DE102013020871A1 - Strukturbauteil für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils (1) mit einer Hohlstruktur (4), bei dem zumindest ein, einen Hohlraum (4) definierender Formkern (5) in eine Formkammer eines Formwerkzeugs eingelegt wird und anschließend unter Wärme und Injektionsdruck mit einer Kunststoff-Ausgangskomponente umgossen wird, welcher Formkern (5) ein integraler Bestandteil des fertiggestellten Strukturbauteils (1) ist. Erfindungsgemäß weist der Formkern (5) eine den Hohlraum (4) allseitig begrenzende Wandung auf, so dass der Formkern (5) beim Injektionsvorgang mittels eines im Hohlraum (4) vorherrschenden Innendruckes gegen ein Kollabieren geschützt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines hohlen Strukturbauteils für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, einen Formkern für das Strukturbauteil nach dem Patentanspruch 10 sowie ein Strukturbauteil nach dem Patentanspruch 11.
  • Ein Strukturbauteil aus einem Faser-Verbund-Kunststoff (FVK) bietet aufgrund seiner hohen spezifischen Festigkeit und Steifigkeit in der Faserrichtung erhebliche Leichtbaupotentiale für hochbeanspruchte Fahrzeugteile. Neben dieser Möglichkeit zum Stoffleichtbau eröffnen Faser-Verbund-Kunststoffe auch Spielräume für den Gestaltleichtbau, wodurch sich die Leichtbaugrade von Strukturbauteilen auf effiziente Weise noch einmal signifikant steigern lassen. Der Gestaltleichtbau umfasst alle konstruktiven Maßnahmen zur Steigerung von Biege- und Torsionssteifigkeiten sowie -festigkeiten, wobei durch sogenannte Querschnittsauflösung kaum zusätzliches Material eingesetzt wird. Vielmehr werden durch Hohl- und Sandwich-Bauweisen die Flächenträgheitsmomente mit geringem zusätzlichen Materialeinsatz deutlich erhöht. Typischerweise werden dünnwandige Waben oder leichte Kerne aus Strukturschaum integriert, um die Stützabstände zwischen den biegebelasteten Decklagen zu maximieren. Wirtschaftliche Vorteile gegenüber klassischen metallischen Bauweisen lassen sich in der Regel erst durch eine geeignete Kombination von Maßnahmen für den Stoff- und den Gestaltlichtbau erzielen.
  • Für die automobile Serienfertigung von FVK-Strukturen setzt sich zunehmend die High-Pressure-Resin-Transfer-Moulding-(HP-RTM-)Technologie durch. Bei dieser Technologie werden die noch trockenen, das heißt noch nicht vom Matrixmaterial durchtränkten Faserhalbzeuge (zumeist eine Schichtung von zugeschnittenen textilen Verstärkungshalbzeugen wie zum Beispiel Gelegen und Geweben aus Kohlenstofffasern) in ein allseitig verschlossenes Formwerkzeug eingelegt und bei hohem Druck von bis zu 100 bar und Temperaturen von oft über 100°C mit Reaktionsharz (zum Beispiel Epoxydharz, Polyesterharz oder Polyurethanharz) infiltriert.
  • Derartige Prozessparameter gestatten zwar eine schnelle Infiltration, jedoch führen solche Bedingungen zur Zerstörung vieler Kernmaterialien. Verwendbare Strukturschäume sind zumeist relativ teuer oder weisen hohe spezifische Dichten auf, wodurch die angestrebten Leichtbaugrade verloren gehen.
  • Aus der WO 2012/062391 A1 ist ein Kraftfahrzeugstrukturbauteil bekannt, das aus zumindest zwei Halbzeug-Bauteilen aus einem Faser-Verbund-Kunststoff-Pultrudat besteht, die mittels eines gegossenen Knotenelements miteinander verbunden sind. Die verwendeten Halbzeug-Bauteile besitzen zumindest ein innenliegendes Hohlvolumen. Während des Gießverfahrens zur Formgebung des Strukturbauteils muss die Hohlstruktur während des Gießvorgangs nicht mit einem Innendruck beaufschlagt werden. Allenfalls werden Fließbarrieren in die Hohlstruktur eingelegt, die ein unerwünschtes Ausgießen der Hohlstruktur verhindern sollen. Ein solches Gießverfahren ist speziell bei Niederdruck-Infiltrationsprozessen durchführbar.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Strukturbauteil mit einer Hohlstruktur bereitzustellen, dessen Herstellung mit einer prozesssicheren Formkern-Technologie erfolgt, die insbesondere für die effiziente Serienfertigung von FVK-Hohl- oder Sandwich-Strukturen im HP-RTM-Verfahren geeignet ist.
  • Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1, 10 oder 11 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
  • Die Erfindung geht von einem Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils mit einer Hohlstruktur aus, bei dem zumindest ein, einen Hohlraum definierender Formkern in eine Formkammer eines Formwerkzeugs eingelegt wird und anschließend unter Wärme und Injektionsdruck mit einer Kunststoff-Ausgangskomponente umgossen wird. Der Formkern ist ein integraler Bestandteil des fertiggestellten Strukturbauteils. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 weist der Formkern eine den Hohlraum allseitig begrenzende Wandung auf. Der von der Formkern-Wandung begrenzte Hohlraum ist somit hermetisch nach außen abgeschlossen, so dass der Formkern beim Injektionsvorgang mittels eines im Hohlraum vorherrschenden Innendruckes gegen ein Kollabieren, speziell auch unter unter typischen HP-RTM-Prozessbedingungen, geschützt ist. gegen das Kollabieren unter dem Harz-Injektionsdruck gesichert werden. Der Innendruck im Formkern-Hohlraum muss dabei größer sein als der Injektionsdruck.
  • Der Lösungsansatz besteht somit im Einsatz von vakuumdichten Druckkörpern mit bevorzugt runden Querschnitten als Formkerne für Hochdruck-RTM-Bauteile. Derartige Druckkörper werden im einfachsten Fall als zylindrische Rohre ausgeführt und aus FVK mit beanspruchungsgerechter Faserverstärkung hergestellt. Diese Faserverbundrohre werden nach Bedarf mit Verbindungselementen zu komplexeren Formkern-Baugruppen zusammengefügt und zwischen textilen Flächenhalbzeugen in das jeweilige RTM-Werkzeug eingelegt. Bei der Infiltration werden mit diesen Druckkörpern auch gegen hohe Injektionsdrücke Hohlvolumen freigehalten.
  • Der hohle Formkern kann jegliche Geometrie aufweisen. Beispielhaft kann der hohle Formkern als ein Lüftungskanal ausgeführt sein. Der Lüftungskanal kann beispielhaft im Spritzguss hergestellt sein und anschließend geschäumt werden.
  • Mit dem erfindungsgemäßen, ausreichend druck- und temperaturbeständigen Formkern können Faserverbund-Leichtbaustrukturen in Hohl- oder Sandwich-Bauweise realisiert werden, und zwar auch unter den Prozessbedingungen des HP-RTM-Verfahrens. Mit einem solchen Formkern wird die effiziente Herstellung von FVK-Hohl- oder Sandwich-Strukturen mit hohen Flächenträgheitsmomenten im HP-RTM-Verfahren ermöglicht.
  • Zudem zeichnet sich ein deutlicher Vorteil gegenüber vergleichbar druckfesten und ausreichend temperaturbeständigen Polyurethanschäumen mit Dichten von 300 kg/m3 ab.
  • Die Formkerne werden bevorzugt aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) durch Wickeln oder durch Pultrusion hergestellt. Diese Verfahren sind weitgehend automatisierbar und gestatten somit eine relativ schnelle und preiswerte Produktion. Besonders attraktiv ist die Fertigung mittels Pultrusion, da hiermit Rohrkerne als Endlosmaterial herzustellen sind. Verbindungsstücke und Endkappen lassen sich beispielsweise als Spritzgießteile realisieren. Somit ergibt sich ein sehr flexibler Rohrkern-Baukasten, wobei schon mit wenigen unterschiedlichen Rohrtypen sowie Endkappen und Verbindungsstücken eine Vielzahl an unterschiedlichen Strukturbauteilen realisiert werden kann.
  • Die Pultrusionstechnologie gestattet ferner die Herstellung von Rohren mit zusätzlichen Formelementen. Somit können Formelemente integriert werden, die eine fasergerechte Verzweigung und Umlenkung der Schalen-Laminate unterstützen. Diese Formelemente dienen darüber hinaus zur Vermeidung von ungünstigen Harzansammlungen im Bereich der Laminatverzweigung. Die Pultrusion gestattet im Weiteren die Integration von Gurten-Paaren mit UD-Verstärkung, um noch höhere Biegesteifigkeiten zu realisieren.
