DE102011111232A1

DE102011111232A1 - Leichtbauteil, insbesondere Karosseriesäulenverstärkung und Verfahren zur Herstellung des Leichtbauteils

Info

Publication number: DE102011111232A1
Application number: DE201110111232
Authority: DE
Inventors: Lothar Teske; Stanislaw Klimek; Udo Mildner
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-08-20
Filing date: 2011-08-20
Publication date: 2013-02-21

Abstract

Bei einem Leichtbauteil, insbesondere einer Karosseriesäulenverstärkung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Personenkraftwagen, mit einer ersten Organoblechlage (19, 20, 21, 22), das eine erste Faserverstärkung mit einem ersten Faserverlauf aufweist, ist wenigstens eine zweite Organoblechlage (19, 20, 21, 22) vorgesehen, die mit der ersten Organoblechlage (19, 20, 21, 22) zu einem Schichtaufbau (18) verbunden ist und die eine zweite Faserverstärkung mit einem zweiten Faserverlauf aufweist, die den Faserverlauf der ersten Faserverstärkung kreuzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Leichtbauteil, insbesondere eine Karosseriesäulenverstärkung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Personenkraftwagen, mit einem ersten Organoblech, das eine erste Faserverstärkung mit einem ersten Faserverlauf aufweist.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Leichtbauteils, insbesondere zur Herstellung einer Karosseriesäulenverstärkung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens mit einem ersten Organoblech, das eine erste Faserverstärkung mit einem ersten Faserverlauf aufweist.
Organobleche und daraus geformte Strukturbauteile sind aus dem Stand der Technik bekannt. So ist beispielsweise aus der DE 10 2009 034 767 A1 ein aus einem Organoblech geformtes Strukturbauteil bekannt, das bei Kraftfahrzeugen, insbesondere auch für A- oder B- oder C-Säule eingesetzt wird, um einerseits für diese Einsatzfälle das Gewicht im Vergleich zum Einsatz von Metall zu reduzieren und gleichzeitig aber die für diese Einsatzzwecke notwendige Verbindungssteifigkeit beizubehalten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Organoblechstrukturbauteile mit einfachen Maßnahmen zu verbessern.
Diese Aufgabe wird einerseits durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst, wonach ein Leichtbauteil, insbesondere eine Karosseriesäulenverstärkung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Personenkraftwagen, mit einem ersten Organoblech, das eine erste Faserverstärkung mit einem ersten Faserverlauf aufweist, vorgeschlagen wird, und ein zweites Organoblech vorgesehen ist, das mit dem ersten Organoblech zu einer Schichtanordnung verbunden ist und das eine zweite Faserverstärkung mit einem zweiten Faserverlauf aufweist, die den Faserverlauf der ersten Faserverstärkung kreuzt.
Ferner wird die Aufgabe gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Patentanspruches 8 gelöst, wonach ein Verfahren zur Herstellung eines Leichtbauteils, insbesondere einer Karosseriesäulenverstärkung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens mit einem ersten Organoblech vorgeschlagen wird, das eine erste Faserverstärkung mit einem ersten Faserverlauf aufweist, welches mit wenigstens einem zweiten Organoblech, das eine zweite Faserverstärkung mit einem zweiten, den ersten Faserverlauf kreuzenden Faserverlauf aufweist, zu einem einstückigen Schichtaufbau verbunden ist.
Gemäß der Erfindung sind Organobleche aus thermoplastischem Kunststoff gefertigte Halbzeuge in Plattenform, welche mit Endlosfasern, insbesondere Endlosglasfasern verstärkt sind.
