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Die Erfindung betrifft ein Karosserie-Strukturelement für eine Fahrzeugkarosserie eines Kraftfahrzeugs sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Karosserie-Strukturelements.
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Karosserie-Strukturelemente dienen zum Versteifen der Karosserie eines Kraftfahrzeugs. Dies erlaubt es, die Festigkeit der Fahrzeugkarosserie im Bereich solcher Karosserie-Strukturelemente zu erhöhen, so dass ein lokales Versagen einzelner Zonen der Karosserie im Crashfall und ein damit verbundener vollständiger Verlust der strukturellen Integrität der Karosserie weitgehend oder sogar vollständig vermieden werden kann.
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Aus der
DE 10 2013 019 474 A1 ist es bekannt, einen metallischen Grundkörper mit einem Verstärkungsteil aus einem faserverstärkten Verbundkunststoff zu verstärken. Das Verstärkungsteil wird mittels eines Klebstoffs am Grundkörper befestigt. Das Verstärkungsteils setzt sich aus mehreren aufeinandergestapelten und mit einem härtbaren Kunstharz vorimprägnierten Faserstoffen zusammen, die mit einer Klebstoffimprägnierung oder mit einer nach außen weisenden Klebstoffbeschichtung versehen sind.
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Die
DE 10 2006 058 601 B4 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Karosseriebauteils. Das Karosseriebauteil umfasst einen metallischen Grundkörper und ein Verstärkungsbauteil aus einem Faser-Kunststoff-Verbund, welche mittels einer Klebverbindung aneinander befestigt werden. Die Aushärtung der Klebverbindung erfolgt unter Ausnutzung der Restwärme aus einem vorhergehenden Warmumformvorgang. Das Verstärkungsbauteil wird durch mehrlagig angeordnete und mit einem härtbaren Kunststoff vorimprägnierte Faserstoffe gebildet.
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Die
EP 1 557 342 B1 beschreibt eine Baugruppe einer Fahrzeugkarosserie in Schalenbauweise mit einer Außen- und einer Innenschale, die mit wenigstens einem Verstärkungsteil verstärkt ist. Das Verstärkungsteil besteht aus einem faserverstärkten Kunststoff, der flächig mit einer der Schalen verklebt ist.
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Häufig weisen die aus Metall gebildeten Teile, bzw. der metallische Grundkörper auf dem die FVK-Schicht aufgetragen werden soll aus den vorgelagerten Bearbeitungsschritten ölige Anhaftungen, insbesondere Ziehöle oder Korrosionsschutzöle auf. Die Haftfestigkeit der FVK-Schicht ist durch diese öligen Zwischenschichten stark beeinträchtigt. Daher ist es in der Regel erforderlich, den metallischen Grundkörper einem aufwändigen Reinigungsschritt zu unterziehen, um die Oberfläche vollständig frei von öligen Anhaftungen zu machen.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ausführungsform eines Karosserie-Strukturelements für eine Fahrzeugkarosserie eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, welches insbesondere mit einem verbesserten Korrosionsschutz ausgestattet ist. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Herstellungsverfahren für ein solches Karosserie-Strukturelement anzugeben.
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Diese Aufgaben werden durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Grundgedanke ist demnach, zur Herstellung eines Karosserie-Strukturelements einen flächig ausgebildeten Grundkörper aus einem Metall mit einer Verstärkungsschicht aus einem kohlefaserverstärkten Kunststoff auszustatten. Erfindungswesentlich ist dabei die Integration eines Öl-aufnehmenden Kunstharz-Systems in den Kunststoff der Verstärkungsschicht. Dies führt dazu, dass die FVK-Schicht, insbesondere CFK-Schicht unmittelbar auf den noch ölige Verunreinigungen tragenden metallischen Grundkörper aufgetragen werden kann. Dabei wird das Öl in die Kunststoffmatrix der FVK- oder CFK-Schicht aufgenommen. Hierdurch kommt eine feste Haftung und eine korrosionsfeste Verbindung zwischen Grundkörper und Verstärkungsschicht zustande.
