DE102012001577A1 - Light component for motor vehicle, is made from structural component with thermal shield element that is arranged in accordance with predetermined thermal load of light component in predetermined mounting position of light component - Google Patents

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Abstract

The light component is made from a fiber-reinforced structural component (1) with a thermal shield element (2) made from metal, where the thermal shield element is arranged in accordance with a predetermined thermal load of light component in a predetermined mounting position of the light component locally at a side of the structural component, which is provide for the grant of a heat source. The shield element has a form-fitting element, with which a form-fit connection of the shield element and the structural component is formed by a counter form-fit element. Independent claims are included for the following: (1) a method for manufacturing a motor vehicle-light component; and (2) a motor vehicle with a screen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug-Leichtbauteil mit thermischem Abschirmelement und dessen Herstellungsverfahren, sowie ein Kraftfahrzeug, in dem das Leichtbauteil zum Einsatz kommt.The invention relates to a motor vehicle lightweight component with a thermal shielding element and its production method, and to a motor vehicle in which the lightweight component is used.

Karosseriebauteile aus Kunststoff werden im Kraftfahrzeugbau zunehmend eingesetzt, um metallische Karosseriebauteile zu substituieren und so eine Leichtbauweise zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs und damit auch des CO2-Ausstoßes zu erzielen. Bauteile wie Unterbodenverkleidungen und Radlaufverkleidungen sind allerdings bereichsweise einer oft hohen thermischen Belastung ausgesetzt, die vom Motor und von Komponenten des Abgasstrangs stammt. Werden derartige Bauteile aus Kunststoff gefertigt, ergibt sich die Problematik, dass die Kunststoffe bei höheren Temperaturen zerstört werden. Daher werden im Stand der Technik die thermisch belasteten Bereiche solcher Kunststoffbauteile mit einem thermischen Abschirmelement, beispielsweise mit einer Aluminiumfolie verkleidet.Plastic body parts are increasingly used in motor vehicle construction to substitute metallic body components and thus to achieve a lightweight construction to reduce fuel consumption and thus also the CO 2 emissions. However, components such as underbody panels and wheel arches are sometimes exposed to an often high thermal load, which comes from the engine and components of the exhaust system. If such components are made of plastic, there is the problem that the plastics are destroyed at higher temperatures. Therefore, in the prior art, the thermally stressed areas of such plastic components are covered with a thermal shielding element, for example with an aluminum foil.

Um den aufwändigen Ummantelungsprozess zu vermeiden, und auch bessere Abschirmwirkung durch größere Wandstärken zu erreichen, beschreibt die DE 10 2009 016 240 A1 ein Außenverkleidungsteil für einen Kraftwagen mit einem Kunststoff-Grundkörper und einem thermischen Abschirmelement, das zumindest bereichsweise in den Kunststoff des Grundkörpers integriert und stoffschlüssig mit dem Grundkörper verbunden ist.In order to avoid the elaborate coating process, and also to achieve better shielding by larger wall thicknesses, describes the DE 10 2009 016 240 A1 an outer lining part for a motor vehicle with a plastic base body and a thermal shielding element, which is at least partially integrated into the plastic of the base body and is integrally connected to the base body.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraftfahrzeug-Leichtbauteil in Verbundbauweise aus faserverstärktem Kunststoff zu schaffen, das nicht nur eine thermische Abschirmung bereitstellt, sondern auch eine hohe Steifigkeit aufweist.Based on this prior art, it is an object of the present invention to provide a composite motor vehicle lightweight construction of fiber-reinforced plastic, which not only provides a thermal shield, but also has a high rigidity.

Diese Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeug-Leichtbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a motor vehicle lightweight component with the features of claim 1.

Die Aufgabe, ein solches Leichtbau-Kraftfahrzeugbauteils mit thermischer Abschirmung geschickt und kostengünstig fertigen zu können, wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7 realisiert.The task of being able to manufacture such a lightweight motor vehicle component with thermal shielding and inexpensively, is realized by the method with the features of claim 7.

Die weitere Aufgabe, Kraftfahrzeuge zu schaffen, die zugleich den Anforderungen der Leichtbautechnologie genügen, dennoch gute Crasheigenschaften haben und darüber hinaus thermische Abschirmfunktionen zum Schutz des Leichtbau-FVK-Werkstoffes und zur Reduktion der Wärmeabstrahlung in den Innenraum des Kraftfahrzeugs aufweisen, wird durch das Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.The further task of creating motor vehicles which at the same time meet the requirements of lightweight construction technology, nevertheless have good crash properties and, moreover, have thermal shielding functions for protecting the lightweight FRP material and for reducing the heat radiation in the interior of the motor vehicle the features of claim 10 solved.

Weiterbildungen des Gegenstands und des Verfahrens sind in den Unteransprüchen ausgeführt.Further developments of the subject and the method are set forth in the subclaims.

Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug-Leichtbauteil besteht aus einem faserverstärkten Kunststoff-Strukturbauteil, das zumindest bereichsweise mit einem thermischen Abschirmelement aus Metall versehen ist und entsprechend einer vorbestimmbaren thermischen Belastung des Kraftfahrzeug-Leichtbauteils in einer vorgesehenen Einbauposition des Kraftfahrzeug-Leichtbauteils lokal an zumindest einer Seite des Strukturbauteils, die bei Einbau einer Wärmequelle zugewandt ist, angeordnet ist. Das Abschirmelement weist zumindest ein Formschlusselement auf, mit dem eine formschlüssige Verbindung des Abschirmelements und des Strukturbauteils durch ein Gegenformschlusselement ausbildet wird, das durch zumindest den Matrix bildenden Kunststoff des Strukturbauteils gebildet wird.A motor vehicle lightweight component according to the invention consists of a fiber-reinforced plastic structural component which is at least partially provided with a thermal shielding element made of metal and locally according to a predeterminable thermal load of the motor vehicle lightweight component in an intended installation position of the motor vehicle lightweight component on at least one side of the structural component, which is facing when installing a heat source is arranged. The shielding element has at least one interlocking element with which a positive connection of the shielding element and the structural component is formed by a counter-form-locking element, which is formed by at least the plastic matrix of the structural component.

Das Abschirmelement kann als separates Bauteil durch Nutzung des Matrixkunststoffes des FVK-Strukturbauteils während des Herstellungsprozesses mit dem Strukturbauteil verbunden werden, so dass vorteilhaft nach erfolgter Herstellung des Leichtbau-Kraftfahrzeugbauteils keine weitere Verbindungstechnik für das Abschirmelement erforderlich ist. Durch die Anbindung des Abschirmelements an das FVK-Bauteil wird aufgrund der dort erhaltenen Doppelwandigkeit die Steifigkeit erhöht, was der Crashsicherheit zugute kommt, während durch die Abschirmeigenschaften des Metallelements gleichzeitig der Schutz des FVK-Werkstoffes vor thermischer Belastung durch die Abwärme von Motor oder Abgasstrang erzielt wird. Alternativ kann die Wandstärke des FVK-Bauteils bei gleich bleibender Steifigkeit reduziert werden, wodurch das bedarfsgerecht thermisch abgeschirmte Verbundbauteil besonders leicht wird.The shielding element can be connected as a separate component by using the matrix plastic of the FRP structural component during the manufacturing process with the structural component, so that advantageously no further connection technology for the shielding element is required after the production of the lightweight motor vehicle component. By connecting the shielding element to the FRP component, the rigidity is increased due to the double wall thickness, which benefits crash safety, while the shielding properties of the metal element simultaneously protect the FRP material against thermal stress from the waste heat from the engine or exhaust system becomes. Alternatively, the wall thickness of the FRP component can be reduced while the rigidity remains the same, as a result of which the thermally shielded composite component as required becomes particularly light.

Als Abschirmelement kommen etwa Metallblechabschnitte in Frage, die entsprechend einem vor thermischer Belastung zu schützenden Strukturbauteilabschnitt flächig oder profiliert konturangepasst geformt sind. Ein für ein thermisches Abschirmblech des Leichtbauteils geeignetes Metall ist Aluminium, mit dem eine gute Abschirmwirkung erzielt wird, ohne das Bauteilgewicht übermäßig zu erhöhen.As a shielding approximately sheet metal sections come into question, which are contoured shaped according to a pre-thermal load to be protected structural component section contoured. A suitable metal for a thermal shield of the lightweight component metal is aluminum, with which a good shielding effect is achieved without increasing the component weight excessively.

In einer weiteren Ausführungsform kann zur Verbesserung bzw. Verstärkung der Abschirmwirkung vorgesehen sein, dass das Kraftfahrzeugbauteil ein zweites Abschirmelement umfasst, das entsprechend dem ersten Abschirmelement auf der dem ersten Abschirmelement abgewandten Seite des Strukturbauteils angeordnet und mit dem Strukturbauteil verbunden ist.In a further embodiment, to improve or enhance the shielding effect, it may be provided that the motor vehicle component comprises a second shielding element which is arranged on the side of the structural component facing away from the first shielding element and connected to the structural component in accordance with the first shielding element.

Der faserverstärkte Kunststoff des Strukturbauteils, der Verstärkungsfasern und einen die Matrix bildenden Kunststoff umfasst, kann in einigen Ausführungsformen einen Laminataufbau aufweisen, bei dem die Verstärkungsfasern in Faserlagen vorliegen. The fiber reinforced plastic of the structural member comprising reinforcing fibers and a plastic forming the matrix may, in some embodiments, have a laminate construction in which the reinforcing fibers are present in fiber layers.

Die zur Erzielung des Formschlusses zwischen dem Abschirmelement und dem Strukturbauteil vorgesehenen Formschlusselemente des Abschirmblechs können Durchgangsöffnungen in dem Abschirmelement sein, die der Matrixkunststoff durchdringt, wobei der Matrixkunststoff dann einen Öffnungsrand der Durchgangsöffnungen hintergreift und einen nietförmigen Verbindungsanker als Gegenformschlusselement ausbildet. Ein alternatives oder zusätzliches Formschlusselement kann eine an dem Abschirmelement vorgesehene Lasche sein, die in den Laminataufbau des Strukturbauteils einlaminiert ist, wobei das Gegenformschlusselement durch zumindest einen Faserlagen-Matrixkunststoff-Abschnitt gebildet wird. Die letztgenannte Variante ist daher auf Strukturbauteile beschränkt, die durch eine mehrschichtige Anordnung von Faserlagen aufgebaut sind.The interlocking elements of the shielding plate provided for achieving the positive connection between the shielding element and the structural component can be passage openings in the shielding element penetrating the matrix plastic, wherein the matrix plastic then engages behind an opening edge of the through openings and forms a rivet-shaped connecting anchor as counter-form-fitting element. An alternative or additional form-fitting element may be a tab provided on the shielding element, which is laminated into the laminate structure of the structural component, wherein the counter-form-fitting element is formed by at least one fiber layer matrix plastic section. The latter variant is therefore limited to structural components, which are constructed by a multilayer arrangement of fiber layers.

