DE102008027429B4 - Verfahren zur Herstellung einer Rohbaustruktur für einen Kraftwagen - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Herstellen einer Rohbaustruktur (52) für einen Kraftwagen, mit den Schritten: a) Bereitstellen eines flächigen, mit einem aushärtbaren Matrixmaterial imprägnierten, textilen Trägerelements (12) aus Verstärkungsfasern, dessen Kontur die gewünschte Endkontur der Rohbaustruktur im Sinne eines geometrischen Netzes in der Ebene abbildet, b) Positionieren von Verstärkungs- und Formelementen (36, 38, 40, 42, 44, 46, 48) auf dem flächig ausgebreiteten Trägerelement (12), c) Formen des Trägerelementes (12) um zumindest einen Formkern, mittels Faltens des Trägerelementes mit den Verstärkungs- und Formelementen um den Kern herum, wobei eine Rohbaustruktur als geschlossene Zelle mit Raumtragwerkstruktur gebildet wird, d) Aushärten des Matrixmaterials, e) Entfernen des zumindest einen Formkerns.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Rohbaustruktur für einen Kraftwagen.
  • Beim Leichtbau von Kraftfahrzeugkarosserien besteht eine zunehmende Tendenz zur Verwendung von faserverstärkten Kunststoffbauteilen. Diese werden heutzutage vorwiegend in nicht tragenden Bereichen eingesetzt. Aufgrund der hohen Fertigungs- und Materialkosten von Faserverbundkunststoffbauteilen und dem hohen Fügeaufwand sind diese Leichtbaumaterialien nur dann wirtschaftlich einzusetzen, wenn die Anzahl von Fügeoperationen minimiert wird.
  • Um eine Rohbaustruktur, insbesondere eine selbsttragende Rahmenstruktur für eine Kraftfahrzeugkarosserie aus faserverstärktem Kunststoff herzustellen, sind daher neue Fertigungskonzepte nötig, welche nicht direkt aus der klassischen Metallbauweise übernommen werden können.
  • Aus der EP 1 134 069 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer FVK-Struktur (Struktur aus faserverstärktem Kunststoff) mit einem hohlen Bereich bekannt. Das Verfahren umfasst dabei zumindest die folgenden Schritte:
    • (A) Herstellung eines Kernes mit einem nicht-runden Querschnitt und Befestigung auf einem Gestell
    • (B) Anbringung eines Substrats, das zumindest teilweise aus Verstärkungsfasern besteht, auf der Oberfläche des Kernes
    • (C) Verminderung des Drucks, indem die Oberseite des Substrats mit einem Sack bedeck wird und der Innendruck des Sacks unter den Atmosphärendruck gesenkt wird.
    • (D) Imprägnierung mit einem synthetischen Harz, durch Einspritzen in die Verstärkungsfasern und das Innere des Substrats.
  • Aus der EP 1 052 164 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Wandgruppe für ein Kraftfahrzeug bekannt. Dabei wird die Wandgruppe als Formteil in einem RTM-Verfahren (Resin Transfer Molding) hergestellt. Textile Flächengebilde werden als Vorformlinge hergestellt und in die RTM-Werkzeugform gelegt. Die textilen Flächengebilde umhüllen im Bereich der Sandwichstrukturen einen Schaumstoffkern. Im Bereich der Hohlraumstrukturen werden ausschmelzbare Schmelzkerne eingelegt und mit einem oder mehreren Vorformlingen umhüllt. Nach dem Schließen der Form wird ein Harz in die Form injiziert und nach Abschluss des Injiziervorgangs das Formteil gehärtet.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer Rohbaustruktur für einen Kraftwagen bereitzustellen, welches eine kostengünstige und prozesstechnisch einfache Herstellung einer solchen Rohbaustruktur ermöglicht, wobei insbesondere die Fügestellenanzahl vermindert werden soll.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Bei einem solchen erfindungsgemäßen Verfahren wird zuerst ein flächiges, mit einem aushärtbaren Matrixmaterial imprägniertes textiles Trägerelement aus Verstärkungsfasern bereitgestellt. Im folgenden Schritt werden Verstärkungs- und Formelemente für die Rohbaustruktur positioniert, wobei diese Positionierung insbesondere auf dem Trägerelement selbst erfolgt. Anschließend wird das Trägerelement, gegebenenfalls mit den darauf positionierten Verstärkungs- und Formelementen um zumindest einen Formkern geformt und im folgenden Schritt das Matrixmaterial ausgehärtet. Abschließend wird noch der zumindest eine Formkern aus der entstandenen Struktur entfernt.
