DE102013206237A1

DE102013206237A1 - Profilartiger Faserverbundkörper

Info

Publication number: DE102013206237A1
Application number: DE201310206237
Authority: DE
Inventors: David Keller; Michael Kleinknecht
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2013-04-09
Filing date: 2013-04-09
Publication date: 2014-10-09

Abstract

Der profilartige Faserverbundkörper (1) weist mindestens einen bezüglich seines Querschnitts umgeformten Abschnitt (L2, L3) auf. Ein Verfahren (S1–S3) dient zum Herstellen eines Faserverbundkörpers (1), und weist mindestens die folgenden Schritte auf: Bereitstellen (S1) eines umformbaren profilartigen Grundkörpers aus Faserverbundmaterial aus einer Endlosherstellung; und Umformen (S2) mindestens eines Abschnitts des profilartigen Grundkörpers.

Description

Die Erfindung betrifft einen profilartigen Faserverbundkörper, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, insbesondere in Form einer Strebe. Der Faserverbundkörper mag insbesondere einen Teil eines Schubfelds darstellen.
Aus DE 10 2010 053 850 A1 ist eine Versteifungsstrebe aus Faserverbundmaterial für eine Fahrzeugkarosserie bekannt, welche einen mit einer Durchtrittsbohrung versehenen Anbindungsabschnitt aufweist. Die Durchtrittsbohrung kann durch eine Fräsung hergestellt worden sein. Jedoch weist eine Fräsung wie andere materialabtragende Verfahren auch den Nachteil auf, dass sie das Faserverbundmaterial lokal erheblich schwächt und z. B. einer Rissausbreitung Vorschub leisten mag.
Aus DE 10 2010 053 843 A1 ist es bekannt, profilartige Faserverbundkörper über metallische Endkappen mit anderen Bauteilen zu befestigen. Die Endkappen werden über endseitige Abschnitte des Faserverbundkörpers gezogen und dort verklebt. In den Endkappen befinden sich Löcher zur Durchführung von Schrauben oder Nieten. Durch das Vorsehen der Endkappen wird eine materialschwächende und/oder aufwändige Einbringung von Löchern in den Faserverbundkörper vermieden.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen profilartigen Faserverbundkörper, welcher mindestens einen bezüglich seines Querschnitts umgeformten Abschnitt aufweist. Durch die reine Umformung eines zuvor profilartigen Abschnitts ohne Materialabtrag wird eine Beschädigung und damit Schwächung des zugehörigen Faserverbundmaterials vermieden. Zudem kann durch die Umformung des Faserverbundkörpers auf ein Zwischenstück, z. B. eine Endkappe, verzichtet werden. Dieser Faserverbundkörper ist ferner einfach und kostengünstig herstellbar. Der Faserverbundkörper kann auch als ein Faserverbundbauteil bezeichnet werden. Der Faserverbundkörper ist also insbesondere ein einstückiger Körper oder ein einstückiges Bauteil, das nicht aus zwei oder mehr separat hergestellten Einzelteilen zusammengesetzt ist.
Unter einem profilartigen Faserverbundkörper kann insbesondere ein Körper mit oder aus Faserverbundmaterial verstanden werden, welcher eine längliche Grundform aufweist, die bis auf die umgeformten Abschnitte einen über ihre Länge gleichen Querschnitt besitzt.
Dass der Faserverbundkörper einen bezüglich seines Querschnitts umgeformten Abschnitt aufweist, bedeutet insbesondere, dass der Faserverbundkörper dort nicht nur einfach mit einer weitgehend unveränderten Querschnittsform gebogen ist, sondern einen signifikant in seiner Form geänderten Querschnitt aufweist.
Das Faserverbundmaterial mag z. B. glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) oder kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK) sein. Das Faserverbundmaterial ist jedoch nicht darauf beschränkt und mag z. B. auch Aramidfasern u. v. m. aufweisen.
Grundsätzlich kann der Faserverbundkörper einen oder mehrere solche Abschnitt an beliebigen Stellen aufweisen.
Es ist eine Ausgestaltung, dass mindestens ein umgeformter Abschnitt ein endständiger Abschnitt oder „Endabschnitt” ist. Dadurch kann eine endständige Befestigung des Faserverbundkörpers auf einfache und preiswerte Weise ermöglicht oder erleichtert werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei einer Verwendung des Faserverbundkörpers als Schubstange, Strebe usw.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass mindestens ein umgeformter Abschnitt, insbesondere ein Endabschnitt, mindestens ein durch Materialverdrängung erzeugtes Loch aufweist. Dies ermöglicht eine endständige Befestigung des Faserverbundkörpers durch Bolzen, Schrauben, Niete usw. Da das Loch nicht durch Materialabtrag, z. B. Fräsen, hergestellt ist, schädigt oder schwächt es das Faserverbundmaterial nicht. Die Fasern sind vielmehr um das Loch herum verdrängt worden und können dadurch sogar eine Verstärkung des Lochs bewirken.
