DE102013213711A1

DE102013213711A1 - Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils für Kraftfahrzeuge aus einem Organoblech

Info

Publication number: DE102013213711A1
Application number: DE102013213711.7A
Authority: DE
Inventors: Michael Thienel; Olaf Kriese; Markus Schultz; Werner Stammberger; Stephan Nerb
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2013-07-12
Filing date: 2013-07-12
Publication date: 2015-01-15
Also published as: CN105729718B; CN112936726A; US20160136870A1; EP3019320A2; EP3047953B1; JP6310490B2; US20180281268A1; KR101830283B1; CN105377523A; US10807299B2; KR20160015331A; US10919210B2; KR20160011677A; KR20170021377A; WO2015004271A2; CN105729718A; JP2016153235A; JP6423874B2; EP3047953A1; KR101742717B1

Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils für Kraftfahrzeuge durch Warmumformung eines aus thermoplastischem Kunststoff mit eingelagerten Endlosfasern verstärkten Halbzeugs in Plattenform („Organoblech“) werden zur Aufnahme des Organoblechs (2) in einer Warmumformungseinrichtung (1) vorgesehene Bereiche des Organoblechs (2) und/oder einer erhöhten Belastung ausgesetzte Abschnitte (21, 22) des aus dem Organoblech (2) hergestellten Strukturbauteils (5) stärker strukturiert und/oder einer besonderen thermischen Behandlung bei der Warmumformung unterzogen werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Organoblech zur Herstellung des Strukturbauteils gemäß den Ansprüchen 21 bis 29 sowie ein aus mindestens einem Organoblech bestehendes Strukturbauteil gemäß den Ansprüchen 30 bis 35.
Als Organobleche werden plattenförmige Halbzeuge aus einem endlosfaserverstärkten thermoplastischen Kunststoff bezeichnet, bei denen Endlosfasern in Form von Gelegen, Geweben oder Gestricken aus Glas-, Kevlar-, Kohle- oder Kunststofffasern in eine thermoplastische Matrix eingebettet werden. Als thermoplastischer Kunststoff für die Matrix eignet sich beispielsweise Polyamid aufgrund seiner guten Haftungseigenschaften zu den Fasern.
Unter der Bezeichnung „endlosfaserverstärkt“ ist zu verstehen, dass die Länge der zur Verstärkung dienenden Fasern im Wesentlichen durch die Größe der plattenförmigen Organobleche begrenzt ist, innerhalb eines Organoblechs eine Faser aber im Wesentlichen nicht unterbrochen ist.
Organobleche können wie Metallbleche zugeschnitten und mit Durchbrüchen versehen werden, sind aber leichter als Metallbleche und weisen gleichzeitig eine hohe Flächensteifigkeit und Festigkeit auf. Bei ausreichender Erwärmung der thermoplastischen Matrix können Organobleche wie Metallbleche, jedoch unter Einsatz kleinerer Verformungskräfte, dreidimensional verformt werden. Dazu wird das Organoblech zunächst erhitzt, um die Matrix des Organoblechs aufzuschmelzen, und anschließend wird das Organoblech durch Tiefziehen umgeformt. Dadurch lassen sich Strukturbauteile für Kraftfahrzeuge, beispielsweise Türelemente wie Türmodule, Aggregateträger, Türinnenbleche und Türaußenbleche, Sitzelemente wie Sitzwanne und Rückenlehne aber auch Kotflügel, Klappen und Hauben, Stoßfänger und dergleichen in Leichtbauweise herstellen und dadurch deutliche Gewichtsreduzierungen bei gleichzeitig leichterer Bearbeitung erzielen.
Aus der DE 10 2010 001 634 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils aus einem Organoblech durch thermische Umformung des Organoblechs bekannt, bei dem zur Ausbildung von Aussparungen im Bauteil die Faseranordnung des Organoblechs aufgeweitet wird, ohne die Struktur der in die Matrix aus thermoplastischem Kunststoff eingebetteten Faseranordnung des Organoblechs zu zerstören.
Aus der DE 10 2011 111 232 A1 ist ein als Karosseriesäulenverstärkung dienendes Leichtbauteil für ein Kraftfahrzeug bekannt, bei dem mehrere Organoblechlagen mit Faserverstärkungen unterschiedlicher Orientierung sowie Durchbrüche und Durchgangslöcher vorgesehen sind, die in Größe, Form und Position des Leichtbauteils an dessen Einsatzzweck angepasst sind.
Aus der DE 20 2006 019 341 U1 ist ein Strukturbauteil aus Organoblech mit strukturversteifendem, als Formteil ausgebildetem Kunststoffeinleger bekannt, der zur stoffschlüssigen Verbindung mit thermoplastischem Verstärkungsmaterial umspritzt wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der Eingangs benannten Art anzugeben, das die Belastung des Organoblechs während eines Warmumformungsprozesses zur Herstellung eines Strukturbauteils und die strukturelle Belastung des aus dem Organoblech hergestellten Strukturbauteils minimiert und die Stabilität des Organoblechs und des aus dem Organoblech hergestellten Strukturbauteils unter Berücksichtigung struktureller Veränderungen des Organoblechs während der Warmumformung erhält.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Lösung, zur Aufnahme des Organoblechs in einer Warmumformungseinrichtung vorgesehene Bereiche des Organoblechs und/oder einer erhöhten Belastung ausgesetzte Abschnitte des aus dem Organoblech hergestellten Strukturbauteils stärker zu strukturieren und/oder einer besonderen thermischen Behandlung bei der Warmumformung zu unterziehen, minimiert die Belastung eines Organoblechs während des Warmumformungsprozesses, erhöht die strukturelle Belastbarkeit des aus dem Organoblech hergestellten Strukturbauteils und erhält die Stabilität des Organoblechs und des aus dem Organoblech hergestellten Strukturbauteils unter Berücksichtigung struktureller Veränderungen des Organoblechs während der Warmumformung.
Zur Minimierung der Belastung eines Organoblechs während des Warmumformungsprozesses und der strukturellen Belastung des aus dem Organoblech hergestellten Strukturbauteils wird ein thermischer Schutz der Aufhängungspunkte des Organoblechs im Werkzeug zur Herstellung des Strukturbauteils vorgesehen, indem die zur Aufnahme des Organoblechs in einer Warmumformungseinrichtung vorgesehenen Bereiche des Organoblechs während der Warmumformung des Organoblechs geringer erwärmt werden als benachbarte Bereiche des Organoblechs. Insbesondere werden bei der Erwärmung des Organoblechs mittels eines Infrarot- oder Heizstrahlers die zur Aufnahme des Organoblechs in der Warmumformungseinrichtung vorgesehenen Bereiche des Organoblechs gegenüber dem Infrarot- oder Heizstrahler abgeschattet oder es wird die Intensität der Wärmestrahlung im Bereich der zur Aufnahme des Organoblechs in der Warmumformungseinrichtung vorgesehenen Bereiche reduziert.
Zur stärkeren Strukturierung der zur Aufnahme des Organoblechs in einer Warmumformungseinrichtung vorgesehenen Bereiche bzw. der einer erhöhten Belastung ausgesetzten Abschnitte des aus dem Organoblech hergestellten Strukturbauteils

– werden zusätzliche Aufnahmestellen im Organoblech vorgesehen, die nach der Warmumformung des Organoblechs geschlossen, insbesondere mit thermoplastischem Material zugespritzt werden, und/oder
– wird der Rand des Organoblechs im Bereich von Aufnahmestellen über den Rand hinaus zur Bildung von Überständen erweitert und/oder werden den Aufnahmestellen definierte, als Schlitze oder Materialverdünnung ausgebildete Schwächungsbereiche im Organoblech als Fließ-, Gleit- oder Deformationsbereiche zugeordnet, die nach der Warmumformung des Organoblechs mit einem Kunststoff verstärkt oder verschlossen werden.

