigen Bereich des Grundkörpers an dessen Profilquerschnitt und dessen Verlauf formschlüssig und/oder kraftschlüssig angefügt wird. Mit anderen Worten: Mittels des Verfahrens wird ein Bauteil mit einem integrierten Führungskanal, z. B. ein Cockpit-Querträger mit einer integrierten Luftführung, insbesondere einem innen liegenden isolierten Ka¬ nal, hergestellt.

In einer ersten Ausführungsform wird der Führungskanal mechanisch ange- fügt oder angeformt. Dabei wird der Führungskanal vorzugsweise als ein fle¬ xibler vorgefertigter Hohlkörper eingebracht. Beispielsweise wird als Hohl¬ körper eine Schaumfolie oder eine kompakte dünne Folie verwendet. Be¬ sonders vorteilhaft weist der Hohlkörper eine Dicke von 2 mm bis 6 mm und eine Dichte von 0,030 kg/l bis 0,2 kg/l, insbesondere von 0,050 kg/l bis 0,12 kg/l auf. Als ein möglicher Stoff für den Hohlkörper wird ein Polyurethan- Schaum oder Polypropylen-Schaum verwendet. Hierdurch ist eine beson¬ ders leichte Ausführung des Führungskanals als Kunststoffkanal sicherge¬ stellt.

Alternativ kann der Führungskanal durch Rotationsformen angefügt werden. Dabei kann der Grundkörper als Werkzeug verwendet und mit einer ein- o- der mehrachsigen Rotation beaufschlagt werden. Je geradliniger der Verlauf des Grundkörpers ausgebildet ist, desto einfacher wird die Rotationsbewe¬ gung ausgeführt, z. B. nur eine Rotation um die Y-Achse. Bei einem ge- krümmten oder gebogenen Verlauf des Grundkörpers mit oder ohne Kröp¬ fungen wird dieser in eine mehrachsige Rotation und gegebenenfalls Schau¬ kelbewegung, z. B. um die X- und Y-Achse, versetzt. Beispielweise wird beim Anfügen des Führungskanals durch Rotationsformen eine Beschich- tung an den Grundkörper form-, kraft- und/oder stoffschlüssig angefügt. Zur Bildung der Beschichtung wird als flexibles Material in Montageform ein Be- schichtungsstoff, insbesondere ein Kunststoffpulver in den Grundkörper ein- gebracht und der Grundkörper zumindest teilweise in Rotation versetzt, z. B. geschaukelt oder gedreht, und aufgeheizt. Dabei wird das Kunststoffpulver im Grundkörper verteilt und an der Innenwand des Grundkörpers angefügt, insbesondere selbst haftend angefügt. Für eine bessere dauerhafte und kraftschlüssige Anhaftung des erwärmten Kunststoffpulvers weist der Grund- körper Durchbrüche auf, in welchen der Beschichtungsstoff zusätzlich ange¬ fügt wird. Zweckmäßigerweise wird beim Rotationsformen als Beschich¬ tungsstoff ein Thermoplast wie beispielsweise zumindest Polyethylen, Po¬ lypropylen, Polyamid, Polycarbonat oder Polyvinylchlorid verwendet.

In einer alternativen Ausführungsform wird der Führungskanal durch Schleu¬ dergießen an den Grundkörper angefügt. Auch beim Schleudergießen ähn¬ lich wie beim Rotationsformen wird an den Grundkörper eine Beschichtung angefügt. Beim Schleudergussverfahren wird als ein flexibles Material ein Beschichtungsstoff in den vorher gefügten Grundkörper oder zusammen ge- spannten Grundkörper eingebracht, während der Grundkörper mit hoher Drehzahl seine Mittelachse umläuft. Die Fliehkraft schleudert den Beschich¬ tungsstoff in gleichmäßiger Dichte und Dicke gegen die vorher angewärmte Innenfläche und somit die Bauteilstruktur des Grundkörpers. Es erfolgt in Art einer Auskleidung eine Innenbeschichtung des Grundkörpers. Beispielswei- se wird beim Schleudergießen als Beschichtungsstoff Polyurethan- Schaumstoff, Guss-Polyamid, ein Lack mit oder ohne zusätzliche Isolations¬ partikel und/oder Suspensionsstoffe verwendet. Vorzugsweise werden leicht geschäumte Partikelstoffe oder Mikrohohlkugeln mit einem Binder verwen¬ det, wodurch die Auskleidung oder Beschichtung zusammen gehalten und/oder an der Innenfläche oder -wand des Grundkörpers anhaftet.

Sowohl beim Rotationsformen als auch beim Schleudergießen ergibt sich je nach Füllmenge des Beschichtungsstoffs oder des Auskleidungsmediums eine entsprechende Schichtdicke. Vorzugsweise wird die Beschichtung mit einer Schichtdicke von 0,3 mm bis 3 mm, insbesondere 0,5 mm bis 1 mm angefügt. Dabei kann je nach Einfüllmenge die Schichtdicke variieren.

Für ein besonders sicheres und dauerhaftes Anfügen der Beschichtung an die Innenfläche oder -struktur des Grundkörpers wird dieser zweckmäßiger¬ weise mittels eines den Grundkörper zumindest teilweise umgebenden Heiz¬ elements aufgeheizt. Dies ermöglicht eine schnelle und sichere Anhaftung des Besen ichtungsstoffs beim Aufbringen von diesem durch mechanisches Fügen, Rotationsformen oder Schleudergießen. Je nach Art und Ausbildung des Grundkörpers als Werkzeug oder mittels eines separaten Werkzeugs zur Herstellung des Grundkörpers mit einem nachträglich integrierten Füh¬ rungskanal kann das Heizelement das Werkzeug von außen umgeben und separat ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Aufheizen des Grundkörpers in einer Wärmekammer vorab oder während des Herstel- lungsprozesses erfolgen.

