DE102013222923A1

DE102013222923A1 - Aufprallbeständiges Strukturbauteil für Kraftfahrzeug und Herstellungsverfahren desselben

Info

Publication number: DE102013222923A1
Application number: DE201310222923
Authority: DE
Inventors: Julien Richeton; Jerome Coulton; Stephane RINGENBACH; Dae Seok Jeong
Original assignee: Hyundai Motor Europe Technical Center GmbH; Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Europe Technical Center GmbH; Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2013-11-11
Filing date: 2013-11-11
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2033-11-12
Also published as: US20150129116A1; US9610909B2; DE102013222923B4; CN104629070A; KR101637284B1; KR20150055541A

Abstract

Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines aufprallbeständigen Strukturbauteils für ein Kraftfahrzeug bereit, wobei das aufprallbeständige Strukturbauteil ein Trägerelement zum Aufnehmen einer Stoßkraft während eines Aufprallunfalls des Kraftfahrzeugs aufweist. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Anordnens mindestens einer Lage von Fasern, die eine Länge von 100 mm oder mehr aufweisen, einen Schritt des Mischens von zur Ausbildung eines thermoplastischen Polymerharzes benötigten Komponenten, wobei die Komponenten ein reaktives Monomer umfassen, um ein flüssiges Vorläufergemisch des thermoplastischen Polymerharzes zu bilden, einen Schritt des Tränkens der mindesten einen Lage von Fasern mit dem flüssigen Vorläufergemisch und einen Schritt des Formens des Trägerelements mittels einer in-situ-Polymerisationsreaktion des flüssigen Vorläufergemischs, mit dem die mindesten eine Lage von Fasern getränkt wurde. Unter weiteren Gesichtspunkten schafft die Erfindung ein aufprallbeständiges Strukturbauteil, das mit einem solchen Herstellungsverfahren hergestellt ist, sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen aufprallbeständigen Strukturbauteil.

Description

Hintergrund
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein aufprallbeständiges Strukturbauteil für ein Kraftfahrzeug und auf ein Herstellungsverfahren zur Herstellung eines derartigen aufprallbeständigen Strukturbauteils. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Kraftfahrzeug mit einem aufprallbeständigen Strukturbauteil.
Seit den ersten Jahrzehnten ihrer Entwicklung sind Kraftfahrzeuge mit Stoßfängern ausgerüstet worden, bei denen es sich um aufprallbeständige Strukturbauteile handelt, die an der Vorderseite des Kraftfahrzeugs angebracht werden, um im Falle eines Aufprallunfalls einer Stoßkraft zu widerstehen, sodass innere Schäden am Kraftfahrzeug vermieden oder begrenzt werden. Heutigentags verlangen die meisten Rechtsordnungen Stoßfänger an Front und Heck eines Kraftfahrzeugs, wobei ähnliche aufprallbeständige Strukturbauteile zusätzlich z. B. an Seitenwänden oder quer über den oberen Bereich des Kraftfahrzeugs vorgesehen sein können.
In gegenwärtig hergestellten Kraftfahrzeugen sind Stoßfänger für gewöhnlich unter einer auf das Karosseriedesign des Kraftfahrzeugs abgestimmten Abdeckung verborgen, typischerweise aus Stahl hergestellt und mit zusätzlichen Teilen wie Crashboxen zur Aufnahme von Stoßenergie zusammengebaut. Stahl besitzt die erforderliche Festigkeit und Steifigkeit, die für Aufprallbeständigkeit benötigt wird, ist aber auch schwer an Gewicht und schwierig in komplexe Formen zu bringen, die das Karosseriedesign erfordert. Daher ist es häufig notwendig, eine Stoßfängerträgeranordnung mit weiteren Elementen wie zusätzlichen Versteifungen und Klammern zur Anbindung der Versteifungen an den Stoßfängerträger auszulegen, was das Gewicht weiter erhöht und die Fertigung erschwert.
Als Alternative offenbart US 6 346 325 B1 die Herstellung eines Stoßfängerträgers als faserverstärkter starrer thermoplastischer Verbundkörper unter Einsatz eines Entpolymerisations-Wiederpolymerisations-(DPRP)-Mechanismus. Der Herstellungsprozess beinhaltet kontinuierliches Ziehen eines Faserbündels durch eine Schmelze, welche gewonnen wurde durch Erhitzen eines katalysatorhaltigen festen thermoplastischen Polyurethans auf eine Temperatur, die ausreicht das thermoplastische Polyurethan zu entpolymerisieren, Tränken des gezogenen Faserbündels mit dem entpolymerisierten thermoplastischen Polyurethan, um eine Verbundwerkstoffschmelze zu bilden, und Formen der Verbundwerkstoffschmelze zu einem Artikel, gefolgt von Umschließen des Artikels mit einem thermoplastischen Harz.
Da es allerdings eine Maximaltemperatur gibt, bis zu der die Schmelze erhitzt werden kann, ohne ihre Fähigkeit zur Wiederpolymerisation zu verlieren, ist die Viskosität der Schmelze während des Tränkens des Faserbündels durch eine entsprechende Minimalviskosität beschränkt, die für den Faseranteil und damit für das im fertigen Gegenstand erzielbare Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht eine Obergrenze setzt. Es wäre somit wünschenswert, einen Stoßfängerträger oder ein anderes aufprallbeständiges Strukturbauteil für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, das ein günstiges Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht aufweist und einfach herzustellen ist.
Offenbarung der Erfindung
Die obige Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines aufprallbeständigen Strukturbauteils für ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 1 und ebenfalls durch ein aufprallbeständiges Strukturbauteil für ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 7 sowie ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 20.
Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines aufprallbeständigen Strukturbauteils für ein Kraftfahrzeug bereit, wobei das aufprallbeständige Strukturbauteil ein Trägerelement zum Aufnehmen einer Stoßkraft während eines Aufprallunfalls des Kraftfahrzeugs aufweist. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Anordnens mindestens einer Lage von Fasern, die eine Länge von 100 mm oder mehr aufweisen, einen Schritt des Mischens von zur Ausbildung eines thermoplastischen Polymerharzes benötigten Komponenten, wobei die Komponenten ein reaktives Monomer umfassen, um ein flüssiges Vorläufergemisch des thermoplastischen Polymerharzes zu bilden, einen Schritt des Tränkens der mindesten einen Lage von Fasern mit dem flüssigen Vorläufergemisch und einen Schritt des Formens des Trägerelements mittels einer in-situ-Polymerisationsreaktion des flüssigen Vorläufergemischs, mit dem die mindesten eine Lage von Fasern getränkt wurde.