  • Durch das Aushärten des geformten und in seiner Gesamtheit mit Matrixmaterial imprägnierten Trägerelementes entsteht somit ein einstückiges, an allen Fügestellen stoffschlüssig geschlossenes Rohbauteil, welches alle, oder zumindest die Mehrzahl der benötigten Verstärkungs- und Formelemente bereits integral umfasst. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird somit vorteilhaft die maximal mögliche Reduktion an Fügeschritten bei der Rohbaufertigung erzielt. Die allseits stoffschlüssige Verbindung zwischen Trägerelementen und Verstärkungs- und Formelementen minimiert weiterhin potentielle strukturelle Schwachstellen der Rohbaustruktur und führt zu besonders stabilen und sicheren Strukturen. Das Positionieren von Verstärkungs- und Formelementen, insbesondere auf dem anfangs flächig ausgebreiteten Trägerelement, ist zudem ein prozesstechnisch besonders einfacher Arbeitsschritt. Die eigentliche dreidimensionale Anordnung der Elemente der Rohbaustruktur entsteht erst im nächsten Arbeitsschritt, nämlich dem Formen des Trägerelementes um den zumindest einen Formkern. Dieses Formen kann im einfachsten Fall durch einfaches Falten des Trägerelementes um den Kern herum ausgeführt werden und ist damit ebenfalls prozesstechnisch besonders einfach. Die Verwendung vorimprägnierter textiler Trägerelemente aus Verstärkungsfasern vereinfacht das Verfahren weiterhin, so dass beim Aushärteprozess keine Harzinfusion bzw. Imprägnierung der Fasern mehr erfolgen muss. Für die Aushärtung sind daher nur geringe Verarbeitungsdrücke erforderlich, so dass unter Umständen kein Werkzeug für die Außenkontur mehr benötigt wird.
  • Es ist ganz besonders vorteilhaft, auch die Verstärkungs- und Formelemente aus einem Fasermaterial aus Verstärkungsfasern, welches mit aushärtbarem Matrixmaterial imprägniert ist, herzustellen. Damit ist nach der Positionierung dieser Bauteile auf dem Trägerelement kein Verfahrensschritt zum Anfügen dieser Teile an das Trägerelement mehr nötig. Beim Aushärten fügt sich die Gesamtheit aus Träger-, Verstärkungs- und Formelementen zu einem einzigen einstückigen Bauteil, was sowohl verfahrenstechnisch äußerst vorteilhaft ist, als auch im Hinblick auf die Stabilität der entstehenden Rohbaustruktur besonders große Vorteile bringt.