Für einen gleichmäßigen Strömungsaus- und/oder Strömungseingang eines in dem Führungskanal geführten Mediums, z. B. Luft, wird der Grundkörper an eine Öffnung, z. B. Ein- und/oder Austrittsöffnung, mit einem hohlprofilar- tigen Formteil versehen. Das Formteil wird entsprechend der gewünschten Umlenkung und/oder Übergängen vorab gefertigt und in Ein- und/oder Aus¬ gangsöffnungen des Führungskanals eingesetzt. Darüber hinaus kann das Formteil durch Rotationsformen oder Schleudergießen mit einer Beschich¬ tung versehen werden. Dabei wird ein zwischen dem Formteil und dem Füh- rungskanal gebildeter Übergang stoffschlüssig, kraftschlüssig und/oder form¬ schlüssig abgedichtet. Ein derartig hergestelltes Bauteil mit integriertem Füh¬ rungskanal und Strömungs-ein- und/oder Strömungsausgängen ermöglicht eine Verwendung beispielsweise als ein Querträger mit integriertem Strö¬ mungskanal, insbesondere Luftführungskanal zur Klimatisierung eines Fahr- zeuginnenraums.

Für eine Verwendung des Bauteils als Querträger mit integriertem Strö¬ mungskanal zur Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraums beispielsweise wird als Führungskanal ein akustisch und/oder thermisch isolierender Kanal, insbesondere ein Kunststoffkanal eingebracht. Dabei wird beispielsweise nach dem Fügen der Segmente zum hohlprofilartigen Querträger und dem Anfügen der Innenauskleidung des Querträgers zusätzlich eine Isolations¬ schicht eingebracht, insbesondere auf die Innenauskleidung des Führungs¬ kanals aufgebracht. Je nach Art und Aufbau des Grundkörpers kann dieser vorab bereits mit Anbindungen, Halterungen und/oder anderen Funktionsan¬ bauteilen versehen sein. Die Isolationsschicht kann je nach Vorgabe be¬ reichsweise oder vollständig, d.h. den gesamten Führungskanal entlang, auf die Innenfläche des Grundkörpers aufgebracht sein.

Sowohl die Beschichtung zur Bildung des Führungskanals als auch die Isola¬ tionsschicht können mehrschichtig oder einschichtig ausgeführt sein oder zusammen eine einzige Schicht bilden. Dabei können alle Schichten aus ei¬ nem Schichtmaterial oder verschiedenartigen Schichtmaterialien gebildet sein. Als Schichtmaterial, z. B. als Isolationsstoff oder Beschichtungsstoff, wird beispielsweise Polyurethan-Schaum, ein Partikelschaum, insbesondere ein Schaum aus Thermoplasten, insbesondere Polyethylen, Polypropylen, Elastomere in geschäumten oder kompaktem Zustand verwendet. Die Isola¬ tionsschicht kann darüber hinaus für weitere Funktionen, wie z. B. akustisch isolierend, thermisch isolierend, Tauwasser reduzierend, durch entsprechen- des Schichtmaterial ausgebildet sein. Zudem wird in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Funktion für die Isolationsschicht diese mit einer Dicke von 0,1 mm bis 8 mm aufgebracht. Beispielsweise wird als Isolationsstoff für die Isolationsschicht ein Folienstoff mit einer Dicke von 0,1 mm bis 2 mm, insbe¬ sondere eine geschäumte Folie mit einer Dicke von 2 mm bis 8 mm, insbe- sondere 3 mm bis 6 mm verwendet. Alternativ kann die Isolationsschicht mit einer entsprechenden Dicke auf die Innenfläche des Grundkörpers beim Ro¬ tationsformen oder Schleudergießen aufgebracht werden, z. B. aufgesprüht oder aufgegossen werden.

Darüber hinaus wird der Führungskanal vorzugsweise an wenigstens einer Öffnung mit einer Dichtungsvorrichtung versehen. Je nach Vorgabe kann ei¬ ne separate Dichtungsvorrichtung, beispielsweise in Form von Dichtlippen, Dichtringen, vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Dichtungs¬ vorrichtung durch das eingebrachte und auf den aufgewärmten Grundkörper anhaftende Beschichtungsmaterial, insbesondere durch das Beschichtungs- pulver ausgebildet sein, indem das durch Rotationsformen oder Schleuder¬ gießen eingebrachte Beschichtungspulver entsprechende Spalten, Ausneh¬ mungen, etc. verschließt und somit den Grundkörper und demzufolge auch das gesamte Bauteil abdichtet.