Weil das flüssige Vorläufergemisch durch Mischen der zur Ausbildung des thermoplastischen Polymerharzes benötigten Komponenten zubereitet wird, wobei die Komponenten ein reaktives Monomer umfassen, kann das flüssige Vorläufergemisch im Wesentlichen aus kleinen Molekülen geringen Molekulargewichts bestehen, sodass das flüssige Vorläufergemisch mit besonders geringer Viskosität bereitgestellt werden kann, ohne es auf eine Temperatur zu erwärmen, die es der Gefahr chemischer Verschlechterung aussetzen würde. Folglich ist es im Tränkungsschritt dem flüssigen Vorläufergemisch aufgrund seiner niedrigen Viskosität möglich, auch kleine Hohlräume innerhalb der mindestens eine Lage von Fasern schnell zu durchdringen. Dies ermöglicht eine dichte Packung der mindestens einen Lage von Fasern, was wiederum zu einem hohen Fasergehalt des fertigen Trägerelements führt und so ein ausgezeichnetes Verhältnis von Festigkeit zum Gewicht für das aufprallbeständige Strukturbauteil ermöglicht. Die Verwendung eines thermoplastischen Harzes, im Vergleich zu einem duroplastischen Harz, ermöglicht dem Bauteil eine hohe Aufprallbeständigkeit aufzuweisen, welche um einen Faktor von bis zu zehn erhöht ist, sowie durch Anwendung von Wärme nachverformt zu werden. Zudem erleichtert die Verwendung eines thermoplastischen Harzes erheblich das Recycling am Ende der Lebensdauer des Bauteils. Dies ist von besonderer Bedeutung angesichts neuerer mit der Wiederverwertbarkeit von Kraftfahrzeugen befasster Rechtsvorschriften wie der EU-Richtlinie 2000/53/EG, die ab dem Jahr 2015 verlangt, Wiederverwendung und Verwertung auf mindestens 85% eines Durchschnittsgewichts je Fahrzeug und Jahr zu erhöhen.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren ferner einen Schritt des Vorheizens der mindesten einen Lage von Fasern vor dem Schritt des Tränkens der mindesten einen Lage von Fasern mit dem flüssigen Vorläufergemisch. Auf diese Weise kann die das thermoplastische Polymer bildende in-situ-Polymerisationsreaktion in der Umgebung der Fasern zuerst beginnen und/oder am schnellsten fortschreiten, während eine niedrige Viskosität nachströmenden Vorläufergemisches aufrechterhalten wird. Dies führt zu einer besonders engen Verbindung zwischen Faser und dem thermoplastischen Polymerharz.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung werden der Schritt des Tränkens der mindesten einen Lage von Fasern und der Schritt des Formens des Trägerelements in einem fortlaufenden Pultrusionsprozess ausgeführt. Aufgrund des ständigen Zugs an den Fasern kann das Trägerelement mit besonders hohem Fasergehalt und mit im Wesentlichen beliebiger Länge hergestellt werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist das reaktive Monomer ein zyklisches Monomer, wobei die in-situ-Polymerisationsreaktion durch Ringöffnungspolymerisation des reaktiven Monomers erfolgt. Auf diese Weise können eine besonders niedrige Viskosität des flüssigen Vorläufergemischs und damit ein besonders hoher Fasergehalt und ein günstiges Festigkeits-Gewichts-Verhältnis erreicht werden. Vorzugsweise wird APA 6 (anionisches Polyamid 6) aus Caprolactam oder APA 12 (anionisches Polyamid 12) aus Lauryllactam in einer jeweiligen anionischen Ringöffnungsreaktion gebildet, da diese Fälle eine besonders niedrige Viskosität des flüssigen Vorläufergemischs ermöglichen, wobei die niedrigste Viskosität im Falle von APA 6 bereitgestellt wird.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung umfasst das Verfahren ferner einen Schritt des Spritzgießens mindestens eines angespritzten Elements des aufprallbeständigen Strukturbauteils aus einem thermoplastischen Werkstoff, wobei das mindestens eine periphere Element an das Trägerelement gefügt wird. So kann auf einfache Weise eine komplexe Form des aufprallbeständigen Strukturbauteils erreicht werden, ohne eine Vielzahl von Bauteilen einzeln herstellen und zusammensetzen zu müssen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist die mindestens eine Lage von Fasern einen Faseranteil von 50 Vol.-% bis 75 Vol.-%, vorzugsweise 70 Vol.-%, des Trägerelements auf. Dies ermöglicht ein besonders günstiges Festigkeits-Gewichts-Verhältnis des aufprallbeständigen Strukturbauteils.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung umfasst die mindestens eine Lage von Fasern eine Lage von Glasfasern und/oder eine Lage von Kohlenstofffasern. Auf diese Weise können ein besonders hoher Biegemodul und hohe Biegefestigkeit, die durch Kohlenstofffasern vorteilhaft bereitgestellt werden, flexibel mit der mechanischen Robustheit und geringeren Kosten von Glasfasern nach Bedarf kombiniert werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung umfasst die mindestens eine Lage von Fasern eine Mittellage und symmetrisch zu beiden Seiten der Mittellage angeordnete weitere Lagen. Dies ermöglicht die interne Spannung zwischen Lagen mit unterschiedlichen Eigenschaften zu minimieren, z. B. Lagen, die Fasern mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten enthalten, wie beispielsweise Glasfasern und Kohlenstofffasern. Vorzugsweise ist die Mittellage eine durch ein Fasergewebe oder -gelege verstärkte Schicht. Dies ermöglicht die Bereitstellung einer Krümmung im Trägerelement bei gleichzeitiger Minimierung des für die Krümmung zu leistenden Zug-Druck-Aufwands. Vorzugsweise weist das Trägerelement eine Krümmung um eine Krümmungsachse auf, wobei die Mittellage in zur Krümmungsachse im Wesentlichen parallelen Abschnitten vorgesehen sowie in zur Krümmungsachse im Wesentlichen nichtparallelen Abschnitten nicht vorgesehen ist. Dies ermöglicht es dem Bauteil, ohne Überbeanspruchung oder Falten in der Gewebe bzw. Gelegelage an gekrümmte Formen eines Kraftfahrzeugs angepasst werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist die Mittellage Glasfasern auf, wobei die weiteren Lagen Glasfasern aufweisende Außenlagen sowie Kohlenstofffasern aufweisende Zwischenlagen umfassen, und wobei jede Zwischenlage zwischen einer Außenlage und der Mittellage angeordnet ist. Auf diese Weise können das besonders vorteilhafte Festigkeits-Gewichts-Verhältnis von Kohlenstofffasern genutzt und zugleich Robustheit und niedrige Kosten, bereitgestellt durch die Außenlagen, beibehalten werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist das Trägerelement einen gewellten Querschnitt auf, was eine größere mechanische Festigkeit pro Gewicht ermöglicht. Vorzugsweise ist der Querschnitt spiegelsymmetrisch bezüglich einer Symmetrieebene des Trägerelements, was ermöglicht, die Querschnittsform übereinstimmend mit Beschränkungen durch Werkstoff- und Herstellungsvorrichtungseigenschaften zu optimieren.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist der gewellte Querschnitt ein mittleres Wellungstal und äußere Wellungstäler auf, die zu beiden Seiten des mittleren Wellungstals angeordnet sind, wobei das mittlere Wellungstal eine größere Tiefe als die äußeren Wellungstäler aufweist. Dies ermöglicht eine hohe Festigkeit des Trägerelements und wirkt zugleich schützend, indem der Außenrichtung des Kraftfahrzeugs eine annähernd flache Oberfläche zugekehrt wird.
Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung weist der gewellte Querschnitt ein mittleres Wellungstal und eine Vorderwand auf, die das mittlere Wellungstal unter Bildung eines inneren Leerbereichs des gewellten Querschnitts abschließt. Auf diese Weise wird eine besonders hohe Widerstandsfähigkeit des Strukturbauteils gegenüber Torsionskräften ermöglicht.
Kurze Beschreibung der Figuren
1 ist eine Perspektivdarstellung eines aufprallbeständigen Teils für ein Kraftfahrzeug, mit einem Trägerelement, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2A ist eine schematische Darstellung, die einen Querschnitt des aufprallbeständigen Teils aus 1 zeigt;
2B ist eine schematische Darstellung, die einen alternativen Querschnitt des aufprallbeständigen Teils aus 1 zeigt, gemäß einer weiteren Ausführungsform;
2C ist eine schematische Darstellung, die einen Querschnitt eines aufprallbeständigen Teils für ein Kraftfahrzeug zeigt, mit einem Trägerelement, gemäß einer weiteren Ausführungsform;
3 ist eine Perspektivdarstellung eines aufprallbeständigen Teils für ein Kraftfahrzeug, mit einem Trägerelement und angespritzten Elementen, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
4 ist eine Perspektivdarstellung, die die angespritzten Elemente des aufprallbeständigen Teils aus 3 zeigt, wobei das Trägerelement ausgeblendet ist;
5 ist eine schematische Vorderansicht einer Pultrusionsvorrichtung, die ein Herstellungsverfahren gemäß einer Ausführungsform durchführt;
5A ist eine schematische Vorderansicht einer weiteren Pultrusionsvorrichtung, die ein Herstellungsverfahren gemäß einer Ausführungsform durchführt;
6 ist eine schematische Querschnittansicht einer Spritzgießvorrichtung, die einen Anspritzschritt eines Herstellungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform durchführt; und
7 ist eine schematische Seitenansicht eines Kraftfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform.
Sofern nicht anders angegeben, bezeichnen gleiche Bezugszeichen in den Figuren gleiche Elemente.
Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen
1 zeigt, in einer Perspektivansicht, ein aufprallbeständiges Strukturbauteil 700 für ein Kraftfahrzeug (nicht gezeigt), das zur Montage an der Vorderseite des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist, um als Stoßfängerträger zu dienen. In 1 ist das aufprallbeständige Strukturbauteil 700 so ausgerichtet, als ob es in einem Kraftfahrzeug eingebaut wäre, wobei die Blickrichtung einem Blick von einem Ort nahe der vorderen linken Ecke des Kraftfahrzeugs entspricht. Das aufprallbeständige Strukturbauteil 700 besteht gänzlich aus einem Profilträgerelement 100, das aus einem faserverstärkten thermoplastischen Harz hergestellt ist. Es hat eine leichte, zur Vorderseite des Kraftfahrzeugs hin konvexe Längskrümmung um eine Krümmungsachse 110 mit Krümmungsradius R₀ von 2000 mm sowie ein gewelltes Profil, das in detailliertem Querschnitt in 2A gezeigt ist.
Das Profil des Trägerelements 100, gezeigt in 2A in einer Orientierung, als wenn es in das Kraftfahrzeug mit dem Frontende des Kraftfahrzeugs in 2A nach links eingebaut wäre, ist bezüglich einer waagerechten Symmetrieebene 210 spiegelsymmetrisch und weist eine Gesamtprofilhöhe D von 110 mm sowie eine Gesamtprofiltiefe von C of 60 mm auf. Ein Schwerpunkt 209 des Querschnitts ist auf der waagerechten Symmetrieebene 210 angezeigt. Ferner angezeigt ist eine Gleichgewichtsfläche 211, die die waagerechte Symmetrieebene 210 am Massenschwerpunkt 209 schneidet und den Querschnitt in zwei Abschnitte mit gleicher Masse pro Länge des Trägerelements 100 teilt. Aufgrund der Krümmung des Trägerelements 100 bildet die Gleichgewichtsfläche 211 eine zylindrische Fläche mit Radius R₀. Das Profil ist aus einer Profilwand 101–102 gebildet, die einem Wellungsschema folgt und an den beiden Enden in einer jeweils flachen Oberwand 101 und Unterwand 102 des Profils endet, die beide in Richtung auf das Kraftfahrzeuginnere geringfügig von der Symmetrieebene 210 abgewinkelt sind. Am vorderen Ende der Unterwand 102 des Profils biegt die Profilwand 101–102 schart nach oben in eine Kehre mit einem inneren Krümmungsradius R₁ von 3 mm, dann nochmals nach oben, um sich senkrecht zu erstrecken und damit ein erstes äußeres Wellungstal 215 mit einer Tiefe E von maximal 10 mm zu bilden. Am oberen Ende des ersten äußeren Wellungstals 215 biegt die Profilwand 101–102 wieder zum vorderen Ende des Profils, dann scharf nach hinten, um ein mittleres Wellungstal 212 mit einer Tiefe F von ca. 40 mm und einer inneren Höhe L von 8 mm zu bilden, wobei sich ein senkrechter Abstand B von 50 mm zwischen der höchsten Stelle der Unterseite der Unterwand 102 und der Oberseite der unteren Seitenwand des mittleren Wellungstals 212 ergibt. Das mittlere Wellungstal ist symmetrisch um die Symmetrieebene 210 ausgebildet. Da des Weiteren der Gesamtverlauf der Profilwand 101–102 über das mittlere Wellungstal 212 hinaus durch ein zweites äußeres Wellungstal 214 bis zur Oberwand 101 aus ihrer Symmetrie bezüglich der Symmetrieebene 210 folgt, entfällt eine Wiederholung der Beschreibung.
