DE102013215375A1 - Verfahren für die Herstellung eines wenigstens abschnittsweise hohlen Strukturbauteils eines Fahrzeugs - Google Patents

Verfahren für die Herstellung eines wenigstens abschnittsweise hohlen Strukturbauteils eines Fahrzeugs Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die Herstellung eines wenigstens abschnittsweise hohlen Strukturbauteils (10) eines Fahrzeugs, aufweisend die folgenden Schritte: Einsetzen zumindest eines Faserverbundhalbzeugs (20) in eine Kavität (110) eines Werkzeugs (100), Schließen des Werkzeugs (100), Einbringen einer Materialschmelze (30) in die Kavität (110), Einbringen eines Druckfluids (40) in die mit der Materialschmelze (30) gefüllte Kavität (110) zur Erzeugung eines Hohlraums (32) in der Materialschmelze (30), Abkühlen der Materialschmelze (30) zur Ausbildung des wenigstens abschnittsweise hohlen Strukturbauteils (10).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die Herstellung eines wenigstens abschnittsweise hohlen Strukturbauteils sowie ein Strukturbauteil, insbesondere hergestellt mittels einem solchen Verfahren.
  • Grundsätzlich ist es bekannt, dass in Fahrzeugen Strukturbauteile mit wenigstens abschnittsweise hohlen Strukturabschnitten Verwendung finden. Dabei wird zur Reduktion von Gewicht des Fahrzeugs z. B. ein sogenanntes WIT-Verfahren (Wasserinjektionsverfahren) oder ein sogenanntes GIT-Verfahren (Gasinjektionsverfahren) eingesetzt. Bei solchen Verfahren wird in einer Materialschmelze aus verflüssigtem thermoplastischem Kunststoff ein Druckfluid eingebracht, um einen Hohlraum zu erzeugen. Dies führt zu Bauteilen mit wenigstens abschnittsweise sich erstreckenden Hohlräumen, sodass trotz der geometrischen Erstreckung eine Reduktion des Gewichts dieses Strukturbauteils erzielt werden konnte.
  • Der Einsatz der voranstehend beschriebenen Strukturbauteile in Fahrzeugen ist jedoch stark limitiert. Dies beruht insbesondere auf der relativ geringen mechanischen Belastbarkeit solcher Strukturbauteile. Insbesondere ist es bislang nicht möglich, derartige besonders leichte Strukturbauteile aus thermoplastischen Kunststoffen für die mechanischen Tragrahmen eines Fahrzeugs einzusetzen. Hierfür ist die mechanische Belastbarkeit, insbesondere in hohen Belastungssituationen wie auch in Crash-Situationen des Fahrzeugs, für solche bekannten Strukturbauteile aus thermoplastischen Kunststoffen nicht ausreichend hoch.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise die mechanische Belastbarkeit unter Beibehaltung oder im Wesentlichen der Beibehaltung der Gewichtsvorteile der hohlen Bauteile zu erhöhen.
  • Voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Strukturbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Strukturbauteil und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient der Herstellung eines wenigstens abschnittsweise hohlen Strukturbauteils eines Fahrzeugs. Hierfür weist das Verfahren die folgenden Schritte auf:
    • – Einsetzen zumindest eines Faserverbundhalbzeugs in eine Kavität eines Werkzeugs,
    • – Schließen des Werkzeugs,
    • – Einbringen einer Materialschmelze in die Kavität,
    • – Einbringen eines Druckfluids in die mit der Materialschmelze gefüllte Kavität zur Erzeugung eines Hohlraums in der Materialschmelze,
    • – Abkühlen der Materialschmelze zur Ausbildung des wenigstens abschnittsweise hohlen Strukturbauteils.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren basiert also grundsätzlich insbesondere auf bekannten GIT-Verfahren oder bekannten WIT-Verfahren. Jedoch wird zusätzlich zu der Verwendung eines thermoplastischen Kunststoffs in Form einer Materialschmelze eine Verstärkung mithilfe eines Faserverbundhalbzeugs erzielt.
