DE102011014849A1

DE102011014849A1 - Fahrzeugbauteil und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102011014849A1
Application number: DE201110014849
Authority: DE
Inventors: Guido Opperbeck; Robert Raulf
Original assignee: HBPO GmbH
Current assignee: HBPO GmbH
Priority date: 2011-03-24
Filing date: 2011-03-24
Publication date: 2012-09-27

Abstract

Das Fahrzeugbauteil, insbesondere ein Montageträger, weist zur Verstärkung ein Verbundmaterial auf, das mit dem Fahrzeugbauteil verbunden ist. Das Verbundmaterial ist mit einem Stützstrukturmedium gefüllt und durch Spritzgießen mit dem Fahrzeugbauteil verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugbauteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zu dessen Herstellung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
Zu Verstärkung von Fahrzeugteilen, werden z. B. in DE 10 2006 058 601 A1 Faserverbundwerkstoffe eingesetzt. Dabei wird an ein metallisches Fahrwerkbauteil ein aus Faserverbundwerkstoff bestehendes Verstärkungsteil durch einen Klebevorgang angeklebt.
Auch ist aus DE 102 12 370 B4 bekannt, Fahrzeugdächer mit Faserverbundwerkstoffschichten zu verstärken. Ferner ist bekannt, Frontschutzbügel von Kraftfahrzeugen mit Kern aus einem flächenerfassenden Gerüst nichtmetallischen Materials auszubilden und diesen Kern allseitig mit einem Energie absorbierendem Material zu umgeben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Einsatz von Verbundwerkstoffen zu verbessern und insbesondere ein Fahrzeugbauteil, bevorzugt einen Montageträger, und ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, mit denen bei Fahrzeugbauteilen bei gleichzeitiger Gewichtsreduzierung die Steifigkeit des hergestellten Bauteils verbessert werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Fahrzeugbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, das beim Herstellen des Fahrzeugbauteils umspritzte Strukturbauteil durch ein Strukturelement zu ersetzen, welches an seiner Oberfläche einen Verbundwerkstoff, insbesondere Faserverbundwerkstoff, aufweist, der ein Stützstrukturmedium umgibt. Das Stützstrukturmedium sollte im Hinblick auf das Spritzgussverfahren wenig kompressibel sein, so dass der Verbundwerkstoff nicht kollabiert. Insbesondere kommen hierzu vorteilhafterweise Wachse oder Polystyrole oder andere Leichtwerkstoffe mit den genannten Eigenschaften in Betracht.
Im Verbundmaterial ist bevorzugt ein Faserverbundwerkstoff, insbesondere GFK, CFK oder Mischungen daraus enthalten. Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann das Ausgangsmaterial des Verbundmaterials in Fadenform um das Stützstrukturmedium gewickelt werden. Insbesondere kann dies in Form einer Kreuzwicklung geschehen. So wird sicher gestellt, dass das Verbundmaterial die Struktur des aus dem Stützstrukturmedium gebildeten Kerns annimmt.
Zu Herstellung des erfindungsgemäßen Fahrzeugbauteils wird zunächst wenigstens ein Strukturteil durch vollständiges oder teilweises Umwickeln oder Umgeben eines Stützstrukturmediums mit einem Verbundmaterial hergestellt oder bereit gestellt und sodann mit anderen damit zu verbindenden Strukturteilen in einer Spritzgussform umspritzt, so dass die Teile zu einem fertigen Fahrzeugbauteil verbunden werden.
Vor dem Einlegen in die Spritzgussform kann vorgesehen sein, dass das wenigstens eine vom Verbundwerkstoff umgebene Strukturteil in einem Thermo- oder Duroplastmaterial getränkt wird. Hierdurch wird die Verbindung mit den anderen in die Spritzgussform einzulegenden Teilen verbessert.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungsfiguren 1 bis 5 schematisch näher erläutert.
1 zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Strukturelement.
2 zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Strukturelement in einer Spritzgussform.
3 zeigt eine weitere Schnittansicht durch ein erfindungs gemäßes Strukturelement in einer Spritzgussform.