  • Für die Ausführung der Verstärkungs- und Formelemente steht eine Reihe alternativer, bzw. sich ergänzender Methoden zur Verfügung. Neben massiv aus imprägnierten Fasermaterial bestehenden Elementen können auch Verstärkungs- und Formelemente eingesetzt werden, deren Fasermaterial zumindest bereichsweise ein Stützelement aus Schaumstoff oder einem wabenartig strukturiertem Material umgibt. Es ist weiterhin ebenfalls möglich, diese Elemente so auszubilden, dass ein Fasermaterial zumindest bereichsweise einen nach dem aushärtenden Schritt d) entfernbaren Kern umhüllt, so dass sich in der resultierenden Rohbaustruktur in diesem Bereich ein Hohlprofil ergibt. Diese Verfahren können ergänzend eingesetzt werden, so dass für jeden Bereich der Rohbaustruktur diejenige Ausführungsform der Verstärkungs- und Formelemente gewählt werden kann, die den dort erforderlichen Gewichts- und Festigkeitskriterien am besten genügt. Ein massiv aus einem Fasermaterial gefertigtes Formelement gewährleistet dabei aufgrund der hohen Faserdichte in seinem Querschnitt eine möglichst hohe Belastbarkeit. Die beiden anderen Ausführungsformen zielen mehr auf Gewichtseinsparung ab, wobei ein Stützelement aus Schaumstoff oder einem wabenartig strukturierten Material dem Verstärkungs- oder Formelement auch zusätzliche Stabilität verleihen kann.
  • In weiterer Ausgestaltung sind die Verstärkungs- und Formelemente zum Teil zusätzlich aus Metallen, insbesondere Aluminium oder Stahl gebildet. Hierdurch entsteht eine Verbundbauweise aus FVK und Stahl oder Leichtmetall. Die Stahl oder Leichtmetall-Formelemente sind insbesondere als Verbindungselemente für die Anbindung weiterer metallischer Rohbaukomponenten von Vorteil. Damit lassen sch auch die konventionellen metallischen Fügetechniken, wie bspw. das Schweißen durchführen.
  • Bevorzugterweise ist weiterhin das textile Trägerelement derart ausgebildet, dass es Beschnitte zur Darstellung von Tür- oder Fensteröffnungen oder dergleichen aufweist. Damit können diese Öffnungen in einem erfindungsgemäßen Verfahren bereits mit dargestellt werden, ohne dass nachträgliche trennende Verfahren zum Erstellen solcher Öffnungen nötig sind.
  • Es ist weiterhin ganz besonders vorteilhaft, die Verstärkungsfasern des textilen Trägerelements und/oder der Verstärkungs- und Formelemente kraftfluss- und spannungsoptimiert auszurichten. Die Erkenntnisse aus Kraftfluss- und Spannungsanalysen können so direkt beim Aufbau der Rohbaustruktur zur Anwendung gebracht werden. Die Anpassung der Faserausrichtung an die zu erwartenden Kraftflüsse und Materialspannungen ermöglicht eine noch leichtere und dünnere Ausführung der entsprechenden Bauteile, da die notwendige Festigkeit durch die optimiert abgelegten Fasern bereitgestellt wird.
  • Um zusätzliche Stabilität an den Kontaktstellen zwischen einzelnen Form- und Verstärkungselementen bereitzustellen, kann nach dem Formen des Trägerelements in Schritt c) zumindest ein zusätzliches Verbindungselement im Bereich einer solchen Kontaktstelle zwischen zumindest zwei Verstärkungs- oder Formelementen angebracht werden. Bevorzugterweise wird ein solches Verbindungselement dabei durch Nähen oder Kleben mit den Verstärkungs- oder Formelementen verbunden. Durch solche Verbindungselemente können zusätzliche Kraftpfade zur Verfügung gestellt werden, welche die statische und dynamische Belastbarkeit einer solchen Rohbaustruktur weiter verbessern.
  • Zur Sicherung der Vorpositionierung der Verstärkungs- und/oder Formelemente in Schritt b) können diese Elemente ebenfalls durch Nähen und/oder Kleben mit dem Trägerelement verbunden werden, bevor dieses in Schritt c) an den Formkern angeformt wird.
  • Es kann dabei je nach Rohbautyp ein vollständiges oder auch nur teilweises Umgeben des Formkerns erforderlich sein. Beim Formen des Trägerelementes kann bspw. die einer nach oben geöffneten Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs entsprechende Seite des Formkerns frei bleiben. Dies entspricht bspw. einem oben offenen Cabriolet.
