DE102009040901A1

DE102009040901A1 - Verfahren zum Herstellen von Tragstrukturen in Kraftfahrzeugen

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Publication number: DE102009040901A1
Application number: DE102009040901A
Authority: DE
Inventors: Gregor KRÖNER
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2009-09-11
Filing date: 2009-09-11
Publication date: 2011-03-17
Anticipated expiration: 2029-09-12
Also published as: CN102574317B; DE102009040901B4; US20120241999A1; CN102574317A; WO2011029430A3; US9409332B2; WO2011029430A2

Abstract

Bei einem Verfahren zum Herstellung von Tragstrukturen in Kraftfahrzeugen, insbesondere von Teilen eines Kraftfahrzeugsitzes, wird mindestens ein Basiselement (BE) aus einem gewebeverstärkten thermoplastischen Kunststoff, insbesondere einem Glasfasermatten-Thermoplast (GMT), zur Formung einer Tragstrukturbasis (TB) in ein Werkzeug (8) eingelegt, thermoplastisch umgeformt und gleichzeitig oder anschließend mindestens einem Zusatzprozess zum Verstärken der Tragstrukturbasis (TB), Anformen mindestens einer Zusatzstruktur (ZS), Integration von Funktionsteilen oder Integration von Schnittstellen für Zusatzbauteile in die Tragstrukturbasis (TB) unterzogen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Tragstrukturen in Kraftfahrzeugen, insbesondere von Teilen eines Kraftfahrzeugsitzes und vorzugsweise einer Sitzwanne.
Zur Verkürzung von Prozesszeiten, zur Verringerung des Herstellungsaufwandes und zur Gewichtsminimierung werden zunehmend metallische Werkstoffe durch geeignete Kunststoffe ersetzt. Insbesondere bei Herstellungsprozessen mit hohen Stückzahlen in Verbindung mit der Forderung nach geringem Gewicht der Produkte, wie es beispielsweise bei der Herstellung von Kraftfahrzeugteilen der Fall ist, führt der Einsatz von Kunststoffen zu erheblicher Kosteneinsparung und Verkürzung von Taktzeiten beim Herstellungsprozess.
Die Substitution von metallischen Werkstoffen durch Kunststoffe scheitert jedoch häufig an den Festigkeitsanforderungen, die an die herzustellenden Produkte gestellt werden, insbesondere dann, wenn es sich bei den Produkten um tragende Strukturen handelt. Hinzu kommt, dass viele Kunststoffe, wie Duroplaste, zwar den Festigkeitsanforderungen genügen, aber zu hohe Taktzeiten für den Aushärtungsprozess benötigen und daher für die Herstellung hoher Stückzahlen ungeeignet sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabenstellung zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das die Herstellung von Tragstrukturen in Kraftfahrzeugen mit hoher Festigkeit und Dauerhaltbarkeit bei geringem Material-, Zeit- und Herstellungsaufwand ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Lösung stellt ein Verfahren zur Herstellung von Tragstrukturen in Kraftfahrzeugen zur Verfügung, die hohen Festigkeits- und Dauerhaltbarkeitsanforderungen bei geringem Material-, Zeit- und Herstellungsaufwand genügen.
Zwar ist der Einsatz von gewebeverstärkten thermoplastischen Kunststoffen, insbesondere von Glasfasermatten-Thermoplasten oder GMT in vielen technischen Gebieten bekannt, jedoch scheitert deren Einsatz im automotiven Bereich an den spezifischen Festigkeits- und Dauerhaltbarkeitsanforderungen, die an Kraftfahrzeugteile gestellt werden, die sich für eine Materialsubstitution eignen, an einem zu hohen Herstellungsaufwand oder einer zulangen Herstellungsdauer, die zur Herstellung komplexer Kraftfahrzeugteile in Folge mehrerer aufeinanderfolgender Prozesse entstehen.