Alternativ oder zusätzlich können in den Bereichen verstärkter Belastung des Strukturbauteils Verstärkungselemente wie Zugbänder in das Organoblech oder das Strukturbauteil integriert oder auf das Strukturbauteil aufgesetzt werden, wobei ein vorzugsweise aus einem Organoblech bestehendes Verstärkungselement mit dem Strukturbauteil verschweißt, verklebt oder vernietet wird.
Darüber hinaus können Adapter zur Verbindung des Verstärkungselements mit dem Organoblech und zur Krafteinleitung in das Strukturbauteil sowie zur Kraftverteilung im Strukturbauteil an das Verstärkungselement angespritzt, angeklebt, eingeformt oder angenietet werden, wobei

– die Adapter und das Verstärkungselement in ein Spritzwerkzeug zur Herstellung des Strukturbauteils eingelegt und eingespritzt und/oder
– im Randbereich des Organoblechs angeordnet werden und der Rand im Bereich der Anordnung der Adapter mit einem Überstand versehen wird, der umgeklappt und thermisch mit den Adaptern verschweißt wird

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein Verbindungsbereich des Verstärkungselements in einen Durchbruch des Strukturbauteils eingelegt und durch Einfügen eines Stabilisierungselements mit dem Strukturbauteil verbunden werden.
Zur Erhöhung der strukturellen Belastbarkeit des aus dem Organoblech hergestellten Strukturbauteils und zum Erhalt der Stabilität des Organoblechs und des aus dem Organoblech hergestellten Strukturbauteils unter Berücksichtigung struktureller Veränderungen des Organoblechs während der Warmumformung werden

– die in dem thermoplastischen Kunststoff eingelagerten Endlosfasern belastungsorientiert angeordnet und/oder
– mindestens zwei sich kreuzende Endlosfaserlagen vorgesehen und in den Kreuzungsbereichen fixiert, insbesondere vernäht und/oder
– die Endlosfasern oder Endlosfaserlagen vor der Einlagerung in thermoplastischen Kunststoff zum Erzielen optimaler Ausrichtung in Winkellagen positioniert, die den Belastungsrichtungen entsprechen und/oder
– mehrere Lagen thermoplastischen Kunststoffs mit und ohne eingelagerte Endlosfasern in das Organoblech integriert und/oder
– äußere Lagen des Organoblechs aus mit Karbonfasern verstärktem thermoplastischem Kunststoff mit einer Zwischenlage aus Aramid verbunden, wobei die Zwischenlage aus Aramid vorzugsweise mit Naturfasern, insbesondere aus Holz oder Sisal, gemischt wird.

Ein Organoblech, das einem Warmumformungsprozess zur Herstellung eines Strukturbauteils nach dem erfindungsgemäßen Verfahren unterzogen wird, weist in einer ersten Ausführungsform einen mehrlagigen Aufbau mit auf mindestens einer Außenseite und/oder mindestens einer zwischen zwei Lagen angeordneten Dichtungsschicht auf, wobei die Dichtungsschicht aus einer Folie, einem Vlies oder einem dichtenden Schutzlack besteht.
Ein Organoblech für ein als Türmodul oder Aggregateträger einer Kraftfahrzeugtür ausgebildetes Strukturbauteil weist vorzugsweise in thermoplastischem Kunststoff eingelagerte Endlosfasern oder Endlosfaserlagen auf, die in Belastungsrichtung eines auf dem Türmodul montierten Funktionselements der Kraftfahrzeugtür ausgerichtet sind, wobei insbesondere

– die Endlosfasern oder Endlosfaserlagen in Abzugsrichtung einer Fensterscheibe eines Fensterhebers, insbesondere parallel zu den Führungsschienen des Fensterhebers, ausgerichtet sind, und/oder
– die Endlosfasern oder Endlosfaserlagen in Richtung der Zugverbindung zwischen einem Türschloss und einem Türscharnier der Kraftfahrzeugtür ausgerichtet sind und/oder
– die Endlosfasern oder Endlosfaserlagen in Belastungsrichtung eines Türzuziehgriffes ausgerichtet sind.

In einer weiteren Ausführungsform kann ein Organoblech zur Herstellung eines als Türmodul oder Aggregateträger einer Kraftfahrzeugtür ausgebildeten Strukturbauteils im Randbereich des Organoblechs angeordnete Durchbrüche oder angespritzte Befestigungselemente zur Verbindung des Türmoduls mit einem Türinnenblech der Kraftfahrzeugtür aufweisen, wobei die Durchbrüche zur Aufnahme von Befestigungselementen für eine Bajonettverbindung zwischen dem Organoblech und dem Türinnenblech ausgebildet sind und die Befestigungselemente an den Rand der Durchbrüche, einen Sollbruchbereich ausbildend, angespritzt sind.
Ein mit mindestens einem Organoblech der vorstehend genannten Art hergestelltes Strukturbauteil weist einen sandwichartigen Aufbau mit äußeren Organoblechen und einem den jeweiligen Anforderungen des Strukturbauteils angepassten Kernbereich und/oder mehrere den jeweiligen Anforderungen angepasste Zonen des flächenförmigen Strukturbauteils auf.
Vorteilhafte Ausgestaltungen eines derartigen Strukturbauteils sind durch

– mehrere den jeweiligen Anforderungen angepasste Zonen des flächenförmigen Strukturbauteils mit einem mehrlagigen, sandwichartigen Aufbau mit
– unterschiedlichem Kernmaterial und/oder
– unterschiedlichen Kerndicken und/oder
– unterschiedlicher Anzahl verschiedener Zonen des flächenförmigen Strukturbauteils,
– thermisch oder akustisch gut isolierende Zonen mit geringer Druckstabilität in Verbindung mit Zonen hoher Druckfestigkeit,
– mindestens eine Zone mit hohem Widerstandsmoment,
– eine Zone hoher Zugfestigkeit und mehrerer Zonen hoher Druckbelastbarkeit gekennzeichnet.

