DE102013223769A1

DE102013223769A1 - Baugruppe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, Kraftfahrzeug und Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe

Info

Publication number: DE102013223769A1
Application number: DE102013223769.3A
Authority: DE
Inventors: Michael Keigler; Stephan Ertlmaier; David Keller
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2013-11-21
Filing date: 2013-11-21
Publication date: 2015-05-21

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Baugruppe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, die mindestens ein erstes Strukturelement mit einem ersten Abschnitt und einem zweiten Abschnitt, mindestens ein zweites Strukturelement mit einem ersten Abschnitt und einem zweiten Abschnitt und mindestens ein Knotenelement, umfasst, wobei das Knotenelement aus einer gehärteten Faserverbund-Pressmasse, umfassend mindestens ein Fasermaterial und mindestens ein Reaktionsharz, gebildet ist, wobei zwischen dem Knotenelement, mindestens einem ersten Teil des ersten Abschnitts des ersten Strukturelements und mindestens einem ersten Teil des ersten Abschnitts des zweiten Strukturelements eine stoffschlüssige Verbindung vorhanden ist und wobei zwischen dem Knotenelement und mindestens einem zweiten Teil des ersten Abschnitts des ersten Strukturelements ein erster Verankerungsbereich und zwischen dem Knotenelement und mindestens einem zweiten Teil des ersten Abschnitts des zweiten Strukturelements ein zweiter Verankerungsbereich vorhanden ist, wobei die den ersten Verankerungsbereich und den zweiten Verankerungsbereich bildenden Bereiche des Knotenelements, des ersten Abschnitts des ersten Strukturelements und des ersten Abschnitts des zweiten Strukturelements eine abgerundete Form aufweisen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Baugruppe, insbesondere eine Baugruppe für ein Kraftfahrzeug, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe.
Bei der Rahmenkonstruktion und beispielsweise der Konstruktion von Kraftfahrzeugkarosserien mit hoher Stabilität, werden üblicherweise Strukturelemente und darunter Hohlprofile aus metallischen Werkstoffen in unterschiedlichen Anordnungen verbaut. In zentralen Bereichen, beispielsweise im Bereich einer A-Säule oder eines Achsträgers eines Kraftfahrzeugs, treffen mehrere Hohlprofile aus unterschiedlichen Richtungen aufeinander. Zur Verbindung dieser Hohlprofile werden üblicherweise Knotenelemente verwendet, die aus zwei, die Hohlprofile umschließenden, Schalen aus metallischen Werkstoffen gebildet sind. Eine auf diese Weise gebildete Baugruppe zeichnet sich zwar durch eine ausreichende Stabilität gegenüber mechanischer Verformung, jedoch auch durch ein hohes Eigengewicht aus. Zudem ist eine in Schalenform gebildete Baugruppe anfällig gegenüber einwirkenden Zugkräften, was zu einer Deformation oder sogar einem Herauslösen eines oder mehrerer Hohlprofile aus dem Knotenelement führen kann.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Baugruppe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, sowie ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, die sich durch eine hohe mechanische Stabilität gegenüber unterschiedlichen einwirkenden Kräften und darüber hinaus durch ein geringes Eigengewicht auszeichnen und den Anforderungen bezüglich Steifigkeit und Festigkeit genügen, um auch eine ausreichende Stabilität der Baugruppe oder des Kraftfahrzeugs im Crashfall zu gewährleisten. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, anzugeben, das einfach unter Verwendung von Standardprozessen und damit kostengünstig umsetzbar ist, und mittels dessen eine Baugruppe mit hoher Deformationsstabilität, guter Steifigkeit und Festigkeit bei gegenüber herkömmlichen Baugruppen dieser Art, reduziertem Eigengewicht herstellbar ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Baugruppe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, dadurch gelöst, dass die Baugruppe

– mindestens ein erstes Strukturelement mit einem ersten Abschnitt und einem zweiten Abschnitt,
– mindestens ein zweites Strukturelement mit einem ersten Abschnitt und einem zweiten Abschnitt und
– mindestens ein Knotenelement, umfasst, wobei
– das Knotenelement aus einer gehärteten Faserverbund-Pressmasse, umfassend mindestens ein Fasermaterial und mindestens ein Reaktionsharz, gebildet ist, wobei
– zwischen dem Knotenelement, mindestens einem ersten Teil des ersten Abschnitts des ersten Strukturelements und mindestens einem ersten Teil des ersten Abschnitts des zweiten Strukturelements eine stoffschlüssige Verbindung vorhanden ist, wobei
– zwischen dem Knotenelement und mindestens einem zweiten Teil des ersten Abschnitts des ersten Strukturelements ein erster Verankerungsbereich und
– zwischen dem Knotenelement und mindestens einem zweiten Teil des ersten Abschnitts des zweiten Strukturelements ein zweiter Verankerungsbereich vorhanden ist,

Das Material der Strukturelemente ist im Einzelnen nicht beschränkt. Die vorgesehenen Strukturelemente können aus demselben Material aber auch aus unterschiedlichen Materialien gebildet sein. Ebenso ist weder die Anzahl, die Form der Strukturelemente noch die Form des Knotenelements beschränkt und kann je nach auszubildender Baugruppe in Zahl, Form, Größe und Anordnung variieren.
Das Knotenelement ist aus einer gehärteten Faserverbund-Pressmasse gebildet, die mindesteins ein Fasermaterial und mindestens ein Reaktionsharz umfasst. Im Knotenelement sind weder das Fasermaterial noch das Reaktionsharz beschränkt. Vorteilhafte Faserverbund-Pressmassen sind im Stand der Technik unter dem Begriff SMC (sheet molding compound) oder BMC (bulk molding compound) bekannt, können aber auch Varianten davon sein.
Die Strukturelemente weisen jeweils einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt auf. Die jeweils ersten Abschnitte sind dabei vorgesehen, über das Knotenelement verbunden zu werden, wodurch die Anordnung des ersten Strukturelements und des zweiten Strukturelements fixiert wird und das erste Strukturelement und das zweite Strukturelement stabil miteinander verbunden werden. Die jeweils zweiten Abschnitte der Strukturelemente weisen von dem Knotenelement weg, und die Baugruppe erhält dadurch eine Struktur in Rahmenbauweise oder Fachwerkbauweise.