Durch die Kombination des Umformprozesses eines Basiselements aus einem gewebeverstärkten thermoplastischen Kunststoff zur Formung einer Tragstrukturbasis mit mindestens einem Zusatzprozess wie das Anspritzen von Materialanhäufungen zum festigkeitsbedingten Verstärken von Teilen der Tragstrukturbasis werden sowohl Festigkeits- und Dauerhaltbarkeitsanforderungen als auch Forderungen nach einem geringen Herstellungsaufwand und kurzen Taktzeiten erfüllt. Gleichzeitig schafft die Kombination des Umformungsprozesses mit einem Zusatzprozess zum Verstärken der Tragstrukturbasis, zum Anformen mindestens einer Zusatzstruktur oder Integration von Funktionsteilen bzw. Schnittstellen für Zusatzbauteile die Voraussetzung dafür, der unterschiedlichen Beanspruchung von Tragstrukturen oder Teilen einer Tragstruktur auf Druck- oder Zugspannungen durch den gezielten Einsatz von Basiselementen aus gewebeverstärktem thermoplastischen Kunststoff mit unterschiedlicher Gewebeart und -form sowie durch gezieltes lokales Einspritzen von Materialanhäufungen bzw. Einlegen von Verstärkungs- oder Versteifungselementen Rechnung zu tragen.
Das in einem Werkzeug thermoplastisch umgeformte Basiselement kann in demselben Werkzeug auch dem mindestens einen Zusatzprozess unterzogen oder anschließend in ein weiteres Werkzeug, beispielsweise in eine Spritzgussform, eingelegt und weiterbehandelt werden.
Im Zusatzprozess wird Kunststoffmaterial zum festigkeitsbedingten Verstärken von Teilen der Tragstrukturbasis in das Werkzeug oder in eine die thermoplastisch umgeformte Tragstrukturbasis aufnehmende Form eingespritzt oder es werden Versteifungs- oder Verstärkungselemente in die thermoplastisch umgeformte Tragstrukturbasis eingelegt und mit Kunststoff umspritzt, wobei die Versteifungs- oder Verstärkungselemente insbesondere in den Bereichen der Tragstrukturbasis angeordnet werden, in denen die Tragstruktur erhöhten Druckspannungen ausgesetzt wird.
Zur Erhöhung der Festigkeit einer Tragstruktur kann das Basiselement aus einem mehrlagigen gewebeverstärkten thermoplastischen Kunststoff bestehen, in dessen Zwischenräume während oder nach dem Umformprozess ein Hohlräume oder Hohlkammern erzeugendes Gas eingebracht wird, indem beispielsweise eine Injektionsnadel in die Werkstückaufnahme des Werkzeugs eingefahren und das Gas in die Zwischenräume des mehrlagigen gewebeverstärkten thermoplastischen Kunststoffs injiziert wird.
Das Basiselement kann aus einer großflächigen Platte aus einem gewebeverstärktem thermoplastischen Kunststoff, deren Fläche größer als die projizierte Fläche der Werkstückaufnahme des Werkzeugs ist, oder aus mehreren kleinflächigen Platten oder Streifen aus einem gewebeverstärkten thermoplastischen Kunststoff, deren Fläche kleiner als die projizierte Fläche der Werkstückaufnahme des Werkzeugs ist, bestehen, wobei die Form und Größe der kleinflächigen Platten oder Streifen des Basiselements entsprechend den spezifischen Anforderungen der Tragstruktur dimensioniert werden kann, die kleinflächigen Platten oder Streifen mit verschiedenen Gewebeformen oder -arten bei der Zusammensetzung des gewebeverstärkten thermoplastischen Kunststoffs versehen und in Bereichen der Tragstruktur mit übereinstimmender Spannungsrichtung der Belastung der Tragstruktur gleiche Gewebeformen oder -arten bei der Zusammensetzung des gewebeverstärkten thermoplastischen Kunststoffs (GMT) für die kleinflächigen Platten oder Streifen eingesetzt werden können.
Der Vorteil einer großflächigen Platte liegt in der vereinfachten Herstellung beim Umformprozess, nachteilig hierbei ist jedoch ein größerer Materialausschuss, da die großflächige Platte für den Umformprozess größer als die in eine Ebene projizierte Fläche der Werkstückaufnahme des Werkzeugs sein muss, so dass nach dem Umformprozess ein Randbeschnitt vorgenommen werden muss, um die Maßhaltigkeit der Tragstruktur zu gewährleisten.
