DE102011087497B4

DE102011087497B4 - Verfahren zur Herstellung von Faserverbund-Hohlbauteilen und Fahrzeug

Info

Publication number: DE102011087497B4
Application number: DE102011087497.6A
Authority: DE
Inventors: Michael Schillinger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2011-12-01
Filing date: 2011-12-01
Publication date: 2021-06-10
Anticipated expiration: 2031-12-02
Also published as: DE102011087497A1

Abstract

Verfahren (100) zur Herstellung eines Faserverbund-Hohlbauteils (1) für Fahrzeuge, das Verfahren (100) aufweisend die Schritte:- Konfektionieren (300) mindestens eines ersten Kunststoffkerns (2) mit mindestens einem Einlegebauteil (4, 5) aus Kunststoff und mit mindestens einem zweiten Kunststoffkern (3), der unterschiedlich zu dem mindestens einen ersten Kunststoffkern (2) ausgebildet ist, zu einer Faserverbund-Hohlbaueinheit, wobei der mindestens eine erste Kunststoffkern (2) und/oder der mindestens eine zweite Kunststoffkern (3) mindestens eine Faserlage (9, 10) aufweist, die um den Kunststoffkern (2, 3) derart gelegt ist, dass sich Fasern der mindestens einen Faserlage (9, 10) in eine vorbestimmte Richtungen erstrecken, um kraftflussoptimierte Übergänge zu einem sich anschließenden Einlegebauteil (4, 5) des mindestens einem Einlegebauteils (4, 5) bereitzustellen; und- Verfestigen (400) der konfektionierten Faserverbund-Hohlbaueinheit mittels eines Spritzpressverfahrens zu dem Faserverbund-Hohlbauteil (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbund-Hohlbauteils für Fahrzeuge, das aus mindestens einem vorgefertigten ersten Kunststoffkern und einem dazu unterschiedlich ausgebildeten mindestens einen zweiten Kunststoffkern sowie mindestens einem Einlegebauteil aus Kunststoff gebildet ist. Der mindestens eine erste Kunststoffkern wird mit dem mindestens einen Einlegebauteil aus Kunststoff und mit dem mindestens einen zweiten Kunststoffkern zu einer Faserverbund-Hohlbaueinheit konfektioniert und anschließend mittels eines Spritzpressverfahrens zu einem Faserverbund-Hohlbauteil verfestigt. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit mindestens einem entsprechenden Faserverbund-Hohlbauteil, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Faserverbund-Hohlbauteils hergestellt wurde.
Faserverbundkerne können als auswaschbare Kerne aus Sand oder Glashohlkugeln, aus PUR-Schaum, aus EPP-Schaum oder als Blaskerne aus Polypropylen (PP) oder ähnlichen Thermoplasten hergestellt werden. Weiterhin können Kerne aus Tiefziehfolien, die aus PP oder ähnlichen Thermoplasten verschweißt sind, sowie aus ausschmelzbaren Wachskernen oder eutektischen Legierungen (niedrigschmelzende Metalllegierungen) bestehen.
Derartige Kerne können in ihrer Funktionalität eingeschränkt sein, wie beispielsweise Sandkerne, die spröde oder brüchig sein können, oder Blaskerne, die lediglich in bestimmten Geometrien ausbildbar und demnach nicht überall einsetzbar sind.
Integrative Bauteile mit derartigen Kernen müssen über eine gewisse Anzahl von Unterzusammenbauten schrittweise aufgebaut werden, was unter Umständen einen hohen Aufwand an Zeit, Material und Kosten erfordert. Ein integratives Gesamtbauteil mit Faserverbund-Werkstoffen kann in einer reinen Schalenbauweise hergestellt werden, bei der mit jeweils zusammengehörigen Schalen Hohlbauprofile erzeugt werden, die aneinander gereiht und verklebt werden.
Aufgrund der Vielzahl der so erzeugten und benötigten Schalenbauteile kann der fasergerechte und last-/festigkeits- und steifigkeitsoptimale Aufbau von Komponenten eines Fahrzeugs, wie beispielsweise ein Seitenrahmens nur bedingt dargestellt werden, da in verschiedenen Bereichen des Seitenrahmens unterschiedliche funktionale Auslegungen nötig sind. In herkömmlichen Herstellungsverfahren wurde ein derartiger Seitenrahmen durch entsprechend in Wanddicke und Konstruktion angepasste Schalen realisiert, die in einzelnen Preform-Werkzeugen hergestellt werden. Durch den Preform-Prozess kann ein erheblicher prozessbedingter Materialverschnitt entstehen, der unter Umständen sogar größer sein kann als das eigentliche verbleibende integrative Bauteil. Die vielen unterschiedlichen Preform-Teile können einen hohen Bedarf an Anlagekapazitäten erfordern, was zu hohen Prozess- und Herstellkosten führen kann.
