DE102008009844A1

DE102008009844A1 - Kunststoffstrukturbauteil

Info

Publication number: DE102008009844A1
Application number: DE200810009844
Authority: DE
Inventors: Robert Mohr
Original assignee: Magna Exteriors Germany GmbH
Current assignee: Magna Exteriors Germany GmbH
Priority date: 2008-02-08
Filing date: 2008-02-08
Publication date: 2009-11-12

Abstract

Es werden ein Strukturbauteil und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauteils vorgestellt. Bei dem Strukturbauteil sind eine erste und eine zweite Schale aus einem faserverstärkten Kunststoff vorgesehen. In einem Bereich zwischen den beiden Schalen ist zumindest teilweise ein Kunststoff eingebracht.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Strukturbauteil, das insbesondere für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug vorgesehen ist, und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Strukturbauteils.
Hintergrund der Erfindung
In Kraftfahrzeugen werden auch bei Grundträgern und Montageträgern vermehrt Kunststoffe eingesetzt, die besondere Anforderungen erfüllen müssen. So ist darauf zu achten, dass diese Kunststoffbauteile ausreichend fest und stabil sind, so dass diese als Grundträger dienen können. Im Vergleich zu Grundträgern aus metallischen Materialien sind Träger aus einem Kunststoff leichter und einfacher zu verarbeiten.
Die einfachere Verarbeitung und gute Formbarkeit ermöglichen, Strukturbauteile unterschiedlicher Ausgestaltungen herzustellen, wobei insbesondere Anforderungen hinsichtlich der Gestaltung berücksichtigt werden können.
Zur Erhöhung der Festigkeit und Steifigkeit ist bei diesen Kunststoffbauteilen der Einsatz von Rippen, die angeformt sein können, bekannt. Weiterhin ist bekannt, Verstärkungen mit punktueller Kraftverbindung durch Durchspritzpunkte, Ausklinkungen und Formschlüsse, wie bspw. Sicken, zum Grundträger einzubringen.
Die dadurch erreichte punktuelle Verbindung zur Kraftübertragung bewirkt jedoch nur eine verhältnismäßig geringe Verstärkung des Bauteils. Es wird daher angestrebt, die Steifigkeit eines Strukturbauteils, wie bspw. eines Montageträgers, insbesondere in benötigten Regionen, zu erhöhen. Dabei ist es ein Ziel, die Steifigkeit des Strukturbauteils den Erfordernissen des Fahrzeugs anzupassen und dabei sowenig wie möglich Zusatzgewicht hinzuzufügen.
Zusammenfassung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Strukturbauteil dient insbesondere für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug. Das Bauteil weist dabei eine erste Schale und eine zweite Schale auf. Die erste Schale wird auch als Innen- oder Oberschale und die zweite Schale als Außen- oder Unterschale bezeichnet. Diese beiden Schalen sind aus einem faserverstärkten, bspw. thermoplastischen, Kunststoff gefertigt. Hierfür kommt bspw. ein glasfaserverstärkter Kunststoff in Betracht. Als ebenfalls geeignet haben sich Schalen aus Organo erwiesen. Unter Organo versteht man dabei einen faserverstärkten, thermoplastischen Kunststoff. Weiterhin ist in einem Bereich zwischen den beiden Schalen zumindest teilweise Kunststoff, regelmäßig eine Kunststoffmatrix, eingebracht, bspw. eingespritzt oder eingefüllt. Dieser Kunststoff kann PA oder PP sein. Weiterhin kann dieser Kunststoff mit Glasfasern und/oder Langfasern versehen sein.
Durch die Doppelung des Strukturbauteils, das als Obergurt, Vertikalgurt, Untergurt usw. ausgebildet sein kann, kann die Steifigkeit erhöht werden. In den Bereich zwischen den Schalen ist eine Kunststoffmatrix eingefüllt bzw. eingespritzt. Dieser Kunststoff entspricht vorzugsweise dem bei der Herstellung der Schalen verwendeten Kunststoff. Ebenso kann ein Kunststoff verwendet werden, der sich mit dem bei den Schalen verwendeten Kunststoff leicht verbindet. Durch den eingebrachten Kunststoff erhält man dann den nötigen Materialverbund mit der Matrix der Schalen.
Der Bereich zwischen den beiden Schalen kann vollständig oder auch nur teilweise, d. h. abschnitts- bzw. bereichsweise, mit dem eingebrachten Kunststoff gefüllt sein.