  • Ein Strukturbauteil kann im Sinne der vorliegenden Erfindung auch ein sichtbares Bauteil des Fahrzeugs sein. Auch die Kombination aus nicht-sichtbaren Strukturabschnitten und sichtbaren Abschnitten ist für ein erfindungsgemäßes Strukturbauteil möglich.
  • Unter einem Faserverbundhalbzeug ist im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Bauteil zu verstehen, welches den Verbund aus Fasern und einem Imprägniermittel beinhaltet. Als Imprägnierung kann z. B. ein thermoplastisches Material vorgesehen sein. Dabei ist ein Faserverbundhalbzeug noch nicht mit einer komplett ausgehärteten Matrix versehen, sondern vielmehr vorbereitet auf das Aufschmelzen des Imprägniermaterials während des erfindungsgemäßen Verfahrens. Solche Faserverbundhalbzeuge können auch als sogenannte Organobleche bezeichnet werden, bei welchen Fasern z. B. aus Kunststoffen, Aramidfasern, Glasfasern oder Kohlefasern eingesetzt werden können. Die Imprägnierung erfolgt z. B. direkt auf den jeweiligen Fasern oder ist in anderer Form im Faserverbundhalbzeug vorgesehen.
  • Erfindungsgemäß erfolgt das Einsetzen des Faserverbundhalbzeugs in die Kavität aktiv oder passiv. So kann je nach Ausrichtung der Kavität ein reines Einlegen des Faserverbundhalbzeugs für das Einsetzen Verwendung finden. Jedoch ist auch ein aktives Einsetzen, z. B. in eine Haltevorrichtung in der Kavität, im Sinne der vorliegenden Erfindung denkbar.
  • Beim Schließen des Werkzeugs verbleibt dementsprechend das Faserverbundhalbzeug an der eingesetzten Position. Durch das Einsetzen wird damit die finale Position des Faserverbundhalbzeugs am Strukturbauteil bereits definiert. Das Einbringen der Materialschmelze in die Kavität kann durch unterschiedliche Verfahrensschritte erfolgen. So kann beispielsweise die restliche Kavität vollständig mit Materialschmelze aufgefüllt werden, sodass beim Eindringen des Druckfluids wieder ein Teil der Materialschmelze herausgepresst wird. Dieses Herauspressen kann z. B. in eine Zusatzkavität erfolgen. Auch kann die Materialschmelze in einen entsprechenden Vorraum einer Extrusionsvorrichtung zurückgedrückt werden. Alternativ ist es auch möglich, dass beim Eindringen der Materialschmelze nur die Menge eingebracht wird, welche auch tatsächlich für das später hohle Strukturbauteil Verwendung finden soll. Damit sind keine Zusatzvolumina mehr notwendig, sondern vielmehr wird durch das Einbringen des Druckfluids die entsprechende gewünschte Verteilung der Materialschmelze zur Ausbildung des Hohlraums zur Verfügung gestellt.
  • Ein Druckfluid kann in unterschiedlichster Weise ausgebildet sein. So kann z. B. ein inkompressives Medium auf Wasserbasis Verwendung finden. Jedoch sind auch Gase einsetzbar, um als Druckfluid den Hohlraum zu erzeugen. Auch die Kombination aus inkompressiven Medien und Gasen als Druckfluid ist im Sinne der vorliegenden Erfindung denkbar.
  • Durch das Abkühlen der Materialschmelze entsteht das Strukturbauteil. Die abgekühlte Materialschmelze kann dementsprechend auch als Trägerstruktur des Strukturbauteils bezeichnet werden.