Bisher müssen die verschiedenen Schalenbauteile einzeln mit Klebstoff verbunden werden und einzelne Komponenten bzw. Schalen oder Bauteile klebstoffgerecht ausgelegt werden, wodurch Einschränkungen hinsichtlich der Funktion, der Kostenoptimierung, der Konstruktion, des Designs und der Gewichtsoptimierung der Schalenbauteile gegeben sein können.
Weitere Verfahren zur Herstellung von Faserverbund-Hohlbauteilen sowie Faserverbund-Hohlbauteile sind beispielsweise aus den Dokumenten DE 10 2009 051 459 A1 , DE 10 2004 006 615 A1 , DE 103 26 422 A1 und DE 102 53 100 A1 bekannt. Darüber hinaus ist die allgemeine Verwendung von Einlegeteilen aus der Schrift DE 30 15 334 A1 bekannt.
Vor diesem Hintergrund ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes, flexibleres und effizienteres Verfahren zur Herstellung von Faserverbund-Hohlbauteilen im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren bereitzustellen. Das neue Verfahren soll Faserverbund-Hohlbauteile herstellen, die kostengünstiger, ressourcenschonender produzierbar und hinsichtlich der Festigkeit und Steifigkeit anpassbarer sind. Weiterhin soll ein effizienter herzustellendes und flexibel anpassbares Faserverbund-Hohlbauteil bereitgestellt werden bzw. eine Fahrzeugkomponente bzw. ein Fahrzeug, die ein derartiges Faserverbund-Hohlbauteil aufweisen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Faserverbund-Hohlbauteils für Fahrzeuge gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Fahrzeug gemäß Anspruch 9, das mindestens ein Faserverbund-Hohlbauteil aufweist, das durch ein derartiges Verfahren hergestellt ist. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen verkörpert.
Gemäß einer Ausführung der Erfindung wird mindestens ein erster Kunststoffkern mit mindestens einem Einlegebauteil aus Kunststoff und mit mindestens einem zweiten Kunststoffkern, der unterschiedlich zu dem mindestens einen ersten Kunststoffkern ausgebildet ist, zu einer Faserverbund-Hohlbaueinheit konfektioniert bzw. vorkonfektioniert, die anschließend mittels eines Spritzpressverfahrens zu dem Faserverbund-Hohlbauteil verfestigt wird.
Die Kombination von unterschiedlichen ersten und zweiten Kunststoffkernen mit Einlegebauteilen aus Kunststoff, die ausgehärtet und starr sein können, ermöglicht es, flexibel und effizient jede beliebige Form von Faserverbund-Hohlbauteilen zu realisieren, die die jeweiligen Anforderungen an technische sowie designbezogene Faktoren erfüllen. Derartige Faserverbund-Hohlbauteile weisen eine hohe Steifigkeit auf, wobei diese durch Anpassungen der Wandstärke des Hohlbauteils oder der Art der Kunststoffkerne bzw. der Art des Einlegebauteils variabel einstellbar sind. Bei Faserverbund-Bauteilen in Schalenbauweise können zwar auch Hohlprofile erzeugt werden, diese müssen dann jedoch deutlich größer dimensioniert werden, um die Schwachstellen an den Verbindungen auszugleichen. Faserverbund-Hohlbauteile können bei gleicher Stabilität deutlich dünnwandiger und flexibler und somit gewichtsreduzierter ausgebildet werden. Ferner können sie fasergerecht ausgelegt werden, so dass Kraftflüsse im Bauteil besser steuerbar sind.
In anderen Worten können verschiedenartige Kerne in einer neuen hochintegrativen Kerntechnologie derart mittels Einlegebauteilen verbunden werden, dass beispielsweise auswaschbare Kerne, Blaskerne aus PP oder ähnlichem Thermoplast (gefüllt mit Gas oder Wasser), EPP (expandierte Polypropylen)-Schäume, PUR (Polyurethan)-Schäume und ausgehärtete CFK (kohlenfaserverstärkte Kunststoff)-Bauteile oder GFK (glasfaserverstärkte Kunststoffbauteile) als Versteifung, Schotte, Abstützungen oder als Crash-Kegel (Crash-/Energieaufnahme-Elemente, bzw. als Kraft-Pfadelemente) derart kombiniert werden, dass unterschiedliche technische und konstruktive Anforderungen sowie Designanforderungen flexibel erfüllbar sind.