Weitere Merkmale und damit erzielbare Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung verdeutlicht. Aus dieser Beschreibung und den Figuren gehen auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen enthalten sind. Diese Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solcher Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, bedeutet nicht, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solcher Merkmale auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Anlage zur Warmumformung von Organoblechen und Herstellung von Strukturbauteilen insbesondere für Kraftfahrzeugteile;
2 eine schematische Darstellung der Befestigung eines Organoblechs vor einer Warmumformung;
3 eine schematische Darstellung eines Organoblechs während der Warmumformung mit Ausbildung eines Schattenbereichs;
4 eine schematische Darstellung eines Abschnitts eines gelochten Organoblechs;
5 eine schematische Darstellung eines ohne zusätzliche Maßnahmen im Befestigungsbereich zur Warmumformung aufgeheizten Organoblechs;
6 eine schematische Darstellung eines mit zusätzlichen Maßnahmen im Befestigungsbereich zur Warmumformung aufgeheizten Organoblechs;
7 eine Draufsicht auf ein als Türmodul oder Aggregateträger einer Kraftfahrzeugtür ausgebildetes Strukturbauteil mit Aufhängestellen zur Warmumformung eines Organoblechs und Schnittstellen für eine Bajonettverbindung des Strukturbauteils;
8 eine Draufsicht auf ein als Türmodul oder Aggregateträger einer Kraftfahrzeugtür ausgebildetes Strukturbauteil mit an den Aufhängestellen ausgebildeten Überständen des Organoblechs;
9 eine schematische Darstellung eines Organoblechs für ein Türmodul oder einen Aggregateträger einer Kraftfahrzeugtür mit vorgeformten Befestigungsaufnahmen für die Warmumformung des Organoblechs;
10 eine Draufsicht auf ein in ein Organoblech für ein Türmodul integriertes, auf eine Belastungsrichtung ausgerichtetes Zugband;
11 bis 13 eine schematische Darstellung des Randbereichs eines Organoblechs mit einem Adapter zur Krafteinleitung und -verteilung eines in das Organoblech integrierten Zugbandes;
14 bis 16 eine schematische Darstellung eines Randbereichs eines Organoblechs mit Verstärkungsmitteln zur Verbindung eines Zugbandes mit dem Organoblech;
18 und 19 schematische Darstellung eines Organoblechs für ein Türmodul oder einen Aggregateträger mit in verschiedene Belastungsrichtungen ausgerichtetem Faserverlauf des in eine thermoplastische Matrix des Organoblechs eingelegten Gewebes bzw. Geleges;
20 und 21 verschiedene Ausführungsformen von Gewebelagen zum Einlegen in eine thermoplastische Matrix für ein Türmodul oder einen Aggregateträger einer Kraftfahrzeugtür;
22 und 23 perspektivische Darstellungen zweier Gewebearten zur Verstärkung der thermoplastischen Matrix eines Organoblechs;
24 eine Draufsicht auf ein Multiaxial-Gelege mit Vernähung sich kreuzender Lagen zur Verstärkung einer thermoplastischen Matrix;
25 bis 28 Querschnitte durch ein Organoblech mit einem Lagenaufbau mit zusätzlichen Folienschichten zur Sicherung der Dichtheit des Organoblechs;
29 eine Draufsicht und einen schematischen Querschnitt durch ein Organoblech in Mehrzonen-Sandwichbauweise;
30 bis 35 verschiedene Varianten der Mehrzonen-Sandwichbauweise gemäß 29;
36 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung eines Organoblechs mit Mehrzonen-Sandwichbauweise gemäß den 29 bis 35;
37 bis 39 Draufsichten auf ein als Türmodul ausgebildetes Strukturbauteil mit unterschiedlichen Belastungszonen des Organoblechs zur Herstellung des Strukturbauteils.
Die in 1 schematisch dargestellte Anlage 1 zur Warmumformung von Organoblechen 2 zur Herstellung von Strukturbauteilen für Kraftfahrzeuge enthält ein Magazin 10 mit darin gestapelten platten- oder tafelförmigen Organoblechen 2, deren äußere Konturen an den aus den Organoblechen 2 hergestellten Strukturbauteilen für ein Kraftfahrzeug angepasst sind. Ein benachbart zum Magazin 10 angeordneter Roboter mit einem Greifer 11 ist in Richtung der sich kreuzenden Pfeile A, d.h. senkrecht zur Ebene der Organobleche 2 sowie in der Ebene der Organobleche 2, beweglich, um die Organobleche 2 aus dem Magazin 10 zu einer Bearbeitungseinheit 12 mit einer in Richtung des Doppelpfeiles B verschiebbaren Strahlereinheit 13 und einer Spritzgießmaschine 14 zur Warmumformung und zum Anspritzen zusätzlicher Teile bzw. zum Zuspritzen von für den Bearbeitungsvorgang vorgesehener Öffnungen oder Durchbrüche zu transportieren. Die als Halbzeug angelieferten Organobleche 2 aus einer Kunststoffmatrix mit eingelagerten Endlosfasern in Form von Gelegen, Geweben oder Gestricken werden in der in 1 schematisch dargestellten Anlage 1 durch Warmumformung und ggf. durch Anspritzen von Teilen oder Zuspritzen von Öffnungen oder Durchbrüchen bearbeitet, wobei die Organobleche 2 im angelieferten Zustand bereits auf den späteren Verwendungszweck zugeschnitten, d.h. in ihrer äußeren Kontur an den späteren Verwendungszweck als Strukturbauteile für Kraftfahrzeuge wie Türelemente, Modulträger, Türinnenbleche und Türaußenbleche, Sitzelemente wie Sitzwanne und Rückenlehne, aber auch Kotflügel, Klappen und Hauben, Stoßfänger und dergleichen angepasst sind.
Zur Warmumformung und Behandlung in der Spritzgießmaschine 14 werden die Organobleche 2 mittels des Roboters mit Greifer 11 aus dem Magazin 10 herausgehoben und zu einer Aufhängung der Bearbeitungseinheit 12 transportiert. Zu diesem Zweck kann die verschiebbare Strahlereinheit 13 bezüglich des Doppelpfeiles B angehoben oder abgesenkt werden bevor die Strahlereinheit 13 zur Erwärmung des Organoblechs 2 aktiviert wird.
2 zeigt in schematischer Darstellung vor einer Warmumformung das auf einer aufgefahrenen Nadel 15 zwischen zwei Formwerkzeugen 17, 18 aufgehängte Organoblech 2. Je nach Größe und Umfang des Organoblechs 2 sind mehrere Nadeln vorgesehen, die in entsprechende Aufhängungen des Organoblechs 2 eingefahren werden.
Zur Warmumformung wird die verschiebbare Strahlereinheit 13 gemäß 3 zwischen das auf der ausgefahrenen Nadel 15 aufgehängte Organoblech 2 und das eine Werkzeug 17 der beiden Werkzeuge 17, 18 gefahren. Nach dem Erwärmen des Organoblechs 2 mittels der Strahlereinheit 13 wird die Nadel 15 in das andere Werkzeug 18 zurückgefahren und die Werkzeuge 17, 18 werden zueinander bewegt, wobei in der Endstellung das erwärmte Organoblech 2 durch die Matrizenform der Werkzeuge 17, 18 die gewünschte Prägung für das aus dem Organoblech 2 herzustellende Strukturbauteil erhält.
4 zeigt schematisch einen Abschnitt aus einem Organoblech 2 im unbehandelten, nicht erwärmten Zustand mit einer auf den späteren Verwendungszweck des Strukturbauteils angepassten Kontur 20 und mehreren Lochungen 21, in die die Nadeln 15 gemäß 2 zur Aufhängung des Organoblechs 2 zur anschließenden Wärmebehandlung eingefahren werden. Bei der Erwärmung des Organoblechs 2 verändert sich die Konsistenz der Kunststoffmatrix von der starren Form gemäß 4 in einen plastisch verformbaren Zustand, in dem gemäß 5 die Gefahr eines Ausreißens der Lochungen 21 im erwärmten Zustand des Organoblechs 2 sowie die Gefahr eines Faltenwurfes besteht. Dadurch besteht ein erhöhtes Risiko einer Lageveränderung des in der Behandlungseinheit 12 aufgehängten Organoblechs 2 mit daraus resultierender Fehlprägung beim Zusammenfahren der Werkzeuge 17, 18 gemäß 2.
