DE102012017944A1

DE102012017944A1 - Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils

Info

Publication number: DE102012017944A1
Application number: DE201210017944
Authority: DE
Inventors: Daniel Werum
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2012-09-11
Filing date: 2012-09-11
Publication date: 2014-03-13

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils weist wenigstens folgende Verfahrensschritte auf: – ein wenigstens ein Verbindungselement (7) aufweisendes Einsatzteil (6) wird zusammen mit mehreren Schichten (5) eines Faserverbundwerkstoffs in ein Werkzeugunterteil (2) eingelegt, – mittels eines wenigstens eine Dichtungseinrichtung (9) aufweisenden Werkzeugoberteils (3) wird das Einsatzteil (6) abgedichtet, – zwischen das Werkzeugunterteil (2) und das Werkzeugoberteil (3) wird ein flüssiges Kunststoffmaterial eingebracht. Dabei wird das Einsatzteil (6) derart abgedichtet, dass das flüssige Kunststoffmaterial nicht in den Bereich des Verbindungselements (7) gelangt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Aus der EP 1 447 205 A2 ist eine Krafteinleitungsvorrichtung zur Fixierung an einem Strukturbauteil sowie ein Verfahren zur Erzeugung dieser Krafteinleitungsvorrichtung bekannt. Dabei wird in die vorzugsweise aus CFK bestehende Struktur eine Ausnehmung eingebracht und anschließend die Krafteinleitungsvorrichtung an der Struktur befestigt. Weitere ähnliche Verfahren sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt.
Solche in der EP 1 447 205 A2 als Krafteinleitungsvorrichtung bezeichnete Einsatzteile werden beispielsweise zum Anbringen unterschiedlicher Anbauteile an die Struktur genutzt und sind besonders bei Faserverbundbauteilen notwendig, da übliche Verbindungstechniken meist nicht anwendbar sind. Problematisch bei sämtlichen bekannten Lösungen ist jedoch die Tatsache, dass das Einsatzteil erst nach der Herstellung des Faserverbundbauteils in dasselbe ein- bzw. an demselben angebracht wird, was mindestens einen zusätzlichen Verfahrensschritt erfordert.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundteils zu schaffen, mit dem auf möglichst einfache Weise eine Integration eines Einsatzteils in das Faserverbundbauteil möglich ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Durch das erfindungsgemäße Abdichten des Einsatzteils wird verhindert, dass das zum Erzeugen des Faserverbundbauteils auf die Schichten des Faserverbundwerkstoffs aufgebrachte Kunststoffmaterial in den Bereich des Verbindungselements gelangen kann, so dass es möglich ist, das Einsatzteil vor dem eigentlichen Herstellen des Faserverbundbauteils in dasselbe einzubringen, wodurch auf einen ansonsten notwendigen und verhältnismäßig aufwändigen Arbeitsschritt des nachträglichen Einbringens des Einsatzteils in das Faserverbundbauteil verzichtet werden kann. Auf diese Weise lassen sich bei der Herstellung solcher Faserverbundbauteile erhebliche Kosten einsparen, was nicht unwesentlich zur Serientauglichkeit dieser Bauteile beiträgt.
Um eine bessere Verbindung des Einsatzteils mit dem durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Faserverbundbauteil zu erreichen, kann in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass das Einsatzteil zwischen jeweils wenigstens eine Schicht des Faserverbundwerkstoffs eingelegt wird.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Anspruch 4 angegeben.
Mit dieser Vorrichtung kann das erfindungsgemäße Verfahren sehr einfach und zuverlässig durchgeführt werden. Hierbei weist die Vorrichtung einen verhältnismäßig einfachen Aufbau auf und erzeugt dadurch keine übermäßigen Kosten.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung kann darin bestehen, dass das Verbindungselement eine Bohrung aufweist und dass das Werkzeugoberteil einen zum Einführen in die Bohrung dienenden Zapfen aufweist, wobei die Dichtungseinrichtung an dem Zapfen angebracht ist. Durch einen solchen Zapfen lassen sich sehr häufig verwendete Bohrungen in den Verbindungselementen in verhältnismäßig einfacher Weise abdichten.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen. Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
Es zeigt:
1 eine sehr schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 eine sehr schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
3 eine sehr schematische Ansicht einer dritten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
4 eine sehr schematische Ansicht einer vierten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
5 eine Ansicht der Vorrichtung aus 4 in einem anderen Verfahrenszustand.