  • Die als Druckkörper ausgeführten Rohrkerne setzen runde Hohlquerschnitte voraus. Bei der Bauteilkonstruktion lässt sich diese Restriktion nicht immer berücksichtigen. In diesen Fällen ist eine Kombination von Rohrkernen und Strukturschaum empfehlenswert, wodurch höhere Gestaltungsfreiräume bei niedrigeren Bauteilgewichten ermöglicht werden.
  • Die Erfindung beruht vor allem auch auf speziellen Formkernen zur Verstärkung von Faserverbundbauteilen, die als Baukastensystem aus Rohre, Verbindungselementen und Endkappen auf verschiedene Bauteilgeometrien angepasst werden können. Diese Hohlkerne sind idealer Weise selbst aus Faserverbundwerkstoff hergestellt und tragen kaum zum Bauteilgewicht bei. Durch die Ausführung dieser Formkerne als Druckkörper wird eine Eignung für Hochdruck-RTM-Fertigungsverfahren gewährleistet.
  • Es werden deutlich höhere Leichtbaugrade für seriengerechte HP-RTM-Bauteile erreicht. Denn mit Druckkörper-Kernen werden leichte und zugleich hochsteife und hochfeste Hohlquerschnitte bei geringem zusätzlichen Fertigungsaufwand integriert.
  • Bei beanspruchungsgerechter Auslegung der Faserverstärkung werden mit derartigen Druckkörpern deutlich niedrigere gemittelte Dichten erzielt als mit geeigneten Schaumkernen. Unter der Annahme, dass die Rohre mit Faserverstärkungen in Umfangsrichtung und axialer Richtung aufgebaut werden und unter Vernachlässigung der Festigkeiten quer zur Faserrichtung lässt sich die benötigte Rohrwandstärke mit der Kesselformel einfach abschätzen.
  • Wie bereits oben erwähnt, kann der Formkern zumindest ein Hohlprofilteil aufweisen, dessen offene Seiten mit Endkappen hermetisch, das heißt luft- oder vakuumdicht verschlossen werden. Das Hohlprofilteil kann fertigungstechnisch einfach ein, von einem Endlosstrang mit durchgängig konstantem Querschnitt abgelängtes Zuschnittteil sein. Der Endlosstrang kann beispielhaft in einem Strangpressverfahren gefertigt werden. Im Hinblick auf eine gewichtsgünstige und zugleich formstabile Ausführung kann der Formkern zumindest einen Rohrkörper mit insbesondere zylindrischem Querschnitt aufweisen. Für den Fall, dass der Formkern zwei oder mehrere Hohlprofilteile aufweist, können diese mittels Verbindungselementen luftdicht bzw. vakuumdicht zusammengefügt werden. Dadurch ergibt sich ein gerüstartiger Aufbau des Formkerns, wodurch komplexe dreidimensionale Geometrien der Hohlstruktur des Strukturbauteils darstellbar sind. Alternativ zur obigen Ausführungsform kann der Formkern komplett geschlossen herstellbar sein, und zwar ähnlich der Herstellung von Verpackungsmaterialien, wie Ölkanister aus Kunststoff, zum Beispiel im Extrusions- oder Spritzblasformen.
  • In einem besonderen Ausführungsbeispiel kann der Formkern ein Faserverbundbauteil sein, in dem Verstärkungsfasern in einem Matrixmaterial, das heißt Harz, eingebettet sind. Für die Herstellung eines solchen Verbundbauteils können Verstärkungsfasern, um einen, die Negativform der Hohlstruktur nachbildenden Wickeldorn gewickelt und ausgehärtet werden. Dies kann bevorzugt in einem Nasswickelverfahren erfolgen, bei dem die Verstärkungsfasern vor dem Aufwickeln mit dem Matrixmaterial durchtränkt werden und anschließend unter Wärmeeinwirkung am Wickeldorn ausgehärtet werden. Alternativ zu diesem Wickelverfahren kann die Herstellung des als Faserverbundbauteil ausgeführten Formkerns auch in einem Strangpressverfahren erfolgen. Hierbei wird zumindest ein trockenes, das heißt noch nicht von dem Matrixmaterial durchtränktes Faserhalbzeug in dem Material des stranggepressten Hohlprofilteils integriert.