Während es bekannt ist Faserverbundbauteile durch Nieten oder Verschraubungen aneinander zu befestigen, wurde gefunden, dass eine derartige Befestigungsmaßnahme nicht ausreichend ist, um gerade tragende Baugruppen, bzw. solche Baugruppen, die hohen mechanischen Belastungen, wie sie beispielsweise im Crashfall auf eine Kfz-Karosserie wirken, zu stabilisieren. Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, dass zwischen dem Knotenelement, mindestens einem ersten Teil des ersten Abschnitts des ersten Strukturelements und mindestens einem ersten Teil des ersten Abschnitts des zweiten Strukturelements eine stoffschlüssige Verbindung vorhanden ist. Die stoffschlüssige Verbindung kann sich auch über den kompletten ersten Abschnitt des ersten Strukturelements und/oder den kompletten ersten Abschnitt des zweiten Strukturelements erstrecken, wodurch die Stabilität der Baugruppe gegenüber Deformation erhöht werden kann. Durch Ausbildung einer stoffschlüssigen Verbindung, beispielsweise durch Umschließen der gehärteten Faserverbund-Pressmasse des Knotenelements um sowohl mindestens einen ersten Teil des ersten Abschnitts des ersten Strukturelements als auch mindestens einen ersten Teil des ersten Abschnitts des zweiten Strukturelements, wird ein inniger Kontakt zwischen diesen Bereichen bereitgestellt und die Strukturelemente und das Knotenelement zu einer integralen Baugruppe umgeformt. Aufgrund der adhäsiven Kräfte des Reaktionsharzes sowie der vernetzten Struktur der gehärteten Faserverbund-Pressmasse wird eine gute Stabilität der Baugruppe gegenüber Deformation und mechanisch einwirkenden Kräften, sowie gegenüber Torsionskräften, Scher- und Zugkräften, bereitgestellt. Ferner sind damit eine hohe Festigkeit und Steifigkeit der Baugruppe gegeben. Die Verwendung einer Faserverbund-Pressmasse als Knotenelement hat gegenüber anderen Kunststoffmassen den weiteren Vorteil, dass es beim Abkühlen oder Erwärmen nicht zu einem Materialschwund kommt, so dass die stoffschlüssige Verbindung zwischen den Strukturelementen und dem Knotenelement über die gesamte Verbindungsfläche ausgebildet wird.
Die sich durch das Ausbilden der stoffschlüssigen Verbindung ergebenden vorteilhaften Eigenschaften werden effektiv durch den ersten Verankerungsbereich zwischen dem Knotenelement und mindestens einem zweiten Teil des ersten Abschnitts des ersten Strukturelements und den zweiten Verankerungsbereich zwischen dem Knotenelement und mindestens einem zweiten Teil des ersten Abschnitts des zweiten Strukturelements, verstärkt. Die jeweiligen Verankerungsbereiche schützen die Strukturelemente vor einem Herausrutschen aus dem Knotenelement sowie einem Hineinrutschen in das Knotenelement und erhöhen damit die Verbindungsfestigkeit zwischen den Elementen der erfindungsgemäßen Baugruppe. Wesentlich hierbei ist, dass die den ersten Verankerungsbereich und den zweiten Verankerungsbereich bildenden Bereiche des Knotenelements, des zweiten Teils des ersten Abschnitts des ersten Strukturelements und des zweiten Teils des ersten Abschnitts des zweiten Strukturelements eine abgerundete Form aufweisen, da nur so das Fasermaterial der Pressmasse ausreichend vor Deformation oder sogar Schädigung geschützt ist, und eine sichere Verankerung der Strukturelemente im Knotenelement, auch bei einwirkenden mechanischen Kräften, gesichert ist. Kerben, Spitzen oder Vorsprünge in den die Verankerungsbereiche bildenden Bereichen der Strukturelemente und des Knotenelements werden erfindungsgemäß vermieden. Der Faserverlauf im Knotenelement wird somit nicht zerstört und weist eine gleichförmige Dichte auf, was den Verbund der die erfindungsgemäße Baugruppe bildenden Komponenten verbessert. Mit anderen Worten ist im ersten Verankerungsbereich zwischen dem Knotenelement und mindestens dem zweiten Teil des ersten Abschnitts des ersten Strukturelements und im zweiten Verankerungsbereich zwischen dem Knotenelement und mindestens einem zweiten Teil des ersten Abschnitts des zweiten Strukturelements jeweils mindestens eine formschlüssige Verbindung ausgebildet. Diese formschlüssige Verbindung ist, wie bereits dargelegt, derart ausgebildet, dass sie einem Herausrutschen der Strukturelemente oder einem Hineinrutschen der Strukturelemente in das Knotenelement entgegenwirkt, und unterstützt damit auch die Auszugsfestigkeit und Verdrehfestigkeit der Strukturelemente in dem Knotenelement, wodurch die geometrische Anordnung der Baugruppe, sowie ihre Form und Gestalt, weiter fixiert werden. Die Verankerungsbereiche können sich entlang jeweils des ersten Abschnitts des ersten Strukturelements und des zweiten Strukturelements erstrecken und auch in Bereichen angeordnet sein, in denen bereits die stoffschlüssige Verbindung vorhanden ist.
Durch die erfindungsgemäße Zusammensetzung, Anordnung und Stabilisierung der Baugruppe mittels stoffschlüssigen Verbindungen und Verankerungsbereichen, wird eine Baugruppe mit hoher Deformationsstabilität und Torsionsstabilität erhalten, die durch eine hohe Steifigkeit und Festigkeit gekennzeichnet und effektiv vor einem Zerfall in ihre Einzelteile durch Herausrutschen oder Hineinrutschen bzw. Hindurchrutschen der enthaltenen Strukturelemente aus oder in das Knotenelement, geschützt ist, wobei das Eigengewicht der erfindungsgemäßen Baugruppe gegenüber dem Gewicht herkömmlicher Baugruppen in Metallbauweise, und selbst Leichtmetallbauweise, deutlich reduziert ist.
Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die erfindungsgemäße Baugruppe dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verankerungsbereich und/oder der zweite Verankerungsbereich aus: einer oder mehreren Ausnehmungen, Hinterschneidungen, hervorstehenden Bereichen, Sacklöchern, Durchgangslöchern, Schlitzen oder Kombinationen daraus gebildet wird bzw. werden. Die vorstehend genannten, oft durch Umformung erhältlichen, Verankerungsbereiche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar, die formschlüssige Verbindungen eingehen können, mittels derer eine Verankerung der Strukturelemente im Knotenelement besonders einfach bei hoher Verbindungsfestigkeit erzielt werden kann. Die Ausbildung der entsprechenden Verankerungsbereiche kann beispielsweise durch Änderung der Querschnittsform mindestens eines Teils des ersten Abschnitts des ersten Strukturelements erfolgen. Wird als Strukturelement z. B. ein Rohrprofil mit konstantem Durchmesser und konstanter Querschnittsform verwendet, so kann beispielsweise durch ein Einkerben, einseitiges oder mehrseitiges Eindrücken oder Quetschen eines Teils oder des gesamten Umfanges des Strukturelements in einem zweiten Teil des ersten Abschnitts des entsprechenden Strukturelements eine Querschnittsänderung dergestalt erfolgen, dass in Verbindung mit dem Knotenelement an dieser Stelle die Ausbildung einer formschlüssigen Verbindung ermöglicht wird. Auch ein Verdrillen des Strukturelements oder eine Umfangserweiterung durch Aufblähen des Strukturelements oder übereinander Anordnen von zusätzlichem Material um das Strukturelement unter Änderung des Durchmessers des zweiten Teils des ersten Abschnitts des jeweiligen Strukturelements und/oder einer Änderung der Querschnittsform des zweiten Teils des ersten Abschnitts des jeweiligen Strukturelements, sind geeignet, einen Verankerungsbereich im Sinne der vorliegenden Erfindung bereitzustellen und die Baugruppe besonders gut zu stabilisieren.