Zusätzlich zu der formschlüssigen Verbindung kann das Abschirmelement stoffschlüssig durch die adhäsiven Eigenschaften des Matrixkunststoffs mit dem Strukturbauteil verbunden sein.In addition to the form-fitting connection, the shielding element can be integrally connected to the structural component by the adhesive properties of the matrix plastic.

Die Herstellung eines erfindungsgemäßen Leichtbau-Kraftfahrzeugbauteils aus einem faserverstärkten Kunststoff-Strukturbauteil mit einem zumindest bereichsweise angeordneten thermischen Abschirmelement aus Metall umfasst das Herstellen des faserverstärkten Kunststoff-Strukturbauteils aus Verstärkungsfasern und Matrixkunststoff in einem RTM- oder SMC-Prozess, wobei zumindest ein thermisches Abschirmelement aus Metall, das zumindest ein Formschlusselement aufweist, in eine Bauteilformkavität entsprechend einer vorbestimmbaren thermischen Belastung des Kraftfahrzeug-Leichtbauteils in einer vorgesehenen Einbauposition des Kraftfahrzeug-Leichtbauteils eingelegt wird. Bei der Bildung des Strukturbauteils wird zumindest ein Gegenformschlusselement zumindest durch den verwendeten Matrixkunststoff gebildet und stellt eine formschlüssige Verbindung mit dem Abschirmelement bereit, wobei das Kraftfahrzeug-Leichtbauteil erhalten wird, bei dem das Abschirmelement lokal an zumindest einer Seite des Strukturbauteils angeordnet ist.The production of a lightweight motor vehicle component according to the invention from a fiber-reinforced plastic structural component with an at least partially arranged thermal shielding element made of metal comprises producing the fiber-reinforced plastic structural component of reinforcing fibers and matrix plastic in a RTM or SMC process, wherein at least one thermal shielding element made of metal having at least one interlocking element, is inserted into a Bauteilformkavität corresponding to a pre-definable thermal load of the motor vehicle lightweight component in an intended installation position of the motor vehicle lightweight component. In the formation of the structural component, at least one counter-form-locking element is formed at least by the matrix plastic used and provides a positive connection with the shielding element, wherein the motor vehicle lightweight component is obtained, in which the shielding element is arranged locally on at least one side of the structural component.

Das Abschirmelement kann vor dem Einlegen in die Bauteil-Formkavität entsprechend einem vor thermischer Belastung zu schützenden Bauteilabschnitt konturangepasst vorgeformt werden und dabei flächig oder profiliert ausgebildet sein.Before being placed in the component mold cavity, the shielding element can be preformed in a contour-matched manner in accordance with a component section to be protected from thermal stress and in this case formed in a planar or profiled manner.

Erfolgt das Herstellen des Kunststoff-Strukturbauteils in einem SMC-Prozess, so umfasst eine Verfahrensvariante, dass ein eben flächiger Abschirmabschnitt mit einem SMC-Halbzeug, das ein plattenförmiges, die Verstärkungsfasern und den Matrixkunststoff enthaltendes Halbzeug ist, in die Bauteil-Formkavität eingelegt und dort zusammen mit dem SMC-Halbzeug zu dem an dem Strukturbauteil angeordneten Abschirmelement geformt wird.If the production of the plastic structural component in an SMC process, then a method variant that a flat planar shielding section with a SMC semi-finished, which is a plate-shaped, the reinforcing fibers and the matrix plastic containing semi-finished product is inserted into the component mold cavity and there is formed together with the SMC semi-finished to the arranged on the structural member shielding.

Erfindungsgemäß wird daher auch ein Kraftfahrzeug geschaffen, das mit zumindest einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Leichtbauteil mit thermischer Abschirmung ausgestattet ist und das durch die Verwendung des Leichtbauteils bzw. der Leichtbauteile an sich ökologisch günstiger betrieben werden kann als ein konventionelles Fahrzeug. Durch das Leichtbauteil wird die Abwärme von Motor und bestimmten Komponenten des Abgasstrangs bedarfsgerecht abgeschirmt und die Wärmeabstrahlung in den Innenraum des Kraftfahrzeugs verringert.According to the invention, therefore, a motor vehicle is provided which is equipped with at least one inventive motor vehicle lightweight part with thermal shielding and which can be operated ecologically cheaper by the use of the lightweight component or the lightweight components as a conventional vehicle. Due to the lightweight component, the waste heat from the engine and certain components of the exhaust system is shielded as needed and reduces the heat radiation in the interior of the vehicle.

Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt. Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient dem verbesserten Verständnis des Gegenstands. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.These and other advantages are set forth by the following description with reference to the accompanying figures. The reference to the figures in the description is for improved understanding of the subject matter. The figures are merely a schematic representation of an embodiment of the invention.

Dabei zeigen:Showing:

1 eine perspektivische Ansicht eines Kraftfahrzeug-Leichtbauteils mit zwei erfindungsgemäß lokal an dem FVK-Strukturbauteil angeordneten Abschirmelementen, 1 a perspective view of a motor vehicle lightweight component with two according to the invention locally arranged on the FRP structural component shielding,

2 eine Draufsicht auf das Kraftfahrzeug-Leichtbauteil aus 1, 2 a plan view of the motor vehicle lightweight component 1 .

3 die Anbindung des Abschirmelements an dem FVK-Strukturbauteil durch Verklebung mit dem Matrixkunststoff, 3 the connection of the shielding element to the FRP structural component by gluing with the matrix plastic,

4 eine Anbindungsvariante des Abschirmelements an dem FVK-Strukturbauteil durch nietförmige Verbindungsanker aus Matrixkunststoff, die Öffnungen im Abschirmelement durchdringen, 4 a connection variant of the shielding element on the FRP structural component by rivet-shaped connecting anchors of matrix plastic which penetrate openings in the shielding element,

5 eine weitere Anbindungsvariante des Abschirmelements an dem FVK-Strukturbauteil durch in das FVK-Strukturbauteil einlaminierte Laschen des Abschirmelements in a) Draufsicht und b) Seitenansicht und c) Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform der Lasche. 5 a further connection variant of the shielding element on the FRP structural component by latches of the shielding element laminated into the FRP structural component in a) top view and b) side view and c) side view of an alternative embodiment of the tab.

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeugbauteil, das in Leichtbauweise gefertigt ist, und das eine Komponente zur thermischen Abschirmung aufweist, die nach Verbauen des Kraftfahrzeug-Leichtbauteils in ein Kraftfahrzeug benachbart zu einer Wärme abgebenden Fahrzeugvorrichtung wie dem Motor oder Komponenten des Abgasstrangs zu liegen kommt und damit den Kunststoff des Leichtbauteils vor thermischer Belastung schützt, die ansonsten zu Bauteilschäden durch die Zerstörung/Zersetzung des Kunststoffes führen könnte.The invention relates to a motor vehicle component, which is made in lightweight construction, and which has a component for thermal shield, which after installation of the motor vehicle lightweight component in a motor vehicle adjacent to a heat-emitting vehicle device such as the engine or Components of the exhaust system comes to rest and thus protects the plastic of the lightweight component from thermal stress, which could otherwise lead to component damage by the destruction / decomposition of the plastic.

Um ein derartiges Kraftfahrzeugbauteil in Verbundbauweise zu schaffen, das sowohl eine besonders gute thermische Abschirmung als auch eine hohe Steifigkeit besitzt, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das Strukturbauteil aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt wird und an zumindest einer Seite eines FVK-Strukturbauteils bedarfsgerecht lokal zumindest ein metallisches Abschirmelement an zumindest einer Seite des Strukturbauteils, die der Wärmequelle zugewandt ist, unter Bildung einer formschlüssigen Verbindung mit dem FVK-Material angeordnet ist.In order to create such a motor vehicle component in composite construction, which has both a particularly good thermal shielding and a high rigidity, the invention proposes that the structural component is made of a fiber-reinforced plastic and locally on at least one side of an FRP structural component as required locally at least one metallic Shielding element on at least one side of the structural component, which faces the heat source, is arranged to form a positive connection with the FRP material.

Vorteilhaft wird bei der Herstellung des Fahrzeugbauteils das Abschirmelement als separates Bauteil mit dem FVK-Strukturbauteil in dessen Herstellungsprozess gefügt.Advantageously, in the production of the vehicle component, the shielding element is joined as a separate component with the FRP structural component in its manufacturing process.

Das Abschirmelement, das zumindest ein Formschlusselement für die formschlüssige Verbindung mit dem Strukturbauteil aufweist, kann konturangepasst ein flächiger oder ein profilierter Blechabschnitt bspw. aus Aluminium sein. Die angepasst geformten Abschirmelemente werden an den thermisch zu schützenden Bereichen des Bauteils im Herstellungsprozess, der ein SMC- oder RTM-Prozess sein kann, eingelegt, und so einfach und geschickt in das Kraftfahrzeugbauteil integriert, indem während des Herstellungsprozesses die den Formschlusselementen des Abschirmelements entsprechenden Gegenformschlusselemente des Strukturbauteils ausgebildet werden. Je nach Ausführungsform des FVK-Strukturbauteils und des Herstellungsprozesses wird das Gegenformschlusselement zumindest durch den Matrixkunststoff des verwendeten FVK, gegebenenfalls aber auch durch einen Fasermatrixverbund gebildet.The shielding element, which has at least one interlocking element for the positive connection with the structural component, can be contour-adapted to be a flat or a profiled sheet metal section, for example, of aluminum. The custom-shaped shielding elements are placed on the thermally protected areas of the component in the manufacturing process, which may be an SMC or RTM process, and so easily and cleverly integrated into the motor vehicle component by during the manufacturing process, the form-fitting elements of the shield corresponding Gegenformschlusselemente be formed of the structural component. Depending on the embodiment of the FRP structural component and the production process, the counter-form-locking element is formed at least by the matrix plastic of the FRP used, but optionally also by a fiber matrix composite.