  • Zur Steigerung der Formstabilität kann das erfindungsgemäße Strukturbauteils ebenfalls als Faserverbundbauteil gefertigt sein. In diesem Fall wird der Formkern mit zumindest einem Faserhalbzeug zusammen in die Formkammer des Formwerkzeugs eingelegt. Anschließend wird der Formkern zusammen mit dem Faserhalbzeug von dem Matrixmaterial umgossen. Um ein prozesssicheres Einlegen des Faserhalbzeuges in die Formkammer zu gewährleisten, kann am Formkern zumindest ein Formelement angeformt sein. die Außenkontur des Formelementes ist dabei so ausgelegt, dass eine fasergerechte Ablage des Faserhalbzeugs auf dem Formkern gewährleistet ist.
  • In einer weiteren Ausführungsvariante kann der Formkern als ein Verbund, bestehend aus zumindest einem Hohlprofilteil und einem Leichtbauwerkstoff, aufgebaut sein. Der Leichtbauwerkstoff kann zumindest teilweise die Formkern-Außenkontur bilden. Besonders bevorzugt ist es, wenn als Leichtbauwerkstoff ein Strukturschaum verwendet wird, der eine ausreichende Steifigkeit und Festigkeit aufweist.
  • Zur Herstellung eines solchen Formkerns wird zunächst das Hohlprofilteil in ein Schäumungswerkzeug eingelegt, das die Negativform des Formkerns nachbildet. Anschließend wird die Kavität des Schäumungswerkzeuges mit der flüssigen Ausgangskomponente des Schaummaterials ausgeschäumt.
  • Wie oben erwähnt kann sich der Formkern aus mehreren Rohren zusammensetzen, die über Rohrverbindungselemente miteinander verbunden sind. Dadurch lassen sich unterschiedliche Geometrien, die auch verhältnismäßig komplex sein können, an einem Strukturbauteil realisieren. Der im Strukturbauteil einliegende Formkern kann auch aus Rohren mit unterschiedlichen Durchmessern bestehen, wobei konische Rohrverbindungselemente als Übergangsstücke dienen können. Durch die Verwendung unterschiedlicher Rohrdurchmesser können an unterschiedlichen Stellen eines Strukturbauteils unterschiedliche Steifigkeiten erzielt werden. Die im Strukturbauteil integrierten Rohrkörper bestehen vorzugsweise aus einem Faser-Verbund-Kunststoff, da damit auch für diese Hohlkörper eine hohe Festigkeit bei gleichzeitig möglichst geringem Gewicht erreicht wird.
  • Zur gezielten Verstärkung des oder der verwendeten Rohre kann in deren Rohrwand wenigstens eine einliegende Verstärkungseinlage angeordnet sein. Es besteht auch die Möglichkeit, an der Außenseite entsprechende Verstärkungen vorzusehen, die als Formleisten ausgebildet sein können, die mit einem sich verjüngenden Rand vom Rohrkörper abragen. Damit kann im Bereich einer solchen Formleiste ein fließender Übergang vom jeweiligen Rohrkörper zu angrenzenden Flachbereichen eines Strukturbauteils erzielt werden. Faserschichten, die von den Flachbereichen über den Rohrkörper verlaufen, werden dadurch besonders vorteilhaft im Strukturbauteil integriert, wodurch sich hohe Stabilitätswerte für das Strukturbauteil ergeben.
  • Die Verwendung von Formleisten an der Außenseite der Rohrkörper ist besonders vorteilhaft, wenn der Rohrkörper in einem Schalenlaminat einliegt, dessen eingebettete Fasern den Rohrkörper umschließen.
  • Um ein Strukturbauteil mit besonders hoher Stabilität zu erhalten, sieht eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass das Strukturbauteil zur Ausbildung einer Verstärkungsrippe wenigstens zwei Rohrkörper im Innern der Verstärkungsrippe hat. Zwischenräume in der Verstärkungsrippe werden mit Strukturschaum ausgefüllt, so dass sich eine hochfeste und mit Hohlräumen versehene Verstärkungsrippe ergibt.