Es ist eine Weiterbildung, dass das Loch durch eine Buchse verstärkt ist. Die Buchse kann eng in das Loch eingebracht sein. Die Buchse wird bevorzugt ebenfalls nur durch Materialverdrängung in das Loch eingebracht. Die Buchse erhöht eine Druckfestigkeit und Kriechbeständigkeit des Faserverbundkörpers im Bereich des Lochs. Sie sorgen zudem für eine Trennung des Faserverbundkörpers von einem benachbarten, z. B. daran angebrachten, Bauteil, was eine Korrosion an dem benachbarten Bauteil unterdrückt.
Es ist auch eine Ausgestaltung, dass der Faserverbundkörper Duroplast als Matrixmaterial aufweist. Ein solcher Faserverbundkörper weist den Vorteil auf, dass er bis zum vollständigen Aushärten des Duroplasts umformbar ist. Diese Ausgestaltung umfasst, dass der Faserverbundkörper einen oder mehrere duroplastische Kunststoffe als Matrixmaterial aufweisen kann, also auch Mischungen aus verschiedenen duroplastischen Kunststoffen.
Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass der Faserverbundkörper Thermoplast als Matrixmaterial aufweist. Ein solcher Faserverbundkörper weist den Vorteil auf, dass er auch ohne Erwärmung bis zu seinem vollständigen Aushärten umformbar ist, aber durch Erwärmung auch noch nach dem Aushärten. Dies ermöglicht eine vereinfachte Herstellung und Lagerhaltung. Der Faserverbundkörper kann einen oder mehrere thermoplastische Kunststoffe als Matrixmaterial aufweisen, also auch Mischungen aus verschiedenen thermoplastischen Kunststoffen.
Es ist eine Weiterbildung, dass der Faserverbundkörper einen von Kunststoff umgebenen Kern aus Faserverbundmaterial aufweist. So kann eine mechanisch und/oder chemisch bedingte Schädigung des Faserverbundmaterials besser vermieden werden. Das den Kern umgebende Material entspricht bevorzugt dem Matrixmaterial des Kerns. Der diesen Kern umgebende Kunststoff mag als ein einfacher Kunststoffmantel oder Kunststoffhülle ausgebildet sein oder mag eine komplexere Form aufweisen, z. B. mit funktionalen Formbereichen wie Schienen.
Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass der Faserverbundkörper eine Strebe eines Fahrzeugs ist. Das Fahrzeug mag insbesondere ein Kraftfahrzeug sein, insbesondere ein Personenkraftfahrzeug. Der Faserverbundkörper, insbesondere in Form einer Strebe, mag ein Teil einer Karosserie des Fahrzeugs sein oder dazu vorgesehen sein, mit der Karosserie verbunden zu sein. Der Faserverbundkörper mag insbesondere ein Teil eines Schubfelds sein.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundkörpers, wobei das Verfahren mindestens die folgenden Schritte aufweist: (a) Bereitstellen eines umformbaren profilartigen Grundkörpers aus Faserverbundmaterial aus einer Endlosherstellung und (b) Umformen mindestens eines Abschnitts des profilartigen Grundkörpers. Dieses Verfahren ermöglicht die gleichen Vorteile wie der profilartige Faserverbundkörper und mag analog ausgestaltet werden.
So ist eine Ausgestaltung, dass der Schritt des Umformens ein Umformen mindestens eines Endabschnitts des profilartigen Grundkörpers umfasst.
Auch mag das Umformen ein Einbringen mindestens eines Lochs durch Materialverdrängung umfassen, beispielsweise in mindestens einen Endbereich.
Das Bereitstellen in Schritt (a) kann insbesondere mittels eines Strangziehverfahrens oder Pultrusionsverfahrens erreicht werden, als auch mindestens eines Flechtens, eines Wickelns oder einer Kombination daraus. Der umformbare profilartige Grundkörper mag insbesondere ein urgeformter Körper sein.
Das Umformen in Schritt (b) mag beispielsweise durch ein Druckumformen (einschließlich z. B. eines Walzens, Freiformens, Eindrückens, Prägens usw.), ein Zugdruckumformen (einschließlich z. B. eines Drückens), ein Zugumformen usw. erreicht werden.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass der Schritt (a) des Bereitstellens ein Bereitstellen eines umformbaren Endlosprofils umfasst und der Schritt (b) des Umformens ein Umformen des Endlosprofils umfasst und sich dem Schritt (b) des Umformens ein Schritt eines Konfektionierens des umgeformten Endlosprofils zu dem Faserverbundkörper anschließt. In anderen Worten wird das Endlosprofil erst umgeformt und dann konfektioniert. Dies mag eine einfachere Massenherstellung ermöglichen.