In Ausgestaltung ist zwischen den Schalen ein durch diese umschlossener und damit nahezu abgeschlossener Raum bzw. Hohlraum gebildet. Dieser ist dann mit der Kunststoffmatrix gefüllt, die bspw. eingespritzt wird.
Insbesondere bei größeren Querschnitten, d. h. bei weiteren Abständen zwischen den beiden Schalen, und auch bei Durchgangslöchern in den Schalen, bietet es sich an, mindestens eine Hohlform bzw. einen Einleger in den Bereich zwischen den Schalen, die sogenannte Zwischenlage, einzubringen. Diese Hohlformen werden dann wie die kleineren Hohlräume, insbesondere von innen nach außen, gefüllt. Der gesamte Aufbau hat dann später einen Matrixverbund bei entsprechender Auslegung.
Diese Hohlformen können aus Kunststoff und/oder Metall gefertigt sein.
Das erfindungsgemäße Strukturbauteil ist insbesondere als Montageträger ausgebildet.
Es bietet sich an, dass der Kunststoff von innen nach außen in den Bereich zwischen den beiden Schalen gespritzt ist.
In Ausgestaltung sind Kontaktbereiche der beiden Schalen, in der Regel Randbereiche der beiden Schalen, zumindest ab schnittsweise umspritzt. Auf diese Weise wird die Festigkeit des gesamten Bauteils erhöht.
Das erfindungsgemäße Strukturbauteil kommt insbesondere als Bauteil in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz. Im Gegensatz zu bekannten Kunststoffstrukturbauteilen mit einlagigem Aufbau gestattet das erfindungsgemäße Strukturbauteil, zumindest in den bevorzugten Ausführungsformen, mehr Gestaltungs- bzw. Designfreiheit. Die gute Anpassbarkeit des Bauteils hinsichtlich seiner Steifigkeit ermöglicht ein gutes Anpassen an den speziellen Einsatzort.
Ein weiterer Vorteil besteht in dem geringeren Gewicht und der Möglichkeit der zumindest teilweise Standardisierung.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Herstellen eines Strukturbauteils, das insbesondere in einem Kraftfahrzeug, bspw. als Montageträger, zum Einsatz kommt. Dabei werden zwei Schalen aus einem faserverstärkten Kunststoff, bspw. Organo, zueinander positioniert und anschließend wird in einen Bereich zwischen den beiden Schalen zumindest teilweise ein Kunststoff eingebracht, bspw. eingefüllt oder eingespritzt. Auf diese Weise werden die beiden Schalen miteinander verbunden.
In Ausgestaltung werden die beiden Schalen so zueinander positioniert, dass sich zwischen diesen ein abgeschlossener (Hohl)-raum bildet. Dieser Raum wird dann, zumindest teilweise, mit einer Kunststoffmatrix ausgefüllt.
Ist der beabsichtigte Abstand zwischen den beiden Schalen groß, dann bietet es sich an, üblicherweise vor dem Positionieren der beiden Schalen zueinander, zumindest eine Hohlform anzubringen, die nach Positionieren der beiden Schalen sich zwischen diesen in dem zu füllenden Bereich befindet. Hierzu wird die zumindest eine Hohlform vor dem Positionieren bzw. Aneinanderfügen der beiden Schalen zunächst an eine dieser befestigt.
Diese Hohlformen, die aus einem Kunststoff und/oder einem Metall gefertigt sein können, dienen zur zusätzlichen Versteifung und ggf. auch zur Begrenzung des mit der Kunststoffmatrix zu füllenden Raums.
In Ausgestaltung wird der einzubringende Kunststoff von innen nach außen gespritzt. Hierzu wird bspw. ein Stempel verwendet, der in den Raum zwischen den beiden Schalen eingeführt wird. Der Kunststoff füllt dann zunächst den Raum zwischen den Schalen oder definierte Bereiche zwischen Schalen, die bspw. durch die Hohlformen bzw. Einleger festgelegt sind, und dringt dann durch Öffnungen in den Schalen nach außen.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass Kontaktbereiche der Schalen mindestens abschnittsweise umspritzt werden.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strukturbauteils in einer seitlichen Schnittansicht.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strukturbauteils in einer seitlichen Schnittansicht.
3 zeigt einen Ausschnitt aus 2 während der Herstellung des Strukturbauteils.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strukturbauteils in einer Draufsicht, wobei eine Schale weggelassen ist.
5 zeigt das Strukturbauteil aus 4 in einer perspektivischen Ansicht.
Detaillierte Beschreibung