Die verschiedenartigen Kerne können die unterschiedlichen Anforderungen an die Prozesstechnik, die Funktionalität des Bauteils und die Crash-Sicherheit im jeweiligen Anwendungsfall verbessern. Durch die Kombination von verschiedenen Kernen kann der Aufbau des Bauteils in einem Stück erfolgen und Unterzusammenbauten, wie beispielsweise im Rohbau, können entfallen. Gleichzeitig ist Leichtbau möglich, da nur dort feste Kerne oder Einlegebauteile (CFK-Bauteile als Versteifungen, Schotten, Abstützungen oder als Crash-Kegel (Crash-/Energieaufnahme-Elemente)) eingesetzt werden, wo die technische Funktion dies erfordert. Alle anderen Bereiche können mit großen, hohlen Querschnitten dargestellt werden, um die nötigen Steifigkeiten zu ermöglichen, da diese Teilbereiche entleert werden können bzw. wieder ausgewaschen werden können.
Die Verwendung der Einlegebauteile aus Kunststoff betreffen beispielsweise die Verwendung als CFK-Bauteil, GFK-Bauteil, Versteifungsbauteil, Schott, Abstützbauteil und/oder Energieaufnahmebauteil, wie ein Crash-Kegel, Crash-Deformationswaben und Crash-Platten, die mit Hohlbauteilen nur bedingt realisiert werden können. Sämtliche hochintegrale Strukturen zur Realisierung technischer Anforderungen hinsichtlich Steifigkeit, Festigkeit und Deformationsverhalten werden mehrheitlich mit Faserverbund-Hohlbauteilen dargestellt.
Die für das Faserverbund-Hohlbauteil verwendeten mindestens einen ersten und zweiten Kunststoffkerne sowie das mindestens eine Einlegebauteil aus Kunststoff können in einer Konfektionierstation vorkonfektioniert werden, um anschließend als Gesamthohlbaueinheit dem Spritzpresswerkzeug zugeführt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Spritzpressverfahren (RTM-Verfahren: Resin-Transfer-Moulding) eingesetzt, bei dem die in der Konfektionierstation vorkonfektionierte Baueinheit in ein entsprechendes RTM-Werkzeug eingelegt wird. Anschließend wird die Form geschlossen und ein Harz-Härtegemisch über einen oder mehrere Harzinjektionsspots unter einem bestimmten Druck in die Form gespritzt. In der Form kann hierzu ein Vakuum angelegt sein, um den Harzfluss zu verbessern. Zum Beschleunigen des Aushärtevorgangs des Harzes kann die Form bzw. das Werkzeug beheizt sein. Schließlich wird das Faserverbund-Bauteil aus dem RTM-Werkzeug entnommen.
Bei dem RTM-Verfahren können unterschiedliche Harzsysteme, wie zum Beispiel Polyester-, Vinylester-, Epoxid-, BMI- oder Phenol-Harze zum Einsatz kommen. Für das Faserverbund-Hohlbauteil bzw. die Kunststoffkerne und mögliche Formeinheiten können unterschiedliche Faserwerkstoffe wie Glasfasern, Aramidfasern, Kohlenstofffasern oder Naturfasern verwendet werden. Vorzugsweise handelt es sich um einen CFK-Faserverbund.
Erfindungsgemäß weist der mindestens eine erste Kunststoffkern und/oder der mindestens eine zweite Kunststoffkern mindestens eine Faserlage auf, die um den Kunststoffkern derart gelegt ist, dass sich Fasern der mindestens einen Faserlage in eine vorbestimmte Richtung erstrecken, um kraftflussoptimierte Übergänge zu einem sich anschließenden Einlegebauteil des mindestens einen Einlegebauteils oder zu einem sich anschließenden Kunststoffkern des ersten und/oder zweiten Kunststoffkerns bereitzustellen. Die Kerne können verschiedene Außenkonturen aufweisen, so dass beliebige Hohlbauteilformen erzielbar sind. Je nach Einsatzposition entsprechend benötigte Auslegung des Hohlbauteils im letztlich erzeugten Faserverbundbauteil bzw. Fahrzeug kann die Faserlage angepasst werden, so dass die entsprechenden Eigenschaften vorhanden sind. In Bereichen hoher notwendiger Verbindungssteifigkeit kann hierzu die Faserlage dicker bzw. können mehrere Faserlagen übereinander angeordnet werden. In Bereichen verringerter Steifigkeit, um gegebenenfalls eine vordefinierte Deformationseigenschaft aufzuweisen und Aufprallenergie abzubauen, kann die Faserlage dünner ausgebildet sein bzw. kann die Anzahl der übereinander angeordneten Faserlagen reduziert sein. Durch die fasergerechte Auslegung können Kraftflüsse im Bauteil gezielt gesteuert und mit einem vergleichsweise geringen Materialeinsatz umgesetzt werden.