  • Der Formkern trägt in einer weiteren Ausführung Fixierungs- bzw. Positionierhilfsmittel für die Verstärkungs- oder Formelemente. Hierfür sind insbesondere Nuten, Kanten oder Leisten von Bedeutung. Beim Umformen des Formkerns im Schritt c lassen sich hiermit die entsprechenden Verstärkungs- oder Formelemente sehr genau in die vorgegebene Position einrasten und fixieren. Hierdurch wird über die gesamte Rohbaustruktur eine sehr hohe Maßgenauigkeit erreicht.
  • Der Formkern selbst kann ein- oder mehrteilig aufgebaut sein. Vorteilhafterweise ist der Kern aus mehreren einzelnen Elementen wieder zerlegbar und wieder verwendbar zusammengesetzt. Je nachdem wie fest die einzelnen Kernteile hier zusammengefügt sind kann von einem einzigen Kern oder auch von mehreren Kernen die Rede sein. Von besonderem Interesse sind dabei zerlegbare Metallkerne.
  • Es ist des Weiteren möglich, dass nach oder beim Formen des Trägerelementes um den mindestens einen Formkern Klemm- oder Befestigungsmittel zur Fixierung der Formelemente angebracht werden. Eine Kombination von Nuten oder Ausnehmungen des Kerns mit von außen zuführbahren Klemmvorrichtungen ist besonders effektiv.
  • Eine weitere Verbesserung der Fixierung des Trägerelementes bzw. der Verstärkungs- oder Formelemente erfolgt, indem das Trägerelement unter Spannung um den mindestens einen Formkern geformt wird. Bevorzugt werden die Verstärkungs- oder Formelemente dabei in die Nuten, Aussparungen oder Kanten der Positionierhilfsmittel im Kern, bzw. auf der Kernoberfläche eingepresst.
  • Zwischen den Schritten c) und d) können auch weitere Verstärkungs- und Formelemente angebracht werden. In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden vor dem Aushärten in Schritt d) des Verfahrens zusätzliche Anbindungselemente zum Anbinden benachbarter Bauteile an dem Trägerelement angebracht. Damit wird die Weiterverarbeitung der Rohbaustruktur beim weiteren Fahrzeugaufbau erleichtert. Hierbei kann es sich insbesondere um metallische Anbindungselemente handeln.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden die Verstärkungs- und/oder Formelemente in Schritt b) so positioniert, dass sie nach dem Aushärten in Schritt d) eine Raumtragwerkstruktur bilden. Solche Raumtragwerke oder Spaceframes sind die Grundlage selbsttragender Karosserien und stellen besonders optimierte Kraftpfade zur Verfügung, welche eine optimale Belastbarkeit einer derart aufgebauten Rohbaustruktur sowohl unter normalen Betriebsbedingungen, als auch im Falle eines Unfalls gewährleisten.
  • Das Aushärten im Verfahrensschritt d) kann thermisch oder photoinitiiert oder auch durch Kalthärtung, Anlegen von äußerem Druck oder Pressen erfolgen.
  • Zu den bevorzugten Aushärteverfahren zählt die thermische Aushärtung, insbesondere unter äußerem Druck, da während oder unmittelbar vor der Aushärtung die Harzviskosität sinkt, beziehungsweise Feststoff-Harze aufschmelzen und das Harz in die von den Fasern gebildeten Zwischenräume fließt. Die thermische Härtung wird durch angepasste Erhitzung durchgeführt, wobei das Harz vor dem Aushärten unterhalb der Aushärtetemperatur des Fasermaterials aufschmilzt und bei Erreichen der Aushärtetemperatur thermisch vernetzt.
  • Das photoinitiierte Aushärten, insbesondere durch UV-Licht, wird bevorzugt für Fasermaterial mit flüssigen Harzen angewendet. Gegebenenfalls kann zunächst eine photochemische Vorvernetzung und hierauf eine thermische Endvernetzung erfolgen.