4 zeigt schematisch eine erste und eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt schematisch eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Das in 1 im Querschnitt dargestellte Strukturteil 1 kann je nach Anforderung jede beliebige Form annehmen. Insbesondere lassen sich geschlossene aber auch offene Profile ausbilden. Die Form des Strukturteils 1 wird bestimmt durch ein Stützstrukturmedium 2 (statt Stützstrukturmedium wird im Folgenden auch der Begriff Kern verwendet), der aus einem im Wesentlichen inkompressiblen Material besteht. Inkompressibel bedeutet hier lediglich, dass der Kern 2 bei Einwirken einer bestimmen äußeren Kraft, wie sie bei der Druckbeaufschlagung im Spritzgussverfahren typisch ist, bevorzugt im Bereich eines Spritzgussdrucks von ca. 300–500 bar, nicht kollabieren darf. Bevorzugt sind Kernmaterialien wie Wachse oder Polystyrole oder ähnliche Leichtbaumaterialien mit im Wesentlichen inkompressiblen Eigenschaften. Der Kern 2 ist seinerseits wenigstens teilweise umgeben von einem Verbundmaterial 3. Dabei handelt es sich bevorzugt um einen Faserverbundwerkstoff wie GFK, CFK oder Mischungen daraus. Es ist möglich, diesen in Form von Flächen- oder Gewebematerial um den Kern 2 zu legen oder aber das Verbundmaterial 3 in Faser oder Fadenform vorzuhalten und den Kern 2 damit zu bewickeln. Hier ist bevorzugt eine Kreuzwicklung mit wenigstens zwei unterschiedlichen Wickelrichtungen vorgesehen. Ebenso ist es möglich, das Verbundmaterial 3 als Halbzeug, etwa in Form eines Halbzeugprofils, zur Verfügung zu stellen. Dieses Halbzeugmaterial wird dann um das Stützstrukturmedium 2 gelegt bzw. darauf befüllt.
Es ist möglich, das so erstellte Strukturteil bzw. dessen durch das Verbundmaterial 3 gebildete Oberfläche vor der Weiterverarbeitung des Strukturteils durch Spritzgießen zur Formstabilisierung zu tränken. Dabei können als Tränkmaterial je nach Anwendungsfall insbesondere Duro- oder Thermoplastmaterialien zum Einsatz kommen. Auch ist es möglich, auf das vorherige Tränken zu verzichten und die Formstabilisierung des Verbundmaterials 3 erst im Spritzgussverfahren zu erwirken.
Nach Herstellung des Strukturteils 1 wird dieses in ein Spritzgusswerkzeug 5a, 5b eingelegt, welches im gezeigten Beispiel aus zwei Formhälften 5a und 5b gebildet wird. Dies ist in verschiedenen Schnitten in den 2 und 3 gezeigt, auf die sich die folgenden Ausführungen in gleicher Weise beziehen. In den Zwischenraum 5c zwischen Form 5a, 5b wird das Strukturteil 1 durch Einspritzen von Material umspritzt. Beim Umspritzen wirkt auf das Strukturteil 1 von außen ein Druck p, was durch die Pfeile P1 angedeutet ist. Da der Kern 2 im Wesentlichen inkompressibel ist, baut er einen Gegendruck auf, der durch die Pfeile P2 angedeutet ist. Im Zwischenraum 5c härtet das Spritzgussmaterial aus und verbindet sich dabei mit der Verbundschicht 3 (vgl. 1). In 3 deuten die Pfeile P3 die Einspritzrichtung des Einspritzmaterials an, die mit einer Kraft F beidseits des Strukturteils 1 wirken. Bei dieser Geometrie kompensieren sich die auf das Strukturteil 1 wirkenden Kräfte, da der Kern 2 inkompressibel ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich insbesondere Fahrzeugbauteile, auch Hybridbauteile, herstellen. Besonders eignet sich das Verfahren zur Verstärkung von Montageträgern 6 wie sie in den 4 und 5 schematisch gezeigt sind.
In 4 sind zwei Montageträger 6.1, 6.2 mit einem oberen Querträger 6a und Seitenträgen 6b bzw. einem oberen Querträger 6c mit Seitenträgern 6b gezeigt. Die in 4 gezeigten Montageträger unterscheiden sich dadurch, dass sie im Bereich des Scheinwerferarms 6d offen (6.1) bzw. geschlossen (6.2) ausgebildet sind. Auch sind die Winkelträger der Seitenträger 6b verschieden ausgebildet. In 5 ist ein einteiliger Montageträger mit einem oberen Querträger 6a, einem unteren Querträger 6c und Seitenträgern 6b dargestellt. Als Strukturteile lassen sich beliebige Formen, mit beispielhaft etwa gewinkeltem oder L-förmigen Querschnitt (Pos. 1) oder auch rechteckigem Querschnitt (Pos. 4) realisieren. Das im Querschnitt gewinkelte Strukturteil 1 lässt sich beispielsweise mit Vorteil als Strukturteil des oberen Querträgers 6a oder des unteren Querträgers (vgl. Schnitte A-A und B-B) 6b einsetzen. Die rechteckige Querschnittsform des Strukturteils 4 eignet sich insbesondere für die Verstärkung der Seitenträger 6b, aber auch für weitere, sich von den Seitenträgern 6b aus erstreckende Abschnitte 6d (vgl. Schnitte C-C in 4 und C-C und D-D in 5).
Durch die Erfindung werden Fahrzeugbauteile geschaffen, die eine verbesserte Biegesteifigkeit aufweisen und trotzdem eine Gewichtsverringerung von strukturellen Bauteilen ermöglichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006058601 A1 [0002]
DE 10212370 B4 [0003]