Ein weiteres Problem besteht darin, dass die Form der Lochungen 21 und der Abstand der Lochungen 21 zum Außenrand bzw. zur Kontur 20 des Organoblechs 2 verändert werden. Werden die Lochungen 21 zum Aufhängen des Organoblechs 2 auf den Nadeln 15 ganz oder teilweise nach Anspritzung der Befestigungskontur als Befestigungsstellen des aus dem Organoblech 2 geformten Strukturbauteils verwendet, so ist wegen des verringerten Abstands der Lochungen 21 zur Kontur 20 eine Schwächung der Befestigungsstelle und eine mangelnde Maßhaltigkeit aufgrund der vergrößerten, ovalen Form der Lochungen 21 die Folge.
Zur Vermeidung der Gefahr eines Ausreißens der Lochungen 21 bei der Warmumformung des Organoblechs 2 werden im Aufhängungsbereich, d.h. am Ort der Nadeln 15, gemäß 3 Spiegel 16 angeordnet, die die von der Strahlereinheit 13 abgegebene Infrarotstrahlung reflektieren und dadurch einen Schattenwurf im Aufhängungsbereich des Organoblechs 2 bewirken. Alternativ oder zusätzlich kann die Strahlungsintensität der Strahlereinheit 13 im Aufhängungsbereich partiell reduziert und/oder eine Kühlung des Organoblechs 2 im Aufhängungsbereich, beispielsweise durch einen Kaltluftstrom, vorgesehen werden. Durch diese einzeln oder in Kombination durchgeführten Maßnahmen wird das Organoblech 2 bei dessen Erwärmung vor der Umformung in den Aufhängestellen nicht oder nur geringfügig – wie in 6 schematisch dargestellt – verändert. Dadurch besteht die Möglichkeit, die Lochungen 21 ganz oder teilweise als Befestigungsstellen beispielsweise an einem Türinnenblech oder für ein Türmodul vorzusehen, da – wie 6 verdeutlicht – der Abstand der Lochungen bzw. Befestigungsstellen 21 zur Kontur 20 des Organoblechs erhalten bleibt, so dass keine Schwächung des aus dem Organoblech 2 hergestellten Strukturbauteils an den Befestigungsstellen erfolgt.
7 zeigt eine Draufsicht auf ein Strukturbauteil eines Kraftfahrzeugs in Form eines Türmoduls oder eines Aggregateträgers 5 einer Kraftfahrzeugtür mit mehreren am Umfang des Türmoduls oder Aggregateträgers 5 verteilt angeordneten Schnittstellen oder Durchtrittsöffnungen 22 für eine Bajonettverbindung des Türmoduls oder Aggregateträgers 5 mit einem Türinnenblech der Kraftfahrzeugtür. Diese Schnittstellen oder Durchtrittsöffnungen 22 für die Bajonettverbindung können gleichzeitig so angeordnet und ausgebildet werden, dass sie als Aufhängestellen zur Aufnahme des zum Strukturbauteil 5 umgeformten Organoblechs auf Nadeln 15 gemäß den 2 und 3 dienen. Zu diesem Zweck können im Bereich der Durchtrittsöffnungen 22 für die Bajonettverbindungen – wie vorstehend anhand der 5 und 6 beschrieben – Maßnahmen zur Vermeidung eines Ausreißens der Durchtrittsöffnungen 22 bei der Warmumformung des Organoblechs 2 durch Abschottung, partiell reduzierte Strahlerintensität im Bereich der Durchtrittsöffnungen 22 sowie Kühlung im Aufhängungsbereich durch mittels eines Gebläses zugeführter Kaltluft getroffen werden.
In Ergänzung zur Anordnung von Durchtrittsöffnungen 22 für eine Bajonettverbindung des Türmoduls 5 mit einem Türinnenblech einer Kraftfahrzeugtür können Befestigungselemente mit einem mittels eines Werkzeugs betätigbaren Betätigungskopf, einem Schaft, der die als Bajonettverbindung ausgebildete Durchtrittsöffnung 22 des Türmoduls 5 und eine hierzu fluchtende Befestigungsstelle des Türinnenblechs durchgreift, und einem Befestigungskopf im Bereich des Befestigungskopfes einstückig am Rand des Türmoduls 5 angeformt, insbesondere angespritzt werden. Der Verbindungsbereich, entlang der die Befestigungselemente an ihren Befestigungsköpfen einstückig mit dem Türmodul 5 am Rand der Durchtrittsöffnungen 22 verbunden sind, ist dabei als Sollbruchbereich ausgebildet, d.h. bei einer Betätigung der Befestigungselemente an ihren Betätigungsköpfen mittels eines zugeordneten Werkzeuges werden die Befestigungselemente zunächst in axialer Richtung verschoben wobei die Verbindung zwischen den Befestigungselementen und dem Türmodul aufgebrochen wird. Bei weiterem axialem Verschieben der Befestigungselemente durchgreifen die Schäfte die Durchtrittsöffnungen 22 sowie die Befestigungsstellen des Türinnenblechs bis deren Befestigungsköpfe jenseits der Befestigungsstellen des Türinnenblechs liegen.
Nachdem die Befestigungselemente in axialer Richtung so verschoben worden sind, dass deren Befestigungsköpfe nicht mehr innerhalb der Durchtrittsöffnungen 22 des Türmoduls 5 liegen, sondern nun vielmehr von der türstrukturseitigen Oberfläche des Türmoduls 5 abstehen und dabei jenseits der Befestigungsstellen des Türinnenblechs liegen, werden die Befestigungselemente zur Herstellung des Bajonettverschlusses um 180° gedreht.
Zusätzlich oder alternativ können weitere als Lochungen ausgebildete Aufhängestellen 21 zwischen den Durchtrittsöffnungen 22 für die Bajonettverbindungen im oberen Aufhängungsbereich vorgesehen werden, die entweder als weitere Befestigungsstellen 2 für Schraubverbindungen dienen oder nach der Warmumformung des Organoblechs mittels der Spritzgießmaschine 14 gemäß 1 zugespritzt werden.
8 zeigt in einer Draufsicht auf ein als Türmodul oder Aggregateträger ausgebildetes Strukturbauteil 5 eine weitere Alternative zur Vermeidung eines Auszugs des Organoblechs 2 an dessen Aufhängestellen bei der Warmumformung des Organoblechs 2, die darin besteht, Überstände 23 an der Kontur 20 des Organoblechs 2 bzw. Strukturbauteils 5 vorzusehen, die bei der Warmumformung des Organoblechs 2 durch eine entsprechende Positionierung der Stahlereinheit 13 gemäß 1 nicht miterhitzt werden, so dass eine steife Materialerweiterung im Bereich der Aufhängestellen nach Art eines Brückenwerks geschaffen wird, das die bei der Warmumformung des Organoblechs auf die Aufhängestellen wirkenden Kräfte zu den Seiten der Aufhängestellen überträgt. Bei späterer Konfiguration des Türmoduls oder Aggregateträgers 5 können die Überstände 23 beibehalten oder vor der Weiterverarbeitung und Installation in eine Kraftfahrzeugtür weggeschnitten werden.
Eine weitere Maßnahme zur Vermeidung eines Ausreißens der Aufhängungsstellen eines Organoblechs und Schwächung eines Strukturbauteils im Bereich der Aufhängestellen bzw. mangelnden Maßhaltigkeit des Strukturbauteils infolge veränderter Aufhängestellen des Organoblechs während dessen Warmumformung ist schematisch in 9 dargestellt und besteht aus der Anordnung von als Schlüssellochöffnungen ausgebildeten Aufhängestellen 24 für Nadeln 15 zur Aufnahme des Organoblechs mit Öffnungen 240 zur Verbindung mit den Nadeln 15 und einem von den Öffnungen 240 wegweisenden Schlitz 241 zur Vorgabe einer definierten Fließ-, Gleit- und Deformationsrichtung bei der Formgebung des Organoblechs in den Werkzeugen 17, 18 gemäß den 2 und 3, da das in die Kunststoffmatrix eingebettete Gewebe, Gelege oder Gestricke dem Längungsbedarf an den Aufhängestellen nur unvollständig folgen kann.