Durch den erfindungsgemäßen Schichtverbund aus wenigstens zwei Lagen faserverstärktem Organoblech, dessen Fasern je Schichtlage derart orientiert sind, dass diese sich im Schichtverbund unter einem vorbestimmten Winkel kreuzen, lassen sich beispielsweise durch Tiefziehen Strukturbauteile in Leichtbauweise herstellen, bei denen ihre einsatzgemäßen Beanspruchungen auf einfache Weise durch eine unterschiedliche Orientierung der Endlosfasern Rechnung getragen wird. Die Orientierung der Endlosfasern und damit der Zwischenwinkel der sich schneidenden Faserverläufe, insbes. Glasfaserverläufe, im Schichtverbund lässt sich zumindest weitgehend beanspruchungsoptimiert durch die sogenannte Finite-Elemente-Methode bestimmen. Je nach Einsatzzweck des Leichtbau-Strukturbauteils geforderten Beanspruchungsprofils sind sowohl die Lagen des Schichtaufbaus als auch die Orientierungen der Fasern, insbes. der Glasfasern, und deren Anteil innerhalb des thermoplastischen Kunststoffmaterials anpassbar. Die einzelnen Organoblechschichten mit ihren unterschiedlich ausgerichteten Endlosfaserverläufen lassen sich durch schichtweise zwischen den einzelnen Organoblechschichten zur Anwendung kommenden form- oder kraftschlüssigen Verbindungstechniken verbinden, die wiederum auf das Beanspruchungsprofil des jeweiligen Strukturbauteils angepasst sein können. Neben einer beanspruchungsorientierten Ausrichtung der Endlosfasern und der Verbindungsmittel lassen sich die einzelnen Organoblechschichten auch noch hinsichtlich ihrer Materialstärke auf das geforderte Beanspruchungsprofil des Leichtbau-Strukturbauteiles anpassen. Der zwei- oder mehrschichtige Organoblechaufbau lässt sich beispielweise durch spannlose Formgebung, z. B. in einem Tiefziehwerkzeug unter Zugabe von Wärme in die für das Strukturbauteil geforderte dreidimensionale Form bringen mit Durchbrüchen oder Durchgangslöchern versehen, die hinsichtlich ihrer Größe, ihrer Form und ihrer Position innerhalb des Strukturbauteils an dessen Einsatzzweck angepasst werden können.
Gemäß der Erfindung lassen sich die Organoblechlagen in verschiedener Anzahl und in unterschiedlicher Anordnung ihrer Faserverläufe entsprechend einem vorher bestimmten Beanspruchungsprofil des Leichtbauteils zu einem einstückigen Leichtbauteil verbinden.
Bevorzugt liegt die Materialstärke einer Organoblechlage zwischen 0,3 mm und 0,8 mm. Jedoch kann die Materialstärke der einzelnen Organoblechlagen von deren Anzahl innerhalb eines Schichtverbundes bzw. von dem jeweiligen Einsatzfall des aus dem Schichtverbund geformten Leichtbauteiles abhängig gemacht werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung ist vorgesehen, dass ein drittes und ein viertes Organoblech vorgesehen ist, zusammen mit dem ersten und dem zweiten Organoblech zu einem gemeinsamen Schichtverbund verbunden sind, bei dem der Faserverlauf eines jeden Organoblechs derart orientiert ist, dass sich die Faserverläufe aller Organobleche im Schichtverbund kreuzen.
Durch ein derartiges, vielschichtiges Strukturleichtbauteil aus zu einem einstückigen Schichtverbund zusammengefügten Organoblechen lassen sich bereits hochfeste, vergleichsweise verbindungssteife Strukturbauteile für Kraftfahrzeuge bei deutlicher Gewichtsreduktion im Vergleich zu Strukturbauteilen aus Metall erzeugen.
Bevorzugt ist der Faserverlauf des ersten Organoblechs oder des zweiten Organoblechs oder des dritten oder des vierten Organoblechs zumindest im Wesentlichen in Richtung der Längsachse des Leichtbauteils oder quer zur Längsachse des Leichtbauteils oder schräg zur Längsachse des Leichtbauteils angeordnet.
Je nach Beanspruchungsprofil des Leichtbau-Strukturbauteils ist es möglich den bevorzugten Faserverlauf für den beabsichtigen Einsatzzweck für jedes der Organobleche auszuwählen und die einzelnen Organobleche mit ihrem Faserverlauf zu einem sandwichartigen Schichtaufbau zu verbinden, bei dem beispielsweise ein erstes der Organobleche mit einem zur Längsachse des Leichtbauteils ausgerichteten Faserverlauf außen- oder innenseitig im Schichtaufbau angeordnet sein kann. Genauso ist es möglich, dass beispielsweise zwei Organoblechschichten mit zur Längsachse des Leichtbauteils schrägem Faserverlauf die Außenschichten einen vielschichtigen Organoblechverbund bilden und die beiden inneren Organoblechschichten einen quer und einen längs der Längsachse verlaufenden Faserverlauf aufweisen.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass jede der Organoblechlagen aus einem Zuschnitt aus einer Organoblechplatine gebildet ist, der innerhalb einer zugeordneten Organoblechplatine unterschiedlich lageorientiert ist und dass durch die unterschiedliche Lageorientierung die sich kreuzenden Faserverläufe der zu einem Schichtverbund verbundenen Organoblechlagen erzeugt sind.