In einer weiteren Ausführungsform kann an den Grundkörper ein Anbauteil, insbesondere ein vorgefertigtes Anbauteil angefügt werden. Vorzugsweise wird das Anbauteil in der Vorfertigung des Grundkörpers bereits angefügt. Alternativ kann das Anbauteil auch nachträglich, insbesondere nach bereits ein- und angefügten Führungskanal oder während dessen an den Grundkör¬ per angebracht werden. Dabei wird das Anbauteil z. B. an einer Verbin¬ dungsstelle befestigt, indem es an dieser Verbindungsstelle stoff-, kraft- und/oder formschlüssig mit dem Grundkörper verbunden wird. Für eine be¬ sonders sichere Halterung bzw. Befestigung des Anbauteils an der Verbin- dungsstelle wird das Anbauteil wenigstens teilweise in den Grundkörper ein¬ geschoben, so dass das Anbauteil zumindest teilweise im eingeschobenen Bereich beispielsweise beim nachträglichen Einfügen des Führungskanals zusätzlich an den Führungskanal form-, kraft- und/oder stoffschlüssig ange¬ fügt wird. Beispielsweise werden bzw. wird als Anbauteil ein Behälter, ein Kabelhalter und/oder ein anderes Befestigungselement an dem Querträger befestigt.

Für eine einfache und flexible Montage des Bauteils wird der Grundkörper vorzugsweise aus wenigstens zwei Segmenten, insbesondere Längs- und/oder Quersegmenten zusammengesetzt. Dabei können die einzelnen Segmente Kanäle, Kammern und/oder Trennwände bilden. Vorzugsweise wird als Grundkörper ein geschlossenes und ein-, doppel- oder mehrwandi- ges Metallprofil verwendet. Dabei kann der Grundkörper aus zwei Halbscha- len oder einer Halbschale mit Deckel gebildet sein. Für eine möglichst leichte und dünnwandige Ausbildung des Grundkörpers bei gleichzeitig hinreichend guter Torsions-, Biege-, Form-, Knick-, Eigensteifigkeit und/oder -festigkeit ist der Grundkörper aus Metall, insbesondere Stahl, Titan, Aluminium, Mag¬ nesium gebildet. Auch kann der Führungskanal im Grundkörper nur teilweise integriert, insbesondere gefügt sein. Beispielsweise wird nur ein Teil des Grundkörpers als Strömungskanal, Strömungsauslass und/oder Strömungs- einlass verwendet.

In einem möglichen Herstellungsablauf wird der Grundkörper mit einem An- bauteil vorgefertigt und ein vorgefertigter Führungskanal nachträglich an den Grundkörper innenseitig angefügt. Alternativ kann der Grundkörper mit dem nachträglich eingefügten Führungskanal vorgefertigt werden und ein Anbau¬ teil nachträglich angebracht werden. Dies ermöglicht eine hohe Flexibilität auch bei Nachrüstungen von zusätzlichen Anbauteilen. Als Anbauteil wird dabei beispielsweise eine Instrumententafel-Aufnahme, ein Schraubdome, ein Filmscharnier, ein Kabelhalter, eine Kabelführung, ein Montageträger für Lenkung, Airbag und/oder ein Halteelement angebracht.

Je nach Art und Ausführung des Anbauteils ist dieses im Bereich des Anbau- teils aus einem Spritzgußmaterial, insbesondere Kunststoff gebildet. Je nach Vorgabe hinsichtlich der Festigkeit der Verbindung kann das Anbauteil über eine weitere Verbindungsstelle angefügt sein. Beispielsweise ist die weitere Verbindungsstelle als eine Klemmverbindung, eine Rastverbindung, eine Clips-Verbindung, eine Schraubverbindung, eine Klebverbindung und/oder eine Bördelverbindung ausgebildet. Für eine möglichst einfache Herstellung, insbesondere in einem Arbeitsgang für das Anfügen des Anbauteils und Bil¬ den der Verbindungsstelle ist die Verbindungsstelle selbst aus einem Spritz¬ gußmaterial, insbesondere Kunststoff gebildet, welcher beim Anfügen zu der Verbindungsstelle geformt wird.

Das mittels des beschriebenen Herstellungsverfahrens gefertigte Bauteil dient insbesondere als ein Querträger zum Anordnen zwischen A-Säulen ei¬ nes Kraftfahrzeugs zur Verwendung als Luftführungskanal für eine Klimaan¬ lage. Alternativ oder zusätzlich kann das Bauteil als Instrumententafelträger in einem Kraftfahrzeug verwendet werden, wobei der Führungskanal ein Luftführungskanal und/oder ein Kabelkanal ist. Des Weiteren kann das der¬ art hergestellte Bauteil als Instrumententafelträger in einem Kraftfahrzeug als ein unter einer Windschutzscheibe angeordneter Querträger in einem Kraft¬ fahrzeug dienen, wobei der Führungskanal ein Luftführungskanal zur Füh¬ rung eines der Windschutzscheibe und/oder den Seitenscheiben zu zufüh¬ renden Luftstroms und/oder zur Beheizung einer Wischblattablage ist.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch ein nachträgliches Anfügen eines Führungskanals in einen Grundkör¬ per ein Bauteil aus wenigen vorgefertigten Elementen gefertigt werden kann. Insbesondere ist ein flanschloses Bauteil möglich, wodurch das Bauteil be- sonders wenig Bauraum benötigt. Zudem ist durch das nachträgliche Anfü¬ gen des Führungskanals an die Innenfläche des Grundkörpers in Abhängig¬ keit von der Bauteilstabilität die Verwendung eines aufwendigen Hybrid- Werkzeugs sicher vermieden. Insbesondere sind einfache Formänderungen, z. B. Wanddickenänderungen, beim Bauteil mit einem nachträglich durch Rotationsformen bzw. Schleudergießen oder mechanisches Anfügen integ¬ rierten Führungskanal möglich, da keine Werkzeuganpassung, insbesondere keine Formanpassung erforderlich ist. Vielmehr wird der Führungskanal beim mechanischen Anfügen ebenfalls mit der gewünschten Wanddicke vorgefer¬ tigt bzw. beim Rotationsformen bzw. Schleudergießen durch Zuführen einer entsprechenden Füll- oder Beschichtungsmenge und bei entsprechender Drehzahl mit einer daraus resultierenden Wanddicke als Beschichtung gefer¬ tigt. Auch ist das Herstellungsverfahren eines solchen Bauteils besonders Material sparend, so dass das Bauteil ein besonders geringes Gewicht auf¬ weist, wodurch das Bauteil insbesondere zur Verwendung in einem Fahr- zeug geeignet ist. Bei einem nachträglichen Einbringen des Führungskanals in den Grundkörper kann zu dem ein beliebiges Verfahren, insbesondere Fügeverfahren, z. B. Rotationsformen, Schleudergießen, Anspritzen, Anfor¬ men, Schweißen, Clinchen, Klemmen, verwendet werden. Auch ist ein sol¬ ches Bauteil besonders geeignet für nachträgliche Änderungen, z. B. An- bringen weiterer Anbauteile oder Funktionselemente, z. B. eines zusätzli¬ chen Kabelhalters. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 schematisch im Längsschnitt ein Bauteil mit einem Grundkörper,