Kleinflächige Platten oder Streifen aus gewebeverstärktem thermoplastischen Kunststoff erfordern zwar einen etwas höheren Herstellungsaufwand durch entsprechendes Einlegen der kleinflächigen Platten oder Streifen in das Werkzeug an den hierfür vorgesehenen Stellen, die insbesondere durch Festigkeitsanforderungen vorgegeben sind, gewährleisten aber einen effektiven Materialeinsatz, da sie entsprechend den jeweiligen Anforderungen, die an die Tragstruktur gestellt werden, konfektioniert werden können, so dass anschließend kein Beschnitt erforderlich ist. Durch den Wegfall des Beschnitts kann in vielen Anwendungsfällen der erhöhte Herstellungsaufwand beim Einlegen der kleinflächigen Platten oder Streifen in das Werkzeug gegenüber dem Einsatz großflächiger Platten mehr als kompensiert werden, so dass dieser Variante zur Herstellung der Tragstrukturbasis in vielen Anwendungsfällen vorteilhaft ist.
Neben einer den jeweiligen Anforderungen entsprechenden Konfektionierung der kleinen Platten oder Streifen aus gewebeverstärktem thermoplastischen Kunststoff ist eine Kombination verschiedener Gewebe möglich, so dass Bereiche mit einheitlicher Spannungsrichtung gezielt verstärkt werden können, weil gewebeverstärkte Materialien starke anisotrope Eigenschaften aufweisen.
Vorzugsweise besteht das Gewebe des gewebeverstärkten thermoplastischen Kunststoffs aus einem Glasfasergewebe mit einem Anteil am Basiselement von 40 bis 70%.
Wie vorstehend ausgeführt wurde, ermöglicht die erfindungsgemäße Kombination des Umformprozesses eines Basiselements aus einem gewebeverstärkten thermoplastischen Kunststoff mit einem Zusatzprozess zum Verstärken der Tragstrukturbasis ein festigkeitsbedingtes Verstärken von Teilen der Tragstruktur, so dass Einfluss auf die Struktur des Basiselements genommen werden kann, indem beispielsweise in Bereichen erhöhter auf die Tragstruktur einwirkender Druckspannungen mit kurzen Glasfasern oder Glaskugeln versehener Kunststoff zum festigkeitsbedingten Verstärken von Teilen der Tragstrukturbasis oder zum Umspritzen von Versteifungs- oder Verstärkungselemente verwendet wird.
Durch die Kombination des Umformprozesses mit einem entsprechenden Zusatzprozess in einem Werkzeug ergibt sich die Möglichkeit, an die Tragstrukturbasis Zusatzstrukturen aus einem gegebenenfalls gewebeverstärkten Kunststoff anzuformen oder anzuspritzen, wobei entweder die Zusatzstrukturen beim Umformen des Basiselements direkt an das Basiselement angeformt oder nach dem Umformen des Basiselements in das Werkzeug eingelegt und an das Basiselement angespritzt werden.
Dieses Verfahren eignet sich in besonderer Weise dazu, in einem einfachen und kostengünstigen Verfahren in Hybridbauweise Bauteile aus Metall als Zusatzstrukturen an das Basiselement anzuformen oder anzuspritzen.
In gleicher Weise können beim Umform- und Zusatzprozess Halterungen, Lagerstellen oder Schnittstellen der Tragstruktur an das Basiselement während des Umformprozesses angeformt oder nach dem Umformen des Basiselements an die Tragstrukturbasis angespritzt werden.
In bevorzugter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen von Tragstrukturen in Kraftfahrzeugen besteht die Tragstruktur aus einer Sitzwanne eines Kraftfahrzeugs, deren Strukturfestigkeit im Bereich von in der Sitzwanne bei Gebrauch auftretenden Zugspannungen von dem gewebeverstärkten thermoplastischen Kunststoff des Basiselements aufgenommen wird, während im Bereich von auf die Sitzwanne im Gebrauch ausgeübten Druckkräften zur Erhöhung der Steifigkeit Versteifungs- oder Verstärkungselemente, insbesondere Versteifungsrippen, aus verstärktem Kunststoff angespritzt werden.
Diese Anwendung macht in optimaler Weise von der Kombination des Umformprozesses eines Basiselements aus einem gewebeverstärkten thermoplastischen Kunststoff mit einem Zusatzprozess Gebrauch, bei dem Kunststoff an hierfür vorgesehenen Stellen an die Tragstrukturbasis im Bereich von auf die Tragstruktur ausgeübten Druckspannungen bzw. zur Erhöhung der Steifigkeit Rippen aus verstärktem Kunststoff an die Tragstrukturbasis angespritzt werden.