Die Faserverstärkung des Trägerelements 100 ist aus fünf Lagen 201–205 gebildet, die symmetrisch um eine Mittellage 203 angeordnet sind. Die Lagen 201–205 können in unterschiedlichen Abschnitten der Profilwand 101–102 eine unterschiedliche Dicke aufweisen, wie durch mehrere Dickemarkierungen t_h1, t_h2, t_h3, t_h4 in waagerechten Abschnitten und t_v1, t_v2, t_v3 in senkrechten Abschnitten der Profilwand 101–102 angedeutet. Die Mittellage 203 ist aus einer Glasfasergewebe- oder -gelegeverstärkung gebildet, die für Leistungsfähigkeit bei hohen Geschwindigkeiten konzipiert ist, um einen kompletten Bruch des Trägerelements 100 im Falle eines Aufpralls sowie Torsionsbewegungen des Trägerelements 100 zu vermeiden. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Glasfasergewebe mit einer durchgehenden Dicke von 0,5 mm eingesetzt. Die textile Mittellage 203 ist zwischen zwei Zwischenlagen 202, 204 aus Kohlenstofffaserrovings eingefasst, die jeweils entlang der Länge des Trägerelements 100 parallel verlaufende Kohlenstofffasern umfassen. In den senkrechten Abschnitten der Profilwand 101–102, wie durch t_v1, t_v2, t_v3 in den Wellungstälern 214, 212, 215 markiert, besitzen die Zwischenlagen 202, 204 eine Dicke von 0,75 mm, während in den übrigen Abschnitten der Profilwand 101–102, wie durch t_h1, t_h2, t_h3, t_h4 markiert die Dicke der Zwischenlagen 0,5 mm beträgt. Nächst den Zwischenlagen 202, 204 auf der der textilen Mittellage 203 gegenüberliegenden Seite sind jeweilige Außenlagen 201, 205 angeordnet, die aus Glasfaserrovings gebildet sind, jeweils eine Dicke von 0,5 mm aufweisen und entlang der Länge des Trägerelements 100 parallel verlaufende Glasfasern umfassen. Jede in der Beschreibung des Trägerelements 100 vorstehend angegebene Abmessung ist rein beispielhaft und kann in alternativen Ausführungsformen abweichen. Zum Beispiel kann der Krümmungsradius R₀ bevorzugt aus dem Bereich von 1000 mm bis 5000 mm gewählt werden. Auch können die senkrechten Entfernungen A und B, wovon A die in der vorliegenden Ausführungsform 50 mm betragende senkrechte Entfernung vom tiefsten Punkt der Oberseite der Oberwand 101 bis zur Unterseite der oberen Seitenwand des mittleren Wellungstals 212 ist, jeweils vorzugsweise zwischen 25 mm und 75 mm liegen, wobei unterschiedliche Werte für A und B möglich sind und A + B vorzugsweise zwischen 100 mm und 150 mm beträgt. In ähnlicher Weise kann C vorzugsweise aus dem Bereich von 50 mm bis 100 mm gewählt, und D vorzugsweise aus dem Bereich von 100 mm bis 200 mm gewählt werden. Der innere Krümmungsradius R₁ ist vorzugsweise übereinstimmend mit dem kleinsten Radius eingestellt, für den die Oberfläche des Trägerelements 100 in einem Herstellungsvorgang für das Trägerelement 100 faltenfrei bleibt.
Desgleichen können die Dicke der Zwischenlagen 202, 204 in den senkrechten Abschnitten der Profilwand 101–102, wie durch t_v1, t_v2, t_v3 bezeichnet, sowie durchgehend die Dicke der textilen Mittellage 203 vorzugsweise zwischen 0 mm (d. h. Abwesenheit der betreffenden Lage 202–204) und 3 mm liegen, während die Dicke der Zwischenlagen 202, 204 in den waagerechten Abschnitten der Profilwand 101–102, wie durch t_h1, t_h2, t_h3, t_h4 bezeichnet, sowie durchgehend die Dicke der Außenlagen 201, 205 vorzugsweise zwischen 0 mm (d. h. Abwesenheit der betreffenden Lage 201, 202, 204, 205) und 2 mm liegen können. Unterschiedliche Werte können nicht nur für jede Lage 201–205 einzeln gewählt werden, sondern auch einzeln für jeden Abschnitt der Profilwand 101–102, wie durch t_h1, t_h2, t_h3, t_h4, t_v1, t_v2, t_v3 bezeichnet. Ferner können in alternativen Ausführungsformen abweichende Arten von Lagen wie z. B. Rovings, Gewebe, Gelege oder Vliesstoffe aus unterschiedlichen Fasersorten wie Glas-, Kohlenstoff-, Kevlar- oder Basaltfasern für die Lagen 201–205 gewählt werden. Um eine Verformung des Trägerelements 100 aufgrund abweichender Wärmeausdehnungskoeffizienten zu vermeiden, sind die einzelnen Lagen 201–205 vorzugsweise so konfiguriert, dass jede Art Lage (d. h. die textile Mittellage 203, die Außenlagen 201, 205 und die Zwischenlagen 202, 204) in Richtung beider Seiten der Gleichgewichtsfläche 211 gleichmäßig verteilt ist, zusätzlich zur gleichmäßigen Verteilung in Richtung beider Seiten der Symmetrieebene 210.
Die die Faserverstärkung des Trägerelements 100 bildenden Lagen 201–205 sind miteinander durch eine gemeinsame Matrix aus einem thermoplastischen Harz (in 1 und 2 vorhanden, aber nicht besonders gezeigt) verbunden, welches durch reaktive in-situ-Polymerisation nach Tränken der Lagen 201–205 mit einem flüssigen Vorläufergemisch gebildet worden ist. Das thermoplastische Harz kann z. B. anionisches Polyamid 6 (APA 6), anionisches Polyamid 12 (APA 12), Polybutylenterephthalat (PBT), thermoplastisches Polyurethan (TPU) oder ein anderes durch reaktive in-situ-Polymerisation bildbares thermoplastisches Harz sein. In den Fällen von APA 6 und APA 12, die aus Caprolactam und Lauryllactam gebildet werden, sind als Katalysator und Aktivator für anionische Polymerisation wirkende Additive z. B. von der L. Brüggemann KG unter dem Handelsnamen Brüggolen^® oder von der Rhein Chemie Rheinau GmbH unter dem Handelsnamen Addonyl^® erhältlich. Polybutylenterephthalat (PBT) kann z. B. von der Firma Cyclics unter dem Handelsnamen Cyclics CBT^® bezogen werden, während TPU-Harze z. B. bei der Firma Lubrizol unter dem Handelsnamen Estane^® zu kaufen sind.