Im RTM-Prozess wird das Matrixmaterial, hier kommen sowohl duroplastische als auch thermoplastische Matrixsysteme in Frage, in die Formkavität eingespritzt, in der zuvor das Abschirmelement eingelegt wurde. Das Matrixmaterial kann einen Faseranteil aufweisen, alternativ oder zusätzlich können in der Formkavität auch trockene oder vorimprägnierte Faserlagen wie Matten etc. eingelegt sein, die dann von dem eingespritzten Matrixmaterial durchdrungen werden. Werden Faserlagen verwendet, so kann das Abschirmelement zusammen mit den Faserlagen in die Kavität eingelegt werden. Als Verstärkungsfasern sind gängige Fasermaterialien wie kostengünstige Glasfasern und Polymerfasern, aber auch Kohlefasern einsetzbar.In the RTM process, the matrix material, here both thermoset and thermoplastic matrix systems in question, injected into the mold cavity, in the previously the shielding element was inserted. The matrix material may have a fiber content, alternatively or in addition dry or pre-impregnated fiber layers such as mats etc. may be inserted in the mold cavity, which are then penetrated by the injected matrix material. If fiber layers are used, then the shielding element can be inserted into the cavity together with the fiber layers. As reinforcing fibers are common fiber materials such as inexpensive glass fibers and polymer fibers, but also carbon fibers used.

Im SMC-Prozess werden plattenförmige Halbzeuge aus einer pastösen Verstärkungsfaser-Matrixmaterial-Masse in ein Formpresswerkzeug eingelegt, das das Halbzeug in Bauteilform presst und durch Temperaturbeaufschlagung die meist duroplastische Matrix aushärten lässt, wobei das Abschirmelement vor dem Halbzeug oder zusammen damit in die Kavität eingelegt wird.In the SMC process plate-shaped semi-finished products are inserted from a pasty reinforcing fiber matrix material mass in a molding die, which presses the semifinished product in component form and curing the most thermosetting matrix by applying temperature, the shielding is inserted in front of the semifinished product or together with it in the cavity ,

Falls das Kraftfahrzeug-Bauteil in einem SMC-Herstellungsverfahren ausgebildet werden soll, besteht ferner die Möglichkeit, ein einfaches flächiges ungeformtes Abschirmblech zu verwendet, das dann mit dem Faser-Matrix-Halbzeug durch Pressen umgeformt wird und dadurch dieselbe Kontur erhält wie das spätere FVK-Bauteil. Letztlich wird dann durch die Aushärtung der Harzmatrix das Abschirmblech an das FVK-Bauteil gebunden.If the motor vehicle component is to be formed in an SMC production process, it is also possible to use a simple flat unshielded shielding plate, which is then formed with the fiber matrix semifinished product by pressing and thereby receives the same contour as the later FVK component. Finally, the hardening of the resin matrix then binds the shielding plate to the FRP component.

Durch die Anbindung des Abschirmelements an das FVK-Strukturbauteil wird durch die Doppelwandigkeit die Steifigkeit erhöht, was der Sicherheit bei einem Crashereignis zugute kommt, während durch die Abschirmeigenschaften des Abschirmelements gleichzeitig die gewünschte bzw. geforderte Abschirmwirkung erzielt wird. Alternativ dazu kann die Wandstärke des FVK-Strukturbauteils in den mit dem Abschirmelement versehenen Bereichen bei gleichbleibender Steifigkeit reduziert werden, wodurch das Verbundbauteil besonders leicht wird.Due to the connection of the shielding element to the FRP structural component, the rigidity is increased by the double walledness, which enhances safety in the event of a crash, while the desired or required shielding effect is simultaneously achieved by the shielding properties of the shielding element. Alternatively, the wall thickness of the FRP structural member in the areas provided with the shielding member can be reduced while maintaining the rigidity, whereby the composite member becomes particularly easy.

Das FVK-Bauteil kann zusätzlich, um etwa die Wärmeabstrahlung in den Fahrzeuginnenraum weiter zu reduzieren, auch auf der anderen Seite des Strukturbauteils mit einem Abschirmelement verbunden sein.In addition, in order to further reduce, for example, the heat radiation into the vehicle interior, the FRP component can also be connected to a shielding element on the other side of the structural component.

Das Abschirmelement kann neben der formschlüssigen Verbindung durch die FVK-Matrix mit dem FVK-Bauteil in die Matrix eingebettet und durch deren adhäsiven Eigenschaften verklebt sein.The shielding element can be embedded in the matrix next to the positive connection by the FRP matrix with the FRP component and bonded by its adhesive properties.