Bei sogenannten „Halbwannen” für Kraftfahrzeugsitze muss zur Unterstützung des Polsters eine Federmatte montiert werden, die zwischen der Sitzwanne und einem weiteren Strukturelement, beispielsweise einem hinteren Querrohr des Kraftfahrzeugsitzes, gespannt werden muss. Üblicherweise besteht die Federmatte aus einem Stahldraht, der anschließend mit Kunststoff umspritzt wird, um Geräusche zu eliminieren bzw. Federeigenschaften zu optimieren.
Die erfindungsgemäße Lösung der Kombination des Umformprozesses eines Basiselements aus einem gewebeverstärktem thermoplastischen Kunststoff mit einem Zusatzprozess innerhalb eines Werkzeugs ermöglicht es nunmehr, in Erweiterung der Herstellung einer Halbwanne aus gewebeverstärktem thermoplastischen Kunststoff mit gegebenenfalls gezielt angeordneten Verstärkungen eine als Federmatte ausgebildete Zusatzstruktur mit ebenem oder wellenförmigem Querschnitt an die Sitzwanne anzuformen.
Bei diesem erweiterten Verfahren wird die Federmatte in ebener oder welliger Form direkt mit an die Wanne aus gewebeverstärktem thermoplastischen Kunststoff angeformt, wobei das für die Federmatte eingesetzte Glasgewebe des gewebeverstärkten thermoplastischen Kunststoffs entweder aufgrund seiner Gewebestruktur oder aufgrund der Formgebung der Federmatte, beispielsweise durch deren wellige Ausführung, federt.
Die Verbindung der Federmatte mit ebenem oder wellenförmigem Querschnitt mit der Sitzwanne kann durch einstückiges Anformen der Federmatte an die Sitzwanne im Umformprozess oder nach dem thermoplastischen Umformen eines Basiselements zur Bildung der Sitzwanne durch Anformen der als Federmatte ausgebildeten Zusatzstruktur an die Sitzwanne und gegebenenfalls zusätzliches Umspritzen der Anformung mit Kunststoff erfolgen.
Alternativ können an die Sitzwanne beim thermoplastischen Umformen eines Basiselements Laschen an die Sitzwanne angeformt werden, die in einem Anformprozess um eine Federmatte aus Metall mit ebenem oder wellenförmigem Querschnitt gelegt werden, wobei die metallische Federmatte und/oder die Verbindung der metallischen Federmatte mit der Sitzwanne mit Kunststoff umspritzt wird.
Des Weiteren können zusätzlich Befestigungselemente wie Einhängungen der Federmatte in ein Querrohr eines Kraftfahrzeugsitzes, Lagerstellen der Sitzwanne oder Federmatte oder Zusatzbauteile aus Kunststoff oder Metall an die Sitzwanne oder an die Federmatte an die Sitzwanne oder Federmatte angespritzt werden.
Anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele sollen verschiedene Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen von Tragstrukturen in Kraftfahrzeugen sowie wesentliche Merkmale der erfindungsgemäßen Lösung erläutert werden. Es zeigen:
1 ein schematisches Blockdiagramm der Kombination eines Umformprozesses mit dem Anspritzen von Verstärkungs- oder Versteifungselementen an eine Tragstrukturbasis innerhalb eines Werkzeugs;
2 ein schematisches Blockdiagramm der Kombination eines Umformprozesses mit dem Anspritzen von Verstärkungen an die Tragstrukturbasis bzw. Anformen von Zusatzelementen;
3 ein schematisches Blockdiagramm der Kombination eines Umformprozesses mit dem Anspritzen oder Anformen einer Zusatzstruktur an die Tragstrukturbasis;
4 eine perspektivische Unterseitenansicht einer als Halbwanne ausgebildeten Sitzwanne mit einer Tragstrukturbasis, Lagerverstärkungen und angespritzten Versteifungs- und Verstärkungselementen und
5 eine perspektivische Unterseitenansicht einer als Halbwanne ausgebildeten Sitzwanne mit angeformter welliger Federmatte.