  • Durch die sich einstellende Verbindung zwischen dem Faserverbundhalbzeug und der Materialschmelze bzw. der daraus resultierenden Trägerstruktur des Strukturbauteils folgt eine mechanische Stabilisierung des Strukturbauteils. Faserverbundhalbzeuge können durch den Einsatz der verstärkenden Fasern hohe mechanische Belastbarkeiten auch bei geringem Gewicht zur Verfügung stellen. Das Ausbilden ganzer Strukturbauteile aus Faserverbundwerkstoff ist jedoch sehr teuer und kann insbesondere im industriellen Maßstab nicht kostendeckend eingesetzt werden. Das gezielte Verstärken von hohlen Strukturbauteilen mit Faserverbundhalbzeugen ist dementsprechend ein Ansatz, die mechanische Stabilität unter Kostengesichtspunkten in verbesserter Weise zu erreichen. Gleichzeitig kann auf bestehende Verfahren für die Ausbildung hohler Strukturbauteile, wie z. B. WIT-Verfahren und GIT-Verfahren, zurückgegriffen werden. Diese bekannten Verfahren müssen auch nur leicht modifiziert werden, nämlich durch das Einsetzen des Faserverbundhalbzeugs vor dem Schließen des Werkzeugs. Damit kann kostengünstig und einfach, und vor allem ohne schnelle oder große Änderungen an dem tatsächlichen Herstellungsverfahren, eine entsprechende Änderung zu einem erfindungsgemäßen Verfahren führen.
  • In einem Simulationsverfahren kann vorab für das Strukturbauteil die entsprechende zu erwartende Belastungssituation bestimmt werden. So können insbesondere stark belastete Bereiche in Form von Zugbereichen oder Druckbereichen erkannt werden. Über Simulation erkannte, stark belastete Abschnitte können dementsprechend an dem Strukturbauteil mit entsprechenden Faserverbundhalbzeugen verstärkt werden.
  • Es ist darauf hinzuweisen, dass die geometrische Erstreckung des Faserverbundhalbzeugs sich bevorzugt grundsätzlich auch an der geometrischen Erstreckung des Strukturbauteils orientiert. Jedoch muss sich das Faserverbundhalbzeug nicht über die gesamte geometrische Erstreckung des Strukturbauteils erstrecken. Vielmehr können auch mehrere Faserverbundhalbzeuge vorgesehen sein, um gezielt lokale Bereiche des Strukturbauteils in erfindungsgemäßer Weise zu verstärken.
  • Es kann von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren das zumindest eine Faserverbundhalbzeug an einer Wandung der Kavität eingesetzt wird. Die Wandung der Kavität bildet damit zugleich auch die Haltevorrichtung für das Faserverbundhalbzeug aus. Während der Ausbildung des Strukturbauteils verbleibt das Faserverbundhalbzeug vorzugsweise im Bereich der Wandung der Kavität, sodass im fertigen Strukturbauteil das Faserverbundhalbzeug zumindest in Teilabschnitten die Außenwandung des Strukturbauteils ausbildet. Das Einsetzen an der Wandung der Kavität reduziert die Einwirkung auf den freien Fluss der Materialschmelze. Damit kann in einfacher und schneller und vor allem vorzugsweise im Wesentlichen unbeeinflusster Weise das Einbringen der Materialschmelze erfolgen. Beim Einsetzen wird vorzugsweise auch eine entsprechende Ausrichtung des Faserverbundhalbzeugs eingehalten. Diese orientiert sich an der Korrelation der Faserausrichtung im Faserverbundhalbzeug und einem entsprechenden Simulationsergebnis für die Belastungssituationen am Strukturbauteil.
  • Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vor und/oder bei dem Einsetzen des Faserverbundhalbzeugs dieses aufgeheizt wird, insbesondere auf eine Vortemperatur im Bereich von ca. 25°C bis ca. 400°C. Die Vortemperatur liegt dabei insbesondere unterhalb der Schmelztemperatur der Imprägniermatrix bzw. des Imprägniermaterials des Faserverbundhalbzeugs. Durch das Aufheizen auf eine Vortemperatur erfolgt eine Reduktion von möglichen Spannungen beim Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens. So wird der Temperaturunterschied zwischen Faserverbundhalbzeug und zugehörigem Werkzeug deutlich reduziert. Darüber hinaus kann das Aufheizen des Faserverbundhalbzeugs ein erleichtertes Einformen bzw. Umformen des Materials des Faserverbundhalbzeugs während des Einsetzens in die Kavität zur Verfügung stellen. Das Aufheizen kann z. B. mittels Wärmeleitung und insbesondere auch mittels Wärmestrahlung (Infrarotstrahlung) erfolgen. So kann an einem Greifer eines Handlingelements ein entsprechender Infrarotstrahler angeordnet sein, um diesen Schritt des Aufheizens durchzuführen.
  • Vorteilhaft ist es ebenfalls, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren der Schritt des Einsetzens des Faserverbundhalbzeugs, insbesondere nach einem Aufheizen, unter Verformung des Faserverbundhalbzeugs erfolgt. Wie bereits im voranstehenden Absatz angesprochen, erfolgt beim Einsetzen insbesondere eine Verformung des Faserverbundhalbzeugs. Das Einlegen erfolgt also mit einem Anschmiegen an die Wandung der Kavität. Dies kann auch unter mechanischer Einwirkung sozusagen als aktives Einpressen erfolgen. Damit wird eine besonders vorteilhafte geometrische Ausbildung der Relation des Faserverbundhalbzeugs mit Bezug auf das finale Strukturbauteil erreicht. Insbesondere wird Luft auf der Außenseite des Faserverbundhalbzeugs zur Wandung hin herausgedrückt, sodass die Verstärkung im Wesentlichen vollständig die Außenhaut bzw. die Außenwandung des Strukturbauteils ausbilden kann. Dies reduziert den Ausschuss bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Ein weiterer Vorteil ist erzielbar, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren das Druckfluid als inkompressives Medium, insbesondere auf Wasserbasis, ausgebildet ist. Wasser kann dabei rein oder mit Zusätzen eingesetzt werden. Die Verwendung eines inkompressiven Mediums reduziert den Aufwand für die notwendige Injektionsvorrichtung für das Einbringen des Druckfluids. Auch kann es kostengünstig und umweltfreundlich eingesetzt werden.
  • Vorteilhaft ist es weiter, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zumindest ein Faserverbundhalbzeug in Form eines Organoblechs in die Kavität eingesetzt wird. Ein Organoblech ist dabei eine Kombination aus Fasergewebe und einem Imprägniermaterial, insbesondere einem thermoplastischen Imprägniermaterial. Als mögliche Fasern sind insbesondere Glasfasern, Kohlefasern und Aramidfasern zu nennen. Grundsätzlich wäre es jedoch auch möglich, Basaltfasern oder Naturfasern einzusetzen. Die Ausrichtung der einzelnen Fasern des Gewebes kann sich an einer vorher simulierten und zu erwartenden Belastungssituation des Strukturbauteils orientieren. Durch die Ausbildung und Einbringung einer Materialschmelze in die Kavität erfolgt auch ein Aufschmelzen der thermoplastischen Imprägnierung des Organoblechs. Damit bildet sich eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem thermoplastischen Imprägniermaterial des Faserverbundhalbzeugs und der Materialschmelze aus. Zusätzliche Verbindungsmechanismen, wie Kleben oder formschlüssiges Verbinden, sind nicht mehr zwingend notwendig, um ein erfindungsgemäßes Strukturbauteil fertigzustellen.
  • Ein weiterer Vorteil wird erzielt, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren das zumindest eine Faserverbundhalbzeug oder wenigstens zwei Faserverbundhalbzeuge gemeinsam umlaufend eine Wandung der Kavität auskleiden. Damit wird umlaufend um das Strukturbauteil die beschriebene Verstärkung mithilfe der Faserverbundhalbzeuge erzielt. Dies kann über den gesamten axialen Verlauf des Strukturbauteils der Fall sein. Bevorzugt wird jedoch nur über axiale Teilabschnitte des Strukturbauteils die umlaufende Verstärkung mithilfe eines als Zylindermantel ausgebildeten Faserverbundhalbzeugs oder mehrerer Faserverbundhalbzeuge erzielt. Damit kann eine lokale Verstärkung als umlaufende Vollverstärkung zur Verfügung gestellt werden.