2B zeigt einen andersartigen Querschnitt, der in seiner äußeren Form mit dem in 2A dargestellten Querschnitt übereinstimmt. Aufgrund der Identität ihrer äußeren Form kann das in 1 gezeigte Trägerelement 100 in verschiedenen Ausführungsformen einen der in 2A und 2B gezeigten Querschnitte aufweisen oder auch beide Querschnitte in verschiedenen Abschnitten des Trägerelements 100 aufweisen. In dem Querschnitt von 2B ist die textile Mittellage 203 in drei getrennten Abschnitten der Profilwand 101–102 gebildet, und zwar in jenen Abschnitten, wo die Profilwand 101–102 senkrecht verläuft, parallel zu der Gleichgewichtsfläche 211. Somit ist in jedem einzelnen Bereich, wo die textile Mittellage 203 gebildet ist, jeweils ein separater Streifen der textilen Mittellage 203 parallel zur Gleichgewichtsfläche 211 ausgerichtet, sodass jeder Punkt auf dem betreffenden separaten Streifen der Textillage 203 einen gleichen Abstand zur Krümmungsachse 110 des Trägerelements 100 hat, wie in 1 durch den Krümmungsradius R₀ angedeutet. Dies ermöglicht es, bei der Herstellung des Trägerelements 100 in einem Pultrusionsprozess jeden separaten Streifen der Textillage 203 mit einer anderen Geschwindigkeit zu ziehen, wodurch Überbeanspruchung und Falten der Textillage 203 während der Herstellung vermieden werden. In einer alternativen Ausführungsform können ein oder mehrere zusätzliche Streifen der Textillage 203 auch in waagerechten Abschnitten der Profilwand 101–102 bereitgestellt werden, wobei jeder zusätzliche Streifen eine ausreichend schmale Breite aufweist, um Überbeanspruchung und Falten der Textillage 203 im jeweiligen Streifen während der Herstellung zu vermeiden.
In den verbleibenden Abschnitten der Profilwand 101–102, wo die textile Mittellage 203 fehlt, vereinigen sich die Zwischenlagen 202, 204 zu einer Mittellage aus Faserrovings 206. Am Ende der Profilwand 101–102 sind die Außenlagen 201, 205 aus Glasfaserrovings durch Endabdecklagen 207 aus dem gleichen Material verbunden. Somit ist die gesamte Außenfläche des Trägerelements 100 durch Glasfasern gebildet, sodass Kohlenstofffasern der Mittellage aus Faserrovings 206 und der Zwischenlagen 202, 204 durch Glasfasern eingekapselt sind. Dies schützt wirksam vor Korrosion, indem verhindert wird, dass Kohlenstofffasern nach außen freigelegt werden und in Kontakt mit Wasser oder Feuchtigkeit kommen.
2C zeigt einen Querschnitt eines weiteren Trägerelements 100 eines aufprallbeständigen Strukturbauteils 700 für ein Kraftfahrzeug, das eine andere äußere Querschnittsform als das in 1 gezeigte Trägerelement 100 aufweist, ansonsten aber in der gleichen Weise mit Krümmung vom Radius R₀ gebildet ist. Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von den Ausführungsformen der 2A und 2B dadurch, dass keine äußeren Wellungstäler gebildet sind, während das mittlere Wellungstal 212 in Richtung der Vorderseite des Kraftfahrzeugs durch eine im Wesentlichen flache Vorderwand 103 abgeschlossen wird, die sich senkrecht zwischen den vorderen Rändern der Abschnitte der Oberwand 101 und Unterwand 102 erstreckt. Hierdurch ist im Querschnitt ein Hohlraum gebildet, umgeben von der Vorderwand 103 des Trägerelements 100 in Verbindung mit der Talgrundwand und den Randwänden des mittleren Wellungstals 212, wobei die an den Hohlraum grenzende Profilwandfläche mit einer weiteren Außenlage 208 aus Glasfaserrovings versehen ist. Die textile Mittellage 203 ist in zwei getrennten Streifen ausgebildet, die sich durch die gesamte Vorderwand 103 bzw. durch die gesamte Talgrundwand des mittleren Wellungstals 212 erstrecken. Somit ist die textile Mittellage 203 in allen sich senkrecht erstreckenden Wandabschnitten des Profils ausgebildet. In der vorliegenden Ausführungsform verleiht die geschlossene Ausbildung des mittleren Wellungstals 212 dem Trägerelement 100 eine größere Trägheit und Torsionsfestigkeit, was eine hohe Gesamtleistungsfähigkeit des aufprallbeständigen Strukturbauteils 700 ermöglicht.
3 ist eine perspektivische Zeichnung eines anderen aufprallbeständigen Bauteils 701 für ein Kraftfahrzeug, nämlich eines vorderen Stoßfängerträgersystems, das ein mit dem Trägerelement 100 aus 1 identisches Trägerelement 100 zusammen mit angespritzten Elementen 311–315 umfasst, die mittels Spritzgießen aus einem thermoplastischen Werkstoff gebildet sind, das kurze Fasern enthalten kann. Die angespritzten Elemente 311–315 umfassen eine untere Versteifung 311, Halterungen 312 zum Befestigen der unteren Versteifung 311 am Trägerelement 100, an beiden Enden des Trägerelements 100 in Richtung des Kraftfahrzeuginneren befestigte Crashboxen 313, Rippen 314 zur Querstützung über das mittlere Wellungstal 212 und zusätzliche Versteifungselemente 315. 4 zeigt nur die angespritzten Elemente 311–315, die durch Anspritzen starr am Trägerelement 100 befestigt sind, in einer mit 3 übereinstimmenden perspektivischen Darstellung, wobei das Trägerelement nicht sichtbar ist.