In den 1 bis 3 ist in schematischer Form ein zweiteiliges Werkzeug 8 dargestellt, dessen Teile für den Umformprozess zusammengefahren und zur Entnahme der Tragstruktur bzw. zum Einlegen von Versteifungs- und Verstärkungselementen oder Zusatzstrukturen auseinander gefahren werden können. Die in den 1 bis 3 schematisch dargestellten Verfahren der Kombination eines Umformprozesses eines Basiselements aus einem gewebeverstärkten thermoplastischen Kunststoff mit einem Zusatzprozess zum Verstärken der Tragstrukturbasis, Anformen mindestens einer Zusatzstruktur und/oder Integration von Funktionsteilen bzw. Schnittstellen für Zusatzbauteile sind nur beispielhaft zu verstehen, da sich aus der vorstehenden Beschreibung eine Vielzahl von Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens der Kombination des Umformprozesses mit einem Zusatzprozess in ein- und demselben Werkzeug ergeben.
Bei einem gewebeverstärkten thermoplastischen Kunststoff und insbesondere bei einem Glasfasermatten-Thermoplast oder GMT handelt es sich um einen Kunststoff, bei dem Gewebe- oder insbesondere Glasfasermatten durch einen thermoplastischen Kunststoff miteinander verklebt und umhüllt werden. Beispielsweise werden hierzu zwei Glasfasermatten, die auf zwei Rollen vorgefertigt gelagert sind, auf ein Doppelband geleitet. Zwischen diese Laminatmatten wird mit Hilfe eines Extruders ein thermoplastischer Kunststoff oder Thermoplast eingespritzt. Wieder beidseitig wird die entstandene Matte mit einer Thermoplastfolie umschlossen. Dabei wirkt das Doppelband gleichzeitig als sogenannte Doppelbandpresse, in der zuerst ein Heizaggregat eingebaut ist (Heizkaschier-Zone) und dann ein Kühlaggregat folgt. Am Ende des Bandes kommt dann das fertige Plattenmaterial raus, das als Halbzeug – wie nachstehend beschrieben – weiterverarbeitet werden kann.
Das in 1 dargestellte schematische Blockdiagramm zeigt in einem Verfahrensschritt 1.1 das Einlegen eines vorgefertigten Zuschnitts eines (kalten) Basiselements BE aus gewebeverstärktem thermoplastischen Kunststoff, beispielsweise einer großflächigen Platte, in das Werkzeug 8, das gegebenenfalls zuvor in einem Mehrzonen/Infrarotheizofen oder, um eine bessere Temperaturverteilung im Basiselement BE zu erreichen, in einem Umluftofen erhitzt wird. Das Basiselement wird dann per Roboter oder manuell in das in einer Presse angeordnete Werkzeug 8 auf ca. 40°C temperiert eingelegt, wozu die Teile des Werkzeugs 8 auseinander gefahren werden. Nach dem Zusammenfahren der Teile des Werkzeugs 8 erfolgt der Umformprozess des Basiselements BE im Verfahrensschritt 1.2, indem die Presse das Basiselement BE dann in die gewünschte Form presst.
Anschließend werden im Verfahrensschritt 1.3 die Teile des Werkzeugs 8 auseinander gefahren und ein Versteifungs- oder Verstärkungselement VV bzw. mehrere Versteifungs- und Verstärkungselemente VV in die aus dem umgeformten Basiselement BE gebildete Tragstrukturbasis TB eingelegt und nach dem Zusammenfahren der Teile des Werkzeugs 8 durch Einspritzen von Kunststoff KST im Verfahrensschritt 1.4 an die Tragstrukturbasis TB angespritzt. Nach dem Auseinanderfahren der Teile des Werkzeugs 8 im Verfahrensschritt 1.5 kann die Tragstruktur TS mit dem bzw. den angespritzten Verstärkungs- und Versteifungselementen W entnommen werden.