  • Durch Verwendung mehrerer Rohre innerhalb einer Verstärkungsrippe, kann für diese beispielsweise ein trapezförmiger Querschnitt realisiert werden, wobei in der Verstärkungsrippe, die einen Rohrkörper darstellt, in einer unteren Lage drei Rohre nebeneinander angeordnet sein können, auf denen zwei nebeneinander angeordnete Rohre aufliegen. Die Zwischenräume zwischen den Rohren werden mit Strukturschaum ausgefüllt, wodurch sich insgesamt ein hochstabiles Verstärkungselement ergibt, welches als Verstärkungsrippe mit trapezförmigem Querschnitt oder auch mit anderen Querschnittsformen ausgeführt sein kann. Je nach Anwendungsbereich lassen sich damit hochstabile Strukturbauteile realisieren, die unterschiedlich stabil ausgeführte Bereiche aufweisen können.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 einen Abschnitt eines Strukturbauteils mit einliegendem Rohrkörper;
  • 2 einen Abschnitt eines Strukturbauteils mit mehreren integrierten Rohren;
  • 3 ein Strukturbauteil mit einer Schalenstruktur mit integrierten Rohrkörpern;
  • 4 eine Detailansicht eines im Strukturbauteil von 3 integrierten Rohrkörpers;
  • 5 einen aus Rohren mit unterschiedlichen Durchmessern bestehender Rohrkörper; und
  • 6 eine Ansicht, die die Prozessfolge zur Herstellung des in der 2 gezeigten Strukturbauteils veranschaulicht.
  • In der 1 ist ein Ausschnitt aus einem Strukturbauteil 1 dargestellt, der Teil einer FVK-Schalenstruktur ist. Das Strukturbauteil 1 ist im Schnitt dargestellt, sodass ein integrierter Formkern 5 erkennbar ist, der als ein Rohrkörper ausgeführt ist. Der Formkern 5 sowie die gesamte Schalenstruktur des Strukturbauteils 1 sind als Faser-Verbund-Kunststoffkörper (FVK) hergestellt. Hierzu können noch trockene, das heißt noch nicht mit einem Matrixmaterial durchtränkte Faserhalbzeuge 3 in ein Injektionswerkzeug eingelegt werden, und zwar zusammen mit dem, als Pultrusionsprofil hergestellten Formkern 5. Die Faserhalbzeuge 3 können in unterschiedlicher Faserorientierung ausgerichtet sein. Das hier nicht dargestellte Injektionswerkzeug wird geschlossen, sodass mit hohem Druck sowie Wärme die flüssige Ausgangskomponente des Matrixmaterials in die Formkammer des RTM-Werkzeugs injiziert werden kann. Dabei ist es wesentlich, dass die Wandung des Formkerns 5 dessen Hohlraum 4 allseitig druckdicht bzw. vakuumdicht abschließt. Der dicht abgeschlossene Hohlraum 4 des Formkerns 5 ermöglicht die Anwendung sehr hoher Injektionsdrücke, ohne dass der Formkern 5 kollabiert.
  • Damit die Faserhalbzeuge 3 fasergerecht von den Flachbereichen 6 über den Formkern 5 geführt werden können, besitzt dieser gemäß der 1 links und rechts angeordnete Formleisten 8, die als separate FVK-Elemente oder einstückig integriert am Formkern 5 ausgebildet sein können. Das Profil der Formleisten 8 ist dabei so gewählt, dass für die Faserschichten 3 ein knickfreier Übergang von den Flachbereichen 6 zur Umfangsfläche des Formkerns 5 gegeben ist.
  • Der Formkern 5 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel außerdem Rohrverstärkungselemente 9, 10 als unidirektional verstärkte Gurte auf, um eine Erhöhung der Biegesteifigkeit für den als Hohlkörper ausgebildeten Formkern 5 und damit für das gesamte Strukturbauteil 1 zu erhalten.
  • In der 2 ist abschnittsweise ein fertiggestelltes Strukturbauteil 1 dargestellt, bei dem mehrere Rohre 11 einen im Querschnitt trapezförmigen Formkern 5 bilden, der als Verstärkungsrippe für das Strukturbauteil 1 dient. Der Formkern 5 bildet einen Hohlkörper mit mehreren Hohlräumen 4, der außerdem in den Zwischenräumen zwischen den einzelnen Rohren 11 mit einem Strukturschaum 13 ausgefüllt ist. Der Formkern 5 mit dem Strukturschaum 13 kann als vorgefertigter Hohlkörper, beispielsweise als langgestreckte Verstärkungsrippe, in die Sandwichstruktur des Strukturbauteils 1 eingebettet werden. Die Sandwichstruktur besteht auch hier, wie bei 1, gegebenenfalls aus mehreren Faserschichten 3, die eine FVK-Sandwichstruktur bzw. ein Schalenlaminat bilden.