Mittels der Einlegebauteile aus Kunststoff kann eine funktionsgerechte Auslegung des Faserverbund-Hohlbauteils ermöglicht werden, wie beispielsweise bei Faserverbund-Hohlbauteilen in einem Seitenrahmen eines Kraftfahrzeugs, bei dem Crash-Deformationswaben im Zentralbereich auf Höhe des Fahrgasts angeordnet sein können, um diesen bestmöglich gegen eindringende Gegenstände zu schützen. Die bisherige aufwendige Anpassung einzelner Schalen zur Verstärkung entsprechender Bereiche kann entfallen.
Durch die fasergerechte Auslegung der Hohlbauteile sowie der möglichen Verstärkung mittels Einlegebauteilen aus Kunststoff in den Hohlbauteilen sind die Kraftverteilungen im Gesamtbauteil gut steuerbar, so dass länderspezifische Deformationsauslegungen im Falle eines Unfalls ermöglicht werden. Durch eine Kombination aus Kernen und Einlegebauteilen bzw. durch eine mehrteilige Kombination aus erfindungsgemäßen Faserverbund-Hohlbauteilen, die in Fügeoperation durch den Karosseriebau zu kompletten Bauteilen, wie beispielsweise Seitenrahmen, zusammensetzbar sind, können ferner verschiedene Varianten für unterschiedliche Fahrzeugtypen wie Limousinen, Coupes oder Cabrios erzielt werden, um unterschiedliche Kombinationen von Steifigkeit, Festigkeit und Kraftaufnahme zu erreichen. Aufgrund des fehlenden Daches sind die Anforderungen an die Verbindungssteifigkeit des Seitenrahmens bei Cabrios beispielsweise erhöht.
Durch eine Verdickung der Wandsteife der Faserlage bzw. eine Übereinanderanordnung und eine entsprechende Anordnung von Einlegebauteilen aus Kunststoff als Abstützungsbauteil bzw. Crash-Kegel kann dieser gesteigerten Steifigkeitsanforderung Rechnung getragen werden, ohne dass das Fahrzeuggewicht in einer Weise erhöht wird, wie es bei herkömmlichen Stahl- und Aluminiumkonstruktionen in Schalenbauweise der Fall wäre.
Das mindestens eine Einlegebauteil kann als ein Bauteil ausgebildet sein, dass ausgewählt ist aus der Gruppe aufweisend ein CFK-Bauteil, ein GFK-Bauteil, ein Versteifungsbauteil, ein Schott, ein Abstützungsbauteil und ein Energieaufnahmebauteil wie ein Crash-Kegel, Crash-Deformationswaben und Crash-Platten sowie eine Kombination aus diesen Bauteilen.
Zumindest ein erstes Einlegebauteil des mindestens einen Einlegebauteils kann an den mindestens einen ersten Kunststoffkern und/oder den mindestens einen zweiten Kunststoffkern angelegt werden zum Verstärken des mindestens einen ersten Kunststoffkerns und/oder des mindestens einen zweiten Kunststoffkerns in vordefinierten Bereichen.
Zumindest ein zweites Einlegbauteil des mindestens einen Einlegebauteils kann an den mindestens einen ersten Kunststoffkern und/oder den mindestens einen zweiten Kunststoffkern und/oder das mindestens eine erste Einlegbauteil angelegt werden zur Aufnahme kinetischer Energie wie Aufprallenergie in vordefinierten Bereichen des mindestens einen ersten Kunststoffkerns und/oder des mindestens einen zweiten Kunststoffkerns und/oder des ersten Einlegebauteils.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist mindestens eine Formeinheit aus Kunststoff angegeben, die mit dem mindestens einen ersten Kunststoffkern, dem mindestens einen Einlegebauteil aus Kunststoff und dem mindestens einen zweiten Kunststoffkern konfektioniert wird.
Die mindestens eine Formeinheit kann als CF-Geflecht oder als Formeinheit aus Gelege oder Gewebe gebildet sein.
Gemäß einer Ausführung umfasst der Verfahrensschritt Konfektionieren ein Anordnen des mindestens einen ersten Kunststoffkerns an einer ersten Formeinheit der mindestens einen Formeinheit, ein Anordnen eines ersten Einlegebauteils des mindestens einen Einlegebauteils an dem ersten Kunststoffkern, ein Anordnen des mindestens einen zweiten Kunststoffkerns an dem ersten Einlegebauteil und ein Anordnen einer zweiten Formeinheit der mindestens einen Formeinheit an der ersten Formeinheit, so dass die erste und zweite Formeinheit den ersten Kunststoffkern und den zweiten Kunststoffkern und das erste Einlegebauteil zumindest teilweise ummanteln.
Weiterhin kann das Konfektionieren ein Anordnen eines zweiten Einlegebauteils des mindestens einen Einlegebauteils an einen weiteren Kunststoffkern des mindestens einen ersten Kunststoffkerns und/oder des mindestens einen zweiten Kunststoffkerns umfassen, wobei der weitere Kunststoffkern zumindest teilweise von einer dritten Formeinheit der mindestens einen Formeinheit ummantelt ist.