Fig. 2 schematisch im Längsschnitt einen Führungskanal zur Integrati¬ on an einen Grundträger nach Figur 1 ,

Fig. 3 schematisch einen Führungskanal in Montageform,

Fig. 4, 5 schematisch verschiedene Ausführungsformen für ein Bauteil mit einem Grundkörper und einem darin integrierten Führungskanal in Montageform und in Endform,

Fig. 6 schematisch einen Teil eines Grundkörpers mit integriertem Füh¬ rungskanal im Bereich einer Eingangs- oder Ausgangsöffnung im Längsschnitt,

Fig. 7, 8 schematisch ein Bauteil mit einem mehrere Segmente umfas¬ senden Grundkörper und einem integrierten Führungskanal in perspektivischer Darstellung und im Querschnitt,

Fig. 9 bis 11 schematisch verschiedene Ausführungsformen für einen Teil eines Bauteils mit integriertem Führungskanal im Bereich einer Eingangs- oder Ausgangsöffnung,

Fig. 12 schematisch eine Ausführungsform für ein Bauteil mit integrier¬ tem Führungskanal, der einen variierenden Strömungsquer- schnitt aufweist, Fig. 13 bis 19 schematisch verschiedene Ausführungsformen für ein Bauteil aus mehreren Segmenten mit integriertem Führungskanal und Anbauteilen, und

Fig. 20 bis 23 schematisch verschiedene Ausführungsformen für ein Bauteil mit integriertem Führungskanal und einer verschließbaren Öff¬ nung.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Be¬ zugszeichen versehen.

Figur 1 zeigt schematisch im Querschnitt als Teil eines Bauteils 1, z.B. eines Querträgers zum Anordnen zwischen nicht näher dargestellten A-Säulen ei- nes nicht näher dargestellten Fahrzeugs, einen Grundkörper 2. Das Bauteil 1 dient beispielsweise als Instrumententafelträger für eine Klima- und/oder Heizungsanlage. Alternativ kann das Bauteil 1 als ein unter einer Wind¬ schutzscheibe angeordneter Querträger in einem Fahrzeug dienen, welcher als Luftführungskanal zur Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums und zur Enteisung der Windschutz- oder Frontscheibe vorgesehen ist. Für eine Ver¬ wendung des Bauteils 1 als Luftführungskanal weist der Grundkörper 2 bei¬ spielsweise Öffnungen 3, z. B. Eingangsöffnungen 3.1 und/oder Ausgangs¬ öffnungen 3.2, auf.

Das Bauteil 1 weist als eine Komponente den Grundkörper 2 auf, der bevor¬ zugt aus Blech, insbesondere aus einem Leichtmetall-Blech, z.B. aus Alumi¬ nium-Blech oder Feinstahl-Blech oder auch aus Stahl, Titan, Magnesium, gebildet ist. Der Grundkörper 2 ist im Ausführungsbeispiel als Hohlprofil, ins¬ besondere rohrartig ausgeführt. Alternativ kann der Grundkörper 2 auch als ein Hohlprofil mit einem vieleckigen Querschnitt ausgeführt sein. Je nach vorgegebener Torsions-, Biege-, Form- sowie Eigenfestigkeit oder Eigenstei- figkeit des hohlprofilartigen Grundkörpers 2 kann dieser einwandig oder mehrwandig ausgeführt sein. Der in Figur 1 dargestellte metallische Grund¬ körper 2 wird beispielsweise mit einem geschlossenen Profilquerschnitt aus Metall durch Giessen, Strangpressen, Walzen, Rollformen oder Hydroformen bevorzugt flanschlos hergestellt. Insbesondere wird der Grundkörper 2 vor¬ gefertigt. Je nach Vorgabe kann der Grundkörper 2 bereits mit Anbauteilen, z. B. Halterungen vorgefertigt werden. Solche Halterungen können insbe¬ sondere in Form von Ausstellungen aus dem Blech des Grundkörpers bzw. den Blechschalen eines Grundkörpers gebildet werde. Alternativ können die- se Anbauteile nachträglich angefügt werden.