In 2 ist ein alternatives Verfahren dargestellt, bei dem ebenfalls nach dem Auseinanderfahren der Teile des Werkzeugs 8 ein Basiselement BE aus gewebeverstärktem thermoplastischen Kunststoff in das Werkzeug 8 im Verfahrensschritt 2.1 eingelegt und nach dem Schließen des Werkzeugs 8 der Umformprozess im Verfahrensschritt 2.2 bei gleichzeitigem Einspritzen von Kunststoff KST zur Materialanhäufung und Verstärkung von Lagerstellen oder sonstigen auf Druck beanspruchten Teilen der Tragstruktur erfolgt. Im Verfahrensschritt 2.3 wird das Werkzeug 8 auseinander gefahren und die Tragstruktur TS mit den Verstärkungen an der Tragstrukturbasis TB entnommen.
In 3 ist eine weitere Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, bei der im Verfahrensschritt 3.1 in die auseinander gefahrenen Teile des Werkzeugs 8 ein Basiselement BE aus gewebeverstärktem thermoplastischen Kunststoff, insbesondere ein Glasfasermatten-Thermoplast GMT, eingelegt und im Verfahrensschritt 3.2 mit dem Schließen der Teile des Werkzeugs 8 der Umformprozess des Basiselements zur Herstellung der Tragstrukturbasis, beispielsweise einer Sitzwanne, vollzogen wird. Im Verfahrensschritt 3.3 wird das Werkzeug 8 auseinander gefahren und eine Zusatzstruktur ZS, beispielsweise in Form einer Federmatte, in das Werkzeug 8 an der hierfür vorgesehenen Stelle an der Tragstrukturbasis TB, beispielsweise der als Halbwanne ausgebildeten Sitzwanne, angelegt. Mit dem Schließen des Werkzeugs 8 im Verfahrensschritt 3.4 wird die Zusatzstruktur ZS an die Tragstrukturbasis TB angeformt und im Verfahrensschritt 3.5 die fertige Tragstruktur TS aus Tragstrukturbasis TB und Zusatzstruktur ZS entnommen.
Alternativ kann nach dem Verfahrensschritt 3.3 entsprechend dem strichpunktierten Pfeil im Verfahrensschritt 3.6 Kunststoff KST in die geschlossene Werkzeugform eingespritzt und damit die Zusatzstruktur ZS an die Tragstrukturbasis TB angespritzt werden, so dass im Verfahrensschritt 3.7 nach Öffnen des Werkzeugs 8 die Tragstruktur TS aus der Tragstrukturbasis TB und der Zusatzstruktur ZS entnommen werden kann.
In einer weiteren Alternative kann die Zusatzstruktur ZS bereits im Verfahrensschritt 3.1 in die geöffnete Werkzeugform eingelegt und beim Umformen des Basiselements BE zur Tragstrukturbasis TB an die Tragstrukturbasis TB angeformt werden.
Als Anwendungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren ist in 4 eine als Halbwanne ausgebildete Sitzwanne 4 eines Kraftfahrzeugsitzes in perspektivischer Unterseitenansicht dargestellt.
Die Sitzwanne 4 enthält eine Sitzfläche 40 und einen Sitzflächenrand 41, die als Tragstrukturbasis aus einem Basiselement aus gewebeverstärktem thermoplastischen Kunststoff umgeformt und in die in 4 dargestellte Form gebracht wurden. Nach dem Umformen der Sitzfläche 40 und des Sitzflächenrandes 41 wird ein Verstärkungs- und Versteifungselement 5 in Form einer gitterartigen Versteifungsrippenstruktur in die schalenförmige Unterseite der Sitzfläche 40 und des Sitzflächenrandes 41 eingelegt und mit Kunststoff 60 an die Sitzfläche 40 bzw. den Sitzflächenrand 41 angespritzt. Gleichzeitig wird Kunststoff 61 an Lagerstellen 42, 43 an den Enden des Sitzflächenrandes 41 zur Verstärkung der Lagerstellen 42, 43 angespritzt.
Wie der Darstellung gemäß 4 zu entnehmen ist, sind in der Sitzfläche 40 Öffnungen 44, 45 angeordnet, die entweder während des Umformprozesses durch einen Dorn oder nach dem Umformprozess durch Bohren oder Stanzen 44, 45 in die Sitzfläche 40 eingebracht werden und zur Aufnahme von Befestigungs- oder Justierungselementen dienen.