  • Die in der 2 abschnittsweise dargestellten Rohre 11 sind ebenfalls allseitig dicht abgeschlossen, sodass die Rohre 11 hohen Druckbelastungen beim Injektionsprozess während der Ausformung des Strukturbauteils 1 standhalten.
  • In der 3 ist ein Strukturbauteil 1 dargestellt, welches zwei baugleiche Formkerne 5 umfasst, von denen einer in 4 dargestellt ist. Die s-förmig verlaufenden Rohrkörper Formkerne 5 sind in der Schalenstruktur des Strukturbauteils 1 integriert und jeweils aus mehreren einzelnen Rohren 14, 15, 16, 17, 18 und Rohrbogen 19, 20 aufgebaut.
  • Ein Formkern 5, der aus Rohren mit unterschiedlichen Durchmessern besteht, ist in 5 dargestellt. Die einzelnen Rohre 21 bis 24 sind mittels Verbindungsstücken 25 bis 27 miteinander verbunden und sind mittels Endkappen 28 bis 30 nach außen luftdicht abgeschlossen. Dabei befindet sich die Endkappe 30 an einem Rohrbogen 31, der mit dem Rohr 24 verbunden ist.
  • Der Formkern 5 weist hier beispielsweise Rohre 21, 23 mit unterschiedlichen Durchmessern auf. Über ein konisches Rohr 22 sind die beiden Rohre 21, 23 miteinander verbunden.
  • Der in der 5 dargestellte Formkern 5 ist, ebenso wie die in den vorhergehenden Figuren dargestellten Formkerne 5, zur Verstärkung eines FVK-Strukturbauteils geeignet. Durch die Verwendung von Rohren 21, 23 mit unterschiedlichen Durchmessern können unterschiedliche Stabilitätsanforderungen für unterschiedliche Bereiche eines Strukturbauteils realisiert werden.
  • Sämtliche Elemente eines Strukturbauteils mit einliegendem Rohrkörper sind vorzugsweise aus Faser-Verbund-Kunststoff hergestellt. Wesentlich ist, dass die einliegenden, als Rohrkörper ausgebildeten Hohlkörper dicht abgeschlossene Hohlräume besitzen, damit beim Herstellungsprozess der Strukturbauteile das Kunststoff-Injektionsverfahren mit hohem Druck durchgeführt werden kann, ohne dass die einliegenden Hohlkörper kollabieren.
  • Nachfolgend ist anhand der 6 die Prozessfolge zur Herstellung des in der 2 gezeigten Strukturbauteiles 1 beschrieben. Demzufolge wird einem ersten und zweiten Prozessschritt I, II zunächst ein trapezförmiger Formkern 5 des Strukturbauteils 1 hergestellt. Hierzu werden im ersten Prozessschritt I zunächst insgesamt fünf Rohrkörper 11 bereitgestellt, deren Hohlräume 4 jeweils vakuumdicht von der Rohrkörper-Wandung umschlossen sind. Die vier Rohrkörper 11 werden im Prozessschritt II zu einer nicht dargestellten Schäumungsanlage geführt, in der die Rohrkörper 11 in ein Schäumungswerkzeug eingelegt werden. Anschließend werden die Rohrkörper 11 unter Bildung des Formkerns 5 mit der flüssigen Ausgangskomponente des Schaummaterials 13 aufgeschäumt. Auf diese Weise ergibt sich der in der 6 unter Prozessschritt II gezeigte Formkern 5 mit dem in etwa trapezförmigen Querschnitt.