In 1 ist ein Strukturbauteil, insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet, in einer Schnittdarstellung wiedergegeben. Die Darstellung zeigt eine erste Schale 12 und eine zweite Schale 14, die aus Organo hergestellt sind.
Die beiden Schalen 12 und 14 sind derart zueinander positioniert, dass diese in Kontaktbereichen 16 aneinander gefügt sind, d. h. ein Kontakt zwischen diesen besteht. Diese Kontaktbereiche 16 sind die Randbereiche der beiden Schalen 12 und 14. Auf diese Weise bildet sich zwischen den beiden Schalen 12 und 14 bedingt durch die besondere Ausgestaltung dieser mit einer angenäherten Tellerform ein Bereich 18, der in diesem Fall als abgeschlossener Raum ausgebildet ist. Der Bereich 18 ist in dieser Ausführung vollständig mit Kunststoff bzw. einer Kunststoffmatrix ausgefüllt, so dass sich ein massiver Körper bildet, der ausgezeichnete Eigenschaften hinsichtlich Steifigkeit und Festigkeit aufweist.
Es ist darauf zu achten, dass der für das Ausfüllen des Bereichs vorgesehene Kunststoff mit dem in der Kunststoffmatrix der Schalen 12 und 14 verwendeten Kunststoff übereinstimmt oder sich mit diesem gut verbindet.
In 2 ist eine weiter Ausführungsform des Strukturbauteils dargestellt, das insgesamt mit der Bezugsziffer 30 versehen ist. Dieses Strukturbauteil 30 umfasst eine erste Schale 32 und eine zweite Schale 34, die symmetrisch zueinander angeordnet sind. An Kontaktbereichen 36 sind die Schalen 32 und 34 umspritzt. Diese Umspritzung unterstützt die sichere Verbindung zwischen den beiden Schalen 32 und 34 und bewirkt eine zusätzliche Steifigkeit des Strukturbauteils 30.
Zwischen den beiden Schalen 32 und 34 ist ein Bereich 38 ausgebildet, der teilweise mit Kunststoff gefüllt ist. Die mit Kunststoff gefüllten Gebiete 40 und 42 sind dabei schraffiert dargestellt.
Weiterhin zeigt die Darstellung einander gegenüberliegend zwei Öffnungen 44 in den Schalen 32 und 34, die eine Zone 46 festlegen, die zusammen mit einer Hohlform 48 die ausgefüllten Gebiete 40 und 42 begrenzen. Dabei ist zu beachten, dass die Hohlform 48 zwischen den beiden Schalen 32 und 34 verläuft und so sicherstellt, dass kein Kunststoff in dafür nicht vorgesehene Bereiche gelangt.
3 verdeutlicht den Vorgang des Ausfüllens der Gebiete 40 und 42, wobei nur ein Ausschnitt der 3, und zwar der Ausschnitt zwischen den beiden Linien 50 dargestellt ist.
Wiederum sind die beiden Schalen 32 und 34 zu erkennen und der zwischen diesen gebildete Bereich 38. In die Zone 46 der 3 ist ein Stempel 54 eingeführt, der zum Einspritzen des Kunststoffs dient. Dabei wird von innen nach außen gespritzt. Somit bildet sich die Kunststoffmatrix in den Gebieten 40 und 42, begrenzt durch den Stempel 54 und die Hohlform 48.
In 4 ist ein weiteres Strukturbauteil 60 in einer Draufsicht dargestellt, wobei nur eine Schale 62 gezeigt ist. Zu erkennen ist der Kontaktbereich 62 bzw. Randbereich der Schale 62, der nach Aneinanderfügen mit einer weiteren Schale eine Berührungsfläche definiert.
Zentral ist auf der Schale 62 eine Hohlform 66 angeordnet, in diesem Fall eine Kuchenform, angeordnet, die üblicherweise fest mit der Schale 62 verbunden ist und aus einem Kunststoff und/oder einem Metall gefertigt sein kann. Mit dieser Hohlform werden nach Zusammenfügen der beiden Schalen 62 die Bereiche zum Ausfüllen festgelegt.
Hierzu weist die Hohlform 66 eine zentralen Bereich 68 zum Einführen eines (nicht dargestellten) Stempels auf. Die Hohlform 66 hat dabei eine Wandung 70, die einen Hohlraum 72 umschließt, der mit dem Kunststoff ausgefüllt wird. Da die Wandung 70 zwischen der Schale 62 und der korrespondierenden Schale verläuft, wird über den eingespritzten Kunststoff eine Verbindung zwischen der Schale 62 und der korrespondierenden Schale geschaffen, so dass diese sicher miteinander verbunden sind.
In 5 ist das Strukturbauteil 60 aus 4 in einer perspektivischen Gesamtansicht wiedergegeben. Die Hohlform 66 ist zentral auf der Schale 62 angeordnet und dient zur Versteifung und zum Festlegen des ausgespritzten Gebiets. Somit wird der Bereich zwischen den Schalen 62 nicht vollständig mit Kunststoff gefüllt.
Weiterhin zeigt die Darstellung, dass die Schale in den Kontaktbereichen 64 umspritzt ist.