5 zeigt ebenfalls in einer perspektivischen Unterseitenansicht eine als Halbwanne ausgebildete Sitzwanne 4 mit einer Sitzfläche 40 und einem Sitzflächenrand 41 sowie Lagerstellen 42, 43 mit integriertem Verstärkungs- und Versteifungselement 5. An dem zwischen den Lagerstellen 42, 43 verlaufenden Rand 46 der Sitzfläche 40 wird eine Federmatte 7 während oder nach dem Umformprozess zur Herstellung der Sitzwanne 4 angeformt. Die in welliger Form ausgebildete und ebenfalls aus einem gewebeverstärkten thermoplastischen Kunststoff bestehende Federmatte 7 erhält ihre federnden Eigenschaften durch die Ausbildung von Wellen 70, wobei zur Materialeinsparung und Verbesserung der Federeigenschaften Ausnehmungen 72 vorgesehen sind. An dem der Kante 46 der Sitzfläche 40 entgegen gesetzten Ende der Federmatte 7 ist eine rinnenförmige Struktur 71 vorgesehen, mit der die Federmatte 7 in ein Querrohr des Kraftfahrzeugsitzes zur statischen Festlegung der Federmatte 7 eingehängt wird.
Weitere Anwendungen, insbesondere für den Kraftfahrzeugbereich, lassen sich aus dem vorstehend beschriebenen Anwendungsbeispiel für die Sitzwanne eines Kraftfahrzeugsitzes und den anhand der 1 bis 3 beschriebenen Herstellungsverfahren ableiten.
Bezugszeichenliste

1.1–1.5: Verfahrensschritte eines ersten Herstellungsverfahrens
2.1–2.3: Verfahrensschritte eines zweiten Herstellungsverfahrens
3.1–3.7: Verfahrensschritte eines dritten und vierten Herstellungsverfahrens
4: Sitzwanne
5: Verstärkungs- und Versteifungselement
7: Federmatte
8: Werkzeug
40: Sitzfläche
41: Sitzflächenrand
42, 43: Lagerstellen
44, 45: Öffnungen
46: Rand
60, 61: Kunststoff
70: Wellen
71: rinnenförmige Struktur
72: Ausnehmungen
BE: Basiselement
GMT: Glasfasermatten-Thermoplast
KST: Kunststoff
TB: Tragstrukturbasis
TS: Tragstruktur
W: Versteifungs- oder Verstärkungselement
ZS: Zusatzstruktur

Claims

Verfahren zum Herstellen von Tragstrukturen in Kraftfahrzeugen, insbesondere von Teilen eines Kraftfahrzeugsitzes, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Basiselement (BE) aus einem gewebeverstärkten thermoplastischen Kunststoff, insbesondere einem Glasfasermatten-Thermoplast (GMT), zur Formung einer Tragstrukturbasis (TB) in ein Werkzeug (8) eingelegt und in dem Werkzeug (8) thermoplastisch umgeformt wird und dass in mindestens einem Zusatzprozess die Tragstrukturbasis (TB) verstärkt und/oder mindestens eine Zusatzstruktur (ZS) angeformt und/oder Funktionsteile und/oder Schnittstellen für Zusatzbauteile in die Tragstrukturbasis (TB) integriert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Basiselement (BE) in einem Werkzeug (8) thermoplastisch umgeformt und dem mindestens einen Zusatzprozess unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Zusatzprozess Kunststoff (KST) zum festigkeitsbedingten Verstärken von Teilen der Tragstrukturbasis (TB) in das Werkzeug (8) oder in eine die thermoplastisch umgeformte Tragstrukturbasis (TB) aufnehmende Form eingespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Versteifungs- oder Verstärkungselemente (VV) in die thermoplastisch umgeformte Tragstrukturbasis (TB) eingelegt und mit Kunststoff (KST) umspritzt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungs- oder Verstärkungselemente (VV) in den Bereichen der Tragstrukturbasis (TB) angeordnet werden, in denen die Tragstruktur (TS) erhöhten Druckspannungen ausgesetzt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Basiselement (BE) aus einem mehrlagigen gewebeverstärkten thermoplastischen Kunststoff (GMT) besteht, in dessen Zwischenräume ein Hohlräume oder Hohlkammern erzeugendes Gas eingebracht wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Basiselement (BE) eine großflächige Platte aus einem gewebeverstärktem thermoplastischen Kunststoff (GMT), deren Fläche größer als die projizierte Fläche der Werkstückaufnahme des Werkzeugs (8) ist, in das Werkzeug (8) eingelegt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Basiselement (BE) mehrere kleinflächige Platten oder Streifen aus einem gewebeverstärkten thermoplastischen Kunststoff (GMT), deren Fläche kleiner als die projizierte Fläche der Werkstückaufnahme des Werkzeugs (8) ist, in das Werkzeug (8) eingelegt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Form und Größe der kleinflächigen Platten oder Streifen des Basiselements (BE) entsprechend den spezifischen Anforderungen der Tragstruktur (TS) dimensioniert werden.