  • Der Formkern 5 wird anschließend zusammen mit trockenen, flächigen Faserhalbzeugen 3 als ein Gelege (siehe Prozessschritt III) in die nicht dargestellte Formkammer eines RTM-Werkzeuges eingelegt. Wie der 6, Prozessschritt III, entnehmbar ist, wird der Formkern 5 zwischen oberen und unteren Faserhalbzeugen 3 eingelegt. Anschließend wird unter Druck und Wärme die flüssige Ausgangskomponente des Matrixmaterials 31 (im Prozessschritt IV gepunktet angedeutet) in die Formkammer des RTM-Werkzeuges injiziert und durchtränkt dieses die trockenen Faserhalbzeuge 3 vollständig. Nach erfolgter Aushärtung des Matrixmaterials 31 kann das nunmehr fertig gestellte Strukturbauteil 1 aus dem RTM-Werkzeug entnommen werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2012/062391 A1 [0005]

Claims (11)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils (1) mit einer Hohlstruktur, bei dem zumindest ein, einen Hohlraum (4) definierender Formkern (5) in eine Formkammer eines Formwerkzeugs eingelegt wird und anschließend unter Wärme und Injektionsdruck mit einer Kunststoff-Ausgangskomponente umgossen wird, welcher Formkern (5) ein integraler Bestandteil des fertiggestellten Strukturbauteils (1) ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkern (5) eine den Hohlraum (4) allseitig begrenzende Wandung aufweist, so dass der Formkern (5) beim Injektionsvorgang mittels eines im Hohlraum (4) vorherrschenden Innendruckes gegen ein Kollabieren geschützt ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkern (5) zumindest ein, insbesondere von einem Endlosstrang mit durchgängig konstantem Querschnitt abgelängtes Hohlprofilteil (2) aufweist, dessen offene Seiten mit Endkappen (28, 29) hermetisch verschlossen werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkern (5) als zumindest ein Rohrkörper mit insbesondere zylindrischem Querschnitt ausgebildet wird, und/oder dass der Formkern (5) ein Lüftungskanal ist, wobei der Lüftungskanal insbesondere im Spritzguss hergestellt wird und anschließend geschäumt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung eines Formkerns (5) zumindest zwei Hohlprofilteile mittels eines Verbindungselements (20) zusammengefügt werden, oder dass der Formkern (5) komplett geschlossen herstellbar ist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkern (5) ein Faserverbundbauteil ist, und dass insbesondere für dessen Herstellung Verstärkungsfasern, bevorzugt in einem Nasswickelverfahren, um einen die Negativform der Hohlstruktur (4) nachbildenden Wickeldorn gewickelt und ausgehärtet werden, oder dass der Formkern (5) aus einer metallischen Struktur oder aus einer reinen Kunststoffstruktur mit oder ohne Fasern hergestellt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung des beispielhaft als Faserverbundbauteil ausgeführten Formkerns (5) in einem Strangpressverfahren erfolgt, bei dem zumindest ein trockenes, das heißt noch nicht von einem Matrixmaterial durchtränktes Faserhalbzeug (9, 10) in dem Material des stranggepressten Hohlprofilteils (2) integriert wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das herzustellende Strukturbauteil (1) ein Faserverbundbauteil ist, bei dem zumindest ein Faserhalbzeug (7) zusammen mit dem Formkern (5) in die Formkammer des Formwerkzeugs eingelegt werden, und dass am Formkern (5) zumindest ein Formelement (8) angeformt ist, mit dem eine fasergerechte Ablage des Faserhalbzeugs (3) auf dem Formkern (5) gewährleistet ist.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkern (5) als ein Verbund aus zumindest einem Hohlprofilteil und einem, die Formkern-Außenkontur bildenden Leichtbauwerkstoff (13) aufgebaut ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Leichtbauwerkstoff (13) ein Strukturschaum ist, und dass zur Herstellung des Formkerns (5) das zumindest eine Hohlprofilteil in ein die Negativform des Formkerns (5) bildendes Schäumungswerkzeug eingelegt wird und mit der flüssigen Ausgangskomponente des Schaummaterials ausgeschäumt wird.
  10. Formkern für ein Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welcher Formkern (5) einen Hohlraum (4) begrenzt und eine den Hohlraum (4) allseitig begrenzende Wandung aufweist, so dass der Formkern (5) beim Injektionsvorgang mittels eines im Hohlraum (4) vorherrschenden Innendruckes gegen ein Kollabieren geschützt ist.
  11. Strukturbauteil für ein Kraftfahrzeug, das in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestellt ist, und eine Hohlstruktur (4) aufweist, die von einem Formkern (5) begrenzt ist, der integraler Bestandteil des Strukturbauteils (1) ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkern (5) ein Hohlkörper ist, dessen Wandung den Hohlraum (4) allseitig begrenzt.
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