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Gegebenenfalls kann der metallische Grundkörper vor der Applikation der FVK-Schicht mit einem Korrosionsschutzöl behandelt werden. Im Zuge des Herstellungsverfahrens zum Herstellen des Karosserie-Strukturelements wird dann zunächst ein Öl auf den Grundkörper aufgebracht, welches auch eine erste Seite des Grundkörpers umfasst. Anschließend wird die besagte Verstärkungsschicht aus dem kohlefaserverstärkten Kunststoff (CFK), in welchen ein Kunstharz-System integriert ist, auf die dieselbe, also erste Seite des Grundkörpers aufgebracht. Dies hat zur Folge, dass das auf dem Grundkörpers vorher aufgebrachte Öl wenigstens teilweise vom Kunstharz-System aufgenommen wird, wodurch der angestrebte Korrosionsschutz erzielt wird. Ein weiterer Vorteil bei der Verwendung eines Öls, welches vom Kunstharz der Verstärkungsschicht aufgenommen wird, besteht darin, dass die Verstärkungsschicht direkt ohne vorherige Reinigung der Oberfläche des Grundkörpers auf diesen aufgebracht werden kann.
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Zur dauerhaften Fixierung der Verstärkungsschicht auf dem Grundkörper kann die Verstärkungsschicht einem Aushärtungs-Prozess unterzogen werden. Hierzu kann die Anordnung aus Grundkörper und Verstärkungsschicht, etwa in einem geeigneten Ofen, auf eine für die Aushärtung geeignete Temperatur erwärmt werden. Alternativ dazu ist es auch denkbar, den Grundkörper bereits vor dem Aufbringen der Verstärkungsschicht zu erwärmen und die nach dem Aufbringen der Verstärkungsschicht noch im Grundkörper vorhandene Restwärme zum Aushärten der Verstärkungsschicht heranzuziehen.
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Ein erfindungsgemäßes Karosserie-Strukturelement umfasst also einen flächig, insbesondere schalenartig, ausgebildeten Grundkörper aus einem Metall sowie eine auf einer ersten Seite des Grundkörpers vorgesehenen Verstärkungsschicht aus einem kohlefaserverstärkten Kunststoff. Als Kohlefasern kommen insbesondere Karbonfasern, bzw. Kohlenstofffasern in Betracht. Der Kunststoff der Verstärkungsschicht umfasst ein Kunstharz-System, das zur Aufnahme eines Öls ausgebildet ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der kohlefaserverstärkte Kunststoff Kurzfasern, insbesondere fließfähige Kurzfasern. Dies ermöglicht die Herstellung eines Karosserie-Strukturelements mit lokal variierender Schichtdicke, was wiederum die Realisierung einer Verstärkungsschicht mit dreidimensionalen geometrischen Strukturen möglich macht.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, die Verstärkungsschicht mehrlagig auszubilden. Auch dies ermöglicht eine Ausbildung der Verstärkungsschicht nicht nur mit flächiger geometrischer Gestalt, sondern mit dreidimensionalen Strukturelementen. Bei einer solchen mehrlagigen Ausbildung der Verstärkungsschicht können vom Grundkörper abgewandte, also höherlagige Lagen, nur abschnittsweise auf den entsprechend niederlagigen, also dem Grundkörper zugewandten Lagen vorgesehen sein.
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Besonders zweckmäßig lässt sich auf diese Weise eine Verstärkungsschicht realisieren, die – zur Ausbildung besagter dreidimensionaler Strukturen – auf der vom Grundkörper abgewandten Seite eine Mehrzahl von Erhebungen aufweist. In einer besonders bevorzugten Weiterbildung dieser Ausführungsform können diese Erhebungen eine rippenartige Struktur ausbilden.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch
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1 ein erstes Beispiel eines erfindungsgemäßen Karosserie-Strukturelements,
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2 ein zweites Beispiel eines erfindungsgemäßen Karosserie-Strukturelements.