Dadurch, dass jeder Organoblechlagen-Zuschnitt jeweils einer Organoplatine zugeordnet ist, lassen sich die Zuschnitte auf der jeweiligen Organoblechplatine besonders platzsparend anordnen und gleichzeitig besonders großserienfreundlich herstellen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung ist vorgesehen, dass der Faserverlauf bei schräg zur Längsachse des Leichtbauteils verlaufenden Fasern eine positive oder negative Steigung aufweist.
Durch eine derartig unterschiedliche Schrägorientierung des jeweiligen Faserverlaufes innerhalb einer Organoblechschicht lässt sich diese besonders einfach und wirkungsvoll durch die Schrägausrichtung des gesamten Faserverlaufes die unterschiedlichen Beanspruchungsarten des Leichtbauteils anpassen.
Bevorzugt schließt der Faserverlauf bei einer Schrägorientierung zur Längsachse mit dieser einen spitzen Zwischenwinkel von 20° bis 70° ein.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung ist vorgesehen, dass die Orgnaoblechlagen mit ihren schichtweise unterschiedlich angeordneten Faserverläufen innerhalb des Schichtaufbaus bezüglich ihrer Anordnung untereinander entsprechend einer statischen und/oder dynamischen Belastung des Leichtbauteils angeordnet sind.
Bevorzugt ist ein aus wenigstens zwei Organoblechlagen gebildeter einstückiger Schichtaufbau, jedoch besonders bevorzugt ein aus vier Organoblechlagen gebildeter einstückiger Schichtaufbau zu einem zumindest schalenähnlichen Bauteil geformt, dessen Schalenboden vorzugsweise mit Durchbrüchen versehen ist, in die Halteteile, insbesondere mit einem Gewinde versehene Halteteile zumindest eintauchen.
Ein derartig während seiner Herstellung vorbereitetes Leichtbau-Strukturbauteil ermöglicht den Verbund mit andern Bauteilen, wie beispielsweise Metallblechbauteilen, die wiederum zur Halterung von anderen Bauteilen, wie beispielsweise Türscharniere bei Personenkraftwagen oder dergleichen, dienen können.
Besonders positionssicher und dauerhaft gehalten sind die Halteteile an dem Leichtbauteil, wenn nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung vorgesehen ist, dass die Halteteile durch Kunststoffumspritzung am Leichtbauteil gehalten sind.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, die Halteteile vorzugsweise von einem Verstärkungsblech getragen sind, das durch Kunststoffumspritzung am Leichtbauteil festgesetzt ist.
Bevorzugt ist das schalenähnliche Bauteil in seinem Schalenraum zumindest bereichsweise von einer Rippenstruktur durchzogen, die sich gegen die Schalenwände abstützt und die bevorzugt aus Kunststoffspritzguss, insbesondere faserverstärktem Kunststoffspritzguss gebildet und vorzugsweise durch Umspritzen an dem schalenähnlichen Bauteil festgesetzt ist. Der Faseranteil liegt vorzugsweise 30% bis 50%, insbes. wenn Polypropylen oder Polyamid als Kunststoff Verwendung findet.
Hierdurch ergibt sich ein besonders biege- und verwindungssteifes Leichtbauteil unter Einsatz von Organoblechen.
Besonders bevorzugt ist das Leichtbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Verstärkung der A- oder B- oder C- oder D-Säule bei einem Personenkraftwagen eingesetzt.
Durch den Einsatz eines erfindungsgemäßen Leichtbauteils im PKW-Karosseriebau, insbes. für die A- oder B- oder C- oder D-Säule ist eine merkbare Gewichtsreduzierung bei ansonsten gleichbleibenden Eigenschaften, wie sie unter Einsatz von Stahlblechstrukturen für insbes. die genannten Säulen erzielt werden, erreichbar.