Claims

Strukturbauteil, insbesondere für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug, mit einer ersten Schale und einer zweiten Schale aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial, wobei in einem Bereich zwischen den beiden Schalen zumindest teilweise ein Kunststoff eingebracht ist.
Strukturbauteil nach Anspruch 1, bei dem zwischen den beiden Schalen ein abgeschlossener Raum gebildet ist, der zumindest teilweise mit Kunststoff ausgefüllt ist.
Strukturbauteil nach Anspruch 1 oder 2, bei dem mindestens eine Hohlform in dem Bereich zwischen den beiden Schalen vorgesehen ist.
Strukturbauteil nach Anspruch 3, bei dem die mindestens eine Hohlform aus einem Kunststoff gefertigt ist.
Strukturbauteil nach Anspruch 3, bei dem die mindestens eine Hohlform aus einem Metall gefertigt ist.
Strukturbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das als Montageträger ausgebildet ist.
Strukturbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Kunststoff von innen nach außen in den Bereich zwischen den Schalen gespritzt ist.
Strukturbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem Kontaktbereiche der beiden Schalen zumindest abschnittsweise umspritzt sind.
Verfahren zum Herstellen eines Strukturbauteils, bei dem zwei Schalen aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial zueinander positioniert werden und in einen Bereich zwischen den beiden Schalen zumindest teilweise ein Kunststoff eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die beiden Schalen derart zueinander positioniert werden, dass sich zwischen diesen ein abgeschlossener Raum bildet.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem vor dem Positionieren der beiden Schalen zumindest eine Hohlform derart angebracht wird, dass diese sich nach Positionieren der beiden Schalen zwischen diesen befindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem von innen nach außen gespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem ein zwischen die beiden Schalen eingeführter Stempel zum Spritzen des Kunststoffs verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, bei dem Kontaktbereiche der Schalen zumindest abschnittsweise umspritzt werden.