Der Grundkörper 2 weist für verschiedene Anwendungsfälle in seinem Ver¬ lauf unterschiedliche Profilquerschnitte, z. B. mit Ausbeulungen und/oder Einbeulungen bzw. mit verjüngenden Enden, auf und kann zudem räumlich gekrümmt, z. B. schlangenförmig, verlaufen. Auch kann der Grundkörper 2 mit Kröpfungen versehen sein, an welche Anbauteile angefügt werden. In einer weiteren Ausführung kann der Grundkörper 2 auch im Wesentlichen geradlinig ausgebildet sein.

Als eine weitere Komponente umfasst das Bauteil 1 einen Führungskanal 4, der in Figur 2 näher dargestellt ist. Bei der Herstellung des Bauteils 1 zur Verwendung beispielsweise als Luftführungskanal wird beispielsweise der Führungskanal 4 nachträglich in den bereits vorgefertigten Grundkörper 2 eingebracht und integriert. Hierzu ist der Führungskanal 4 aus einem flexib- len Material gebildet, das zur Montage in eine Montageform M (= Volllinie) formbar ist. Wie in Figur 4 und 5 für verschiedene Querschnittsformen eines Bauteils 1 gezeigt, wird der Führungskanal 4 in seiner Montageform M zu¬ mindest für einen Teilbereich oder vollständig in den vorgefertigten Grund¬ körper 2 eingebracht. Während der Montage wird der flexibel formbare Füh- rungskanal 4 an einen zugehörigen Bereich des Grundkörpers 2, insbeson¬ dere an dessen Innenseite oder Innenstruktur und somit an dessen Profil- querschnitt und dessen Verlauf formschlüssig und/oder kraftschlüssig in sei¬ ne Endform U (= gestrichelte Darstellung) angefügt.

Wie in den Figuren 4 und 5 gezeigt, kann der Grundkörper 2 aus zwei Seg- menten 2a und 2b gebildet sein. Beispielsweise ist der Grundkörper 2 in Fi¬ gur 4 aus zwei Halbkörpern, insbesondere zwei Halbschalen, gebildet - einer Unterschale und einer Oberschale. Gemäß Figur 5 ist der Grundkörper 2 aus einer Unterschale oder Unterhalbkörper und einem Deckel gebildet. Je nach Art und Ausführung kann der Grundkörper 2 aus weiteren Segmenten 2a, 2b oder Schalen bestehen. Dabei kann der Grundkörper 2 aus Längs- und/oder Quersegmenten zusammengesetzt sein.

Der Grundkörper 2 wird bevorzugt nachträglich innenseitig mit einem Füh¬ rungskanal 4 versehen, der beispielsweise einen Kabelkanal oder Strö- mungskanal, insbesondere einen Luftführungskanal bildet. Mit anderen Wor¬ ten: Der Führungskanal 4 dient beispielsweise der Führung eines Mediums, insbesondere Luft zur Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums. Alternativ kann der Führungskanal 4 auch der Führung von Leitungen oder Kabeln dienen.

Für eine nachträgliche Integration des Führungskanals 4 in den Grundkörper 2 ist dieser in einer ersten möglichen Ausführung als ein flexibler vorgefertig¬ ter Hohlkörper ausgeführt. Beispielsweise ist der Führungskanal 4 aus einer kompakten dünnen Folie (= Schlauchfolie) mit einer Dicke von 1 mm bis 6 mm und einer Dichte von 0,030 kg/l bis 0,2 kg/l, insbesondere von 0,050 kg/l bis 0,12 kg/l gebildet. Eine derartig kompakte Folie wird beispielsweise aus Polyethylen-Schaum oder Polypropylen-Schaum gefertigt, welche beispiels¬ weise zur Herstellung der Folie im so genannten Twin-Sheet-Verfahren ge¬ eignet ist. Alternativ zur Schaumfolie kann der Führungskanal 4 aus kompak- ten dünnen Folien (z. B. zwei Halbschalen-Folien) oder aus einer Schlauch¬ folie hergestellt sein. Zur nachträglichen Integration des Führungskanals 4 in den Grundkörper 2 wird der Führungskanal 4 in eine entsprechende Monta¬ geform M, z. B. durch entsprechende Druck- und/oder Temperatureinwir- kung, geformt, z. B. gefaltet, gedrückt, verformt. In diesem verformten Zu¬ stand des Führungskanals 4 wird dieser in den Grundkörper 2 montiert, wo¬ bei der flexible Führungskanal 4 sich während der Montage an den Verlauf und den Querschnitt des Grundkörpers 2 anpasst. In der Endmontagepositi- on springt oder formt der Führungskanal 4 von seiner Ursprungsform in sei¬ ne korrespondierende Endform U zurück (= so genannter Memory-Effekt). In diesem Fall ist der Führungskanal 4 beispielsweise als ein Schlauch ausge¬ bildet, der in den rohrartigen Grundkörper 2 eingeführt wird und beispiels¬ weise durch einen heißen Luftstrom an die Innenseite des Grundkörpers 2 thermisch selbst haftend gefügt wird.

Der Führungskanal 4 kann dabei längs durch den ganzen Grundkörper 2 verlaufen. Alternativ kann der Führungskanal 4 auch nur in einem Teilbe¬ reich des Grundkörpers 2 eingebracht werden. Auch können mehr als ein Führungskanal 4 in den Grundkörper 2 eingebracht werden. Dabei kann die Montage entweder von beiden Enden des Grundkörpers 2 oder von einem Mittenbereich oder nur von einem Ende erfolgen. Bei einer Montage vom Mittenbereich aus ergeben sich viele Gestaltungsfreiheiten im Bereich einer Anbindung von Anbauteilen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die Verwendung eines flexibel formbaren Führungskanals 4 zusätzliche Dichtungen für einen Anschluss an eine Klimaanlage, einen Kanal, eine Dü¬ se oder an andere Bauteile entfallen können.