Die Schlitze 241 sind vorzugsweise in Richtung auf Lochungen 21 zur Verbindung des aus dem Organoblech 2 hergestellten Strukturbauteils 5 mit beispielsweise einer Kraftfahrzeugtür ausgerichtet. Die Aufhängestellen 24 werden anschließend durch Ausspritzen mittels eines Kunststoffs verschlossen, so dass das aus dem Organoblech 2 geformte Strukturbauteil ausschließlich die Lochungen 21, die beispielsweise als Schnittstellen für eine Bajonettverbindung ausgebildet sein können, aufweist.
Zur Vorbereitung des Organoblechs auf den späteren Einsatz des aus dem Organoblech hergestellten Strukturbauteils können verschiedene Maßnahmen getroffen werden, die sowohl dem späteren Verwendungszweck als auch der Erhöhung der Stabilität und Belastbarkeit des Strukturbauteils dienen. Beispiele hierfür sind in den nachfolgend beschriebenen 10 bis 39 dargestellt.
10 zeigt eine Draufsicht auf ein als Türmodul oder Aggregateträger 5 ausgebildetes Strukturbauteil, bei dem vor oder während der Warmumformung ein Zugband 3 diagonal in Bezug auf die im Wesentlichen rechteckförmige Grundstruktur des Türmoduls 5 ausgerichtet und an Verbindungsstellen 30, 31 mit dem Organoblech 2 bzw. Türmodul 5 verbunden wurde. Vorzugsweise erfolgt die Verbindung des Zugbandes 3 mit dem Türmodul 5 an Schnittstellen bzw. Durchtrittsöffnungen 22 für eine Bajonettverbindung des Türmoduls 5 mit einem Türinnenblech einer Kraftfahrzeugtür. Dabei sind die Verbindungsstellen 30, 31 in das Türmodul 5 integriert oder das Zugband 3 wird nach der Umformung des Organoblechs 2 zum Türmodul 5 auf das Türmodul 5 aufgesetzt und mit diesem durch Schweißen, Kleben, Nieten oder dergleichen verbunden.
Die Ausrichtung des Zugbandes 3 folgt dabei den auf das Türmodul 5 ausgeübten Zugkräften beim Betätigen beispielsweise eines auf dem Türmodul 5 montierten Fensterhebers oder Zuziehkräften, die von einem Türinnengriff auf das Türmodul 5 ausgeübt werden.
In den 11 bis 16 sind verschiedene Möglichkeiten der Kraftübertragung eines Zugbandes 3 auf ein Türmodul 5 im Bereich der Verbindungsstellen des Zugbandes 3 mit dem Türmodul 5 dargestellt.
In den 11 bis 13 sind Ausschnitte des Randbereichs 20 eines Organoblechs 2 in einer schematischen Draufsicht dargestellt, die die Verbindung eines Zugbandes 3 mit dem Organoblech 2 an Verbindungsstellen 30 zeigen, die als Schnittstellen für eine Bajonettverbindung des aus dem Organoblech 2 hergestellten Türmoduls 5 mit einem weiteren Strukturbauteil eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise mit einem Türinnenblech einer Kraftfahrzeugtür vorgesehen sind.
Zur Kraftübertragung und -verteilung der auf das Zugband 3 und das aus dem Organoblech 2 hergestellte Strukturbauteil ausgeübten Zugkraft sind Adapter 32 an die Enden des Zugbandes 3 bzw. des Organoblechs 2 angespritzt oder in das Zugband 3 eingeformt, an das Zugband 3 angeklebt oder angenietet. Alternativ werden die Adapter 32 und das Zugband 3 in ein Spritzwerkzeug zur Herstellung des Türmoduls eingelegt und eingespritzt. Die Verbindung der Adapter 32 mit dem Organoblech 2 erfolgt gemäß 12 an einer Befestigungsstelle 320 mit dem Organoblech 2 und über mehrere verteilt an den dreieckförmigen Adaptern 32 angeordnete Befestigungsstellen 321 mit dem Zugband 3.
Zur weiteren Optimierung der Kraftübertragung zwischen dem Zugband 3 und der Befestigungsstelle 30 des Zugbandes 3 am Organoblech 2 können gemäß 13 in die Adapter 32 eingelagerte Fasern oder Gewebe 322 vorgesehen werden, die die Befestigungsstelle 320 am Organoblech 2 mit den verteilt angeordneten Befestigungsstellen 321 am Zugband 3 verbinden.
In den 14 bis 17 ist eine weitere Alternative zur Kraftübertragung zwischen einem aus einem Organoblech 2 hergestellten Strukturbauteil in Form eines Türmoduls 5 und einem Zugband 3 dargestellt, das mit dem Organoblech 2 bzw. Türmodul 5 mit dessen Randbereich 20 verbunden ist. Diese Form der Kraftübertragung besteht gemäß 14 aus einem über den Randbereich 20 des Organoblechs 2 hinausragenden Überstand 33 des Zugbandes 3, der in Richtung des Pfeiles C gemäß 14 umgeklappt und in der Position gemäß 15 mit der Befestigungsstelle 30 des Organoblechs 2 thermisch beispielsweise durch Ultraschweißen oder dergleichen verschmolzen wird. Dadurch erfolgt eine Verstärkung der Verbindung des Zugbandes 3 mit dem Organoblech 2 durch einfache oder mehrfache Materialdoppelung wie in den 16a und 16b schematisch dargestellt ist.
17 zeigt in einem schematischen Längsschnitt eine ergänzende Maßnahme zur optimalen Zugkraftübertragung zwischen dem Zugband 3 und dem Organoblech 2 zur Herstellung des beispielsweise als Türmodul oder Aggregateträger 5 ausgebildeten Strukturbauteils durch Einsetzen eines Stabilisierungspfropfens 34 in das Zugband 3, so dass dieses in die Befestigungsstelle 30, die als Durchbruch 50 im Organoblech 2 bzw. Strukturbauteil 5 ausgebildet ist, eingedrückt wird und dadurch eine formschlüssige Verbindung des Zugbandes 3 mit dem Organoblech 2 bzw. Strukturbauteil 5 herstellt.
Alternativ oder zusätzlich zu einer Anordnung und Verbindung von zusätzlichen Befestigungsmitteln an einem Organoblech zur Herstellung eines Strukturbauteils für ein Kraftfahrzeug kann eine entsprechende Strukturierung bzw. ein Aufbau des Organoblechs als Halbzeug zur Herstellung eines Strukturbauteils für ein Kraftfahrzeug vorgesehen werden. Beispiele hierfür sind in den 18 bis 39 für die Herstellung eines Türmoduls 5 für eine Kraftfahrzeugtür aus einem Organoblech 2 dargestellt und werden nachfolgend näher erläutert.
In den 18 und 19 ist ein Beispiel für eine gezielte Vorbereitung eines Organoblechs 2 für den Einsatz eines als Türmodul 5 ausgebildeten Strukturbauteils dargestellt, bei dem gemäß 18 die in die Kunststoffmatrix 40 eingelagerten Endlosfasern in Richtung der auf das Türmodul 5 einwirkenden Kräfte ausgerichtet werden.
18 zeigt in schematischer Darstellung einen Ausschnitt aus dem Gewebe, Gestricke oder Gelege 4 aus sich kreuzenden Endlosfasern 41, 42, die einen Winkel α von beispielsweise 100° zwischen sich einschließen. Diese Ausrichtung entspricht gemäß 19 einerseits der durch einen Fensterheber mit Führungsschienen 61, 62 auf das Türmodul 5 ausgeübten und parallel zu den Führungsschienen 61, 62 ausgerichteten Kräften F₁ und andererseits parallel zur Ober- und Unterkante des Türmoduls 5 ausgerichteten Kräften F₂, die von und zu einer Anbindung 60 eines Türzuziehgriffes an das Türmodul 5 gerichtet sind. Die sich im Faserverlauf des Gewebes bzw. Geleges oder Gestrickes 4 der Endlosfasern 41, 42 wiederfindenden Hauptkraftrichtungen F₁ und F₂ bewirken eine optimale Krafteinleitung in das Türmodul 5, so dass die strukturelle Festigkeit des aus einem Organoblech 2 hergestellten Türmoduls 5 der eines Strukturbauteils aus Stahl entspricht, wobei sowohl die Herstellung des Türmoduls 5 aus einem Organoblech vereinfacht als auch dessen Gewicht wesentlich verringert ist.
Möglichkeiten zur Formung und Zusammensetzung eines Organoblechs zur Herstellung eines Strukturbauteils in Abhängigkeit von dessen Einsatzbereich und Belastung sind in den 20 und 21 dargestellt.
Je nach Belastung und Einsatzbereich des Strukturbauteils können