Weiter vorteilhaft ist vorgesehen, dass mindesten ein Strukturelement aus einem metallischen Werkstoff und/oder einem keramischen Werkstoff und/oder einem Kunststoff und/oder einem faserverstärkten Kunststoff und insbesondere aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet ist und insbesondere Endlosfasern und mindestens ein duroplastisches Polymer oder ein thermoplastisches Polymer enthält. Die Verwendung von faserverstärkten Kunststoffen ist aufgrund des geringen Eigengewichts vorteilhaft. Das faserverstärkte Kunststoffmaterial ist im Einzelnen nicht beschränkt und enthält mindestens ein Fasermaterial, wie beispielsweise Glasfasern, Kohlenstofffasern, Kevlarfasern, Basaltfasern, Keramikfasern oder aus Polymeren geformte Fasern wie z. B. Polyesterfasern, Aramidfasern, Polyamidfasern und dergleichen oder Mischungen daraus, das in eine Kunststoffmatrix eingebettet ist. Das Fasermaterial bzw. das Kunststoffmaterial des Strukturelements oder der Strukturelemente kann mit dem Reaktionsharz des Knotenelements und/oder dessen Fasermaterial identisch sein oder sich davon unterscheiden. Durch Verwendung einer Faserverbund-Pressmasse in Kombination mit Faserverbundmaterialbasierten Strukturelementen wird aufgrund der hohen Materialähnlichkeit eine hoch stabile Baugruppe mit dauerhaft integrierten Einzelkomponenten erhalten die selbst starken Krafteinwirkungen standhält. Vorzugsweise enthält das faserverstärkte Kunststoffmaterial der Strukturelemente Endlosfasern und mindestens ein duroplastisches Polymer oder ein thermoplastisches Polymer. Die Kombination von Endlosfasern und duroplastischen oder thermoplastischen Polymeren in einem faserverstärkten Kunststoff erhöht die Zugfestigkeit und die Torsionssteifigkeit der Strukturelemente.
Weiter vorzugsweise enthält die gehärtete Faserverbund-Pressmasse des Knotenelements Fasern mit einer Faserlänge von 1 bis 200 mm, vorzugsweise von 10 bis 100 mm und weiter bevorzugt von 15 bis 50 mm sowie mindestens ein duroplastisches Polymer. Durch Kombination von Fasern mit einer Faserlänge im angegebenen Bereich und mindestens einem duroplastischen Polymer können Knotenelemente in gewünschter Form mit sehr guten mechanischen Eigenschaften bereitgestellt werden. Besonders vorteilhaft ist aufgrund der guten Materialverträglichkeit eine Kombination aus auf Duroplastbasis basierenden Strukturelementen und Knotenelementen.
Bevorzugt ist mindestens ein Strukturelement als Profil und insbesondere als Flechtprofil, Fasergelege, Wickelprofil, Schalenprofil in Sandwichbauweise oder aus Kombinationen davon hergestellt. Das Profil kann ein offenes oder geschlossenes Profil darstellen, einen Kern enthalten oder mindestens teilweise hohl sein. Profile eignen sich aufgrund ihrer guten Stabilität und dennoch einem reduzierten Gewicht sehr gut für die vorliegende Erfindung.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass in das Knotenelement hineinragende Strukturelementenden, insbesondere mittels eines Stopfens, verschlossen sind. Dies verhindert ein Eindringen des Knotenmaterials während der Herstellung der erfindungsgemäßen Baugruppe.
Zur weiteren Reduzierung des Eigengewichts der erfindungsgemäßen Baugruppe ist das Knotenelement vorzugsweise dünnwandig und verrippt ausgebildet. Die Verrippung sichert eine ausreichende Stabilität der besonders dünnwandigen Knotenelemente.
Weiter vorteilhaft beträgt eine durchschnittliche Wandstärke der Rippen 1 mm bis 10 mm, vorzugsweise 1 mm bis 7 mm und/oder beträgt eine durchschnittliche Höhe der Rippen 1 mm bis 100 mm, vorzugsweise 2 mm bis 70 mm. Hierdurch wird eine minimale Dünnwandigkeit bzw. Höhe der Rippe bzw. der Rippen erhalten, die dennoch den Anforderungen an eine sehr guter Stabilität des Knotenelements genügt. Die Wandstärke wird dabei an der breitesten Stelle und die Höhe an der höchsten Stelle einer Rippe bestimmt.
Um eine noch höhere Stabilität der Baugruppe gegenüber einwirkenden mechanischen Kräften bereitzustellen, ist vorzugsweise zwischen dem Knotenelement und dem ersten Abschnitt des ersten Strukturelements und/oder zwischen dem Knotenelement und dem ersten Abschnitt des zweiten Strukturelements eine kraftschlüssige Verbindung vorhanden.
Weiter vorteilhaft ist zur Erhöhung der mechanischen Eigenschaften, und insbesondere der Festigkeit und Steifigkeit der Baugruppe, vorgesehen, dass das Knotenelement zusätzlich mindestens ein endlosfaserverstärktes Halbzeug umfasst. Endlosfaserverstärkte Halbzeuge werden dabei insbesondere in Form von Rovings, Bändern oder Litzen als Bandagen, Schlaufen oder Wicklung eingebracht. Diese Verstärkungen werden weiter vorteilhafterweise in die Lastleitungsstellen der Baugruppe eingebettet oder umschlingen diese.
Weiter vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Baugruppe dadurch gekennzeichnet, dass das Knotenelement und das erste Strukturelement überlappen und einen ersten Überlappungsbereich bilden, der in Längsrichtung des ersten Strukturelements eine Länge von 10 mm bis 80 mm, vorzugsweise von 15 mm bis 50 mm, aufweist und/oder dass das Knotenelement und das zweite Strukturelement überlappen und einen zweiten Überlappungsbereich bilden, der in Längsrichtung des zweiten Strukturelements eine Länge von 10 mm bis 80 mm, vorzugsweise von 15 mm bis 50 mm, aufweist. Erfindungsgemäß umfassen der erste Überlappungsbereich und der zweite Überlappungsbereich alle Bereiche, in denen das Knotenelement und die Strukturelemente nicht hintereinander oder getrennt voneinander angeordnet sind, sondern in denen das Knotenelement die Strukturelemente mindestens teilweise umgibt. Der jeweilige Überlappungsbereich muss dabei nicht durchgängig sein, sondern kann Unterbrechungen aufweisen. Die jeweiligen Längen der Teil-Überlappungsbereiche werden dann aufsummiert. Durch Überlappungsbereiche mit einer Länge von mindestens 10 mm und insbesondere mindestens 15 mm werden die Auszugskräfte der Strukturelemente aus dem Knotenelement deutlich erhöht. Eine Länge des bzw. der Überlappungsbereiche von mehr als 50 mm und insbesondere von mehr als 80 mm ist hingegen weniger bevorzugt, da dies einerseits die Materialkosten erhöht und andererseits die Komplexität der Baugruppe erhöht und damit ihre Verarbeitbarkeit erschwert.