Claims

Fahrzeugbauteil (6), insbesondere Montageträger, welches zur Verstärkung ein Verbundmaterial (3) aufweist, das mit dem Fahrzeugbauteil (6) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundmaterial (3) mit einem Stützstrukturmedium (2) gefüllt und durch Spritzgießen mit dem Fahrzeugbauteil (6) verbunden ist.
Fahrzeugbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Stützstrukturmedium (2) um ein im Wesentlichen inkompressibles, insbesondere Wachs oder Polystyrol aufweisendes, Medium handelt.
Fahrzeugbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundmaterial (3) einen Faserverbundwerkstoff, insbesondere GFK, CFK oder Mischungen daraus, aufweist.
Fahrzeugbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundmaterial (2) um das Stützstrukturmedium (2), insbesondere in Form einer Kreuzwicklung, gewickelt ist.
Fahrzeugbauteil nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundmaterial (3) als Halbzeug vorgesehen ist und um das Stützstrukturmedium (2) gelegt oder/und als Halbzeugprofil ausgebildet mit dem Stützstrukturmedium (2) gefüllt ist.
Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugbauteils (6), insbesondere eines Montageträgers, bei dem wenigstens ein Strukturteil (1; 4) in eine Spritzgussform (5a, 5b) eingelegt und durch Spritzgießen daraus ein Fahrzeugbauteil (6) hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst wenigstens eine Strukturteil (1; 4) durch Umgeben oder Umwickeln eines Stützstrukturmediums (2) mit einem Verbundmaterial (3) her- oder bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeugbauteil (6) durch Umspritzen des Strukturteils (1; 4) und/oder durch Anspritzen desselben an weitere Strukturelemente gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Spritzgießvorgang, insbesondere vor dem Einlegen in die Spritzgussform (5a, 5b), das wenigstens eine Strukturteil (1; 4) in einem Thermo- oder Duroplastmaterial getränkt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützstrukturmedium (2) mit dem Verbundmaterial (3) bewickelt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewicklung in Form einer Kreuzwicklung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6–8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundmaterial (3) als Halbzeug vorgesehen ist und um das Stützstrukturmedium (2) gelegt und/oder als Halbzeugprofil ausgebildet mit dem Stützstrukturmedium gefüllt wird.