Gemäß der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung eines Leichtbauteils, insbesondere einer Karosseriesäulenverstärkung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einem Personenkraftwagen mit einer ersten Organoblechlage, das eine erste Faserverstärkung mit einem ersten Faserverlauf aufweist, vorgesehen, welche wenigstens mit einer zweiten Organoblechlage zu einem einstückigen Schichtverbund verbunden wird, welche eine zweite Faserverstärkung mit einem zweiten Faserverlauf aufweist, der den ersten Faserverlauf kreuzt
Zur Herstellung des einstückigen Schichtaufbaus können zwischen den einzelnen Organoblechschichten kraft- und/oder stoffschlüssige Verbindungstechniken, wie beispielsweise Klebstoffe Anwendung finden, die zum festen und dauerhaften Verbinden der die Endlosfasern, wie beispielsweise Glasfasern oder dergleichen umhüllenden thermoplastischen Kunststoffschichten dienen. Durch den dauerhaften Verbund einerseits und den sich durch den Schichtverbund kreuzenden Faserverläufen andererseits sind Leichtbau-Strukturbauteile herstellbar, die im Vergleich zu Strukturbauteilen aus Metallwerkstoff keine Einbusse an Verbindungs- und Biegesteifigkeit aufweisen aber bei denen das Gewicht deutlich reduziert ist.
Besonders bevorzugt sind mehr als zwei Organoblechschichten, bevorzugt vier Organoblechschichten zu einem Schichtverbund derart verbunden, dass sich die Faserverläufe der Organoblechschichten kreuzen.
Durch einen derartigen Schichtverbund, bei der der Faserverlauf in jeder Schichtlage so angeordnet ist, dass er sich mit den Faserverläufen einer anderen Schichtlagen kreuzt, lassen sich hinsichtlich ihrer Biege- und Verbindungssteifigkeit vergleichsweise hoch beanspruchbare Leichtbauteile schaffen, bei denen der Faserverlauf jeder Schicht und die Kombination jeder Schicht mit den unterschiedlichen Faserverläufen besonders einfach durch die sogenannte Finite-Elemente-Methode entsprechend dem geforderten Beanspruchungsprofil des Leichtbauteils bestimmbar ist.
Besonders bevorzugt ist der Schichtverbund aus zwei oder mehr Organoblechlagen zumindest schalenähnlich in einem ersten Schritt in einem Tiefziehwerkzeug unter Zugabe von Wärme geformt, auf Maß geschnitten und mit den anforderungsbedingten Öffnungen versehen, in einem zweiten Schritt mit einem Haltemaßnahmen aufweisenden Blechverstärkungsteil versehen und in einen dritten Schritt zur Halterung des Blechverstärkungsteils unter Ausbildung einer sich an den Schalenwänden abstützenden, bevorzugt mit Fasern verstärkten Rippenstruktur mit Kunststoff umspritzt.
Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung anhand eines in der beigefügten Zeichnung vereinfacht dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert.
Es zeigen:
1 eine B-Säulenverstärkung für einen Personenkraftwagen in vereinfachter raumbildlicher Darstellung von der Rückseite,
2 die B-Säulenverstärkung gemäß 1 in raumbildlicher Ansicht von vorne,
3 die B-Säulenverstärkung gemäß 2 in Schnittdarstellung gemäß der Schnittlinie B-B,
4 die B-Säulenverstärkung gemäß 2 in Schnittdarstellung gemäß der Schnittlinie C-C und
5 in Einzeldarstellung die auf Organoblechplatinen angeordneten Zuschnitte der vier Organoblechlagen der B-Säulenverstärkung,
Gemäß 1 ist vereinfacht eine mögliche Ausführungsform einer B-Säulenverstärkung 10 für einen Personenkraftwagen gezeigt, die im vorliegenden Fall in Vorderansicht ähnlich einem I-Träger geformt ist. Die B-Säulenverstärkung 10 besitzt einen schalenähnlichen, im Querschnitt u-förmigen Aufbau mit Schalenseitenwänden 11 und einem Schalenboden 12. Der Schalenboden 12 weist hinsichtlich ihrer Abmessungen und hinsichtlich ihrer Geometrie unterschiedliche Durchbrüche 13 auf, die beispielsweise als Durchgangslöcher für eine Gurtbefestigung, einen Kabelsatz, eine Türscharnierbefestigung oder dergleichen dienen können.