Weiter vorteilhaft weist das Knotenelement eine durchschnittliche Wandstärke von 2 mm bis 15 mm, vorzugsweise von 2 mm bis 10 mm, auf. Eine Wandstärke von mindestens 2 mm verbessert die Ausbildung sowohl der Verankerungsbereiche als auch der stoffschlüssigen Verbindung, da somit eine ausreichende Menge an Pressmasse des Knotenelements die Strukturelemente umgibt. Ab einer Wandstärke von 10 mm und insbesondere ab 15 mm, steigen die Materialkosten für das Knotenelement drastisch an, wobei effektiv keine weitere wesentliche Verbesserung des Verbunds der Baugruppenkomponenten erzielt wird. Die Wandstärke des Knotenelements wird dabei an der Stelle der größten Wandstärke bestimmt.
Ebenfalls erfindungsgemäß wird auch ein Kraftfahrzeug beschrieben, das mindestens eine wie vorstehend beschriebene Baugruppe umfasst. Ein solches Kraftfahrzeug zeichnet sich durch eine besonders gute Deformationsstabilität, eine hohe Steifigkeit und Festigkeit sowie eine gute Formstabilität gegenüber einwirkenden mechanischen Kräften oder Torsionskräften, wie sie beispielsweise beim Fahrzeugcrash auftreten, aus, wobei das Gewicht des Kraftfahrzeugs durch die Ausführung der Baugruppe in Faserverbundbauweise gegenüber herkömmlichen metallischen Ausführungsformen deutlich reduziert ist. Ebenfalls sind die Akustikwerte des Kraftfahrzeugs sowie die Fahrdynamik verbessert. Das Kraftfahrzeug weist aufgrund der durch die Baugruppe eingetragenen Stabilität auch einen hohen Fahrkomfort und gute Crasheigenschaften auf.
Die für die erfindungsgemäße Baugruppe beschriebenen vorteilhaften Effekte, Vorteile und Ausgestaltungen finden auch Anwendung auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, das die nachfolgenden Schritte umfasst:

– Bereitstellen von mindestens einem ersten Strukturelement mit einem ersten Abschnitt und einem zweiten Abschnitt,
– Bereitstellen von mindestens einem zweiten Strukturelement mit einem ersten Abschnitt und einem zweiten Abschnitt,
– Umformen eines zweiten Teils des ersten Abschnitts des ersten Strukturelements,
– Umformen eines zweiten Teils des ersten Abschnitts des zweiten Strukturelements,
– Einbringen des ersten Strukturelements, des zweiten Strukturelements und eine härtbare Faserverbund-Pressmasse, umfassend mindestens ein Fasermaterial und mindestens ein Reaktionsharz, in ein Werkzeug,
– Schließen des Werkzeugs,
– Bilden eines Knotenelements durch Härten der härtbaren Faserverbund-Pressmasse durch Anwendung von Druck und Temperatur so dass: – zwischen einem ersten Teil des ersten Abschnitts des ersten Strukturelements, einem ersten Teils des ersten Abschnitts des zweiten Strukturelements und dem Knotenelement eine stoffschlüssige Verbindung und – zwischen dem Knotenelement und dem zweiten Teil des ersten Abschnitts des ersten Strukturelements ein erster Verankerungsbereich und – zwischen dem Knotenelement und dem zweiten Teil des ersten Abschnitts des zweiten Strukturelements ein zweiter Verankerungsbereich

Wie bereits für die erfindungsgemäße Baugruppe beschrieben, sind auch die gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzten Strukturelemente in Material, Anzahl, Art, Form, Anordnung und Größe im Einzelnen nicht beschränkt. Ein besonders bevorzugtes Material für das oder die Strukturelemente ist ein faserhaltiges Kunststoffmaterial. Das faserverstärkte Kunststoffmaterial wird dabei aus mindestens einem Fasermaterial gebildet, das in eine Kunststoffmatrix eingebettet ist.
Erfindungswesentlich wird das Knotenelement durch Härten einer härtbaren Faserverbund-Pressmasse ausgebildet. Somit werden die Strukturelemente integraler Bestandteil des Knotenelements. Die sich ausbildende stoffschlüssige Verbindung zwischen den Strukturelementen und dem Knotenelement ist dadurch besonders stabil, da die Faserverbund-Pressmasse weder beim Härten noch bei der späteren Anwendung bzw. Verwendung unter Einwirkung von Temperatur einem wesentlichen Materialschrumpf bzw. Materialschwund unterliegt.
Durch das Einlegen der durch Umformen vorbehandelten Strukturelemente und der härtbaren Faserverbund-Pressmasse in ein Werkzeug, Schließen des Werkzeugs, sowie den anschließenden Schritt des Härtens des Knotenelements, wird zwischen den Einzelbauteilen nicht nur ein Stoffschluss und Formschluss über die im umgeformten Bereich der Strukturelemente gebildeten Verankerungsbereiche erzielt, sondern auch die finale Form der Baugruppe ausgebildet und fixiert. Zudem wird aufgrund der abgerundeten Form der die Verankerungsbereiche bildenden Bereiche und Teile der Strukturelemente und des Knotenelements das in der Pressmasse enthaltene Fasermaterial auch beim Schließen der Form und/oder Umpressen der Pressmasse um die Strukturelemente nicht beschädigt. Die Faserstruktur bleibt gleichförmig und dicht, wodurch ein besonders guter Verbund zwischen den Strukturelementen und dem Knotenelement erhalten wird, der auch starken mechanisch einwirkenden Kräften widersteht. Hierzu weist das Werkzeug in bekannter Art ausgebildete Kavitäten auf, die durch die Komponenten der Baugruppe gefüllt werden.
Die Zusammensetzung und Struktur der Strukturelemente und des Knotenelements betreffend wird auf die vorstehende Beschreibung der erfindungsgemäßen Baugruppe verwiesen. Ferner wird angemerkt, dass sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Baugruppe eignet.