– unterschiedliche Materialien für die Endlosfasern des Organoblechs,
– unterschiedliche Gewebearten,
– unterschiedliche Formen des Gewebeaufbaus,
– eine unterschiedliche Anzahl von Lagen der Kunststoffmatrix und eingelegten Endlosfasern,
– eine unterschiedliche Dicke der Einzellagen sowie
– ein unterschiedliches Faser-Matrix-Verhältnis

2

20 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Organoblech mit einem Kernbereich 70 und Randbereichen 71, 72, die eine mit Karbonfasern verstärkte Lage zur Erhöhung der Steifigkeit und zum Schutz von Feuchtigkeit des Kernbereichs 70 bilden. Der Kernbereich 70 besteht beispielsweise aus einer Aramid-Lage zur Optimierung des Bruchverhaltens bzw. der Crashsicherheit und kann bedarfsweise auch Naturfasern wie Holz oder Sisal enthalten.
In den 21A bis 21C ist ein Beispiel für die individuelle Anpassung eines Organoblechs 2 an die Belastung eines aus dem Organoblech 2 durch Warmumformung hergestellten Strukturbauteils 5 dargestellt.
Das Strukturbauteil besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus einem Türmodul 5 mit einem auf dem Türmodul 5 montierten Fensterheber mit parallel zueinander verlaufenden Führungsschienen 61, 62, einem Fensterheberantrieb 63 und einer Befestigung 60 für einen Türzuziehgriff. Da das Strukturbauteil 5 sowohl Crashkräfte als auch die von den auf dem Strukturbauteil 5 befestigten Aggregaten ausgeübten Kräfte aufnehmen muss, ist das Organoblech 2 zur Herstellung des Strukturbauteils 5 in zwei Abschnitte D und E unterteilt, die den jeweiligen Beanspruchungen des Strukturbauteils 5 angepasst sind.
Im Abschnitt D ist eine erste Gewebeart in die Grundstoffmatrix eingelegt, die aus zwei sich kreuzenden Endlosfasern 43, 44, 45 besteht, wobei die Endlosfasern 45 der in dieselbe Richtung ausgerichteten Endlosfasern 44, 45 aus einer anderen Gewebeart bestehen als die beiden sich kreuzenden Endlosfasern 43, 44.
Im zweiten Abschnitt E besteht das Organoblech 2 aus in einer Kunststoffmatrix eingelagerten, sich kreuzenden Endlosfasern 43, 44, die durch Einwirken entgegen gesetzt gerichteter Kräfte F in eine Ausrichtung gezogen werden, bei der ein Winkel α von beispielsweise 80° zwischen den beiden sich kreuzenden Endlosfasern 43, 44 hergestellt wird.
Die horizontale Ausrichtung der in die Kunststoffmatrix eingelegten Endlosfasern 43 im Bereich E des Organoblechs 2 dient der Aufnahme von Crashkräften und zur Erhöhung der Basissteifigkeit, während die mit den Endlosfasern 43 in einem Winkel von beispielsweise 80° kreuzenden Endlosfasern 44 an den durch die Ausrichtung der Führungsschienen 61, 62 des Fensterhebers 6 angepassten Abzugswinkel zur Aufnahme von Verstellkräften des Fensterhebers 6 angepasst sind. Bei Bedarf kann eine dritte Lage von Endlosfasern in einem Winkel von beispielsweise 20° zur Aufnahme von Zuziehkräften ausgerichtet werden, die von der Anbindung eines Zuziehgriffs auf das Türmodul 5 ausgeübt werden.
In den 22 und 23 sind verschiedenen Möglichkeiten der Verknüpfung von gleich- oder andersartigen Endlosfasern 43 und 44 zur Herstellung eines in eine Kunststoffmatrix beispielsweise aus Aramid einzulegenden Gewebes, Gestrickes oder Geleges schematisch-perspektivisch dargestellt.
Zur Festlegung der Ausrichtung von Endlosfasern eines Gewebes, Gestrickes oder Geleges zeigt 24 in einer perspektivischen Darstellung die Ausrichtung zweier sich unter einem Winkel β kreuzenden Endlosfasern 45, 46, die an den Kreuzungspunkten 47 zur Stabilisierung der Lagen sich kreuzender Endlosfasern 45, 46 miteinander vernäht sind.
Da Organobleche mit in einer Kunststoffmatrix eingelagerten Endlosfasern im Unterschied zu reinen Kunststoffmodulen zur Herstellung von Strukturbauteilen für Kraftfahrzeuge eine deutlich geringere Dicke aufweisen, tritt das Problem einer geringeren Dichtheit beispielsweise zur Trennung eines Nassraumes von einem Trockenraum mittels eines aus einem Organoblech hergestellten und in eine Kraftfahrzeugtür eingebauten Türmoduls 5 auf. Insbesondere bei der Warmumformung des Organoblechs können dabei an stärkeren Verformungsstellen Durchgänge auftreten, durch die Feuchtigkeit vom Nassraum zum Trockenraum der Kraftfahrzeugtür durchtreten kann.
Um dies zu verhindern, können die in den 25 bis 28 schematisch dargestellten strukturellen Maßnahmen getroffen werden, wobei 25 in einem Querschnitt durch ein Organoblech drei Lagen 81 bis 83 einer Kunststoffmatrix mit eingelagerten Endlosfasern zeigt. Bei entsprechender Verformung dieses Lagenaufbaus kann es zu entsprechenden Durchbrüchen kommen, die die Funktion des Strukturbauteils beeinträchtigen.
Durch die Anordnung einer zusätzlichen Folienschicht 84 zwischen zwei Lagen des Organoblechs, beispielsweise zwischen die beiden Lagen 81 und 82 gemäß 26 oder alternativ gemäß 27 durch die Anordnung einer Folienschicht 85 an einer Oberfläche des Lagenaufbaus bzw. gemäß 28 mit zwei Folienschichten 86, 87 an beiden Oberflächen des Lagenaufbaus des Organoblechs ist die Dichtheit des Organoblechs gewährleistet. Die zusätzliche Lage 84 bzw. 85 bzw. die zusätzlichen Lagen 86, 87 können aus einer Folie, einem die Kunststoffmatrix beim Umformungsprozess auf- und mitnehmenden Vlies oder aus einem dichtenden Schutzlack bestehen.
Die Herstellung eines Strukturbauteils aus einem Organoblech schafft die Voraussetzung für eine optimale Anpassung des Strukturbauteils an dessen mechanische oder thermische Belastung durch entsprechende Formgestaltung des Organoblechs sowohl hinsichtlich dessen sandwichsartigen Aufbaus als auch hinsichtlich der einzelnen Zonen eines beispielsweise flächenförmigen Strukturbauteils wie eines Türmoduls oder Aggregateträgers. In den 29 bis 34 sind verschiedene Ausführungsformen eines Mehrzonen-Sandwichaufbaus eines Organoblechs zur Herstellung eines als Türmodul oder Aggregateträger eingesetzten Strukturbauteils für ein Kraftfahrzeug dargestellt.
29 zeigt in einer Draufsicht und in einem Querschnitt die Ausbildung eines aus einem sandwichartigen Organoblech 2 hergestellten Türmoduls 5, das drei Zonen 91, 92, 93 aufweist, von denen beispielsweise die mittlere Zone 93 gut thermisch oder schallisolierend, jedoch nicht druckstabil ausgebildet ist, während die beiden äußeren Zonen 91, 92 eine hohe Druckfestigkeit zum Anschrauben des Türmoduls 5 an ein Türinnenblech zur Aufnahme der durch Verbindungselemente an den Durchtrittsöffnungen 22 ausgeübten Kräfte aufweisen.
Der Sandwichaufbau des Organoblechs 2 unterscheidet sich in der Art des Kernmaterials, den Kerndicken und der Anzahl der verschiedenen Zonen entsprechend der Belastung des aus dem Organoblech 2 hergestellten Strukturbauteils 5. Dadurch ist eine optimale Anpassung an Anforderungen zur Druckfestigkeit oder zum Isolationsverhalten des aus dem Organoblech 2 hergestellten Strukturbauteils 5 gewährleistet, um die Crasheigenschaften, die Steifigkeit und die Drapierbarkeit des Strukturbauteils 5 zu optimieren.
Die in die Wabenstruktur des Mehrzonen-Sandwichs integrierten Einlagen werden an die jeweiligen Anforderungen optimiert angepasst und erfüllen insbesondere die Forderung an ein minimales Gewicht des Organoblechs 2 sowie an die jeweilige mechanische oder thermische Belastung durch den Einsatz von Kunststoffschäumen oder einem Wabenstrukturmaterial. Verschiedene Beispiele hierzu sind in den 30 bis 34 dargestellt.
30 zeigt zwei zwischen Außenlagen 96, 97 nebeneinander angeordnete Kernbereiche 94, 95 mit einem gut thermisch oder schallisolierenden Bereich einerseits und einem Bereich hoher Druckfestigkeit zur Aufnahme der Kräfte durch ein Verbindungselement andererseits.
31 zeigt dieselbe Anordnung wie in 30 mit einem verdickten Bereich einer Lage 95 mit hoher Druckfestigkeit für einen Anschraubbereich.
Gemäß 32 kann beidseitig eines Kernbereichs 94 ein Befestigungsbereich vorgesehen sein, der durch zwei aufeinanderliegenden Außenlagen 96, 97 geprägt ist, während der Kernbereich 94 je nach Anforderung eine thermisch oder schallisolierend gut isolierende Schicht enthält. Dabei kann der Kernbereich 94 auch sehr schmal ausgebildet sein, wenn beispielsweise nur eine lokale Unterstützung notwendig ist, wie sie bei einem Zuziehgriff oder als Ersatz für eine Verprägung erforderlich ist.
33 zeigt in einem schematischen Querschnitt die alternative Ausbildung, bei der ein Kernbereich 98 aus miteinander verbundenen Außenlagen 96, 97 und Randbereiche 99 aus einem Kernbereich 95 mit einer Lage zur Erhöhung der Druckfestigkeit und beidseitig des Kernbereichs 95 angeordneten Außenlagen 96, 97 besteht. Die Randbereiche 99 weisen in dieser Anordnung eine hohe Randsteifigkeit auf, um Dichtkräfte gut abstützen zu können.
In 34 ist in einem schematischen Querschnitt eine Variante mit einem durchgehenden Kernbereich 98 hoher Steifigkeit 95 und einem Teilbereich 94 hoher Zugfestigkeit und Isolationsvermögens dargestellt, wodurch ein Kompromiss aus verschiedenen Anforderungen in Bezug auf Steifigkeit, Zugfestigkeit und Isolationsvermögen geschaffen wird.
Neben einer Aufteilung eines Organoblechs zur Herstellung eines Strukturbauteils für Kraftfahrzeuge in nebeneinander liegende Zonen bzw. Bereiche des plattenförmigen Organoblechs kann eine Querschnittsschichtung eines Organoblechs in mehrere Zonen vorgesehen werden. Ein Beispiel hierfür ist in 35 dargestellt und zeigt drei Zonen, die unterschiedliche oder paarweise gemeinsame Materialeigenschaften aufweisen können. Beispielsweise kann die Zone 2 aus einem thermisch oder akustisch gut isolierenden Material bestehen, während die äußeren Zonen 1 und 3 als Zonen hoher Druckfestigkeit ausgebildet sind.
Die Herstellung eines aus verschiedenen Schichten zusammengesetzten Organoblechs ist in 36 schematisch dargestellt und weist drei Transportrollen 117, 118, 119 zur Zufuhr eines Kernbereichs 100 und zweier den Kernbereich 100 abdeckender Gewebe oder Gelege 101, 102 in Richtung der Pfeile D auf. Gegebenenfalls unter Zugabe eines Klebstoffs oder einer Kunststoffmatrix E und/oder Wärmezufuhr G werden die Gewebe oder Gelege 101, 102 an Walzen 116 mit einer auf die Gewebe oder Gelege 101, 102 einwirkenden Kraft mit dem Kernbereich 100 verbunden und als Organoblech in Richtung des Pfeiles H abgegeben.
Weitere Beispiele für die Herstellung von Organoblechen mit unterschiedlichen Zonen sind in den 37 bis 39 anhand eines als Türmodul ausgebildeten Strukturbauteils dargestellt.
Gemäß 37 weist das Organoblech 2 drei Zonen auf, von denen die mittlere Zone I einen Bereich mit hohem Widerstandsmoment ausbildet, so dass ein auf dem Strukturbauteil montierter Fensterheber mit entsprechenden Abzugskräften nicht zu einer Verformung des aus dem Organoblech 2 hergestellten Strukturbauteils führt.
38 zeigt ebenfalls eine Aufteilung eines Organoblechs 2 zur Herstellung eines Türmoduls als Strukturbauteil 5 mit einer Aufteilung in drei längs gerichtete Zonen K, L, M, von denen die mittlere Zone K eine hohe Zugfestigkeit aufweist, so dass beim Zuziehen einer Kraftfahrzeugtür auftretende Zugkräfte vom Türmodul 5 aufgenommen werden, ohne dass zu dessen Verformung kommt. Die jeweils obere und untere bzw. in der Darstellung der 38 rechte und linke Zone L, M des Organoblechs 2 zur Herstellung eines Türmoduls 5 zeichnen sich durch eine hohe Druckbelastbarkeit aus, so dass das am Türinnenblech einer Kraftfahrzeugtür befestigte Türmodul 5 eine hohe Festigkeit an den Durchtrittsöffnungen bzw. Anschraubpunkten 22 des Türmoduls 5 am Türinnenblech aufweist.
39 zeigt eine Ausrichtung von drei unterschiedlichen Zonen N, O, P an einem Organoblech 2 zur Herstellung eines Türmoduls 5 für eine Kraftfahrzeugtür, bei dem die mittlere Zone N aus einem Bereich mit hohem Widerstandsmoment besteht, so dass ggf. ein an der Struktur des Organoblechs 2 vorgesehener Verstärkungssteg 35 entfallen kann. Das hohe Widerstandsmoment der mittleren Zone N ist geeignet, auch die von einer Anschraubstelle 60 für einen Türzuziehgriff ausgeübten Zugkräfte aufzunehmen, ohne dass es zu einer Verformung des aus dem Organoblech 2 hergestellten Türmoduls 5 kommt. Die rechte und linke Zone O, P des Organoblechs 2 zur Herstellung eines Türmoduls 5 zeichnen sich wiederum durch eine hohe Druckbelastbarkeit zum Erzielen einer hohen Festigkeit an Anschraubpunkten 22 des Türmoduls 5 am Türinnenblech aus.
Bezugszeichenliste