So wird im (RTM- oder SMC-) Fertigungsprozess der FVK-Bauteile das Abschirmelement eingelegt, so dass die Verbindung des Bleches mit dem FVK-Bauteil durch den Fertigungsprozess selbst erzielt wird, indem der eingesetzte Matrixkunststoff das eingelegte Abschirmelement nach Aushärtung mit der FVK-Struktur formschlüssig und stoffschlüssig verbindet.Thus, in the (RTM or SMC) manufacturing process of the FRP components, the shielding element is inserted, so that the connection of the metal sheet with the FRP component is achieved by the manufacturing process itself, in that the matrix plastic used sets the inserted shielding element after hardening with the FRP component. Structure connects positively and cohesively.

1 zeigt schematisch ein flächiges Kraftfahrzeugbauteil, das beispielsweise ein Bodenabschnitt sein kann, in der ein mittlerer sich längs erstreckender Abschnitt erhaben ausgeformt wird, unter dem im verbauten Zustand etwa eine Abgasstrangkomponente geführt wird. In das FVK-Strukturbauteil 1 sind an den nach unten weisenden Wänden des erhabenen Abschnitts Abschirmelemente 2 zum Schutz des FVK-Werkstoffs in diesen Bereichen vor thermischer Belastung integriert, die in der Draufsicht in 2 durch die gestrichelten Linien begrenzt gezeigt sind. 1 schematically shows a flat motor vehicle component, which may be, for example, a bottom portion in which a central longitudinally extending portion is formed sublime, below which in the installed state about an exhaust gas system component is performed. In the FRP structural component 1 are on the downwardly facing walls of the raised portion shielding 2 to the Protection of the FRP material in these areas integrated before thermal stress, which in the plan view in 2 are shown limited by the dashed lines.

Ein anderes nicht dargestelltes Kraftfahrzeugbauteil, das lokal mit thermischen Abschirmelementen versehen werden kann, ist etwa eine Radlaufverkleidung.Another motor vehicle component, not shown, which can be locally provided with thermal shielding elements, is about a Radlaufverkleidung.

Zur formschlüssigen Verbindung des Abschirmelements 2 stehen verschiedene Verbindungsvarianten mit dem FVK-Strukturbauteil 1 zur Verfügung, von denen einige in 4 und 5 skizziert sind.For the positive connection of the shielding 2 There are different connection variants with the FRP structural component 1 some of which are available in 4 and 5 are sketched.

3 hingegen zeigt eine flächige Verklebung des Abschirmelements 2 mit dem FVK-Strukturbauteil 1 durch die Kunststoffmatrix 5 des FVK-Strukturbauteils 1. Diese stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Abschirmelement 2 und dem FVK-Strukturbauteil 1 durch den Matrixkunststoff 5 unterstützt den Formschluss und kann sowohl im RTM- als auch im SMC-Prozess realisiert werden, indem das schmelzflüssige Matrixmaterial das Abschirmelement 2 flächig anfließt und beim Aushärten die Klebeverbindung bereitstellt. 3 In contrast, shows a surface bonding of the shielding 2 with the FRP structural component 1 through the plastic matrix 5 of the FRP structural component 1 , This cohesive connection between the shielding 2 and the FRP structural component 1 through the matrix plastic 5 supports the form-fit and can be realized in both the RTM and in the SMC process by the molten matrix material, the shielding element 2 flows flat and provides the adhesive bond during curing.

Zur Bildung der formschlüssigen Verbindung kann das Abschirmelement 2 Durchgangsöffnungen 6 aufweisen, wie in 4 zu sehen ist, durch die die FVK-Matrix, die je nach Prozessvariante gegebenenfalls auch faserhaltig sein kann, hindurchtreten und den Öffnungsrand hintergreifen kann, so dass sich nach Aushärtung des Matrixwerkstoffs ein nietförmiger Verbindungsanker 5' ausbildet.To form the positive connection, the shielding 2 Through openings 6 have, as in 4 can be seen, through which the FRP matrix, which may also be fibrous, depending on the process variant, pass through and can engage behind the opening edge, so that after hardening of the matrix material a rivet-shaped connecting anchor 5 ' formed.

Eine weitere denkbare Alternative ist, wie in 5 skizziert, am Abschirmelement 2 Laschen 7 vorzusehen, die etwa durch Ausstanzen in dem Blech erzeugt werden können, die in den Laminataufbau des FVK-Bauteils einlaminiert werden. D. h., dass bei einem mehrschichtigen Strukturbauteil 1, das aus Faserlagen aufgebaut wird, die Lasche 7 des Abschirmelements 2 zwischen zwei Faserlagen eingefügt wird, ehe der Schichtaufbau imprägniert, geformt und ausgehärtet wird. Nach Aushärtung der Matrix sind die Laschen 7 fest und unlösbar vom FVK-Bauteil 1 umschlossen. In 5c) ist eine Laschenvariante 7 gezeigt, die zusätzlich eine Öffnung 6 aufweist, die von Matrixkunststoff durchdrungen wird, so dass eine besonders gute Anbindung erreicht wird.Another possible alternative is as in 5 sketched on the shielding element 2 tabs 7 provide, which can be produced for example by punching in the sheet, which are laminated in the laminate structure of the FRP component. That is, that in a multi-layer structural component 1 made of fiber sheets, the tab 7 the shielding element 2 is sandwiched between two fiber layers before the layer structure is impregnated, shaped and cured. After hardening of the matrix, the tabs are 7 firm and insoluble from the FRP component 1 enclosed. In 5c ) is a tab variant 7 shown in addition an opening 6 has, which is penetrated by matrix plastic, so that a particularly good connection is achieved.