1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Durchführung eines nachfolgend näher beschriebenen Verfahrens, mit dem ein in seinem fertigen Zustand nicht dargestelltes Faserverbundbauteil hergestellt werden kann. Die Vorrichtung 1 weist ein Werkzeugunterteil 2 und ein Werkzeugoberteil 3 auf, die gegeneinander beweglich sind. Das Werkzeugunterteil 2 weist eine Ausnehmung 4 auf, die zum Aufnehmen mehrerer Schichten 5 eines Faserverbundwerkstoffs, beispielsweise CFK, dient.
Zusätzlich zu den Schichten 5 des Faserverbundwerkstoffs wird in die Ausnehmung 4 ein Einsatzteil 6 eingelegt, das wenigstens ein Verbindungselement 7 aufweist, das als Funktionsschnittstelle zum Anbringen anderer Bauteile dienen kann. Im vorliegenden Fall weist das Verbindungselement 7 eine Bohrung 8 auf, die mit einem nicht dargestellten Innengewinde versehen sein kann. Wenn das Einsatzteil 6 mit einer derartigen, ein Innengewinde aufweisenden Bohrung 8 versehen ist, kann an demselben in seinem späteren Einsatz innerhalb des Faserverbundbauteils ein anderes Bauteil angebracht, vorzugsweise angeschraubt werden. Selbstverständlich kann auf das Innengewinde der Bohrung 8 auch verzichtet werden. Gegebenenfalls ist es auch möglich, nachträglich, d. h. nach dem Fertigstellen des Faserverbundbauteils, ein Innengewinde in die Bohrung 8 einzubringen.
Zum Abdichten des Einsatzteils 6, insbesondere des Verbindungselements 7 des Einsatzteils 6 und im vorliegenden Fall der Bohrung 8, weist das Werkzeugoberteil 3 eine Dichtungseinrichtung 9 auf, die zum Abdichten des Einsatzteils 6 dient und die verhindert, dass ein zur Herstellung des Faserverbundbauteils in an sich bekannter Weise auf die Schichten 5 aufgebrachtes flüssiges Kunststoffmaterial in den Bereich des Verbindungselements 7 eindringen kann. Vor dem Schließen der Vorrichtung 1, d. h. vor dem Zusammenfahren des Werkzeugoberteils 3 und des Werkzeugunterteils 2 werden zusätzliche Schichten 5 des Faserverbundwerkstoffs auf das Einsatzteil 6 gelegt, so dass das Einsatzteil 6 zwischen jeweils wenigstens eine Schicht 5 des Faserverbundwerkstoffs eingelegt ist.
Im vorliegenden Fall weist das Werkzeugoberteil 3 einen Zapfen 10 auf, an dem die Dichtungseinrichtung 9 angebracht ist. Beim Abdichten des Einsatzteils 6, also beim Schließen der Vorrichtung 1, wird der Zapfen 10 in die Bohrung 8 eingeführt. Die Dichtungseinrichtung 9 kann beispielsweise als den Zapfen 10 umgebender O-Ring ausgebildet sein, wie dies bei der Ausführungsform der 1 und 2 dargestellt ist.
Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform ist die in 1 zu erkennende durchgehende Bohrung in den Schichten 5 des Faserverbundwerkstoffs bereits vor dem Schließen der Vorrichtung 1 eingebracht worden, wozu Verfahren wie Ultraschallschneiden, Wasserstrahlschneiden oder Laserschneiden eingesetzt werden können.
Bei der Ausführungsform von 2 weist der Zapfen 10 einen Dorn 11 an seiner Unterseite auf, der zum Durchstechen der Schichten 5 des Faserverbundwerkstoffs dient. Dadurch wird eine relativ geringe Beeinträchtigung der Eigenschaften der Schichten 5 des Faserverbundwerkstoffs erreicht.
Während bei den Ausführungsformen der 1 und 2 die Bohrung 8 als sogenannte Sacklochbohrung ausgebildet ist, handelt es sich bei der Bohrung 8 gemäß 3 um eine Durchgangsbohrung. Hierbei ist zusätzlich zu der Dichtungseinrichtung 9 an dem Zapfen 10 auch an dem Werkzeugunterteil 2 eine Dichtungseinrichtung 12 vorgesehen, die ein Eindringen des flüssigen Kunststoffmaterials in den Bereich des Verbindungselements 7, in diesem Fall also der Durchgangsbohrung 8, verhindert.