In 2 ist die B-Säulenverstärkung 10 in Rückansicht gezeigt. Der Schalenboden 12 umgrenzt zusammen mit den Schalenwänden 11 einen Schaleninnenraum 14. Dieser ist im vorliegenden Fall von einer Rippenstruktur durchzogen, die aus sich kreuzenden Rippen 15 gebildet ist, deren freie Enden gegen die Innenseite der Schalenwände 11 gerichtet und mit diesen verbunden ist.
Wie insbesondere aus 3 hervorgeht, ist der Schalenboden 12 an seiner vom Schaleninnenraum 14 abgewandten Außenseite mit einem Metallblech 16 verstärkt, in dem Halteteile 17 gesetzt sind, die im vorliegenden Fall als Schweißmuttern ausgebildet sind und durch die Durchbrüche 13 ragen. Diese sind zumindest im Wesentlichen im Kreuzungsbereich der Rippen 15 angeordnet, um die Schalenstruktur im Bereich der Durchbrüche 13 genügend steif zu gestalten. Das Metallblech 16 ist außenseitig an der schalenähnlich geformten B-Säulenverstärkung 10 durch Kunststoffumspritzen mittels eines thermoplastischen Kunststoffes gehalten, an dem zugleich auch die Rippen 15 mit angeformt sind, die gegebenenfalls, wie die außenseitige Kunststoffumspritzung glasfaserverstärkt sein können.
Wie ebenso aus 3 hervorgeht, ist die schalenähnlich geformte B-Säulenverstärkung 10 aus einem Schichtverbund 18 gebildet, der im vorliegenden Fall aus vier verbundenen Organoblechlagen gebildet, von denen beispielsweise eine erste Organoblechlage 19 die erste Außenlage des Schichtverbundes 18 bildet und den Schaleninnenraum der B-Säulenverstärkung 10 auskleidet. Mit der ersten Organoblechlage 19 ist eine zweite Organoblechlage 20 kraft- und/oder stoffschlüssig, beispielsweise durch verkleben verbunden. An die zweite Organoblechlage 20 schließen sich zwei weitere Organoblechlagen 21 und 22 an, von denen die Organoblechlage 22 die zweite Außenlage des Schichtverbundes 18 bildet und mit der Organoblechlage 21 stoff- und/oder kraftschlüssig verbunden ist, die ihrerseits wiederum mit der Organoblech 20 einen derartigen Verbund bildet.
Der im vorliegenden Fall vierlagig ausgebildete Organoblechverbund ist nach seiner schalenartigen Formgebung an seinen freien Enden 23 abgewinkelt zumindest im Wesentlichen scharfkantig geschnitten.
Sowohl 3 als auch aus 4 zeigt im vorliegenden Fall die Anbringung der B-Säulenverstärkung 10 zwischen einer inneren Seitenwand 24 und einer äußeren Seitenwand 25 einer nicht näher gezeigten Karosserie eines Personenkraftwagens. Die beiden Seitenwände 24 und 25 sind mit Durchgangslöchern 26 ausgestattet, von denen das in der inneren Seitenwand 24 eingebrachte Durchgangsloch 26 beispielsweise für die Montage eines nicht gezeigten Gurtaufrollautomaten dient, während die an der äußeren Seitenwand 25 vorgesehenen, den Durchbrüchen 13 gegenüberliegenden Durchgangslöcher 26 den Zugang zu den als Schweißmuttern ausgebildeten Halteteilen 17 ermöglichen, die beispielsweise zum Befestigen eines Türscharniers dienen.
Wie insbesondere aus 4 hervorgeht, ist der Schichtverbund 18 der B-Säulenverstärkung 10 im vorliegenden Fall mit der Außenseite seines Schalenbodens 12 mit in Längsrichtung des Schichtverbundes 18 verlaufenden Klebesträngen 27 an der Innenseite der äußeren Seitenwand 25 befestigt.
Wie insbesondere 5 mit den Einzelabbildungen 5a bis 5d zeigt, ist der Zuschnitt einer jeden Organoblechlage 19 bis 22 jeweils auf Organoblechplatinen, mit in deren Längsrichtung verlaufenden, bevorzugt aus Glasfasern gebildeten Endlosfasern unterschiedlich lageorientiert angeordnet.