  • Dadurch ergeben sich verringerte Zykluszeiten des Fertigungsprozesses, so dass die Kosten für die Herstellung der Faserverbundbauteile deutlich gesenkt werden können. Von besonderem Vorteil ist es, dass die Verstärkungsfasern oder -faserbündel zusammen mit der Vorstufe der Matrix in einem Zustand hervorragender Formbarkeit vorliegen, der sich insbesondere für anspruchsvolle Strick, Web- oder Knüpfverfahren eignet.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Aushärten des Faserverbundmaterials gemäß Verfahrensschritt d) ein Pressen, das Aufbringen von äußerem Druck und/oder ein Erwärmen des Faserverbundmaterials. Dabei kann die vorgeformte Rohbaustruktur in einem vorzugsweise beheizten Werkzeug gepresst und ausgehärtet werden. Auch die Verwendung von so genannten Autoklaven oder Mikrowellenvorrichtungen sind in dem Aushärteschritt denkbar. Die Rohbaustruktur wird im Autoklaven bevorzugt in bekannter Weise in eine Schutzfolie eingehüllt, um den äußeren Druck flächig auf das Fasermaterial aufzubringen.
  • Als Matrixmaterial kann Harz aus der Gruppe der vernetzbaren duroplastischen und/oder elastomeren Kunststoffe verwendet werden.
  • Als Harz sind insbesondere die thermischen, kalthärtenden oder UV-härtenden Polyester, Polyurethane, Epoxide, Phenole oder Vinylester geeignet. Als Polymerblends sind Vinylester-Polyurethan-Blends besonderes bevorzugt.
  • Bevorzugt werden als Verstärkungsfasern Glasfasern, Kohlefasern (Carbonfasern), Keramikfasern, Metallfasern, Naturfasern oder einem Gemisch von mindestens zwei dieser Fasermaterialien verwendet. Weitere geeignete Verstärkungsfasern sind Aramidfasern oder hochmodulige Polyethylenfasern.
  • Als Formkern zum Formen des Trägerelements in Schritt c) des Verfahrens wird weiterhin bevorzugt ein Formkern aus Sand, Holz, Kunststoff oder Karton verwendet.
  • Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden, wobei
  • 1 eine schematische Darstellung eines flächig ausgebreiteten Trägerelementes nach dem Positionieren von Verstärkungs- und Formelementen im Verfahrensschritt b) zeigt,
  • 2 einen Längsschnitt durch die 1 gezeigte Struktur entlang der Linie II-II darstellt, und
  • 3 eine schematische dreidimensionale Ansicht einer erfindungsgemäßen Rohbaustruktur darstellt.
  • Um nach einem erfindungsgemäßen Verfahren eine Rohbaustruktur für ein Kraftfahrzeug herzustellen, muss zunächst ein flächiges Trägerelement 12 bereitgestellt werden. Wie in 1 gezeigt, wird dieses als in einer Ebene ausgebreitetes Textilstück vorgelegt, welches so beschnitten wird, dass sein Kontur die gewünschte Endkontur der Rohbaustruktur im Sinne eines geometrischen Netzes in der Ebene abbildet. Das Trägerelement 12 ist dabei als textiles Werkstück aus Verstärkungsfasern gefertigt. Die Verstärkungsfasern können dabei in Abstimmung auf die gewünschten Materialeigenschaften als Glasfasern, Kohlefasern, Keramikfasern, Metallfasern, Naturfasern, Aramitfasern oder hochmoduligen Polyethylenfasern ausgeführt sein. Selbstverständlich ist es auch möglich, ein Gemisch solcher Fasern zu verwenden.