  • Ein weiterer Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zumindest zwei Faserverbundhalbzeuge in die Kavität des Werkzeugs voneinander beabstandet, insbesondere in Umfangsrichtung und/oder in axialer Richtung der Kavität, eingesetzt werden. Die Beabstandung in axialer Richtung bzw. die Beabstandung in Umfangsrichtung reduziert den notwendigen Materialaufwand für die Faserverbundhalbzeuge. So kann noch gezielter eine Anpassung an, z. B. durch Simulation bestimmte, Belastungssituationen des Strukturbauteils erfolgen. So können einzelne streifenförmige Faserverbundhalbzeuge sich im Wesentlichen parallel zueinander entlang der Außenwandung des Strukturbauteils erstrecken. Auch sind mehrere vollumlaufende Vollverstärkungen gemäß dem voranstehenden Absatz möglich, welche voneinander in axialer Richtung beabstandet sind. Auch ein Überlappen einzelner Faserverbundhalbzeuge, also sozusagen ein doppeltes Gewebe, ist im Sinne der vorliegenden Erfindung möglich.
  • Vorteilhaft ist es darüber hinaus, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren das Faserverbundhalbzeug einen Verbindungsabschnitt aufweist, welcher sich zwischen zwei wenigstens abschnittsweise hohlen Strukturbauteilen erstreckt. Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann selbstverständlich in der Kavität auch zwei oder mehr Injektionsvorrichtungen aufweisen, sodass mit einem Spritzgussbauteil auch parallele Hohlräume erzielbar sind. Insbesondere können auf diese Weise sozusagen Doppelrahmenstrukturen zur Verfügung gestellt werden, wie sie als Stabilitätsrahmen aus dem Metallbau bekannt sind. Die Verbindung zwischen diesen Doppelrohren erfolgt über den Verbindungsabschnitt, welcher durch das Faserverbundhalbzeug zumindest abschnittsweise verstärkt wird. Dabei kann der Verbindungsabschnitt allein die Verbindung zwischen den beiden hohlen Strukturbauteilen zur Verfügung stellen. Jedoch ist auch eine Kombination des Faserverbundhalbzeugs mit nicht hohlem Material aus Thermoplast, also der Materialschmelze, denkbar. Auch eine reine thermoplastische Materialbrücke ist in Abschnitten teilweise denkbar, insbesondere wenn dort nur eine geringe mechanische Belastung zu erwarten ist.
  • Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Strukturbauteil, insbesondere hergestellt mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens, aufweisend wenigstens einen sich zumindest abschnittsweise innerhalb des Strukturbauteils erstreckenden Hohlraum. Weiter ist ein Faserverbundhalbzeug vorgesehen, welches in stoffschlüssiger Weise befestigt die Außenwandung des Strukturbauteils ausbildet. Ein erfindungsgemäßes Strukturbauteil bringt die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren erläutert worden sind. Insbesondere können die einzelnen Bauformen eingesetzt werden, wie sie in den Unteransprüchen zum erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben worden sind. Dabei handelt es sich hinsichtlich der Unterschiede insbesondere um die tatsächliche Erstreckung des zumindest einen Faserverbundhalbzeugs. Die Verstärkung mithilfe des Faserverbundhalbzeugs erfolgt insbesondere an einem Abschnitt des Strukturbauteils, welcher mit dem Hohlraum korreliert.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen schematisch:
  • 1 ein erster Schritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 2 ein weiterer Schritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 3 ein weiterer Schritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 4 ein weiterer Schritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 5 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strukturbauteils,
  • 6 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strukturbauteils,
  • 7 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strukturbauteils,
  • 8 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strukturbauteils und
  • 9 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strukturbauteils.