Gemäß einer Ausführung umfasst das Verfestigen ein Einbringen der Faserverbund-Hohlbaueinheit in ein Spritzpresswerkzeug, ein Tränken der Faserverbund-Hohlbaueinheit mit einem Harz durch eine Injektion des Harzes in das Spritzpresswerkzeug und ein Aushärten der mit Harz getränkten Faserverbund-Hohlbaueinheit unter Ausbildung des Faserverbund-Hohlbauteils.
Gemäß einer Ausführung ist eine Fahrzeugkomponente wie ein Fahrzeugdach, ein Seitenrahmen, ein Frontrahmen, ein Heckrahmen sowie ein Boden und/oder ein Fahrzeug angegeben, das mindestens ein Faserverbund-Hohlbauteil aufweist, das gemäß einem Verfahren nach einem der vorangegangenen und folgenden Ausführungen, Beispielen und Aspekte hergestellt wurde.
Im Folgenden sind beispielhafte Ausführungen von mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Faserverbund-Hohlbauteilen und erfindungsgemä-ße Herstellverfahren der Hohlbauteile schematisch dargestellt.

1 zeigt eine Querschnittansicht eines Faserverbund-Hohlbauteils, das mit einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hergestellt wurde.
2 zeigt eine Querschnittansicht eines weiteren Faserverbund-Hohlbauteils, das mit einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hergestellt wurde.
3 zeigt eine Querschnittansicht eines weiteren Faserverbund-Hohlbauteils, das mit einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hergestellt wurde.
4 zeigt eine Querschnittansicht eines weiteren Faserverbund-Hohlbauteils, das mit einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hergestellt wurde.
5 zeigt eine Querschnittansicht eines weiteren Faserverbund-Hohlbauteils, das mit einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hergestellt wurde.
6 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Faserverbund-Hohlbauteils für Fahrzeuge gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
7 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Faserverbund-Hohlbauteils für Fahrzeuge gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
8 zeigt ein Flussdiagramm eines Konfektionierungsverfahrens eines Herstellungsverfahrens für ein Faserverbund-Hohlbauteil für Fahrzeuge gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
9 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfestigungsverfahrens eines Herstellungsverfahrens für ein Faserverbund-Hohlbauteil für Fahrzeuge gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

1 zeigt ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Faserverbund-Hohlbauteil 1, bei dem ein erster Kunststoffkern 2, der beispielsweise als EPP-Kern gebildet ist, mit einem zweiten Kunststoffkern 3, der beispielsweise als Kern aus auswaschbarer Sand- oder Hohlglaskugelmischung gebildet ist, mittels eines festen Einlegebauteils 4 verbunden ist. Erster und zweiter Kunststoffkern 2, 3 und Einlegebauteil 4 sowie eine erste Formeinheit 6 und eine zweite Formeinheit 7, die beispielsweise auf CF-Geflecht oder als Preform aus Gelege oder Gewebe gebildet sind, werden zu einer Faserverbund-Hohlbaueinheit vorkonfektioniert, die mittels eines Spritzpressverfahrens zu dem Faserverbund-Hohlbauteil 1 verfestigt wird. Jeder der Kunststoffkerne 2, 3 kann als auswaschbarer Kern, als Blaskern oder EPP- oder PUR-Schaumkern gebildet sein. Beide Kunststoffkerne 2, 3 weisen jeweils mindestens eine Faserlage 9, 10 auf, die um den jeweiligen Kunststoffkern 2, 3 derart gelegt sein können, dass sich Fasern in eine vorbestimmte Richtung erstrecken, um kraftflussoptimierte Übergänge, beispielsweise zu dem ersten Einlegebauteil 4 und zu dem sich anschließenden Kunststoffkern 3, bereitzustellen.
Das erste Einlegebauteil 4 kann ein CFK-Bauteil, ein GFK-Bauteil, ein Versteifungsbauteil, ein Schott oder ein Abstützungsbauteil sein. Das erste Einlegebauteil 4 ist jeweils an dem ersten Kunststoffkern 2 und an dem zweiten Kunststoffkern 3 angelegt zum Verstärken des ersten Kunststoffkerns 2 und des zweiten Kunststoffkerns 3 in vordefinierten Bereichen, beispielsweise an den sich gegenüberliegenden Seiten des ersten und zweiten Kunststoffkerns 2, 3 und an den jeweils sich schräg gegenüberliegenden Ecken des ersten und zweiten Kunststoffkerns 2, 3, so dass das erste Einlegebauteil 4 im Querschnitt annähernd Z-förmig ausgebildet ist. Mindestens eine erste Faserlage 9 ist um den ersten Kunststoffkern 2 gelegt, und mindestens eine zweite Faserlage 10 ist um den zweiten Kunststoffkern 3 gelegt, um beispielsweise notwendige Versteifungen des ersten Kunststoffkerns 2 bzw. des zweiten Kunststoffkerns 3 zu ermöglichen. Die erste Formeinheit 6 und die zweite Formeinheit 7 können als CF-Geflecht oder als Formeinheit aus Gelege oder Gewebe gebildet sein.