Der Führungskanal 4 dient unter anderem auch der Steifigkeit des Grund- körpers 2. Daher wird der Führungskanal 4 auch als Kunststoff kern bezeich¬ net, da dieser bei dem aus einem Leichtmetall gefertigten Grundkörper 2 dessen Torsions-, Biege- und Formsteifigkeit unterstützt. Der besonders dünnwandig ausgebildete Grundkörper 2 führt bei Durchströmen mit Luft zu einer Geräuschentwicklung, welche besonders vorteilhaft durch Auskleidung des Grundkörpers 2 mit dem aus Kunststoff gebildeten Führungskanal 4 ge¬ dämpft wird. D.h. der Führungskanal 4 selbst übernimmt u. a. eine Schalliso¬ lierung. Zusätzlich kann der Führungskanal 4 auch thermisch isolierend wir¬ ken. Je nach Funktion ist der Führungskanal 4 mit einer Isolierungsschicht 5 versehen. Dabei können der Führungskanal 4 und die Isolationsschicht 5 ei¬ ne Schicht oder mehrere Schichten bilden.

Je nach Art des Isolationsstoffs für die Isolationsschicht 5, z. B. Polyurethan- Schaum, Partikelschaum, vorzugsweise Schaum aus Thermoplaste, insbe¬ sondere Polyethylen (z. B. PE, XPE, PE-HD, PE-LD) und Polypropylen (z. B. PP, XPP), Elastomere in geschäumten oder kompakten Zustand, kann die Isolationsschicht 5 weitere Funktionen, wie z. B. akustisch isolierend, ther¬ misch isolierend und/oder Tauwasser reduzierend, aufweisen. Die Isolati- onsschicht 5 weist bei einer Folie bevorzugt eine Wanddicke von 0,1 mm bis 8 mm, insbesondere von 0,1 mm bis 2 mm bei einer Kompaktfolie und vor¬ zugsweise 3 mm bis 6 mm bei einer Schlauchfolie auf.

Darüber hinaus kann der Führungskanal 4 oder die Isolationsschicht 5 eine die Durchströmung des Führungskanals 4 unterstützende Oberflächenstruk¬ tur aufweisen, z. B. einen so genannten Haifisch-Schuppeneffekt. Durch die nachträgliche Montage durch Einschieben und die Flexibilität sowie Elastizi¬ tät des Führungskanals 4 kann die Statikeigenschaft von der Luftführungs¬ funktion entkoppelt werden, so dass ein optimaler Kraftfluss und eine opti- male Strömungsführung gegeben ist.

Über den Führungskanal 4 kann der Grundkörper 2, insbesondere dessen zwei Halbkörper 2a und 2b zusammengehalten werden. Neben dem nach¬ träglich mechanischen Anfügen des Führungskanals 4 mit oder ohne Isolati- onsschicht 5 kann der Führungskanal 4 alternativ in den Grundkörper 2 bei¬ spielsweise in einem Spritzgussverfahren, durch Rotationsformen, durch Schleudergießen oder Kunststoff-Beschichten eingebracht werden. Alternativ und abhängig von der Art des Kunststoffs kann dieser auch eingeschäumt, eingegossen oder in ähnlicher Weise eingebracht sein. Mit anderen Worten: Je nach Art und Weise des nachträglichen Fügens des Führungskanals 4 in den Grundkörper 2 kann dieser auch vorgefertigt sein und als eine Bauein¬ heit in den Grundkörper 2 gefügt werden.

Beim Anfügen des Führungskanals 4 beispielsweise durch Rotationsformen wird eine Beschichtung B, wie in Figur 6 dargestellt, in den Grundkörper 2 eingebracht. Zur Bildung der Beschichtung B wird ein Beschichtungsstoff, z. B. Polyethylen, Polypropylen, Polyamid (z. B. PA, Nylon), Polycarbonat oder Polyvinylchlorid, in den bereits vorgefertigten Grundkörper 2 eingebracht, z. B. eingespritzt, eingegossen, eingesprüht oder in Pulverform eingefüllt. An- schließend wird der Grundkörper 2 selbst als Werkzeug oder in einem Werk¬ zeug eingespannt zumindest teilweise in Rotation versetzt und gegebenen¬ falls von außen aufgeheizt, so dass sich der Beschichtungsstoff, z. B. ein Kunststoffpulver, im Grundkörper 2 verteilt und an der Innenwand oder der Innenstruktur des Grundkörpers 2 anfügt, insbesondere selbst haftend an- fügt. Beim Rotationsformen wird die Beschichtung B mit einer Schichtdicke von 0,5 mm bis 1 mm aufgebracht. Größere Dicken mit einer Schichtdicke von 2 mm bis 3 mm sind ebenfalls möglich. Darüber kann der Grundkörper 2 mit einer variierenden Schichtdicke versehen werden. Hierzu wird der Be¬ schichtungsstoff an mehreren Stellen in unterschiedlicher Menge in den Grundkörper 2 eingebracht.