Ein Herstellungsverfahren zur Herstellung des aufprallbeständigen Strukturbauteils 700 aus 1 oder des Trägerelements 100 aus einer der 1 bis 4 wird nun unter Bezugnahme auf 5 beschrieben, die in einer schematischen Vorderansicht eine Pultrusionsvorrichtung 550 zur Herstellung des aufprallbeständigen Strukturbauteils 700 zeigt. Die Pultrusionsvorrichtung 550 beinhaltet eine Fasermaterialspeichereinrichtung 552, in der Fasermaterial für die Faserlagen 201–205 auf entsprechenden Spulen 501–505 vorgehalten wird, eine Ausrichtungseinrichtung 554 zum Ausrichten des Fasermaterials gemäß der beabsichtigten relativen Anordnung der Faserlagen 201–205 innerhalb des herzustellenden Trägerelements 100, eine Vorheizeinrichtung 520 zum Vorheizen des ausgerichteten Fasermaterials, Speicherbehälter 507 zum Speichern von Komponenten 506, 508, die zur Bildung thermoplastischen Polymerharzes 512 benötigt werden, eine Mischkammer 509 zum Mischen der Komponenten 506, 508, um eine flüssiges Vorläufergemisch 510 des thermoplastischen Polymerharzes 512 zu bilden, eine mit einer Heizeinrichtung 521 ausgestattete Pultrusionsdüse 522, die ein Innenprofil entsprechend dem gewünschten Außenprofil des herzustellenden Trägerelementes 100 sowie einen Krümmungsradius R₀ entsprechend dem beabsichtigten Krümmungsradius R₀ des Trägerelements 100 aufweist, eine Zieheinrichtung 524 zum Ziehen eines aus dem Fasermaterial und dem thermoplastischen Polymerharz gebildeten Verbundstrangs 525 aus der Pultrusionsdüse 522, wodurch das Herstellungsverfahren angetrieben wird, und eine Schneideeinrichtung 526 zum Zerschneiden des Verbundstrangs 525 in Segmente mit der gewünschten Länge des herzustellenden Trägerelements 100.
Zur Vorbereitung des Betriebs wird das auf den Spulen 501–505 gespeicherte Fasermaterial nacheinander durch die Ausrichtungseinrichtung 554, die Vorheizeinrichtung 520, die Pultrusionsdüse 522, die Zieheinrichtung 524 und die Schneideeinrichtung 526 geführt. Außerdem werden die Speicherbehälter 507 mit den zur Bildung des thermoplastischen Polymerharzes 512 benötigten Komponenten 506, 508 befüllt, die derart ausgewählt und vorbereitet werden, dass mindestens eine der Komponenten 506 ein reaktives Monomer umfasst und im Wesentlichen keine Polymerisation auftritt, solange die Komponenten 506, 508 getrennt voneinander gehalten werden. Die Speicherbehälter 507 werden auf eine hinreichend hohe Temperatur erwärmt, um die Komponenten 506, 508 in flüssigem Zustand zu speichern, z. B. auf eine Temperatur, die um 10 K oder mehr über der Schmelztemperatur des jeweiligen reaktiven Monomers liegt. Beispielsweise werden die Behälter 507 im Falle des reaktiven Monomers Caprolactam, das einen Schmelzpunkt von 69°C aufweist, bis auf 79°C erwärmt oder im Falle des reaktiven Monomers Lauryllactam, das einen Schmelzpunkt von 152°C aufweist, bis auf 162°C erwärmt.
Um den Herstellungsprozess zu starten, wird das Fasermaterial kontinuierlich oder intermittierend von der Zieheinrichtung 524 aus der Pultrusionsdüse 522 gezogen, sodass Fasermaterial in entsprechende Menge von der Speichereinrichtung 552 abgezogen wird. Nachdem es in der Ausrichtungseinrichtung 554 ausgerichtet worden ist, wird das Fasermaterial vorgeheizt, indem es die Vorheizeinrichtung 520 passiert, um mit einer erhöhten Temperatur in die Pultrusionsdüse 522 einzutreten. Gleichzeitig werden die Komponenten 506, 508 in die Mischkammer 509 geleitet, wo sie innig vermischt werden, um ein flüssige s Vorläufergemisch 510 zu bilden, welches eingespeist wird in die Pultrusionsdüse 522 an einer Position nahe ihres Eingangs 560, in den das Fasermaterial durch die Wirkung der Zieheinrichtung 524 gezogen wird. Vorzugsweise wird das flüssige Vorläufergemisch 510 vor dem Eintritt in die Pultrusionsdüse 522 vermischt und bei einer ausreichend niedrigen Temperatur, um das Auftreten von Polymerisation in signifikantem Ausmaß zu verhindern, zur Pultrusionsdüse 522 transportiert, sodass auf diese Weise eine niedrige Viskosität des flüssigen Vorläufergemischs 510 aufrechterhalten wird.
Beim Eintritt in die Pultrusionsdüse 522 tränkt das flüssige Vorläufergemisch 510 das Fasermaterial, wobei es aufgrund seiner geringen Viskosität selbst in winzige Hohlräume zwischen den Fasern eindringt und die Oberfläche der Fasern gründlich benetzt. Während die Zieheinrichtung 524 das Fasermaterial mit den vom flüssigen Vorläufergemisch 510 durchtränkten Fasern weiter durch die Pultrusionsdüse 522 zieht, erhält die Heizeinrichtung 521 innerhalb der Pultrusionsdüse 522 ein Temperaturprofil aufrecht, welches das flüssige Vorläufergemisch 510 längs des Weges des getränkten Fasermaterials durch die Pultrusionsdüse 522 vollständig polymerisieren lässt, wobei die Polymerisation zunächst in der Nähe der Oberfläche der Fasern beginnt, weil das Fasermaterial in der Vorheizeinrichtung 520 vorgeheizt wurde. Als Ergebnis verlässt ein Verbundstrang 525 mit der Zusammensetzung, dem Profil und der Krümmung des herzustellenden Trägerelements 100 kontinuierlich die Pultrusionsdüse 522 an deren Ausgang 561, wo er durch die Schneideeinrichtung 526 geschnitten wird, um wiederholt das Trägerelement 100 bereitzustellen.