Es ist auch eine Ausgestaltung, dass der Schritt (a) des Bereitstellens ein Bereitstellen eines umformbaren Endlosprofils umfasst, dem Schritt (b) des Umformens ein Schritt eines Konfektionierens vorangestellt wird. Der Schritt (b) des Umformens stellt also ein Umformen eines konfektionierten profilartigen Grundkörpers zu dem Faserverbundkörper dar. In anderen Worten wird das Endlosprofil erst konfektioniert, und dann werden die konfektionierten Teilstücke umgeformt. Dies mag eine präzisere und vielgestaltigere Formgebung ermöglichen.
Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass der Schritt des Umformens ein Konfektionieren umfasst, also das Konfektionieren während des Umformens geschieht, insbesondere gleichzeitig bzw. in einem Arbeitsschritt.
Es ist zudem eine Ausgestaltung, dass das Faserverbundmaterial Thermoplast oder Duroplast aufweist und der Schritt (b) des Umformens an einem noch nicht vollständig ausgehärteten Faserverbundmaterial durchgeführt wird. Dabei mag insbesondere das Matrixmaterial noch nicht vollständig ausgehärtet sein, aber mag sich bereits im Prozess des Aushärtens befinden.
Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass das Faserverbundmaterial Thermoplast aufweist und der Schritt des Umformens an einem ausreichend warmen Faserverbundmaterial durchgeführt wird.
In den folgenden Figuren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels schematisch genauer beschrieben.
1 zeigt in perspektivischer Ansicht einen erfindungsgemäßen Faserverbundkörper;
2 zeigt ein mögliches Verfahren zum Herstellen des erfindungsgemäßen Faserverbundkörpers; und
3 zeigt ein weiteres mögliches Verfahren zum Herstellen des erfindungsgemäßen Faserverbundkörpers.
1 zeigt in perspektivischer Ansicht einen profilartigen Faserverbundkörper 1. Der Faserverbundkörper 1 weist einen nicht umgeformten mittleren Abschnitt L1 und zwei bezüglich ihres Querschnitts umgeformte Endabschnitte L2 und L3 auf.
Die Endabschnitte L2, L3 weisen jeweils durch materialverdrängendes Umformen eingebrachte Löcher 2 oder Durchführungen auf. Die Endabschnitte L2, L3 weisen keine materialabtragend behandelten Bereiche auf. Jedoch mögen bei dem Umformen erzeugte, seitlich überstehende Materialvolumina abgetrennt werden, was eine Integrität der verbleibenden Endabschnitte L2, L3 jedoch nicht beeinträchtigt.
Der Faserverbundkörper 1 mag aus GFK oder CFK bestehen und mag z. B. einen dünnen Kunststoffmantel aufweisen. Der GFK oder CFK mag als Matrixmaterial Duroplast oder Thermoplast aufweisen. Falls ein Kunststoffmantel vorhanden ist, mag dieser aus dem gleichen Kunststoff bestehen wie das Matrixmaterial.
Der Faserverbundkörper mag insbesondere als eine Strebe in einem Fahrzeug vorgesehen sein, z. B. als Teil eines Schubfelds.
2 zeigt ein erstes Verfahren, um den Faserverbundkörper 1 herzustellen. Dazu wird in einem ersten Schritt S1 ein Endlosprofil mit dem Querschnitt des mittleren Abschnitts L1 hergestellt wird, z. B. durch ein Pultrusionsverfahren.
In einem zweiten Schritt S2, zu welchem das Endlosprofil noch umformbar ist, wird es an geeigneten Abschnitten zu den Endabschnitten L2, L3 umgeformt. Dabei können insbesondere auch die Löcher 2 eingebracht werden. Die Umformbarkeit mag beispielsweise dadurch gegeben sein, dass das Matrixmaterial noch nicht ausgehärtet ist (im Fall von Duroplast oder Thermoplast als Matrixmaterial) oder ausreichend warm ist (im Fall von Thermoplast als Matrixmaterial).
Danach erfolgt in einem dritten Schritt S3 erfolgt eine Konfektionierung, z. B. durch ein Trennverfahren, in den Faserverbundkörper 1.
3 zeigt ein zweites Verfahren, um den Faserverbundkörper 1 herzustellen. Dabei wird zunächst ebenfalls in dem Schritt S1 ein Endlosprofil mit dem Querschnitt des mittleren Abschnitts L1 hergestellt.
In einem folgenden Schritt S4 wird das Endlosprofil konfektioniert.
Erst in einem nächsten Schritt S5 werden die beiden Endabschnitte L1, L2 aus den konfektionierten Werkstücken umgeformt.
Durch das Umformen in den Schritten S2 bzw. S5 ist das ursprüngliche Profil endständig stark abgeplattet worden, in Längsrichtung gestreckt worden und im Fall des Endbereichs L2 gedreht oder tordiert worden.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.
So ist der Faserverbundkörper bzw. seine Herstellung nicht auf eine Verformung eines, ggf. konfektionierten, Endlosprofils beschränkt.
Bezugszeichenliste