Der erste Kunststoffkern 2 und der zweite Kunststoffkern 3 sowie das Faserverbund-Hohlbauteil 1 können im Fahrzeugbau übliche Querschnittformen aufweisen, ebenso wie die Hohlbauteilkomponenten in den 2 bis 5. Die in den 1 bis 5 gezeigten rechteckförmigen Querschnitte sind lediglich beispielhaft bzw. schematisch.
Das in 1 und die in den folgenden 2 bis 5 gezeigten Faserverbund-Hohlbauteile 1 können in einem Fahrzeug oder in Fahrzeugkomponenten eine tragende Struktur bilden, die zur Verbindungssteifigkeit, Festigkeit sowie zur Aufnahme von Deformationsenergie dienen kann. Dabei sind die Faserverbund-Hohlbauteile der 1 bis 5 jeweils aus einem ersten Kunststoffkern 2 und zweitem Kunststoffkern 3 sowie aus einem ersten Einlegebauteil 4 und/oder einem zweiten Einlegebauteil 5 sowie aus mindestens einer Formeinheit 6, 7, 8 gebildet, die in einer Konfektionierstation zu einer Baueinheit vorkonfektioniert und anschließend in einem RTM-Spritzpressverfahren ausgehärtet werden. Zur Vorkonfektionierung sind die Bauteile aneinander gelegt oder nebeneinander angeordnet oder geklebt oder mit anderen dem Fachmann geläufigen Verfahren miteinander befestigt.
In 2 ist ein Faserverbund-Hohlbauteil 1 gezeigt. Im Gegensatz zur Darstellung der 1 weisen der erste Kunststoffkern 2 und der zweite Kunststoffkern 3 jeweils einen Querschnitt mit zwei Längsseiten auf, die in horizontaler Richtung verlaufen und zwei kürzeren vertikale Seiten, die in vertikaler Richtung verlaufen. Der erste Kunststoffkern 2 und der zweite Kunststoffkern 3 sind mittels des ersten Einlegebauteils 4 an einer ihrer Längsseiten miteinander verbunden bzw. liegen aneinander an oder sind nebeneinander angeordnet.
3 zeigt ein Faserverbund-Hohlbauteil 1 ähnlich den Faserverbund-Hohlbauteilen 1 in 1 und 2. Der erste Kunststoffkern 2, der beispielsweise als EPP-Kern ausgebildet ist, ist derart mittig angeordnet, dass seine Längsseiten parallel zu den Längsseiten des Faserverbund-Hohlbauteils 1 verlaufen. Der zweite Kunststoffkern 3 ist umlaufend um den ersten Kunststoffkern 2 angeordnet und beispielsweise als Blaskern oder aus zwei Tiefziehschalen, die verschweißt sind, gebildet. Zwischen dem ersten Kunststoffkern 2 und dem zweiten Kunststoffkern 3 ist als Bindeglied ein L-förmiges Einlegebauteil 4 angeordnet. Der zweite Kunststoffkern 3 kann als Blaskern folgendermaßen hergestellt werden: Im Blaskern wird im ersten Schritt durch eine Gas- oder Wasserfüllung der Gegendruck im Prozess erzeugt. Anschließend erfolgen eine Entleerung des Gases oder des Wassers und danach die Füllung mit einem Schaum, wie beispielsweise PUR- oder EPP-Schaum.
4 zeigt ein Faserverbund-Hohlbauteil 1 mit einem zweiten Einlegebauteil 5, das beispielsweise ein Energieaufnahmebauteil wie ein Crash-Kegel, eine Crash-Deformationswabe und Crash-Platten aufweisen kann, zwischen dem ersten Kunststoffkern 2, der eine Querschnittform mit einer schrägen Seite aufweist, und einem zweiten Kunststoffkern 3, der ebenfalls eine Querschnittform mit einer schrägen Seite aufweist. Das zweite Einlegebauteil 5 weist eine trapezförmige Form auf, wobei die beiden Schenkel jeweils an den schrägen Seiten des ersten Kunststoffkerns 2 und des zweiten Kunststoffkerns 3 angeordnet sind. Die beiden parallel zueinander liegenden Seiten des trapezförmigen zweiten Einlegebauteils 5 sind in horizontaler Richtung ausgerichtet, parallel zu den horizontalen Längsseiten des ersten Kunststoffkerns 2 und des zweiten Kunststoffkerns 3. Der erste Kunststoffkern 2 kann als Kern aus auswaschbarer Sand- oder Hohlglaskugelmischung gebildet sein, und der zweite Kunststoffkern 3 kann als Kern aus EPP gebildet sein, wobei die Formeinheiten 6,7 aus CF-Geflecht oder Preform aus Gelege oder Gewebe gebildet sein können.