Mit den in das FVK-Strukturbauteil bei der Herstellung integrierten thermischen Abschirmblechen sind in der Montage nicht nur weniger Bauteile zu verbauen, auch wird der Umfang der benötigten Verbindungstechnik reduziert. Das Kraftfahrzeugbauteil genügt durch die bedarfsgerechte lokale Anordnung der thermischen Abschirmbleche, die vorzugsweise aus Aluminium sind, den Anforderungen an den Leichtbau. In gewissem Umfang tragen die eingelegten Abschirmbauteile sogar zur Verstärkung, Versteifung bzw. Verbesserung der Crashfestigkeit des FVK-Bauteils bei. Durch die integrierten Abschirmbleche wird das FVK-Bauteil vor thermischer Zerstörung geschützt und die Wärmeabstrahlung in den Innenraum reduziert.With the thermal shielding plates integrated in the FRP structural component during manufacture, not only are fewer components to be installed in the assembly, but also the scope of the required connection technology is reduced. The motor vehicle component satisfies the needs for lightweight local arrangement of the thermal shielding plates, which are preferably made of aluminum. To a certain extent, the inserted shielding components even contribute to strengthening, stiffening or improving the crash resistance of the FRP component. The integrated shielding plates protect the FRP component against thermal destruction and reduce heat radiation into the interior.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (10)