Die Komponenten 506, 508 für die Bildung des flüssigen Vorläufergemischs 510 können auf verschiedene Weise hergestellt werden, vorausgesetzt, dass keine Polymerisation erfolgt, solange die Komponenten 506, 508 getrennt gespeichert werden, nichtsdestotrotz das flüssige Vorläufergemisch 510 imstande ist, nach Eintritt in die Pultrusionsdüse 522 eine in-situ-Polymerisation zu einem thermoplastischen Polymerharz zu durchlaufen. Beispielsweise können reaktive Systeme zur Bildung eines anionischen Polyamids (APA), thermoplastischen Polyurethans (TPU) oder von Polybutylenterephthalat (PBT) gewählt werden, wobei z. B. ein reaktives Monomer in einer der Komponenten 506 enthalten sein kann, während eine für die Initiierung der Polymerisation erforderliche Initiatorsubstanz in der anderen Komponente 508 enthalten ist. In alternativen Ausführungsformen der Herstellungsverfahren können mehr als zwei Komponenten gemischt werden, um das flüssige Vorläufergemisch zu bilden.
5A zeigt eine alternativ konfigurierte Pultrusionsvorrichtung 550, die anstelle der in 5 dargestellten Pultrusionsvorrichtung für die Herstellung des aufprallbeständigen Strukturbauteils 700 verwendet werden kann. Abweichend von 5 ist eine Kühleinrichtung 590 zum Kühlen des die Pultrusionsdüse 521 verlassenden Verbundstrangs 526 vorgesehen, während die Zieheinrichtung 524 eine Raupenkonfiguration aufweist. Darüber hinaus hat die Pultrusionsdüse 521 eine geradlinige Gestalt, so dass der Verbundstrang 526 in der Pultrusionsdüse 521 als ein geradliniger Strang ohne Krümmung gebildet wird, was im Vergleich zu dem Krümmungsradius R₀ des Verbundstrangs 526 in 5 einem unendlichen Krümmungsradius (nicht gezeigt) entspricht. Folglich besitzen Trägerelemente 100, wie sie durch Schneiden des die Pultrusionsvorrichtung 550 verlassenden Verbundstrangs 526 hergestellt werden, keine Krümmung. Es kann jedoch anschließend, falls gewünscht, dem Trägerelement 100 durch ein weiteres Verfahren wie Stanzen eine Krümmung verliehen werden. Auf diese Weise ist es auch möglich, dem Trägerelement 100 eine nichtkonstante Krümmung zu verleihen. Das Stanzen kann als separater Schritt durchgeführt werden oder kann wirksam in Kombination mit einem Anspritzschritt wie im folgenden beschrieben durchgeführt werden.
Um ein aufprallbeständiges Strukturbauteil mit angespritzten Elementen wie das in 3 gezeigte aufprallbeständige Strukturbauteil herzustellen, kann ein wie oben erläutert hergestelltes Trägerelement 100 einem Anspritzschritt in einer Spritzgießvorrichtung 650 unterzogen werden, wie sie in 6 gezeigt ist. Die Spritzgießvorrichtung 650 umfasst eine zweiteilige Matrize mit einer oberen Hälfte 611 und einer unteren Hälfte 612, in der eine der äußeren Form des aufprallbeständigen Strukturbauteils 701 entsprechende Auslassung 651 gebildet ist. In der zweiteiligen Matrize 611, 612 ist mindestens eine Zufuhröffnung 651 gebildet, die die Auslassung 651 nach außerhalb der zweiteiligen Matrize 611, 612 verbindet. Am Eingang der Zufuhröffnung 651 ist ein beheizter Einspritzzylinder 604 mit einer darin angeordneten Schneckenwelle 602 positioniert und mit einem Trichter 601 verbunden, der einen thermoplastischen Werkstoff z. B. in Form von Granulat enthält.
Im Betrieb wird die obere Hälfte 611 der zweiteiligen Matrize 611, 612 von der unteren Hälfte 612 entfernt, um das wie oben beschrieben vorgefertigte Trägerelement 100 in der Auslassung 651 zu positionieren, bevor die zweiteilige Matrize 611, 612 wieder geschlossen wird. Auf diese Weise werden ein oder mehrere Bereiche der Auslassung 651, die einem oder mehreren angespritzten Elementen wie einer beispielhaft in 6 skizzierten Rippe 314 entsprechen, als teilweise von der Oberfläche des Trägerelements 100 begrenzte Leerräume ausgebildet. Der thermoplastische Werkstoff 600 wird dann in den Einspritzzylinder 604 zugeführt, wo er erhitzt und durch Wirkung der Schneckenwelle 602 in geschmolzenem Zustand durch die Zufuhröffnung 651 in den der Rippe 314 entsprechenden Leerraum eingespritzt wird. Vorzugsweise wird die Temperatur des eingespritzten thermoplastischen Werkstoffs und der zweiteiligen Matrize 611, 612 so gewählt, dass das thermoplastische Harz des Trägerelements 100 bei Kontakt mit dem eingespritzten thermoplastischen Werkstoff oberflächlich angeschmolzen wird, wodurch eine feste Verbindung der Rippe 314 als angespritztem Element mit dem Trägerelement 100 gebildet wird, nachdem sich beide vollständig durch Abkühlung auf unterhalb des jeweiligen Schmelzpunkts verfestigt haben. Als Nächstes wird die zweiteilige Matrize 611, 612 wieder geöffnet, um das fertige aufprallbeständige Strukturbauteil 701 zu entnehmen.
Für den thermoplastischen Werkstoff 600 wird vorzugsweise ein Werkstoff verwendet, der identisch oder chemisch verwandt mit dem thermoplastischen Harz 512 ist, welches bei der Herstellung des Trägerelements 100 wie oben beschrieben verwendet wird. Für zusätzliche Festigkeit können Kurzfasern z. B. aus Glas zugesetzt werden. Falls ein Stanzvorgang in Kombination mit dem Anspritzschritt durchgeführt wird, um dem Trägerelement 100 eine Krümmung zu verleihen, wird dem Trägerelement 100 Wärme zugeführt, um seine thermoplastische Harzmatrix zu erweichen, wobei die Auslassung 651 derart geformt ist, dass das Platzieren des vorgefertigten Trägerelements 100 in der Auslassung 651 und Schließen der zweiteiligen Matrize 611, 612 eine Kraft auf das Trägerelement 100 ausübt, die dazu führt, dass das Trägerelement 100 eine mit der Form der Auslassung 651 übereinstimmende Krümmung annimmt.