  • Anhand der 1 bis 4 wird schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren erläutert. So ist hier ein Werkzeug 100 mit zwei Werkzeughälften 102 und 104 vorgesehen. Der untere Teil der jeweiligen Fig. zeigt dabei die Seitenansicht, während der obere Teil jeweils die Draufsicht des Werkzeugs 100 darstellt.
  • In dem Werkzeug 100 ist eine Kavität 110 ausbildbar, welche durch das Schließen der beiden Werkzeughälften 102 und 104 erzeugt wird.
  • In 1 wird mit einer Greifvorrichtung 120 ein Faserverbundhalbzeug 20 in Form eines Organoblechs herbeigebracht. Die beiden Werkzeughälften 102 und 104 sind auseinandergefahren und das Werkzeug 100 damit geöffnet. Auf der Oberseite der linken Werkzeughälfte 102 ist gut eine Injektionsvorrichtung 130 für die Injektion von Druckfluid 40 zu erkennen.
  • 2 zeigt die Situation nach dem Einbringen des Faserverbundhalbzeugs 20, welches mithilfe einer Infrarotheizung vorzugsweise während des Einbringens auf eine Vortemperatur im Bereich von ca. 80°C bis ca. 150°C aufgeheizt worden ist. Beim Einbringen kann ein teilweises Auskleiden der Wandung 112 der Kavität 110 erfolgen, wie dies insbesondere in der Draufsicht in 2 zu erkennen ist. Dieses Einbringen erfolgt insbesondere unter mechanischer Einwirkung, also in Form eines Einpressens.
  • 3 zeigt, dass nach dem Schließen des Werkzeugs 100 über eine Extrusionsvorrichtung 140 Materialschmelze 30, z. B. in Form von flüssigem thermoplastischen Material, eingebracht werden kann. Bei dieser Ausführungsform wird die komplette Kavität 110 mit der Materialschmelze 30 ausgefüllt.
  • Um den Hohlraum 32 in gewünschter Weise zu erzielen, wird anschließend die Injektionsvorrichtung 130 gemäß 4 eingesetzt, um Druckfluid 40 in die Materialschmelze 30 zur Ausbildung des Hohlraums 32 einzubringen. Überschüssige Materialschmelze 30 wird bei dieser Ausführungsform in die Extrusionsvorrichtung 140 bzw. deren Vorkammer zurückgedrückt. Abschließend erfolgt der Schritt des Auskühlens, sodass die Materialschmelze 30 sich nun zu einer Trägerstruktur 12 verfestigt.
  • Die 5 bis 9 zeigen verschiedene Ausführungsvarianten, welche durch ein erfindungsgemäßes Verfahren hergestellt worden sind. So ist in 5 eine Möglichkeit dargestellt, wie sie als direktes Ergebnis der Schritte gemäß der 1 bis 4 zu erkennen ist. Die Verstärkung mithilfe des Faserverbundhalbzeugs 20 bildet auf der linken Seite die Außenwandung 14 auf der Trägerstruktur 12 des Strukturbauteils 10 aus. Diese Verstärkung korreliert mit dem Hohlraum 32 und ist teilumfänglich um den Umfang des zylindrisch ausgebildeten Strukturbauteils 10 vorgesehen.
  • 6 zeigt eine in Umlaufrichtung des Strukturbauteils 10 ausgebildete Vollverstärkung. Das Faserverbundhalbzeug 20 ist vorzugsweise mit zwei Halbschalen ausgebildet und umschließt das Strukturbauteil 10 vollständig.
  • 7 zeigt eine Möglichkeit der axialen Beabstandung der Lösung gemäß 6, sodass trotz Reduktion des Materialaufwandes für das Faserverbundhalbzeug 20 die mechanische Stabilisierung lokal verstärkend wirken kann.