1: Anlage zur Warmumformung von Organoblechen
2: Organoblech
3: Zugband
4: Gewebe, Gestricke oder Gelege
5: Strukturbauteil (Türmodul oder Aggregateträger)
6: Fensterheber
10: Magazin
11: Roboter mit Greifer
12: Bearbeitungseinheit
13: Strahlereinheit (Infrarot- oder Heizstrahler)
14: Spritzgießmaschine
15: ausfahrbare Nadel
16: Spiegel
17, 18: Formwerkzeuge
20: Außenrand bzw. zur Kontur des Organoblechs/Strukturbauteils
21: Lochungen
22: Schnittstellen oder Durchtrittsöffnungen (Bajonettverbindungen)
23: Überstände
24: Aufhängestellen (Schlüssellochöffnungen)
30, 31: Verbindungsstellen
32: Adapter
33: Überstand
34: Stabilisierungspfropfen
40: Kunststoffmatrix
41, 42: Endlosfasern
43–46: sich kreuzende Endlosfasern
47: Kreuzungspunkte
50: Durchbruch
60: Befestigung für einen Türzuziehgriff
61, 62: Führungsschienen
63: Fensterheberantrieb
70: Kernbereich
71, 72: Randbereiche
81–83: Lagen einer Kunststoffmatrix mit eingelagerten Endlosfasern
84–87: Folien, Vlies oder dichtender Schutzlack
91–93: Zonen unterschiedlicher Eigenschaften
94, 95: Kernbereiche
96, 97: Außenlagen
98: Kernbereich
99: Randbereich
100: Kernbereich
101, 102: Gewebe oder Gelege
116: Walzen
117–119: Transportrollen
240: Öffnungen
241: Schlitze
320, 321: Befestigungsstellen
322: Fasern oder Gewebe
A: Bewegungsrichtungen des Roboter-Greifers
B: Bewegungsrichtungen der verschiebbaren Strahlereinheit
C: Umklapprichtung
D: Abdeckrichtung
E: Klebstoffs oder Kunststoffmatrix
F: Kräfte
G: Wärmezufuhr
H: Verbindungskraft
I–P: Zonen unterschiedlicher Materialeigenschaften