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die kleinflächigen Platten oder Streifen mit verschiedenen Gewebeformen oder -arten bei der Zusammensetzung des gewebeverstärkten thermoplastischen Kunststoffs (GMT) versehen werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in Bereichen der Tragstruktur (TS) mit übereinstimmender Spannungsrichtung der Belastung der Tragstruktur (TS) gleiche Gewebeformen oder -arten bei der Zusammensetzung des gewebeverstärkten thermoplastischen Kunststoffs (GMT) für die kleinflächigen Platten oder Streifen eingesetzt werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewebe des gewebeverstärkten thermoplastischen Kunststoffs (GMT) aus einem Glasfasergewebe mit einem Anteil am Basiselement (BE) von 40 bis 70% besteht.
Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff zum festigkeitsbedingten Verstärken von Teilen der Tragstrukturbasis oder zum Umspritzen von Versteifungs- oder Verstärkungselemente in Bereichen erhöhter auf die Tragstruktur (TS) einwirkender Druckspannungen mit kurzen Glasfasern oder Glaskugeln versehen ist.
Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an die Tragstrukturbasis (TB) Zusatzstrukturen (ZS) aus einem gewebeverstärktem thermoplastischen Kunststoff (GMT) angeformt oder angespritzt werden.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzstrukturen (ZS) beim Umformen des Basiselements (BE) an das Basiselement (BE) angeformt werden.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzstrukturen nach dem Umformen des Basiselements (BE) in das Werkzeug (8) eingelegt und an das Basiselement (BE) angespritzt werden.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Bauteile aus Metall oder Kunststoff ausgebildete Zusatzstrukturen an das Basiselement (BE) angespritzt werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Halterungen, Lagerstellen oder Schnittstellen der Tragstruktur (TS) an das Basiselement (BE) während des Umformprozesses angeformt oder nach dem Umformen des Basiselements (BE) an die Tragstrukturbasis (TB) angespritzt werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (TS) aus einer Sitzwanne (4) eines Kraftfahrzeugs besteht, deren Strukturfestigkeit im Bereich von in der Sitzwanne (4) bei Gebrauch auftretenden Zugspannungen von dem gewebeverstärkten thermoplastischen Kunststoff (GMT) des Basiselements (BE) aufgenommen wird, während im Bereich von auf die Sitzwanne (4) im Gebrauch ausgeübten Druckkräften zur Erhöhung der Steifigkeit Versteifungs- oder Verstärkungselemente (VV), insbesondere Versteifungsrippen (5), aus verstärktem Kunststoff angespritzt werden.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Federmatte (7) mit ebenem oder wellenförmigem Querschnitt einstückig an die Sitzwanne (4) angeformt wird.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem thermoplastischen Umformen der Sitzwanne (4) eine als Federmatte (7) ausgebildete Zusatzstruktur (ZS) mit ebenem oder wellenförmigem Querschnitt an die Sitzwanne (4) angeformt wird.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass beim thermoplastischen Umformen eines Basiselements zur Herstellung der Sitzwanne (4) Laschen an die Sitzwanne (4) angeformt werden, die um eine Federmatte (7) aus Metall gelegt werden.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Federmatte (7) und/oder die Verbindung der Federmatte (7) mit der Sitzwanne (4) mit Kunststoff umspritzt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Befestigungselemente wie Einhängungen (71) der Federmatte (7) in ein Querrohr eines Kraftfahrzeugsitzes oder Lagerstellen (42, 43) der Sitzwanne (4) oder Federmatte (7) oder Zusatzbauteile aus Kunststoff oder Metall an die Sitzwanne (4) oder an die Federmatte (7) angespritzt werden.