  • Bereits bei der Herstellung des Trägerelementes 12 kann dessen Festigkeit weiter optimiert werden, indem die Anordnung der Verstärkungsfasern im Trägerelement 12 in Abstimmung auf vorher durchgeführte Kraftfluss- und Spannungsanalysen optimiert wird. Die lokale Festigkeit des Trägerelementes 12 variiert dadurch mit den zu erwarteten Belastungen, so dass in jedem Bereich des Trägerelementes 12 die jeweils optimale Faserdichte vorliegt. Um eine gesicherte Anordnung dieser Fasern zu gewährleisten, wird das Trägerelement 12 bevorzugt aus vorimprägnierten Verstärkungsfasern gefertigt. Zu Imprägnieren der Fasern dient dabei ein aushärtbares Harzmaterial, welches vorzugsweise aus der Gruppe der thermisch härtenden, kalt härtenden oder UV-härtenden Polyester, Polyurethane, Epoxide, Phenole oder Vynilester gewählt wird. Auch Vynilester-Polyurethan-Blends eignen sich sehr gut für diese Anwendung.
  • Neben dem Zuschneiden des Trägerelementes 12 auf eine äußere Kontur können bereits bei der Bereitstellung des Trägerelementes weitere Beschnitte im inneren Bereich des Trägerelements 12 bereitgestellt werden, um so beispielsweise Fensteröffnungen 14 oder Türöffnungen 16 bereitzustellen.
  • Im gezeigten Ausführungsbeispiel bildet das Trägerelement 12 die Kontur einer vollständigen Fahrgastzelle ab. Es besteht dabei aus einem im Wesentlichen rechteckigem Grundbereich 18, welcher einen ersten Bereich 20, welcher später die Windschutzscheibe aufnehmen soll, einen zweiten Bereich 22, welcher später einen Stirnwandbereich der Fahrgastzelle ausbilden wird, einen dritten Bereich 24, der den später entstehenden Fahrzeugboden entspricht, einen Bereich 26, welcher den späteren Anbindungsbereich für ein Heckmodul entspricht, sowie einen Bereich 28, welcher später eine Heckscheibe aufnehmen wird. Flügelartig ausgeklappt sind an den Grundbereich 18 zwei rahmenartig ausgeführte Seitenteile 30 angeschlossen, die in der fertigen Rohbaustruktur eine Türumrahmung 32, sowie eine Säule 34 der Fahrgastzelle bilden.
  • Nachdem die Struktur gefertigt und gegebenenfalls nachträglich mit Matrixmaterial imprägniert ist, werden im zweiten Verfahrensschritt weitere Verstärkungs- und Formelemente auf dem Trägerelement 12 positioniert. Im gezeigten Beispiel umfassen diese einen vorderen Dachquerträger 36, einen hinteren Dachquerträger 38, einen ersten 40 und zweiten 42 Querträger im Stirnwandbereich, einen Querträger 44 sowie einen in Bordkantenhöhe verlaufenden Querträger 46. Darüber hinaus ist eine in Fahrzeuglängsrichtung verlaufende Tunnelstruktur 48 vorgesehen.
  • 2 zeigt die Anordnung dieser Verstärkungselemente in einem Längsschnitt entlang der Linie II-II. Die Verstärkungselemente können dabei über ihr komplettes Volumen als Gewebe oder Gewirke aus Verstärkungsfasern, welche mit aushärtbarem Matrixmaterial imprägniert sind, dargestellt werden. Um einen optimalen Kompromiss zwischen Belastbarkeit und Gewicht zu erzielen, kann weiterhin wie hier am Stirnwandquerträger 40 im Querschnitt gezeigt ein Formkörper 50 eingelegt werden, welcher dann von textilem Material aus Verstärkungsfasern umgeben wird. Der Formkörper 50 kann dabei als nachträglich entfernbarer Formkern ausgeführt sein, um so ein Hohlprofil darzustellen. Andererseits ist es auch möglich, einen Kern zu wählen, welcher später im Verstärkungselement verbleibt und dessen Materialeigenschaften auf gewünschte Weise beeinflusst. Hierzu ist beispielsweise der Einsatz von Schäumen oder Wabenmaterialen möglich, welche bei sehr geringem Gewicht eine sehr hohe mechanische Belastbarkeit aufweisen.