Im Gegensatz zu dem starren Zapfen 10 gemäß der Ausführungsformen der 1, 2 und 3 weist der Zapfen 10 gemäß der Ausführungsform von 4 einen Abschnitt 13 aus einem elastischen Material auf, welches die Dichtungseinrichtung 9 bildet. Dabei wird der Zapfen 10 in die Bohrung 8 eingefahren, und zwar, wenn es sich, wie in diesem Fall, um eine Sacklochbohrung handelt, auf Anschlag, wodurch sich bei einem weiteren Vorschub des Werkzeugoberteils 3 das die Dichtungseinrichtung 9 bildende elastische Material des Abschnitts 13 verformt und somit, wie in 5 dargestellt, die Bohrung 8 des Einsatzteils 6 abdichtet. Auch bei dem Zapfen 10 der Ausführungsform der 4 und 5 kann der oben beschriebene Dorn 11 zum Durchstechen der Schichten des Faserverbundwerkstoffs vorgesehen sein. Der Zapfen 10 kann gegebenenfalls als Wechselteil ausgebildet sein, wodurch es möglich wäre, unterschiedlich ausgeführte Zapfen 10 an dem Werkzeugoberteil 3 anzubringen.
Nach dem Abdichten des Einsatzteils 6 mittels der Dichtungseinrichtung 9 und gegebenenfalls der Dichtungseinrichtung 12 wird das oben angeführte, vorzugsweise relativ zähflüssige Kunststoffmaterial zwischen das Werkzeugunterteil 2 und das Werkzeugoberteil 3 eingebracht. Durch die Abdichtung des Einsatzteils 6 kann das flüssige Kunststoffmaterial nicht in den Bereich des Verbindungselements 7 des Einsatzteils 6 gelangen.
Eine mögliche Anwendung des mit dem oben beschriebenen Verfahren hergestellten Faserverbundbauteils besteht in der Verwendung desselben als Karosserieteil für ein Kraftfahrzeug. In diesem Fall kann an dem Einsatzteil 6 beispielsweise ein Tank, ein Fahrwerksbauteil oder andere Bauteile angebracht werden.
Statt der Bohrung 8 kann das Verbindungselement 7 auch einen Bolzen aufweisen bzw. als Bolzen ausgebildet sein. Ein solcher Bolzen könnte mit einem Außengewinde oder auch mit anderen Funktionsschnittstellen versehen sein, die ein Anbringen von Bauteilen an dem Einsatzteil 6 ermöglichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1447205 A2 [0002, 0003]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils, mit wenigstens folgenden Verfahrensschritten: – ein wenigstens ein Verbindungselement (7) aufweisendes Einsatzteil (6) wird zusammen mit mehreren Schichten (5) eines Faserverbundwerkstoffs in ein Werkzeugunterteil (2) eingelegt, – mittels eines wenigstens eine Dichtungseinrichtung (9) aufweisenden Werkzeugoberteils (3) wird das Einsatzteil (6) abgedichtet, – zwischen das Werkzeugunterteil (2) und das Werkzeugoberteil (3) wird ein flüssiges Kunststoffmaterial eingebracht, wobei das Einsatzteil (6) derart abgedichtet wird, dass das flüssige Kunststoffmaterial nicht in den Bereich des Verbindungselements (7) gelangt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzteil (6) zwischen jeweils wenigstens eine Schicht (5) des Faserverbundwerkstoffs eingelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (7) eine Bohrung (8) und das Werkzeugoberteil (3) einen Zapfen (10) und eine an dem Zapfen (10) angebrachte Dichtungseinrichtung (9) aufweist, und dass beim Abdichten des Einsatzteils (6) der Zapfen (10) in die Bohrung (8) eingeführt wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit folgenden Merkmalen: – ein Werkzeugunterteil (2) mit einer Ausnehmung (4) zum Aufnehmen mehrerer Schichten (5) eines Faserverbundwerkstoffs, – ein Werkzeugoberteil (3), welches wenigstens eine Dichtungseinrichtung (9) zum Abdichten eines wenigstens ein Verbindungselement (7) aufweisendes Einsatzteil (6) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (7) eine Bohrung (8) aufweist und dass das Werkzeugoberteil (3) einen zum Einführen in die Bohrung (8) dienenden Zapfen (10) aufweist, wobei die Dichtungseinrichtung (9) an dem Zapfen (10) angebracht ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungseinrichtung (9) als den Zapfen (10) umgebender O-Ring ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungseinrichtung (9) durch ein zumindest abschnittsweise den Zapfen (10) bildendes, elastisches Material gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (10) einen Dorn (11) zum Durchstechen der Schichten (5) des Faserverbundwerkstoffs aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (8) des Verbindungselements (7) ein Innengewinde aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (7) einen Bolzen aufweist.