Durch die Kombination von formschlüssigen und stoffschlüssigen Verbindungen zwischen den zu verbindenden Strukturelementen und dem durch Härten einer härtbaren Faserverbund-Pressmasse erhaltenen Knotenelement, wird mittels einfach umsetzbarer und damit kostengünstiger Prozesse ohne hohen technischen Aufwand eine sehr stabile, gegenüber mechanischen Einwirkungen, Torsionskräften und Zugkräften resistente Baugruppe mit hoher Steifigkeit und Festigkeit erhalten, die zudem ein geringes Eigengewicht aufweist.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass die Strukturelemente aus einem faserhaltigen Material, insbesondere einem gehärteten Faserverbundmaterial gebildet sind oder dass nach dem Schließen des Werkzeugs ein Harzmaterial, insbesondere mittels eines RTM-Verfahrens, eingespritzt wird, das die Strukturelemente tränkt. Durch Verwendung von Strukturelementen aus einem Faserverbundmaterial und insbesondere aus einem bereits gehärteten Faserverbundmaterial kann der werkzeugtechnische Aufwand reduziert werden, was sich positiv auf die Kosten des Verfahrens auswirkt. Bei Kombination des Härteprozesses mit einem RTM-Prozess zum Tränken der faserbasierten Strukturelemente kann in situ, also in einem Schritt eine Faserverbundbaugruppe mit in einem Knotenelement vollständig integrierten Strukturelementen hergestellt werden. Die Komplexität des Herstellverfahrens wird durch kürzere Prozesszeiten und eine hohe Taktung ausgeglichen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das Umformen des zweiten Teils des ersten Abschnitts des ersten Strukturelements und/oder das Umformen des zweiten Teils des ersten Abschnitts des zweiten Strukturelements durch Formen einer oder mehrerer Ausnehmungen, Hinterschneidungen, hervorstehenden Bereichen, Sacklöchern, Durchgangslöchern, Schlitzen oder Kombinationen daraus erfolgt. Die vorstehend genannten Umformungen stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar, die formschlüssige Verbindungen eingehen können, durch die eine Verankerung der Strukturelemente im Knotenelement besonders einfach mittels Standardprozessen unter Bereitstellung einer hohen Verbindungsfestigkeit erzielt werden kann. Wie bereits dargelegt, kann die Ausbildung der entsprechenden Verankerungsbereiche beispielsweise durch Änderung der Querschnittsform mindestens eines Teils des ersten Abschnitts eines Strukturelements erfolgen. Wird als Strukturelement ein Rohrprofil mit konstantem Durchmesser und konstanter Querschnittsform verwendet, so kann beispielsweise durch ein Einkerben, einseitiges oder mehrseitiges Eindrücken oder Quetschen des gesamten Umfanges des Strukturelements in einem zweiten Teil des ersten Abschnitts des entsprechenden Strukturelements eine Querschnittsänderung dergestalt erfolgen, dass in Verbindung mit dem Knotenelement an dieser Stelle die Ausbildung einer formschlüssigen Verbindung ermöglicht wird. Auch ein Verdrillen des Strukturelements oder eine Umfangserweiterung durch Aufblähen des Strukturelements oder übereinander Anordnen von zusätzlichem Material um das Strukturelement unter Änderung des Durchmessers des zweiten Teils des ersten Abschnitts des jeweiligen Strukturelements und/oder unter Änderung der Querschnittsform des zweiten Teils des ersten Abschnitts des jeweiligen Strukturelements, sind geeignet, einen Verankerungsbereich im Sinne der vorliegenden Erfindung zu bilden die die Baugruppe besonders gut stabilisieren. Auch Unterbrechungen und Wechsel zwischen mehreren Querschnittsformen entlang des ersten Abschnitts sind denkbar.
Weiter vorteilhaft ist vorgesehen, dass mindestens ein Strukturelement als Flechtprofil ausgebildet wird und das Umformen des zweiten Teils des ersten Abschnitts des als Flechtprofil ausgebildeten Strukturelements unter Beibehaltung der Umfangslänge der Querschnittsform erfolgt. Dadurch können die Strukturelemente sehr einfach, beispielsweise mittels eines Schlauchblasverfahrens, hergestellt werden. Auch ein Umflechten zur Veränderung, also Vergrößerung des Querschnitts des Strukturelements ist somit sehr einfach möglich und erfordert keinerlei zusätzliche Prozessschritte.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass mindestens ein Strukturelement also Profil, insbesondere mittels eines Flechtverfahrens, Legeverfahrens, Wickelverfahrens, oder als Schalenprofil in Sandwichbauweise oder Kombinationen daraus, hergestellt wird. Profile, also geschlossene oder offene Profile mit und ohne Kern, zeichnen sich durch eine gute Stabilität bei geringem Eigengewicht aus. Die hier genannten Verfahren sind Standardverfahren zur Herstellung von Faserverbundbauteilen mit hoher Festigkeit, die einfach und kostengünstig umsetzbar sind.
Aus den vorstehend für die erfindungsgemäße Baugruppe beschriebenen Gründen, ist auch im erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft vorgesehen, dass Strukturelementenden, die vorgesehen sind in das Knotenelement hineinzuragen, vor dem Anbringen des Knotenelements, insbesondere mittels eines Stopfens, verschlossen werden und/oder dass in dem Knotenelement zusätzlich mindestens ein endlosfaserverstärktes Halbzeug eingebettet wird.
Infolge der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Baugruppe, des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Baugruppe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, ergeben sich insbesondere folgende Vorteile:

– Die mechanischen Eigenschaften der Baugruppe, wie die Torsionssteifigkeit, statische und dynamische Steifigkeit, werden verbessert.
– Die Festigkeit der Baugruppe ist erhöht.
– Die Auszugsfestigkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber Verdrehen der Strukturelemente aus und in dem Knotenelement werden effektiv verbessert.
– Qualitätseinbußen durch Materialschwund oder Materialschrumpf werden vermieden.
– Intrusionen beim Seitencrash und bei Krafteinwirkung werden durch die form- und materialoptimierte Bauweise verringert.
– Die Elemente der Baugruppe weisen einen sehr guten Verbund auf, der selbst bei partieller Beeinträchtigung eines der Baugruppenbauteile noch eine ausreichende Stabilität bereitstellt.
– Das Gewicht der erfindungsgemäßen Baugruppe ist bei gleichen funktionalen Eigenschaften geringer als bei einer in herkömmlicher Weise hergestellten Baugruppe aus Stahl oder Aluminium.
– Das Kraftfahrzeug zeigt aufgrund der durch die Baugruppe eingetragenen Stabilität einen hohen Fahrkomfort, gute Crasheigenschaften, gute Akustikwerte und hohe Fahrdynamik aus.
– Das Verfahren ist einfach, ohne hohen technischen Aufwand mittels Standardprozessen und damit auch kostengünstig umsetzbar.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
1 eine Schnittansicht durch eine Baugruppe gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
2 eine Schnittansicht durch eine Baugruppe gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung und
3 eine Schnittansicht durch eine Baugruppe gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand von drei Ausführungsbeispielen veranschaulicht. In den Figuren sind nur die hier interessierenden Teile der Baugruppe dargestellt, alle übrigen Elemente sind der Übersichtlichkeit halber weggelassen. Ferner stehen gleiche Bezugszeichen für gleiche Bauteile.