  • Je nach der Grundhaftung verwendeten Matrixmaterialien, mit denen sowohl das Trägerelement 12, als auch alle Verstärkungselemente getränkt sind, kann die Positionierung der Verstärkungselemente durch einfaches Auflegen und Andrücken erfolgen. Um eine besonders gute Positionssicherheit zu erzielen, können diese Elemente, insbesondere wenn sie aus textilen Grundstoffen gefertigt sind, auch durch Nähen oder durch Kleben mit der Trägerstruktur 12 verbunden werden.
  • Im nächsten Verfahrensschritt wird ein Formkern in den zentralen Bereich 52 des Trägerelementes 12 eingebracht, welcher den darzustellenden Innenraum der Rohbaustruktur abbildet. Das Trägerelement 12 mit den daran befestigten und vorpositionierten Verstärkungs- und Formteilen kann nun um diesen Formkern geformt, insbesondere einfach gefaltet werden, wobei sich die in 3 gezeigte endgültige dreidimensionale Struktur der Rohbaustruktur ergibt. Diese muss anschließend ausgehärtet werden, was in Abhängigkeit der verwendeten Matrixmaterialen thermisch, durch Kalthärten, UV-initiiert, durch Druckbeaufschlagung oder durch eine Kombination genannter Methoden erfolgen kann.
  • Die Struktur bildet nun eine vollständige Rohbauzelle 52, wobei die quertragenden Elemente der Zelle von den Verstärkungselementen 36, 38, 40, 42, 44 und 46 gebildet werden. Das Trägerelement 12 bildet die Längsträger 54 im Bodenbereich, die Dachlängsträger 56, die Säulen 34, 58, 60, sowie einen Fahrzeugboden 62, eine Stirnwand 64 sowie eine hintere Wand 66 der Fahrgastzelle aus. Der Dachbereich 68 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel freigelassen und steht für die Aufnahme eines Dachmoduls zur Verfügung. Selbstverständlich können auch die hier lediglich von der Trägerstruktur 12 gebildeten Elemente durch weitere im Verfahrensschritt b) zu positionierende Verstärkungselemente zusätzlich versteift werden. Zwischen den Verstärkungselementen anzuordnende Verbindungselemente können zusätzlich vorgesehen sein. Weiterhin ist es möglich, zusätzliche Anschlussteile, welche den Weiterbau des Kraftfahrzeuges erleichtern sollen, wie beispielsweise Teile zum Anschluss von Türen, von Außenbeplankungen, oder von Funktionselementen des Fahrzeugs direkt bei der Herstellung dieser Rohbauzelle 52 mit an das Trägerelement 12 oder an eines der Verstärkungselemente angebunden werden.
  • Bezugszeichenliste
  • 12
    Trägerelement
    14
    Fensteröffnungen
    16
    Türöffnungen
    18
    Grundbereich
    20, 22, 24, 26, 28
    Bereiche
    30
    Seitenteile
    32
    Türumrahmung
    34, 58, 60
    Säule
    36, 38, 40, 42, 44, 46
    Querträger
    48
    Tunnelstruktur
    50
    Formkörper
    52
    Bereich des Trägerelements 12
    54, 56
    Längsträger
    62
    Fahrzeugboden
    64
    Stirnwand
    66
    hintere Wand
    68
    Dachbereich
    II-II
    Linie

Claims (20)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Rohbaustruktur (52) für einen Kraftwagen, mit den Schritten: a) Bereitstellen eines flächigen, mit einem aushärtbaren Matrixmaterial imprägnierten, textilen Trägerelements (12) aus Verstärkungsfasern, dessen Kontur die gewünschte Endkontur der Rohbaustruktur im Sinne eines geometrischen Netzes in der Ebene abbildet, b) Positionieren von Verstärkungs- und Formelementen (36, 38, 40, 42, 44, 46, 48) auf dem flächig ausgebreiteten Trägerelement (12), c) Formen des Trägerelementes (12) um zumindest einen Formkern, mittels Faltens des Trägerelementes mit den Verstärkungs- und Formelementen um den Kern herum, wobei eine Rohbaustruktur als geschlossene Zelle mit Raumtragwerkstruktur gebildet wird, d) Aushärten des Matrixmaterials, e) Entfernen des zumindest einen Formkerns.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Verstärkungs- und Formelemente (36, 38, 40, 42, 44, 46, 48) aus einem Fasermaterial aus Verstärkungsfasern, welches mit aushärtbarem Matrixmaterial imprägniert ist, verwendet werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Verstärkungs- und Formelemente (36, 38, 40, 42, 44, 46, 48) verwendet werden, deren Fasermaterial zumindest bereichsweise ein Stützelement (50) aus Schaumstoff oder einem wabenartig strukturierten Material umgibt.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Verstärkungs- und Formelemente (36, 38, 40, 42, 44, 46, 48) verwendet werden, deren Fasermaterial zumindest bereichsweise einen nach dem Aushärten in Schritt d) entfernbaren Kern umhüllt.