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010001634 A1 [0005]
DE 102011111232 A1 [0006]
DE 202006019341 U1 [0007]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils für Kraftfahrzeuge durch Warmumformung eines aus thermoplastischem Kunststoff mit eingelagerten Endlosfasern verstärkten Halbzeugs in Plattenform („Organoblech“), dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufnahme des Organoblechs (2) in einer Warmumformungseinrichtung (1) vorgesehene Bereiche des Organoblechs (2) und/oder einer erhöhten Belastung ausgesetzte Abschnitte (21, 22) des aus dem Organoblech (2) hergestellten Strukturbauteils (5) stärker strukturiert und/oder einer besonderen thermischen Behandlung bei der Warmumformung unterzogen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Aufnahme des Organoblechs (2) in der Warmumformungseinrichtung (1) vorgesehenen Bereiche und/oder einer erhöhten Belastung ausgesetzten Abschnitte (21, 22) des Organoblechs (2) während der Warmumformung des Organoblechs (2) geringer erwärmt werden als benachbarte Bereiche des Organoblechs (2).
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Erwärmung des Organoblechs (2) mittels eines Infrarot- oder Heizstrahlers (13) die zur Aufnahme des Organoblechs (2) in der Warmumformungseinrichtung (1) vorgesehenen Bereiche und/oder einer erhöhten Belastung ausgesetzten Abschnitte (21, 22) des Organoblechs (2) gegenüber dem Infrarot- oder Heizstrahler (13) abgeschattet werden.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität der Wärmestrahlung im Bereich der zur Aufnahme des Organoblechs (2) in der Warmumformungseinrichtung (1) vorgesehenen Bereiche und/oder einer erhöhten Belastung ausgesetzten Abschnitte (21, 22) des Organoblechs (2) reduziert wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Aufnahmestellen im Organoblech (2) vorgesehen werden, die nach der Warmumformung des Organoblechs (2) geschlossen, insbesondere mit thermoplastischem Material zugespritzt werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (20) des Organoblechs (2) im Bereich von Aufnahmestellen über den Rand (20) hinaus zur Bildung von Überständen (23) erweitert wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass den Aufnahmestellen definierte, als Schlitze oder Materialverdünnung ausgebildete Schwächungsbereiche im Organoblech (2) als Fließ-, Gleit- oder Deformationsbereiche zugeordnet werden, die nach der Warmumformung des Organoblechs (2) mit einem Kunststoff verstärkt oder verschlossen werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Bereichen verstärkter Belastung des Strukturbauteils (5) Verstärkungselemente (3, 60) in das Organoblech (2) oder das Strukturbauteil (5) integriert oder auf das Strukturbauteil (5) aufgesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus einem Organoblech (2) bestehendes Verstärkungselement (3) mit dem Strukturbauteil (5) verschweißt, verklebt oder vernietet wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Adapter (32) zur Verbindung des Verstärkungselements (3) mit dem Organoblech (2) und zur Kraftverteilung des belasteten Strukturbauteils (5).
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Adapter (32) an das Verstärkungselement (3) angespritzt, angeklebt, eingeformt oder angenietet werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Adapter (32) und das Verstärkungselement (3) in ein Spritzwerkzeug zur Herstellung des Strukturbauteils (5) eingelegt und eingespritzt werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Verbindungsstellen (30, 31) des Verstärkungselements (3) in einen Durchbruch (50) des Strukturbauteils (5) eingelegt und durch Einfügen eines Stabilisierungselements (34) mit dem Strukturbauteil (5) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Adapter (32) im Randbereich (20) des Organoblechs (2) angeordnet werden und dass der Randbereich (20) im Bereich der Anordnung der Adapter (32) mit einem Überstand (33) versehen wird, der umgeklappt und thermisch mit den Adaptern (32) verschweißt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem thermoplastischen Kunststoff eingelagerten Endlosfasern (41–46) belastungsorientiert angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei sich kreuzende Endlosfaserlagen (41–46) vorgesehen und in den Kreuzungspunkten (47) fixiert, insbesondere vernäht, werden.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Endlosfasern oder Endlosfaserlagen (41–46) vor der Einlagerung in einer thermoplastischen Kunststoffmatrix (40) zum Erzielen optimaler Ausrichtung in Winkellagen positioniert werden, die den Belastungsrichtungen des Strukturbauteils (5) entsprechen.
Verfahren nach mindestens einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Lagen einer thermoplastischen Kunststoffmatrix (40) mit und ohne eingelagerte Endlosfasern (41–46) in das Organoblech (2) integriert werden.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass äußere Lagen (71, 72) des Organoblechs (2) aus mit Karbonfasern verstärktem thermoplastischem Kunststoff mit einer Zwischenlage (70) aus Aramid verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlage (70) aus Aramid mit Naturfasern, insbesondere aus Holz oder Sisal, gemischt wird.
Organoblech zur Herstellung eines Strukturbauteils für Kraftfahrzeuge nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen mehrlagigen Aufbau (81–83) mit auf mindestens einer Außenseite und/oder mindestens einer zwischen zwei Lagen (81–83) angeordneten Dichtungsschicht (85–87).
Organoblech nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsschicht (85–87) aus einer Folie, einem Vlies oder einem dichtenden Schutzlack besteht.
Organoblech zur Herstellung eines als Türmodul oder Aggregateträger einer Kraftfahrzeugtür ausgebildeten Strukturbauteils nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die in thermoplastischem Kunststoff (40) eingelagerten Endlosfasern oder Endlosfaserlagen (41–46) in Belastungsrichtung eines auf dem Türmodul (5) montierten Funktionselements (6) der Kraftfahrzeugtür ausgerichtet sind.
Organoblech nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Endlosfasern oder Endlosfaserlagen (41–46) in Abzugsrichtung einer Fensterscheibe eines Fensterhebers (6), insbesondere parallel zu den Führungsschienen (61, 62) des Fensterhebers (6), ausgerichtet sind.
Organoblech nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Endlosfasern oder Endlosfaserlagen (41–46) in Richtung der Zugverbindung zwischen einem Türschloss und einem Türscharnier der Kraftfahrzeugtür ausgerichtet sind.
Organoblech nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Endlosfasern oder Endlosfaserlagen (41–46) in Belastungsrichtung eines Türzuziehgriffes ausgerichtet sind.
Organoblech zur Herstellung eines als Türmodul oder Aggregateträger einer Kraftfahrzeugtür ausgebildeten Strukturbauteils nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 20, gekennzeichnet durch im Randbereich (20) des Organoblechs (2) angeordnete Durchbrüche oder angespritzte Befestigungselemente zur Verbindung des Türmoduls (5) mit einem Türinnenblech der Kraftfahrzeugtür.
Organoblech nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche zur Aufnahme von Befestigungselementen für eine Bajonettverbindung zwischen dem Organoblech (2) und dem Türinnenblech ausgebildet sind.
Organoblech nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungselemente an den Rand der Durchbrüche, einen Sollbruchbereich ausbildend, angespritzt sind.
Strukturbauteil mit mindestens einem Organoblech nach den Ansprüchen 21 bis 29, gekennzeichnet durch einen sandwichartigen Aufbau mit äußeren Organoblechen (2) und einem den jeweiligen Anforderungen des Strukturbauteils (5) angepassten Kernbereich (91–95).
Strukturbauteil mit mindestens einem Organoblech nach den Ansprüchen 21 bis 29, gekennzeichnet durch mehrere den jeweiligen Anforderungen angepasste Zonen (I–P) des flächenförmigen Strukturbauteils (5).
Strukturbauteil nach Anspruch 30 oder 31, gekennzeichnet durch mehrere den jeweiligen Anforderungen angepasste Zonen (I–P) des flächenförmigen Strukturbauteils (5) mit einem mehrlagigen, sandwichartigen Aufbau mit – unterschiedlichem Kernmaterial und/oder – unterschiedlichen Kerndicken und/oder – unterschiedlicher Anzahl verschiedener Zonen des flächenförmigen Strukturbauteils.
Strukturbauteil nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 30 bis 32, gekennzeichnet durch thermisch oder akustisch gut isolierende Zonen (93) mit geringer Druckstabilität in Verbindung mit Zonen (91, 92; M, O, P) hoher Druckfestigkeit.
Strukturbauteil nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 30 bis 33, gekennzeichnet durch mindestens eine Zone (I, N) mit hohem Widerstandsmoment.
Strukturbauteil nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 30 bis 34, gekennzeichnet durch eine Zone (K) hoher Zugfestigkeit und mehrerer Zonen hoher Druckbelastbarkeit (L, M).