Die Einzelabbildung 5a zeigt einen Längsabschnitt einer ersten Organoblechbahn 30 mit mehreren annähernd parallel zueinander verlaufenden Endlosfasern 31, die im vorliegenden Fall als Glasfasern ausgebildet. Auf der Organoblechbahn 30 sind im vorliegenden Fall paarweise in Längsausrichtung der Organoblechbahn 30 hintereinander Zuschnitte 32 der ersten Organoblechlage 19 angeordnet. Die Zuschnitte 32 sind derart mit ihrer Längserstreckung der Organoblechbahn 30 angeordnet, sodass die Endlosfasern 31 in Längserstreckung der durch die Zuschnitte 32 gekennzeichneten Organoblechlage 19 erstreckt. Die Zuschnitte 32 besitzen Schwereachsen 33 die zu einander parallel angeordnet sind.
Gemäß Einzelabbildung 5b ist ein Längenabschnitt einer zweiten Organoblechbahn 40 gezeigt, die wie die Organoblechbahn 30 mehrere verteilt über ihre Breite angeordnete, in Längsrichtung der Organoblechbahn 40 verlaufende Endlosfasern 41 aufweist, die beispielsweise als Glasfasern ausgebildet sein können. Auf der Organoblechbahn 40 sind in Längsrichtung hintereinander Zuschnitte 42 für die zweite Organoblechlage 20 angeordnet, deren Außenkontur der Außenkontur der Zuschnitte 32 entspricht. Im Unterschied zu der Anordnung der Zuschnitte 32 sind die Zuschnitte 42 mit ihrer Längserstreckung quer zur Längserstreckung der zweiten Organoblechbahn 40 angeordnet, sodass der Faserverlauf der durch die Zuschnitte 42 umgrenzten Organoblechlagen 20 im Wesentlichen quer zu deren Längserstreckung verläuft, während der Faserverlauf der Organoblechlage 19 zumindest weitgehend in deren Längsrichtung verläuft. Die Zuschnitte 42 besitzen Schwereachsen 43, die durch die Anordnung der Zuschnitte 42 auf der Organoblechbahn 40 parallel zueinander angeordnet sind.
Einzelabbildung 5c zeigt einen Längsabschnitt einer dritten Organoblechbahn 50, die wie die Organoblechbahnen 30 und 40 mit in Längsrichtung verlaufenden Endlosfasern 51 ausgestattet ist, die im vorliegenden Fall als Glasfasern ausgebildet sind. Auf der Organoblechbahn 50 sind deckungsgleiche Zuschnitte 52 für die dritte Organoblechlage 21 angeordnet, welche mit ihren Schwereachsen 53 schräg zum Faserverlauf der Endlosfasern 51 derart angeordnet sind, dass die in Längserstreckung der Zuschnitte 52 verlaufende Schwereachse einen spitzen Zwischenwinkel α mit den Endlosfasern 51 bildet und die in Längserstreckung der Zuschnitte 52 verlaufende Schwereachse 53 in einem gedachten, durch den Schwerpunkt der Zuschnitte 52 verlaufenden Koordinatensystem vom zweiten Quadranten in den vierten Quadranten dieses Koordinatensystems verläuft.
In der Einzelabbildung 5d ist ein Längsabschnitt einer vierten Organoblechbahn 60 gezeigt, die wie die Organoblechbahnen 30, 40 und 50 mit in Längsrichtung verlaufenden Endlosfasern 61 versehen ist, die über die Breite der Organoblechbahn 60 verteilt angeordnet und vorzugsweise als Glasfasern ausgebildet sind.
Auf der Organoblechbahn 60 sind Zuschnitte 62 für eine vierte Organoblechlage 22 angeordnet, deren Kontur deckungsgleich zu den Organoblechlagen 19, 20 und 21 ausgebildet ist. Die Zuschnitte 62 sind wie die Zuschnitte 52 schräg zum Faserverlauf der Endlosfasern 61 derart angeordnet, dass ihre Schwereachsen 63 mit dem Faserverlauf der Endlosfasern 61 einen spitzen Zwischenwinkel α einschließen, wobei die in Längsrichtung der Zuschnitte 62 verlaufende Schwereachse 63 bei einem gedachten, im Schwerpunkt der Zuschnitte 62 angeordneten Koordinatensystem vom ersten Quadranten in den dritten Quadranten dieses Koordinatensystems verläuft. Damit ist die in Längsrichtung des Zuschnitts 62 verlaufende Schwereachse achsensymmetrisch zu der in Längsrichtung des Zuschnitts 52 verlaufende Schwereachse 53 angeordnet, wobei der Zuschnitt 62 bzgl. des Zuschnitts 52 in der Ebene der Organoblechbahn 60 um 180° gedreht ist.