Im Detail wird beim Rotationsformen das Kunststoffpulver in den Grundkör¬ per 2 eingebracht, dieser wird in Rotation versetzt oder geschaukelt und durch ein Heizelement, z. B ein außen liegendes oder in einer Heizkammer, aufgeheizt. Hierbei schmilzt das Kunststoffpulver und lagert sich an der In¬ nenwand des Grundkörpers 2 an und bildet die Beschichtung B. Zur besse¬ ren Anhaftung kann das Bauteil 1 auch Durchbrüche aufweisen, in welche das Kunststoffpulver ebenfalls selbst haftend angefügt wird. In Abhängigkeit vom Verlauf des Bauteils 1 wird der Grundkörper 2 oder das diesen ein- spannende Werkzeug in eine einfache oder mehrachsige Rotation, d.h. bei¬ spielsweise um die Y-Achse bzw. um die Y-/Z-/X-Achsen, versetzt. Alternativ dazu kann der Führungskanal 4 auch durch Schleudergießen an den Grundkörper 2 angefügt werden. Beim Schleudergießen wird als Be- schichtungsstoff Polyurethan-Schaumstoff, Guss-Polyamid, ein Lack mit o- der ohne zusätzliche Isolationspartikel und/oder Suspensionsstoffe verwen¬ det. Als besonders vorteilhaft haben sich für das Schleudergießen leicht ge¬ schäumte Partikel oder Mikrohohlkugeln mit einem Binder ergeben, welcher die Beschichtung B zusammen hält und/oder an der Wand anhaftet.

Neben dem mechanischen Anfügen, z. B. durch thermisches Anhaften des Führungskanals 4, oder dem Rotationsform-Verfahren bzw. Schleuderguss- Verfahren beim Einbringen in den Grundkörper 2, kann zusätzlich der Grundkörper 2 mechanisch mit dem Führungskanal 4 verbunden sein. Bei¬ spielsweise kann der Grundkörper 2 an aneinander liegenden Rändern R der Segmente 2a, 2b genietet, geschraubt, geschweißt, geclincht oder in ähnli¬ cher Weise verbunden sein. Vorteilhafterweise ist der Grundkörper 2 flanschlos ausgebildet.

Für eine Verwendung des Bauteils 1 beispielsweise als Instrumententafeiträ- ger oder Querträger mit integriertem Luftführungskanal ist an dem Bauteil 1 mindestens eine Verbindungsstelle 6 vorgesehen, welche der Aufnahme ei¬ nes Anbauteils 8 dient. In Figur 6 dient die Verbindungsstelle 6 beispielswei¬ se als Verstärkung für das Anbauteil 8, der A-Säule und zur Anbringung an diese. Für eine flexible Gestaltung des Bauteils 1 ist die Verbindungsstelle 6 derart ausgeführt, dass das Anbauteil 8 nachträglich in einem Arbeitsgang oder Verfahrensschritt stoff- und/oder formschlüssig, aber auch kraftschlüs¬ sig anfügbar ist. Darüber hinaus kann das Anbauteil 8 selbst aus Kunststoff gebildet sein, welches im Spritzgussverfahren in einem separaten Werkzeug vorgefertigt und vorgeformt wird. Hierdurch kann das Anbauteil 8 in Form, Größe und Gestalt weitgehend variabel gefertigt werden, wobei als Herstel¬ lungsverfahren insbesondere einfache und kostengünstige Verfahren, wie z. B. Spritzguss, Strangpressen, Rotationsformen, Blasformen, Tiefziehen im Twin-Sheet-Verfahren Anwendung finden. Durch das mechanische Anfügen des Anbauteils 8 über die separate Verbindungsstelle 6 im Bereich der Au¬ ßenoberfläche des Bauteils 1 ist eine Beschädigung des im Grundkörper 2 bereits integrierten oder noch zu integrierenden und innen liegenden Füh¬ rungskanals 4 weitgehend vermieden. Alternativ kann das Anbauteil 8 auch beim Anfügen an das Bauteil 1 , z. B. im Spritzgussverfahren, geformt wer¬ den. Neben der Funktion einer Verstärkung kann das Anbauteil 8 beispiels¬ weise auch eine Instrumententafel-Aufnahme oder -Halterung, ein Schraub- dorne, ein Filmscharnier, ein Kabelhalter, eine Kabelführung, ein Montage¬ träger für eine Lenkung, einen Airbag und/oder ein beliebiges Halteelement sein.

Figur 7 zeigt ein Bauteil 1 mit einem Grundkörper 2 aus einem unteren Seg- ment 2a, z. B. einer metallischen Halbschale, und einem oberen Segment 2b, z. B. einem Deckel. Zur Ausbildung des nachträglich durch eines der o- ben beschriebenen Verfahrens eingebrachten Führungskanals 4 als Mehr¬ kammerkanal ist dieser zusätzlich mit einem weiteren Element 4a, z. B. ei¬ nem vorgefertigten Trennelement aus Kunststoff versehen. Beispielsweise kann der Führungskanal 4 aus einer kompakten Folie und einer darin ange¬ ordneten Trennwand gebildet sein. Figur 8 zeigt das Bauteil 1 gemäß Figur 7 im Querschnitt. Alternativ kann das Element 4a vorgefertigt und in den vor¬ gefertigten Grundkörper 2 mechanisch gefügt werden, anschließend wird der Führungskanal 4 wie oben beschrieben in Form einer Beschichtung B durch Rotationsformen oder Schleudergießen angefügt und geformt.