  • Die 8 und 9 zeigen eine Variante eines Doppelrohrrahmens mit einem Strukturbauteil 10 mit zwei Hohlräumen 32. Um die Kraftübertragung zwischen der Trägerstruktur 12 um den jeweiligen Hohlraum 32 zu gewährleisten, ist das Faserverbundhalbzeug 20 mit einem Verbindungsabschnitt 22 versehen, welcher eben diese Kraftübertragung ermöglicht. In 8 ist dabei eine Korrelation zwischen dem Faserverbundhalbzeug 20 an dem Verbindungsabschnitt 22 und der zugehörigen Trägerstruktur 12 zu erkennen. Jedoch ist es auch möglich, wie es die 9 zeigt, dass die Verbindung zwischen den beiden mit Hohlräumen 32 versehenen Trägerstrukturen 12 ausschließlich durch das Faserverbundhalbzeug 20 in Form des Verbindungsabschnitts 22 zur Verfügung gestellt wird.
  • Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können die einzelnen Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Strukturbauteil
    12
    Trägerstruktur
    14
    Außenwandung
    20
    Faserverbundhalbzeug
    22
    Verbindungsabschnitt
    30
    Materialschmelze
    32
    Hohlraum
    40
    Druckfluid
    100
    Werkzeug
    102
    Werkzeughälfte
    104
    Werkzeughälfte
    110
    Kavität
    112
    Wandung
    120
    Greifvorrichtung
    130
    Injektionsvorrichtung
    140
    Extrusionsvorrichtung

Claims (10)

  1. Verfahren für die Herstellung eines wenigstens abschnittsweise hohlen Strukturbauteils (10) eines Fahrzeugs, aufweisend die folgenden Schritte: – Einsetzen zumindest eines Faserverbundhalbzeugs (20) in eine Kavität (110) eines Werkzeugs (100), – Schließen des Werkzeugs (100), – Einbringen einer Materialschmelze (30) in die Kavität (110), – Einbringen eines Druckfluids (40) in die mit der Materialschmelze (30) gefüllte Kavität (110) zur Erzeugung eines Hohlraums (32) in der Materialschmelze (30), – Abkühlen der Materialschmelze (30) zur Ausbildung des wenigstens abschnittsweise hohlen Strukturbauteils (10).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Faserverbundhalbzeug (20) an einer Wandung (112) der Kavität (110) eingesetzt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor und/oder bei dem Einsetzen des Faserverbundhalbzeugs (20) dieses aufgeheizt wird, insbesondere auf eine Vortemperatur im Bereich von ca. 25°C bis ca. 400°C.
  4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Einsetzens des Faserverbundhalbzeugs (20), insbesondere nach einem Aufheizen, unter Verformung des Faserverbundhalbzeugs (20) erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckfluid (40) als inkompressibles Medium, insbesondere auf Wasserbasis, ausgebildet ist.
  6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Faserverbundhalbzeug (20) in Form eines Organoblechs in die Kavität (40) eingesetzt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Faserverbundhalbzeug (20) oder wenigstens zwei Faserverbundhalbzeuge (20) gemeinsam umlaufend eine Wandung (112) der Kavität (110) auskleiden.
  8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Faserverbundhalbzeuge (20) in die Kavität (40) des Werkzeugs (100) voneinander beabstandet, insbesondere in Umfangsrichtung und/oder in axialer Richtung der Kavität (40), eingesetzt werden.
  9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Faserverbundhalbzeug (20) einen Verbindungsabschnitt (22) aufweist, welcher sich verbindend zwischen zwei wenigstens abschnittsweise hohlen Strukturbauteilen (10) erstreckt.
  10. Strukturbauteil (10), insbesondere hergestellt mittels eines Verfahrens mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 9, aufweisend wenigstens einen sich zumindest abschnittsweise innerhalb des Strukturbauteils (10) erstreckenden Hohlraum (32) und zumindest ein Faserverbundhalbzeug (20), welches in stoffschlüssiger Weise befestigt die Außenwandung (14) des Strukturbauteils (10) ausbildet.
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