Kraftfahrzeug-Leichtbauteil aus einem faserverstärkten Kunststoff-Strukturbauteil (1) mit einem thermischen Abschirmelement (2) aus Metall, dadurch gekennzeichnet, dass das thermische Abschirmelement (2) entsprechend einer vorbestimmbaren thermischen Belastung des Kraftfahrzeug-Leichtbauteils in einer vorgesehenen Einbauposition des Kraftfahrzeug-Leichtbauteils lokal an zumindest einer Seite des Strukturbauteils (1), die vorgesehen ist für die Zuwendung einer Wärmequelle, angeordnet ist, und dass das Abschirmelement (2) zumindest ein Formschlusselement (6, 7) aufweist, mit dem eine formschlüssige Verbindung des Abschirmelements (2) und des Strukturbauteils (1) durch ein Gegenformschlusselement (5') ausbildet wird, das wenigstens durch den Matrix bildenden Kunststoff des Strukturbauteils (1) gebildet wird.Motor vehicle lightweight component made of a fiber-reinforced plastic structural component ( 1 ) with a thermal shielding element ( 2 ) made of metal, characterized in that the thermal shielding element ( 2 ) in accordance with a predeterminable thermal load of the motor vehicle lightweight component in a planned installation position of the motor vehicle lightweight component locally on at least one side of the structural component ( 1 ), which is provided for the application of a heat source, is arranged, and that the shielding element ( 2 ) at least one positive locking element ( 6 . 7 ), with which a positive connection of the shielding ( 2 ) and the structural component ( 1 ) by a Gegenformschlusselement ( 5 ' ) is formed, the at least by the matrix-forming plastic of the structural component ( 1 ) is formed. Kraftfahrzeug-Leichtbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmelement (2) entsprechend einem vor thermischer Belastung zu schützenden Strukturbauteilabschnitt konturangepasst als ein flächiger oder ein profilierter Metallblechabschnitt, vorzugsweise aus Aluminium, ausgebildet ist.Motor vehicle lightweight component according to claim 1, characterized in that the shielding element ( 2 ) according contour adapted to be protected against thermal stress structural component portion as a flat or a profiled sheet metal portion, preferably made of aluminum, is formed. Kraftfahrzeug-Leichtbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeugbauteil ein zweites Abschirmelement umfasst, das entsprechend dem ersten Abschirmelement (2) auf der dem ersten Abschirmelement (2) abgewandten Seite des Strukturbauteils (1) angeordnet und mit dem Strukturbauteil (1) verbunden ist.Motor vehicle lightweight component according to claim 1 or 2, characterized in that the motor vehicle component comprises a second shielding element, which according to the first shielding ( 2 ) on the first shielding element ( 2 ) facing away from the structural component ( 1 ) and with the structural component ( 1 ) connected is. Kraftfahrzeug-Leichtbauteil nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der faserverstärkte Kunststoff des Strukturbauteils (1), umfassend Verstärkungsfasern und einen die Matrix bildenden Kunststoff, einen Laminataufbau aufweist, bei dem die Verstärkungsfasern in Faserlagen vorliegen.Motor vehicle lightweight component according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the fiber-reinforced plastic of the structural component ( 1 ), comprising reinforcing fibers and a matrix-forming plastic, has a laminate structure in which the reinforcing fibers are present in fiber layers. Kraftfahrzeug-Leichtbauteil nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Formschlusselement (6, 7) – eine Durchgangsöffnung (6) in dem Abschirmelement (2) ist, die der Matrixkunststoff durchdringt, wobei der Matrixkunststoff einen Öffnungsrand der Durchgangsöffnung (6) hintergreift und einen nietförmigen Verbindungsanker (5') als Gegenformschlusselement (5') ausbildet, und/oder – eine an dem Abschirmelement (2) vorgesehene Lasche (7) ist, die in den Laminataufbau des Strukturbauteils (1) einlaminiert ist, wobei das Gegenformschlusselement (5') durch zumindest einen Faserlagen-Matrixkunststoff-Abschnitt gebildet wird.Motor vehicle lightweight component according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the positive-locking element ( 6 . 7 ) - a through hole ( 6 ) in the shielding element ( 2 ), which penetrates the matrix plastic, wherein the matrix plastic has an opening edge of the through-hole (FIG. 6 ) and a rivet-shaped connecting anchor ( 5 ' ) as Gegenformschlusselement ( 5 ' ), and / or - one on the shielding element ( 2 ) provided tab ( 7 ), which in the laminate structure of the structural component ( 1 ) is laminated, wherein the counter-form-locking element ( 5 ' ) is formed by at least one fiber layer matrix plastic section. Kraftfahrzeug-Leichtbauteil nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmelement (2) durch den Matrixkunststoff des Strukturbauteils (1) zusätzlich stoffschlüssig mit dem Strukturbauteil (1) verbunden ist.Motor vehicle lightweight component according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the shielding element ( 2 ) through the matrix plastic of the structural component ( 1 ) additionally cohesively with the structural component ( 1 ) connected is. Verfahren zur Herstellung eines Leichtbau-Kraftfahrzeugbauteils aus einem faserverstärkten Kunststoff-Strukturbauteil (1) mit einem zumindest bereichsweise angeordneten thermischen Abschirmelement (2) aus Metall nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend das Herstellen des faserverstärkten Kunststoff-Strukturbauteils (1) aus Verstärkungsfasern und Matrixkunststoff in einem RTM- oder SMC-Prozess, wobei zumindest ein thermisches Abschirmelement (2) aus Metall, das zumindest ein Formschlusselement (6,7) aufweist, in eine Bauteil-Formkavität entsprechend einer vorbestimmbaren thermischen Belastung des Kraftfahrzeug-Leichtbauteils in einer vorgesehenen Einbauposition des Kraftfahrzeug-Leichtbauteils eingelegt wird, wobei bei der Bildung des Strukturbauteils (1) zumindest ein Gegenformschlusselement (5') mindestens durch den verwendeten Matrixkunststoff gebildet wird und eine formschlüssige Verbindung mit dem Abschirmelement (2) bereitstellt, wobei das Kraftfahrzeug-Leichtbauteil erhalten wird, bei dem das Abschirmelement (2) lokal an zumindest einer Seite des Strukturbauteils (1) angeordnet ist.Method for producing a lightweight motor vehicle component from a fiber-reinforced plastic structural component ( 1 ) with an at least partially arranged thermal shielding element ( 2 ) made of metal according to at least one of claims 1 to 6, comprising the production of the fiber-reinforced plastic structural component ( 1 ) of reinforcing fibers and matrix plastic in an RTM or SMC process, wherein at least one thermal shielding element ( 2 ) made of metal, the at least one positive-locking element ( 6 . 7 ) is inserted into a component mold cavity corresponding to a predeterminable thermal load of the motor vehicle lightweight component in an intended installation position of the motor vehicle lightweight component, wherein in the formation of the structural component ( 1 ) at least one counter-form-locking element ( 5 ' ) is formed at least by the matrix plastic used and a positive connection with the shielding ( 2 ), wherein the motor vehicle lightweight component is obtained, wherein the shielding element ( 2 ) locally on at least one side of the structural component ( 1 ) is arranged. Verfahren nach Anspruch 7, umfassend den Schritt: vor dem Einlegen in die Bauteil-Formkavität Vorformen des Abschirmelements (2) entsprechend einem vor thermischer Belastung zu schützenden Strukturbauteilabschnitt.Method according to claim 7, comprising the step of preforming the shielding element (16) before placing it in the component molding cavity ( 2 ) corresponding to a structural component section to be protected from thermal stress. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Herstellen des Kunststoff-Strukturbauteils (1) in einem SMC-Prozess erfolgt, wobei ein flächiger Abschirmabschnitt mit einem SMC-Halbzeug, das ein plattenförmiges, die Verstärkungsfasern und den Matrixkunststoff enthaltendes Halbzeug ist, in die Bauteil-Formkavität eingelegt und dort zusammen mit dem SMC-Halbzeug zu dem an dem Strukturbauteil (1) angeordneten Abschirmelement (2) geformt wird.Method according to claim 7, wherein the production of the plastic structural component ( 1 ) is performed in an SMC process, wherein a planar shielding section with a SMC semi-finished, which is a plate-shaped, the reinforcing fibers and the matrix plastic-containing semi-finished, inserted into the component mold cavity and there together with the SMC semi-finished to that on the structural component ( 1 ) arranged shielding element ( 2 ) is formed. Kraftfahrzeug, das zumindest ein Leichtbauteil aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Leichtbauteil ein Kraftfahrzeug-Leichtbauteil mit thermischer Abschirmung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6 ist.Motor vehicle having at least one lightweight component, characterized in that the lightweight component is a motor vehicle lightweight component with thermal shielding according to at least one of claims 1 to 6.
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