5 zeigt eine Querschnittansicht eines Faserverbund-Hohlbauteils 1, dass das Faserverbund-Hohlbauteil 1 gemäß 4 umfasst, und zusätzlich an dessen Unterseite eine dritte Formeinheit 8 aufweist, die einen weiteren Kunststoffkern 12 ummantelt. Der weitere Kunststoffkern 12 kann ähnlich dem ersten Kunststoffkern 2 als Kern aus EPP gebildet sein. Mindestens eine Faserlage 9 ist um den weiteren Kunststoffkern 12 gelegt.
6 zeigt ein Verfahren 100 zur Herstellung eines Faserverbund-Hohlbauteils für Fahrzeuge mit folgenden Schritten: Konfektionieren 300 mindestens eines ersten Kunststoffkerns mit mindestens einem Einlegebauteil aus Kunststoff und mit mindestens einem zweiten Kunststoffkern, der unterschiedlich zu dem mindestens einen ersten Kunststoffkern ausgebildet ist, zu einer Faserverbund-Hohlbaueinheit und Verfestigen 400 der konfektionierten Faserverbund-Hohlbaueinheit mittels eines Spritzpressverfahrens zu dem Faserverbund-Hohlbauteil.
7 zeigt ein weiteres Verfahren 100 zur Herstellung eines Faserverbund-Hohlbauteils für Fahrzeuge, das zusätzlich zu dem Verfahren 100 der 6 das Herstellen 300 des mindestens einen ersten Kunststoffkerns und des mindestens einen zweiten Kunststoffkerns durch Legen von mindestens einer Faserlage um den mindestens einen ersten Kunststoffkern und/oder den mindestens einen zweiten Kunststoffkern umfasst.
8 zeigt ein Konfektionierungsverfahren 300 zur Herstellung eines Faserverbund-Hohlbauteils für Fahrzeuge aufweisend ein Anordnen 302 des mindestens einen ersten Kunststoffkerns an einer ersten Formeinheit der mindestens einen Formeinheit, ein Anordnen 304 eines ersten Einlegebauteils des mindestens einen Einlegebauteils an dem ersten Kunststoffkern, ein Anordnen 306 des mindestens einen zweiten Kunststoffkerns an dem ersten Einlegebauteil, ein Anordnen 308 einer zweiten Formeinheit der mindestens einen Formeinheit an der ersten Formeinheit, so dass die erste Formeinheit und die zweite Formeinheit den ersten Kunststoffkern und den zweiten Kunststoffkern und das erste Einlegebauteil zumindest teilweise ummanteln, und ein Anordnen 310 eines zweiten Einlegebauteils des mindestens einen Einlegebauteils an einen weiteren Kunststoffkern des mindestens einen ersten Kunststoffkerns und/oder des mindestens einen zweiten Kunststoffkerns, wobei der weitere Kunststoffkern zumindest teilweise von einer dritten Formeinheit der mindestens einen Formeinheit ummantelt ist.
9 zeigt ein Verfestigungsverfahren 400 zur Herstellen eines Faserverbund-Hohlbauteils für Fahrzeuge mit den folgenden Schritten: Einbringen 402 der Faserverbund-Hohlbaueinheit in ein Spritzpresswerkzeug, tränken 404 der Faserverbund-Hohlbaueinheit mit einem Harz durch eine Injektion des Harzes in das Spritzpresswerkzeug und aushärten 406 der mit Harz getränkten Faserverbund-Hohlbaueinheit unter Ausbildung des Faserverbund-Hohlbauteils.

Claims

Verfahren (100) zur Herstellung eines Faserverbund-Hohlbauteils (1) für Fahrzeuge, das Verfahren (100) aufweisend die Schritte: - Konfektionieren (300) mindestens eines ersten Kunststoffkerns (2) mit mindestens einem Einlegebauteil (4, 5) aus Kunststoff und mit mindestens einem zweiten Kunststoffkern (3), der unterschiedlich zu dem mindestens einen ersten Kunststoffkern (2) ausgebildet ist, zu einer Faserverbund-Hohlbaueinheit, wobei der mindestens eine erste Kunststoffkern (2) und/oder der mindestens eine zweite Kunststoffkern (3) mindestens eine Faserlage (9, 10) aufweist, die um den Kunststoffkern (2, 3) derart gelegt ist, dass sich Fasern der mindestens einen Faserlage (9, 10) in eine vorbestimmte Richtungen erstrecken, um kraftflussoptimierte Übergänge zu einem sich anschließenden Einlegebauteil (4, 5) des mindestens einem Einlegebauteils (4, 5) bereitzustellen; und - Verfestigen (400) der konfektionierten Faserverbund-Hohlbaueinheit mittels eines Spritzpressverfahrens zu dem Faserverbund-Hohlbauteil (1).