Da die Schwereachsen 33, 43, 53 und 63 eines jeden Zuschnitts 32, 42, 52 und 62 innerhalb ihrer Organoblechbahn 30, 40, 50 und 60 parallel verlaufen, ergibt sich ein platzsparende Anordnung der Zuschnitte auf den Organoblechbahnen.
Durch die unterschiedliche Anordnung der einzelnen Zuschnitte 32, 42, 52 und 62 auf den Organoblechbahnen sind Organoblechlagen 19, 20, 21 und 22 gebildet, die mit unterschiedlichen Faserverläufen ausgestattet sind.
Erfindungsgemäß lässt sich durch die unterschiedliche Lageanordnung einer jeden Organoblechlage 19 bis 22 innerhalb der jeweiligen Organoblechbahnen 30, 40, 50 und 60 in Kombination mit dem Verlauf der Endlosfasern 31, 41, 51 und 61 in den Organoblechbahnen 30, 40, 50 und 60 ein Schichtverbund aus den Organoblechlagen 19 bis 22 erzeugen, bei dem sich der Faserverlauf der Endlosfasern jeder Organoblechlage mit dem Faserverlauf einer anderen Organoblechlage kreuzt.
Bezugszeichenliste

10: B-Säulenverstärkung
11: Schalenseitenwand
12: Schalenboden
13: Durchbruch
14: Schaleninnenraum
15: Rippe
16: Metallblech
17: Halteteil
18: Schichtverbund
19: Organoblechlage
20: Organoblechlage
21: Organoblechlage
22: Organoblechlage
23: Ende
24: Seitenwand
25: Seitenwand
26: Durchgangsloch
27: Klebestrang
30: Organoblechbahn
31: Endlosfaser
32: Zuschnitt
33: Schwereachse
40: Organoblechbahn
41: Endlosfaser
42: Zuschnitt
43: Schwereachse
50: Organoblechbahn
51: Endlosfaser
52: Zuschnitt
53: Schwereachse
60: Organoblechbahn
61: Endlosfaser
62: Zuschnitt
63: Schwereachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009034767 A1 [0003]

Claims

Leichtbauteil, insbesondere Karosseriesäulenverstärkung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Personenkraftwagen, mit einer ersten Organoblechlage (19, 20, 21, 22), das eine erste Faserverstärkung mit einem ersten Faserverlauf aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine zweite Organoblechlage (19, 20, 21, 22) vorgesehen ist, die mit der ersten Organoblechlage (19, 20, 21, 22) zu einem Schichtaufbau (18) verbunden ist und die eine zweite Faserverstärkung mit einem zweiten Faserverlauf aufweist, die den Faserverlauf der ersten Faserverstärkung kreuzt.
Leichtbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte und eine vierte Organoblechlage (19, 20, 21, 22) vorgesehen ist, die zusammen mit der ersten und der zweiten Organoblechlage (19, 20, 21, 22) zu einem gemeinsamem Schichtaufbau (18) verbunden sind, bei dem der Faserverlauf innerhalb einer jeden Organoblechlage (19, 20, 21, 22) derart angeordnet ist, dass sich die Faserverläufe aller Organoblechlagen (19, 20, 21, 22) kreuzen.
Leichtbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserverlauf der ersten Organoblechlage (19, 20, 21, 22) oder der zweiten Organoblechlage (19, 20, 21, 22) oder der dritten Organoblechlage (19, 20, 21, 22) oder der vierten Organoblachlage (19, 20, 21, 22) in Richtung der Längsachse des Leichtbauteils (10) oder quer zu dessen Längsachse oder schräg zu dessen Längsachse angeordnet ist.
Leichtbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Organoblechlagen (19, 20, 21, 22) aus einem Zuschnitt (32, 42, 52, 62) aus einer Organoblechplatine (30, 40, 50, 60) gebildet ist, der innerhalb einer jeden Organoblechplatine (30, 40, 50, 60) unterschiedlich lageorientiert ist und dass durch die unterschiedliche Lageorientierung die sich kreuzenden Faserverläufe der verbundenen Organoblechlagen (19, 20, 21, 22) erzeugt sind.
Leichtbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserverlauf bei schräg zur Längsachse des Leichtbauteils (10) verlaufenden Fasern eine positive oder eine negative Steigung aufweist.
Leichtbauteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserverlauf bei einer Schrägorientierung zur Längsachse des Leichtbauteils (10) mit dieser einen spitzen Zwischenwinkel von 20 bis 70° einschließt.
Leichtbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Organoblechlagen (19, 20, 21, 22) mit ihren unterschiedlich angeordneten Faserverläufen innerhalb des Schichtaufbaus bezüglich ihrer Anordnung untereinander entsprechend einer statischen und/oder dynamischen Belastung des Leichtbauteils (10) angeordnet sind.
Leichtbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch, dass der aus wenigstens zwei Organoblechlagen (19, 20, 21, 22), vorzugsweise aus vier Organoblechlagen (19, 20, 21, 22) gebildete Schichtaufbau (18) zu einem zumindest schalenähnlichen Bauteil (10) geformt ist, dessen Schalenboden (12) vorzugsweise mit Durchbrüchen (13) versehen ist, in die Halteteile (17), insbesondere mit einem Gewinde versehene Halteteile (17) zumindest eintauchen.
Leichtbauteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteteile (17) vorzugsweise von einem Verstärkungsblech (16) getragen sind, das durch Kunststoffumspritzung am Leichtbauteil (10) festgesetzt ist.
Leichtbauteil nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das schalenähnliche Bauteil (10) in seinem Schalenraum (14) zumindest bereichsweise von einer Rippenstruktur (15) durchzogen ist, die sich gegen die Schalenwände (11) abstützen und die aus Kunststoffspritzguss gebildet und vorzugsweise durch Umspritzen an dem schalenähnlichen Bauteil (10) festgesetzt sind.
Kraftfahrzeug, insbesondere Personenkraftwagen, mit einem Leichtbauteil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, das vorzugsweise zur Verstärkung der A- oder B- oder C- oder D-Säule dient.
Verfahren zur Herstellung eines Leichtbauteils, insbesondere zur Karosseriesäulenverstärkung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens mit einer ersten Organoblechlage (19, 20, 21, 22), die eine erste Faserverstärkung mit einem ersten Faserverlauf aufweist, welches mit wenigstens einer zweiten Organoblechlage (19, 20, 21, 22), das eine zweite Faserverstärkung mit einem zweiten, den ersten Faserverlauf kreuzenden Faserverlauf aufweist, zu einem einstückigen Schichtaufbau 18) kraft- und/oder formschlüssig verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuschnitt (32) der ersten Organoblechlage (19) in einer ersten Orientierung innerhalb einer ersten Organoblechplatine (30) und der Zuschnitt (42) der zweiten Organoblechlage (20) in einer zweiten Orientierung innerhalb einer zweiten Organoblechplatine (40) angeordnet ist und dass sich beim Verbinden der beiden Organoblechlagen (19, 20) zu einem Schichtverbund (18) die sich kreuzenden Faserverläufe ergeben.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtverbund (18) a) in einem ersten Schritt zumindest schalenähnlich in einem Tiefziehwerkzeug unter Zugabe von Wärme geformt, auf Maß geschnitten und mit den anforderungsbedingten Öffnungen versehen wird, b) in einem zweiten Schritt mit einem Haltemaßnahmen aufweisenden Blechverstärkungsteil versehen wird und c) in einem dritten Schritt zur Halterung des Blechverstärkungsteils unter Ausbildung einer sich unter den Schalenwänden abstützenden Rippenstruktur mit Kunststoff umspritzt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als zwei Lagen Organoblech (19, 20, 21, 22), bevorzugt vier Lagen von Organoblechen (19, 20, 21, 22) zu einem Schichtverbund (18) derart verbunden sind, dass sich die Faserverläufe jeder Organoblechlage (19, 20, 21, 22) kreuzen.