Im Detail zeigt 1 eine Baugruppe 10 gemäß einer ersten Ausführungsform in Schnittansicht. Die Baugruppe umfasst ein erstes Strukturelement 1 mit einem ersten Abschnitt 11 und einem zweiten Abschnitt 21 und ein zweites Strukturelement 2 mit einem ersten Abschnitt 12 und einem zweiten Abschnitt 22. Die Strukturelemente 1, 2 sind in Material, Form, Größe und Anordnung an ihre vorgesehene Verwendung angepasst.
Der erste Abschnitt des ersten Strukturelements 11 und der erste Abschnitt des zweiten Strukturelements 12 sind vorzugsweise vollständig, d. h. an allen freiliegenden Seiten, von einem aus einer gehärteten Faserverbund-Pressmasse hergestellten Knotenelement 5 umgeben.
Vorteilhafterweise kann hierzu eine härtbare Faserverbund-Pressmasse, beispielsweise in Form einer Folie, um eine Strukturelementanordnung aus erstem Strukturelement 1 und zweitem Strukturelement 2 angeordnet werden, beispielsweise gewickelt, gelegt, gewunden oder umflochten, und sodann durch Anwendung von Druck und Temperatur gehärtet werden, so dass die jeweils ersten Abschnitte der Strukturelemente 11, 12 vorzugsweise vollständig von dem Knotenelement 5 umgeben und eine innige, stoffschlüssige Verbindung zwischen diesen Elementen ausgebildet wird. Damit entfallen zusätzliche erforderliche Verbindungsmittel, wie Klebstoffe, Verschraubungen, Nieten und dergleichen, was den Herstellprozess der Baugruppe 10 vereinfacht und dessen Kosten senkt.
Somit besteht zwischen dem Knotenelement 5 und einem ersten Teil des ersten Abschnitts des ersten Strukturelements 111 und dem Knotenelement 5 und einem ersten Teil des ersten Abschnitts des zweiten Strukturelements 112 eine stoffschlüssige Verbindung, wobei sich in der vorliegenden Ausführungsform die jeweils ersten Teile der ersten Abschnitte des ersten und zweiten Strukturelements 111 und 112 über die gesamte Länge der ersten Abschnitte 11 und 12 erstrecken, so dass eine besonders gute Verbindung zwischen den die Baugruppe 10 bildenden Elementen erhalten wird.
Zur Verbesserung der Auszugsfestigkeit sowie der Verdrehfestigkeit der Baugruppe 10 und damit zum Vorbeugen eines Herausrutschens oder Hineinrutschens der Strukturelemente 1, 2 aus oder in das Knotenelement 5, ist zwischen dem Knotenelement 5 und einem zweiten Teil des ersten Abschnitts des ersten Strukturelements 211 ein erster Verankerungsbereich 3 und zwischen dem Knotenelement 5 und einem zweiten Teil des ersten Abschnitts des zweiten Strukturelements 212 ein zweiter Verankerungsbereich 4 vorhanden. Die Verankerungsbereiche 3, 4 sind als formschlüssige Verbindungen ausgeformt und stabilisieren die geometrische Anordnung der Baugruppe 10.
Gemäß der hier vorliegenden Ausführungsform ist damit am ersten Abschnitt des ersten Strukturelements 11 ein erster Verankerungsbereich 3 und am ersten Abschnitt des zweiten Strukturelements 12 ein zweiter Verankerungsbereich 4 angeordnet. Die vorliegende Erfindung ist aber nicht hierauf beschränkt. Zur weiteren Stabilisierung können entlang der ersten Abschnitte 11, 12 weitere, auch unterschiedlich ausgebildete Verankerungsbereiche gebildet sein.
Ferner beispielhaft zeigt 1 einen ersten Verankerungsbereich 3 in Form einer Hinterschneidung, die beispielsweise durch Verringerung des Querschnittes und damit auch durch Änderung der Querschnittsform im zweiten Teil des ersten Abschnitts des ersten Strukturelements 211, erzeugt wurde. Das Knotenelement 5 ist dabei mindestens teilweise im Hohlraum der Hinterschneidung angeordnet und sichert somit das Strukturelement 1 vor einem Verdrehen bzw. einem Herausrutschen oder Hineinrutschen in das Knotenelement 5. Im ersten Verankerungsbereich 3 weist weder das erste Strukturelement 1 noch das Knotenelement 5 scharfe Kanten, Spitzen oder dergleichen auf, vielmehr sind die den ersten Verankerungsbereich 3 bildenden Teile und Bereiche des ersten Strukturelements 1 und des Knotenelements 5 abgerundet, wodurch eine Schädigung der in der Faserverbund-Pressmasse enthaltenen Fasern des Knotenelements 5 vermieden wird.
Weiter beispielhaft zeigt 1 einen zweiten Verankerungsbereich 4 in Form eines hervorstehenden Bereiches, also einer Verdickung des Strukturelements 2, die beispielsweise durch Auftragen von zusätzlichem Material, das z. B. bei Verwendung eines Flechtprofils oder Wickelprofils als Strukturelement 2 durch mehrfachen Überauftrag von Fasermaterial in einem vorgesehenen Bereich und damit ebenfalls unter Änderung der Querschnittsform im zweiten Teil des ersten Abschnitts des zweiten Strukturelements 212, erzeugt werden kann. Das Knotenelement 5 umgibt die Verdickung, also den Verankerungsbereich 4, dabei mindestens teilweise und sichert somit das Strukturelement 2 vor einem Verdrehen bzw. einem Herausrutschen oder Hineinrutschen in das Knotenelement 5. Auch im zweiten Verankerungsbereich 4 weist weder das zweite Strukturelement 2 noch das Knotenelement 5 scharfe Kanten, Spitzen oder dergleichen auf, vielmehr sind die den zweiten Verankerungsbereich 4 bildenden Teile und Bereiche des zweiten Strukturelements 2 und des Knotenelements 5 wiederum abgerundet.
Das Knotenelement 5 und das erste Strukturelement 1 überlappen und bilden einen ersten Überlappungsbereich, der sich in Längsrichtung des ersten Strukturelements 1 erstreckt und vorzugsweise eine Länge von 10 mm bis 80 mm, insbesondere von 15 mm bis 50 mm, aufweist. Der erste Überlappungsbereich ergibt sich aus der Summe der Längen des ersten Verankerungsbereichs 3 und des Bereichs, in dem der erste Teil des ersten Abschnitts des ersten Strukturelements 111 mit dem Knotenelement 5 stoffschlüssig verbunden ist. Ferner überlappen auch das Knotenelement 5 und das zweite Strukturelement 2 und bilden einen zweiten Überlappungsbereich, der sich in Längsrichtung des zweiten Strukturelements 2 erstreckt und vorzugsweise eine Länge von 10 mm bis 80 mm, insbesondere von 15 mm bis 50 mm, aufweist. Der zweite Überlappungsbereich ergibt sich ebenfalls aus der Summe der Längen des zweiten Verankerungsbereichs 4 und des Bereichs, in dem der erste Teil des ersten Abschnitts des zweiten Strukturelements 112 mit dem Knotenelement 5 stoffschlüssig verbunden ist.