Verfahren (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine erste Kunststoffkern (2) als auswaschbarer Kern, Blaskern oder EPP (expandiertes Polypropylen)- oder PUR (Polyurethan)-Schaumkern gebildet ist, und dass der mindestens eine zweite Kunststoffkern (3) als auswaschbarer Kern, Blaskern oder EPP- oder PUR-Schaumkern gebildet ist.
Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Einlegebauteil (4, 5) als ein Bauteil ausgebildet ist, dass ausgewählt ist aus der Gruppe aufweisend ein CFK (kohlenstofffaserverstärktes Kunststoff)-Bauteil, ein GFK (glasfaserverstärktes Kunststoff)-Bauteil, ein Versteifungsbauteil, ein Schott, ein Abstützungsbauteil und ein Energieaufnahmebauteil wie ein Crash-Kegel, Crash-Deformationswaben und Crash-Platten sowie eine Kombination aus diesen Bauteilen; - wobei mindestens ein erstes Einlegebauteil (4) des mindestens einen Einlegebauteils (4, 5) an den mindestens einen ersten Kunststoffkern (2) und/oder den mindestens einen zweiten Kunststoffkern (3) angelegt wird zum Verstärken des mindestens einen ersten Kunststoffkerns (2) und/oder des mindestens einen zweiten Kunststoffkerns (3) in vordefinierten Bereichen; und/oder - wobei mindestens ein zweites Einlegbauteil (5) des mindestens einen Einlegebauteils (4, 5) an den mindestens einen ersten Kunststoffkern (2) und/oder den mindestens einen zweiten Kunststoffkern (3) und/oder das mindestens eine erste Einlegbauteil (4) angelegt wird zur Aufnahme kinetischer Energie in vordefinierten Bereichen des mindestens einen ersten Kunststoffkerns (2) und/oder des mindestens einen zweiten Kunststoffkerns (3) und/oder des ersten Einlegebauteils (4).
Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Formeinheit (6, 7, 8) aus Kunststoff mit dem mindestens einen ersten Kunststoffkern (2), dem mindestens einen Einlegebauteil (4, 5) und dem mindestens einen zweiten Kunststoffkern (3) konfektioniert wird.
Verfahren (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Formeinheit (6, 7, 8) als CF (kohlefaserverstärktes)-Geflecht oder als Formeinheit aus Gelege oder Gewebe gebildet ist.
Verfahren (100) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Konfektionieren (300) die folgenden Schritte aufweist: - Anordnen (302) des mindestens einen ersten Kunststoffkerns (2) an einer ersten Formeinheit (6) der mindestens einen Formeinheit (6, 7, 8); - Anordnen (304) eines ersten Einlegebauteils (4) des mindestens einen Einlegebauteils (4, 5) an dem ersten Kunststoffkern (2); - Anordnen (306) des mindestens einen zweiten Kunststoffkerns (3) an dem ersten Einlegebauteil (4); und - Anordnen (308) einer zweiten Formeinheit (7) der mindestens einen Formeinheit (6, 7, 8) an der ersten Formeinheit (6), so dass die erste Formeinheit (6) und zweite Formeinheit (7) den ersten Kunststoffkern (2) und den zweiten Kunststoffkern (3) und das erste Einlegebauteil (4) zumindest teilweise ummanteln.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Konfektionieren (300) den folgenden Schritt aufweist: - Anordnen (310) eines zweiten Einlegebauteils (5) des mindestens einen Einlegebauteils (4, 5) an einen weiteren Kunststoffkern (12) des mindestens einen ersten Kunststoffkerns (2) und/oder des mindestens einen zweiten Kunststoffkerns (3), wobei der weitere Kunststoffkern (12) zumindest teilweise von einer dritten Formeinheit (8) der mindestens einen Formeinheit (6, 7, 8) ummantelt ist.
Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfestigen (400) die folgenden Schritte aufweist: - Einbringen (402) der Faserverbund-Hohlbaueinheit in ein Spritzpresswerkzeug; - Tränken (404) der Faserverbund-Hohlbaueinheit mit einem Harz durch eine Injektion des Harzes in das Spritzpresswerkzeug; und - Aushärten (406) der mit Harz getränkten Faserverbund-Hohlbaueinheit unter Ausbildung des Faserverbund-Hohlbauteils (1).
Fahrzeug aufweisend mindestens ein Faserverbund-Hohlbauteil (1) hergestellt gemäß einem Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.