7 ist eine schematische Seitenansicht eines Kraftfahrzeugs 710, das mit mehreren aufprallbeständigen Strukturbauteilen 701–705 an verschiedenen Stellen versehen ist. Die aufprallbeständigen Strukturbauteile 701–705 beinhalten einen Frontstoßfängerträger 701, einen Heckstoßfängerträger 702, einen in eine Tür 713 des Kraftfahrzeugs 710 eingebauten Seitenstoßfängerträger 703, einen in eine Seitenwand 714 des Kraftfahrzeugs 710 eingebauten Seitenstoßfängerträger 704, einen Seitenschweller 706 und einen Überrollbügel 705.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6346325 B1 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

EU-Richtlinie 2000/53/EG [0008]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines aufprallbeständigen Strukturbauteils (700–705) für ein Kraftfahrzeug (710), wobei das aufprallbeständige Strukturbauteil (700–705) ein Trägerelement (100) zum Aufnehmen einer Stoßkraft während eines Aufprallunfalls des Kraftfahrzeugs (710) aufweist, mit folgenden Schritten: Anordnen mindestens einer Lage von Fasern (201–208), welche eine Länge von 100 mm oder mehr aufweisen; Mischen von zur Ausbildung eines thermoplastischen Polymerharzes (512) benötigten Komponenten (506, 508), welche ein reaktives Monomer umfassen, um ein flüssiges Vorläufergemisch (510) des thermoplastischen Polymerharzes (512) zu bilden; Tränken der mindesten einen Lage von Fasern (201–208) mit dem flüssigen Vorläufergemisch (510); und Formen des Trägerelements (100) mittels einer in-situ-Polymerisationsreaktion des flüssigen Vorläufergemischs (510), mit welchem die mindesten eine Lage von Fasern (201–208) getränkt wurde.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend einen Schritt des Vorheizens der mindesten einen Lage von Fasern (201–208) vor dem Schritt des Tränkens der mindesten einen Lage von Fasern (201–208) mit dem flüssigen Vorläufergemisch (510).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schritt des Tränkens der mindesten einen Lage von Fasern (201–208) und der Schritt des Formens des Trägerelements (100) in einem fortlaufenden Pultrusionsprozess ausgeführt werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das reaktive Monomer ein zyklisches Monomer ist und die in-situ-Polymerisationsreaktion durch Ringöffnungspolymerisation des reaktiven Monomers erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das reaktive Monomer Caprolactam oder Lauryllactam ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend Spritzgießen mindestens eines angespritzten Elements (311–315) des aufprallbeständigen Strukturbauteils (700–705) aus einem thermoplastischen Werkstoff (600), sodass das mindestens eine angespritzte Element (311–315) an das Trägerelement (100) gefügt wird.
Aufprallbeständiges Strukturbauteil (700–705) für ein Kraftfahrzeug (710), wobei das aufprallbeständige Strukturbauteil (700–705) ein Trägerelement (100) zum Aufnehmen einer Stoßkraft während eines Aufprallunfalls des Kraftfahrzeugs (710) aufweist und mit einem Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche hergestellt ist.
Aufprallbeständiges Strukturbauteil (700–705) nach Anspruch 6, wobei das Trägerelement (100) zum Aufnehmen der Stoßkraft eines von einem Frontstoßfängerträger (701), einem Heckstoßfängerträger (702), einem Seitenträger (703), einem Türträger (704), einem Seitenschweller (706) und einem Überrollbügel (705) des Kraftfahrzeugs (710) ist.
Aufprallbeständiges Strukturbauteil (700–705) nach Anspruch 6 oder 8, wobei die mindestens eine Lage von Fasern (201–208) einen Faseranteil von 50 Vol.-% bis 75 Vol.-%, vorzugsweise 70 Vol.-%, des Trägerelements (100) aufweist.
Aufprallbeständiges Strukturbauteil (700–705) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die mindestens eine Lage von Fasern (201–208) eine Lage von Glasfasern (201, 203, 205, 207, 208) und/oder eine Lage von Kohlenstofffasern (202, 204, 206) umfasst.
Aufprallbeständiges Strukturbauteil (700–705) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei die mindestens eine Lage von Fasern (201–208) eine Mittellage (203; 206) und symmetrisch zu beiden Seiten der Mittellage (203; 206) angeordnete weitere Lagen (201, 202, 204, 205, 208) umfasst.
Aufprallbeständiges Strukturbauteil (700–705) nach Anspruch 11, wobei die Mittellage (203) eine Gewebe- oder Gelegelage ist.
Aufprallbeständiges Strukturbauteil (700–705) nach Anspruch 12, wobei das Trägerelement (100) eine Krümmung um eine Krümmungsachse (110) aufweist und wobei die Mittellage (203) in zur Krümmungsachse (100) im Wesentlichen parallelen Abschnitten (103) vorgesehen sowie in zur Krümmungsachse (110) im Wesentlichen nichtparallelen Abschnitten (101, 102) nicht vorgesehen ist.
Aufprallbeständiges Strukturbauteil (700–705) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Mittellage (203) Glasfasern aufweist und die weiteren Lagen (201, 202, 204, 205) Glasfasern aufweisende Außenlagen (201, 205, 208) sowie Kohlenstofffasern aufweisende Zwischenlagen (202, 204) umfassen, wobei jede Zwischenlage (202, 204) zwischen einer Außenlage (201, 205, 208) und der Mittellage (203) angeordnet ist.
Aufprallbeständiges Strukturbauteil (700–705) nach einem der Ansprüche 6 bis 13, wobei das Trägerelement (100) einen gewellten Querschnitt aufweist.
Aufprallbeständiges Strukturbauteil (700–705) nach Anspruch 15, wobei der Querschnitt spiegelsymmetrisch bezüglich einer Symmetrieebene (210) des Trägerelements (100) ist.
Aufprallbeständiges Strukturbauteil (700–705) nach Anspruch 15 oder 16, wobei der gewellte Querschnitt ein mittleres Wellungstal (212) und äußere Wellungstäler (214, 215) aufweist, welche zu beiden Seiten des mittleren Wellungstals angeordnet sind, und das mittlere Wellungstal (212) eine größere Tiefe (F) als die äußeren Wellungstäler (214, 215) aufweist.
Aufprallbeständiges Strukturbauteil (700–705) nach Anspruch 15 oder 16, wobei der gewellte Querschnitt ein mittleres Wellungstal (212) und eine Vorderwand (103) aufweist, welche das mittlere Wellungstal (212) unter Bildung eines inneren Leerbereichs des gewellten Querschnitts abschließt.
Aufprallbeständiges Strukturbauteil (700–705) nach einem der Ansprüche 6 bis 18, mit weiterhin mindestens einem angespritzten Element (311–315), welches einen an das Trägerelement (100) gefügten thermoplastischen Werkstoff aufweist.
Kraftfahrzeug (710), welches ein aufprallbeständiges Strukturbauteil (700–705) nach einem der Ansprüche 7 bis 19 aufweist oder mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellt ist.