Die in das Knotenelement hineinragenden Strukturelementenden sind vorteilhaft, wie in 1 gezeigt, insbesondere mittels eines Stopfens 6, verschlossen, so dass während der Herstellung der Baugruppe 10 kein Material des Knotenelements 5 in die Strukturelemente 1, 2, eindringen kann. Andere Verschlussvorrichtungen sind ebenfalls möglich.
Weitere Strukturelemente können in der Baugruppe 10 angeordnet sein.
In weiteren Ausführungsformen können ferner vorteilhaft zwischen dem ersten Abschnitt des ersten Strukturelements 11, dem ersten Abschnitt des zweiten Strukturelements 12 und dem Knotenelement kraftschlüssige Verbindungen ausgebildet sein, die sich beispielsweise auch durch einen Aushärteprozess des Kunststoffmatrixmaterials des Knotenelements 5 ergeben können.
2 zeigt eine Baugruppe 20 gemäß einer zweiten Ausführungsform in Schnittansicht. Die Baugruppe 20 umfasst wiederum ein erstes Strukturelement 1, ein zweites Strukturelement 2 und ein Knotenelement 5. Im Unterschied zu der Baugruppe 10 aus 1 sind der erste Verankerungsbereich 3 und der zweite Verankerungsbereich 4 jeweils in Form eines hervorstehenden Bereiches, also einer Verdickung der Strukturelemente 1, 2, ausgeführt, die wiederum beispielsweise durch Auftragen von zusätzlichem Material, das z. B. bei Verwendung eines Flechtprofils oder Wickelprofils als Strukturelemente 1 und 2 durch mehrfachen Überauftrag von Fasermaterial in einem vorgesehenen Bereich erzeugt wurde, gebildet. Das Knotenelement 5 umgibt die Verdickungen, also die Verankerungsbereiche 3, 4 dabei mindestens teilweise und sichert somit die Strukturelemente 1, 2 vor einem Verdrehen bzw. einem Herausrutschen oder Hineinrutschen in das Knotenelement 5.
Das Knotenelement 5 der Baugruppe 20 umfasst ferner ein endlosfaserverstärktes Halbzeug 7, das hier beispielhaft in Form eines in das Knotenelement 5 eingebetteten unidirektionalen Bandes ausgebildet ist und das eine Erhöhung der Stabilität der Baugruppe 20 in dem unteren, lasttragenden Bereich des Knotenelements 5, bewirkt.
3 zeigt eine Baugruppe 30 gemäß einer dritten Ausführungsform in Schnittansicht. Die Baugruppe 30 umfasst wiederum ein erstes Strukturelement 1, ein zweites Strukturelement 2 und ein Knotenelement 5. Im Unterschied zu der Baugruppe 20 aus 2 sind die Strukturelemente 1, 2 im Wesentlichen orthogonal zueinander angeordnet und kreuzen sich daher im Knotenelement 5. Das Strukturelement 1 weist zudem einen ersten Verankerungsbereich 3 auf, der dadurch gebildet wurde, dass in einem zweiter Teil des ersten Abschnitts des ersten Strukturelements 211 durch Verdrillen des Strukturelements 1 in diesem Bereich eine Veränderung der Querschnittsform des Strukturelements 1 in Form eines Gewindes ausgebildet wurde. Dieser gewindeförmige oder schraubenförmige erste Verankerungsbereich 3 weist damit mehrere kleinere Hinterschneidungen auf, die beispielsweise von Kunststoffmatrixmaterial des Knotenelements 5 umflossen werden können und dann nach dem Aushärten das Strukturelement 1 vor einem Herausrutschen oder Hineinrutschen in das Knotenelement 5 bewahren.
Als weiteren Unterschied zu der Baugruppe 20 aus 2 zeigt die Baugruppe 30 ein Knotenelement 5, das dünnwandig und dafür mit einer Verrippung 8 zur Stabilisierung des Knotenelements 5 gegenüber Verformung ausgebildet ist. Die Verrippung 8 kann in Form, Größe, Anzahl und Anordnung der Rippen variieren und entsprechend der zu erzielenden Stabilität ausgeformt werden. Die Rippen der Verrippung 8 weisen an ihrer breitesten Stelle vorzugsweise eine Wandstärke von 2 bis 7 mm und eine Höhe, gemessen an Ihrer höchsten Stelle, von 2 bis 70 mm auf.
Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: erstes Strukturelement
2: zweites Strukturelement
11: erster Abschnitt des ersten Strukturelements
111: erster Teil des ersten Abschnitts des ersten Strukturelements
21: zweiter Abschnitt des ersten Strukturelements
211: zweiter Teil des ersten Abschnitts des ersten Strukturelements
12: erster Abschnitt des zweiten Strukturelements
112: erster Teil des ersten Abschnitts des zweiten Strukturelements
212: zweiter Teil des ersten Abschnitts des zweiten Strukturelements
22: zweiter Abschnitt des zweiten Strukturelements
3: erster Verankerungsbereich
4: zweiter Verankerungsbereich
5: Knotenelement
6: Stopfen
7: endlosfaserverstärktes Halbzeug
8: Verrippung
10, 20, 30: Baugruppe

Claims

Baugruppe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend – mindestens ein erstes Strukturelement (1) mit einem ersten Abschnitt (11) und einem zweiten Abschnitt (21), – mindestens ein zweites Strukturelement (2) mit einem ersten Abschnitt (12) und einem zweiten Abschnitt (22) und – mindestens ein Knotenelement (5), wobei – das Knotenelement (5) aus einer gehärteten Faserverbund-Pressmasse, umfassend mindestens ein Fasermaterial und mindestens ein Reaktionsharz, gebildet ist wobei – zwischen dem Knotenelement (5), mindestens einem ersten Teil des ersten Abschnitts des ersten Strukturelements (111) und mindestens einem ersten Teil des ersten Abschnitts des zweiten Strukturelements (112) eine stoffschlüssige Verbindung vorhanden ist und wobei – zwischen dem Knotenelement (5) und mindestens einem zweiten Teil des ersten Abschnitts des ersten Strukturelements (211) ein erster Verankerungsbereich (3) und – zwischen dem Knotenelement (5) und mindestens einem zweiten Teil des ersten Abschnitts des zweiten Strukturelements (212) ein zweiter Verankerungsbereich (4) vorhanden ist und wobei die den ersten Verankerungsbereich (3) und den zweiten Verankerungsbereich (4) bildenden Bereiche des Knotenelements (5), des zweiten Teils des ersten Abschnitts des ersten Strukturelements (211) und des zweiten Teils des ersten Abschnitts des zweiten Strukturelements (212) eine abgerundete Form aufweisen.
Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verankerungsbereich (3) und/oder der zweite Verankerungsbereich (4) aus: einer oder mehreren Ausnehmungen, Hinterschneidungen, hervorstehenden Bereichen, Sacklöchern, Durchgangslöchern, Schlitzen oder Kombinationen daraus gebildet werden.
Baugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Strukturelement (1, 2) aus einem metallischen Werkstoff und/oder einem keramischen Werkstoff und/oder einem Kunststoff und/oder einem faserverstärkten Kunststoff und insbesondere einem faserverstärkten Kunststoff gebildet ist und insbesondere Endlosfasern und mindestens ein duroplastisches Polymer oder ein thermoplastisches Polymer enthält und/oder dass die gehärtete Faserverbund-Pressmasse des Knotenelements (5) Fasern mit einer Faserlänge von 1 bis 200 mm, vorzugsweise von 10 bis 100 mm und weiter vorzugsweise von 15 bis 50 mm, sowie mindestens ein duroplastisches Polymer enthält.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Strukturelement (1, 2) als Profil und insbesondere als Flechtprofil, Fasergelege, Wickelprofil, Schalenprofil in Sandwichbauweise oder aus Kombinationen davon hergestellt ist.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in das Knotenelement (5) hineinragende Strukturelementenden, insbesondere mittels eines Stopfens (6), verschlossen sind.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Knotenelement (5) dünnwandig und verrippt ausgebildet ist.
Baugruppe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine durchschnittliche Wandstärke der Rippen 1 mm bis 10 mm, vorzugsweise 1 mm bis 7 mm beträgt und/oder dass eine durchschnittliche Höhe der Rippen 1 mm bis 100 mm, vorzugsweise 2 mm bis 70 mm beträgt.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Knotenelement (5) und dem ersten Abschnitt des ersten Strukturelements (11) und/oder zwischen dem Knotenelement (5) und dem ersten Abschnitt des zweiten Strukturelements (12) eine kraftschlüssige Verbindung vorhanden ist.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Knotenelement (5) zusätzlich mindestens ein endlosfaserverstärktes Halbzeug (7) umfasst.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Knotenelement (5) und das erste Strukturelement (1) überlappen und einen ersten Überlappungsbereich bilden, der in Längsrichtung des ersten Strukturelements (1) eine Länge von 10 mm bis 80 mm, vorzugsweise von 15 mm bis 50 mm, aufweist und/oder dass das Knotenelement (5) und das zweite Strukturelement (2) überlappen und einen zweiten Überlappungsbereich bilden, der in Längsrichtung des zweiten Strukturelements (2) eine Länge von 10 mm bis 80 mm, vorzugsweise von 15 mm bis 50 mm, aufweist.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Knotenelement (5) eine durchschnittliche Wandstärke von 2 mm bis 15 mm, vorzugsweise von 2 mm bis 10 mm, aufweist.
Kraftfahrzeug, umfassend mindestens eine Baugruppe (10, 20, 30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe (10, 20, 30), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend die Schritte – Bereitstellen von mindestens einem ersten Strukturelement (1) mit einem ersten Abschnitt (11) und einem zweiten Abschnitt (21), – Bereitstellen von mindestens einem zweiten Strukturelement (2) mit einem ersten Abschnitt (12) und einem zweiten Abschnitt (22), – Umformen eines zweiten Teils des ersten Abschnitts des ersten Strukturelements (211), – Umformen eines zweiten Teils des ersten Abschnitts des zweiten Strukturelements (212), – Einbringen des ersten Strukturelements (1), des zweiten Strukturelements (2) und eine härtbare Faserverbund-Pressmasse, umfassend mindestens ein Fasermaterial und mindestens ein Reaktionsharz, in ein Werkzeug, – Schließen des Werkzeugs, – Bilden eines Knotenelements durch Härten der härtbaren Faserverbund-Pressmasse durch Anwendung von Druck und Temperatur so dass – zwischen einem ersten Teil des ersten Abschnitts des ersten Strukturelements (111), einem ersten Teils des ersten Abschnitts des zweiten Strukturelements (112) und dem Knotenelement eine stoffschlüssige Verbindung und – zwischen dem Knotenelement (5) und dem zweiten Teil des ersten Abschnitts des ersten Strukturelements (211) ein erster Verankerungsbereich (3) und – zwischen dem Knotenelement (5) und dem zweiten Teil des ersten Abschnitts des zweiten Strukturelements (212) ein zweiter Verankerungsbereich (4) gebildet werden, wobei die den ersten Verankerungsbereich (3) und den zweiten Verankerungsbereich (4) bildenden Bereiche des Knotenelements (5), des zweiten Teils des ersten Abschnitts des ersten Strukturelements (211) und des zweiten Teils des ersten Abschnitts des zweiten Strukturelements (212) so ausgebildet werden, dass sie in den Verankerungsbereichen (3, 4) eine abgerundete Form aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass – die Strukturelemente (1, 2) aus einem faserhaltigen Material, insbesondere einem gehärteten Faserverbundmaterial gebildet sind und/oder – dass nach dem Schließen des Werkzeugs ein Harzmaterial, insbesondere mittels eines RTM-Verfahrens, eingespritzt wird, das die Strukturelemente (1, 2) tränkt.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformen des zweiten Teils des ersten Abschnitts des ersten Strukturelements (211) und/oder das Umformen des zweiten Teils des ersten Abschnitts des zweiten Strukturelements (212) durch Formen einer oder mehrerer Ausnehmungen, Hinterschneidungen, hervorstehenden Bereichen, Sacklöchern, Durchgangslöchern, Schlitzen oder Kombinationen daraus erfolgt und/oder dass mindestens ein Strukturelement (1, 2) als Flechtprofil ausgebildet ist und das Umformen des zweiten Teils des ersten Abschnitts des als Flechtprofil ausgebildeten Strukturelements (211, 212) unter Beibehaltung der Umfangslänge der Querschnittsform erfolgt und/oder dass mindestens ein Strukturelement (1, 2) als Profil, insbesondere mittels eines Flechtverfahrens, Legeverfahrens, Wickelverfahrens, oder als Schalenprofil in Sandwichbauweise oder Kombinationen daraus, hergestellt wird und/oder dass Strukturelementenden, die vorgesehen sind, in das Knotenelement (5) hineinzuragen, vor dem Bilden des Knotenelements (5), insbesondere mittels eines Stopfens (6), verschlossen werden und/oder dass in dem Knotenelement (5) zusätzlich mindestens ein endlosfaserverstärktes Halbzeug (8) eingebettet wird.