1: Faserverbundkörper
2: Loch
L1: mittlerer Abschnitt
L2: Endabschnitt
L3: Endabschnitt
S1: Schritt eines Bereitstellens eines profilartigen Grundkörpers
S2: Schritt eines Umformens
S3: Schritt eines Konfektionierens
S4: Schritt eines Konfektionierens
S5: Schritt eines Umformens

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102010053850 A1 [0002]
DE 102010053843 A1 [0003]

Claims

Profilartiger Faserverbundkörper (1), welcher mindestens einen bezüglich seines Querschnitts umgeformten Abschnitt (L2, L3) aufweist.
Faserverbundkörper (1) nach Anspruch 1, wobei mindestens ein umgeformter Abschnitt ein Endabschnitt (L2, L3) ist.
Faserverbundkörper (1) nach Anspruch 2, wobei mindestens einer der Endabschnitte (L2, L3) mindestens ein durch Materialverdrängung erzeugtes Loch (2) aufweist.
Faserverbundkörper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welcher Duroplast als Matrixmaterial aufweist.
Faserverbundkörper (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, welcher Thermoplast als Matrixmaterial aufweist.
Faserverbundkörper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welcher eine Strebe eines Fahrzeugs ist.
Verfahren (S1–S3; S1, S4–S5) zum Herstellen eines Faserverbundkörpers (1), wobei das Verfahren (S1–S3; S1, S4–S5) mindestens die folgenden Schritte aufweist: – Bereitstellen (S1; S1, S4) eines umformbaren profilartigen Grundkörpers aus Faserverbundmaterial aus einer Endlosherstellung; – Umformen (S2; S5) mindestens eines Abschnitts des profilartigen Grundkörpers.
Verfahren (S1–S3; S1, S4–S5) nach Anspruch 7, wobei der Schritt des Umformens (S2; S5) ein Umformen mindestens eines Endabschnitts des profilartigen Grundkörpers umfasst.
Verfahren (S1–S3) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei – der Schritt des Bereitstellens (S1) ein Bereitstellen eines umformbaren Endlosprofils umfasst, – der Schritt des Umformens (S2) ein Umformen des Endlosprofils umfasst und – sich dem Schritt des Umformens (S2) ein Schritt eines Konfektionierens (S3) des umgeformten Endlosprofils zu dem Faserverbundkörper (1) anschließt.
Verfahren (S1, S4, S5) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei – der Schritt des Bereitstellens (S1) ein Bereitstellen eines umformbaren Endlosprofils umfasst und – dem Schritt des Umformens (S5) ein Schritt eines Konfektionierens (S4) vorangestellt wird.
Verfahren (S1, S4, S5) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei der Schritt des Umformens (S5) ein Konfektionieren (S4) umfasst.
Verfahren (S1–S3; S1, S4–S5) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei das Umformen (S2; S5) ein Einbringen mindestens eines Lochs (2) durch Materialverdrängung umfasst.
Verfahren (S1–S3; S1, S4–S5) nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei das Faserverbundmaterial Thermoplast oder Duroplast aufweist und der Schritt des Umformens (S2; S5) an einem noch nicht vollständig ausgehärteten Faserverbundmaterial durchgeführt wird.
Verfahren (S1–S3; S1, S4–S5) nach einem der Ansprüche 7 bis 13, wobei das Faserverbundmaterial Thermoplast aufweist und der Schritt des Umformens (S2; S5) an einem ausreichend warmen Faserverbundmaterial durchgeführt wird.