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Die 1 zeigt in einer schematischen Darstellung den Aufbau eines erfindungsgemäßen Karosserie-Strukturelements 1. Dieses umfasst einen Grundkörper 2 aus einem Metall, insbesondere einem Leichtmetall, der zur Aufnahme einer Verstärkungsschicht 3 flächig ausgebildet ist. Auf einer ersten Seite 4 des Grundkörpers 2 ist eine solche Verstärkungsschicht 3 aus einem kohlefaser-verstärkten Kunststoff angeordnet. Die in 1 nicht näher dargestellten Kohlefasern können beispielsweise Karbonfasern sein. Die Kohlefasern bzw. Karbonfasern können auch als fließfähige Kurzfasern ausgebildet sein.
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Der Kunststoff der Verstärkungsschicht 3 umfasst ein Kunstharz-System, das zur Aufnahme eines Öls ausgebildet ist. Somit kann eine im Zuge des Zusammenbaus des Karosserie-Strukturelements 1 auf die erste Seite 4 des Grundkörpers 2 eine Ölschicht – in 1 nur schematisch angedeutet und mit dem Bezugszeichen 5 bezeichnet – aufgebracht werden, bevor die Verstärkungsschicht 3 auf dem Grundkörper 2 aufgebracht wird. Der Grundkörper 2 kann auch schalenartig ausgebildet sein (nicht gezeigt), was das Aufbringen der Ölschicht 5 auf die erste Seite des Grundkörpers 2 erleichtert. Die Ölschicht 5 bewirkt einen verbesserten Korrosionsschutz an der Schnittstelle zwischen Grundkörper 2 und Verstärkungsschicht 3 und wird vom Kunstharz-System des Kunststoffs der Verstärkungsschicht 3 teilweise oder sogar vollständig aufgenommen, sobald die Verstärkungsschicht 3 auf dem Grundkörper 2 platziert wird.
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Für die endgültige Fixierung der Verstärkungsschicht 3 auf dem Grundkörper 2 wird das Material der Verstärkungsschicht 3 durch Erwärmen ausgehärtet. Hierzu kann die gesamte Anordnung aus Grundkörper 2 und Verstärkungsschicht 3 in einem Ofen auf eine für die Aushärtung geeignete Temperatur erhitzt werden.
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In einer Variante des Beispiels der Grundkörper 2 bereits vor dem Aufbringen der Verstärkungsschicht 3 erwärmt werden, so dass nach dem Aufbringen der Verstärkungsschicht 3 die im Grundkörper 2 gespeicherte Wärme in vorteilhafter Weise zum Aushärten der Verstärkungsschicht 3 verwendet werden kann.
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Wie 1 erkennen lässt, kann die Verstärkungsschicht 3 mehrlagig ausgebildet sein. Im Beispiel der 1 besitzt die Verstärkungsschicht 3 drei aufeinandergestapelte Lagen in Form von Teilschichten 3a, 3b, 3c, wobei die Teilschichten 3b und 3c jeweils nur abschnittsweise auf der jeweils unterhalb angeordneten Teilschicht 3a bzw. 3b vorgesehen ist. Es ergibt sich eine Verstärkungsschicht 3 mit dreidimensionalen Strukturelementen. Mittels solcher dreidimensionaler Strukturen lassen sich beispielsweise Einschraubdome für Schraubelemente sowie Clips-Elemente erzeugen, welche die Montage des Karosserie-Strukturelements 1 an einer Fahrzeugkarosserie maßgeblich erleichtern können.
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Die 2 zeigt eine Variante des Beispiels der 1, bei der sich durch das Aufeinanderstapeln von Teilschichten 3a, 3b Erhebungen 6 ergeben, die eine rippenartige Struktur ausbilden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013019474 A1 [0003]
- DE 102006058601 B4 [0004]
- EP 1557342 B1 [0005]