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungs- und Formelemente (36, 38, 40, 42, 44, 46, 48) zum Teil aus Metallen bestehen.
  6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Formen des Trägerelementes (12) zumindest eine Seite des Formkerns frei bleibt.
  7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkern Führungsmittel für die Fixierung der Verstärkungs- oder Formelemente aufweist.
  8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach oder beim Formen des Trägerelementes (12) um den mindestens einen Formkern Klemm- oder Befestigungsmittel zur Fixierung der Formelemente angebracht werden.
  9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelementes (12) zur zusätzlichen Fixierung der Formelemente unter Spannung um den mindestens einen Formkern geformt wird.
  10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Schritten c und d weitere Verstärkungs- und Formelemente (36, 38, 40, 42, 44, 46, 48) angebracht werden.
  11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Trägerelement (12) mit Beschnitten zur Darstellung von Tür- (16) oder Fensteröffnungen (14) oder dgl. verwendet wird.
  12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern des textilen Trägerelements (12) und/oder der Verstärkungs- und Formelemente (36, 38, 40, 42, 44, 46, 48) kraftfluss- und spannungsoptimiert ausgerichtet werden.
  13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Formen des Trägerelements (12) in Schritt c) Verbindungselemente an zumindest einer Kontaktstelle zwischen zumindest zwei Verstärkungs- oder Formelementen (36, 38, 40, 42, 44, 46, 48) mit den zumindest zwei Verstärkungs- oder Formelementen (36, 38, 40, 42, 44, 46, 48) durch Nähen oder Kleben verbunden werden.
  14. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schritt b) auf dem Trägerelement (12) positionierten Verstärkungs- und/oder Formelemente (36, 38, 40, 42, 44, 46, 48) durch Nähen und/oder Kleben mit dem Trägerelement (12) verbunden werden.
  15. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aushärten in Schritt d) Anbindungselemente zum Anbinden benachbarter Bauteile an dem Trägerelement (12) angebracht werden.
  16. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungs- und/oder Formelemente (36, 38, 40, 42, 44, 46, 48) nach dem Aushärten in Schritt d) eine Raumtragwerkstruktur bilden.
  17. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aushärten in Schritt d) thermisch und/oder photoinitiiert, oder durch Kalthärtung, Anlegen von äußerem Druck oder Pressen erfolgt.
  18. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Matrixmaterial aus der Gruppe der thermischen, kalthärtenden oder UV-härtenden Polyester, Polyurethane, Epoxide, Phenole oder Vynilester ausgewählt wird.
  19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Verstärkungsfasern Glasfasern, Kohlefasern, Aramidfasern, Polyethylenfasern, Keramikfasern, Metallfasern und/oder Naturfasern gewählt werden.
  20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Formkern aus Metall, Sand, Holz, Kunststoff oder Karton verwendet wird.
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