Figuren 9 und 10 zeigen eine weitere Ausführungsform für ein Bauteil 1 im Bereich einer Öffnung 3. Für eine Umlenkung der Strömung im Bereich der Öffnung 3 ist der Führungskanal 4 mit einer entsprechenden Schichtdicke ausgeführt. D.h. Der Führungskanal 4 weist je nach Verlauf des Grundkör¬ pers 2 und der Struktur eine variierende Schichtdicke auf. Auch im Bereich einer Verbindungsstelle 6, z. B. zur Befestigung des Bauteils 1 an der A- Säule, kann die Beschichtung B in diesem Bereich eine größere Schichtdi¬ cke aufweisen. Alternativ, kann in einer nicht dargestellten Ausführungsform der Innenkörper 4 zumindest bereichsweise einen anderen Formverlauf wie der Außenkörper 2 aufweisen, so dass die Wand des Innenkörpers 4 be¬ reichsweise nicht an der Wandung des Außenkörpers 2 anliegt.

Figur 11 zeigt eine weitere Ausführungsform für ein Bauteil 1. Dabei weist das Bauteil 1 im Bereich von zwei Öffnungen 3, z. B. in einem mittigen Be- reich zur Anbindung einer Klimaanlage, vorgefertigte Formteile 10 auf, wel¬ che aus Metall ausgebildet sind, so dass diese wie Schott-Wände wirken oder aber auch selbst als Kunststoffformteil ausgebildet sein können. Hier¬ durch ist die Öffnung 3 hinreichend torsionssteif und strömungsfest ausge¬ bildet. Die Formteile 10 dienen der Umlenkung bzw. des Ein- oder Ausströ- mens eines in den Führungskanal 4 strömenden Mediums. Zur Abdichtung des Formteils 10 im Bereich der Öffnung 3 zum Führungskanal 4 hin wird das Formteil 10 zusammen mit dem Grundkörper 2 vorgefertigt. Anschlie¬ ßend wird der Führungskanal 4 mechanisch oder durch Rotationsformen o- der Schleudergießen angefügt, so dass der Übergang zwischen Führungs- kanal 4 und Formteil 10 strömungsdicht abgeschlossen. Zusätzlich kann da¬ bei das Formteil 10 mit einer Beschichtung B für eine thermische und/oder akustische Isolation versehen sein. Zudem kann das Formteil 10 durch loka¬ le Verstärkungen oder einer doppelwandigen Ausführung hinsichtlich der Steifigkeit verbessert werden. Je nach Ausgestaltung des Formteils 10 kön- nen Dichtlippen angeformt sein.

Figur 12 zeigt ein Bauteil 1 im Bereich einer Verbindungsstelle 6, welche für eine hinreichende Festigkeit dieser entsprechende Verstärkungen in Form eines Führungskanals 4 mit einer größeren Dicke, z. B. mit einer dickeren Beschichtung B oder einem dickeren Folienkanal, aufweist. Je nach Verlauf und Funktion des Führungskanals 4 kann dieser mit weiteren Verstärkungen, insbesondere im Bereich von Öffnungen 3 versehen sein.

Figur 13 zeigt eine alternative Ausführungsform für ein Bauteil 1 im Quer- schnitt, wobei die Segmente 2a, 2b des Grundkörpers 2 an seinen Rändern R zusätzlich miteinander verbunden, z. B. genietet, geschraubt, geschweißt, geclincht, sind.

Figur 14 zeigt eine weitere Ausführungsform für ein Bauteil 1 mit einem ge- schlossenen Profil für eine Statikfunktion. Für eine möglichst steife Ausbil¬ dung des Bauteils 1 , insbesondere des Grundkörpers 2 wird dabei der Füh¬ rungskanal 4 in Art eines Kerns und somit als Versteifung in den Grundkör¬ per 2 gefügt.

Figur 15 zeigt eine weitere Alternative für eine Innenverstärkung des Bauteils 1. Dabei wird der Führungskanal 4, z. B. eine Schlauchfolie, über Abstands¬ halter 12 an den Grundkörper 2, z. B. mechanisch, angefügt.

Die Figuren 16 bis 19 zeigen weitere alternative Ausführungsformen für eine besonders mechanisch belastbare und torsionssteife, biegesteife, formsteife Ausführung des Bauteils 1 , wobei der Führungskanal 4 über Profilelemente 14 an den Grundkörper 2 angefügt wird. Je nach Art und Ausführung des Führungskanals 4 kann dieser zusätzlich mit einer Isolationsschicht 5 verse¬ hen sein.

Figur 20 zeigt, insbesondere für die Herstellung des Führungskanals 4 mit¬ tels Rotationsformens die Möglichkeit auf, Öffnungen des Grundkörpers mit¬ tels eines Deckels 15 zu verschließen. Dies ist vorteilhaft während des Her¬ stellprozesses, um ein Austreten des beispielsweise in Pulverform vorliegen- den Beschichtungsstoffs zu vermeiden. Vorteilhafterweise sind diese Ver¬ schlussmöglichkeiten an Luftaustrittsöffnungen des Grundkörpers oder Füh- rungskanals vorgesehen, so dass man diese, wie in Figur 21 dargestellt nach dem Herstellungsprozess abnehmen und die Öffnungen somit freige¬ ben kann.

Die Figuren 22 und 23 zeigen In Analogie zu den Figuren 20 und 21 eine Ausführung eines Deckels 15 mit einem Leitelement 16, insbesondere Luft¬ leitelement, welches nach Entfernen oder Abtrennen des Deckels 15 im Füh¬ rungskanal verbleibt.