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Die Erfindung betrifft ein Strukturbauteil, insbes. zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug.
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Strukturbauteile bestehen üblicherweise aus Aluminiumdruckguss und können beispielsweise als Halter eines Energiespeichers in einem Kraftfahrzeug verwendet werden.
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Üblicherweise wird der Energiespeicher eines Hybridfahrzeuges unter den Rücksitzen verbaut. Zu dem Energiespeicher gehören Peripheriebauteile, wie die Kühlung mittels eines Kühlmediums, die Anordnung und Verbindung der einzelnen Zellpacks und auch die Ansteuerung des Energiespeichers. Durch die Lage und Position des Energiespeichers muss aus Gründen der Sicherheit ein festes (Alu-Druckguss-)Gehäuse den Energiespeicher schützen, vor allem gegenüber einem Pfahlcrash. Das bedeutet, dass die Aufnahme der Kräfte über das Strukturbauteils erfolgen muss, um den Energiespeicher nicht zu belasten und um Schaden zu verhindern. Durch die notwendige Auslegung zur Crashsicherheit ist ein solches Strukturbauteil daher massiv und folglich auch schwer. In der Fertigung/Montage dieser Energiespeichersysteme sind aufgrund der zahlreichen Peripheriebauteile ebenso zahlreiche Montageschritte notwendig, die teilweise manuell durchgeführt werden müssen, z. B. die Montage biegeschlaffer oder sensibler Teile.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Strukturbauteil, insbes. zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug anzugeben, das ohne Einbußen bei der Crashsicherheit gewichtsreduziert herstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird bei einem Strukturbauteil, insbes. zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, dadurch gelöst, dass das Strukturbauteil mehrschichtig bzw. mehrkomponentig aufgebaut ist und einen aus einem unidirektionalen thermoplastischem Tape oder einer in der Wertschöpfungskette fortgeschrittenen Halbzeugstufe wie einem Gewebe oder Gelege oder aus thermoplastischen Tapes einer anderen Form bestehenden Kern aufweist, der mit einem Kunststoff um-, an- oder durchspritzt ist.
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Infolge dieser Ausgestaltung ergibt sich ein leichtes Gehäuse, dessen Kraftableitung über die Struktur erfolgt. Dadurch lassen sich sekundäre Gewichtseinsparungen an anderen Bauteilen verwirklichen und die Energiespeicher unbelastet verbauen. Darüber hinaus kann auch die Steifigkeit der Energiespeicher für das Kraftfahrzeug genutzt werden. Das erfindungsgemäße Strukturbauteil hat außerdem den Vorteil, dass es nach der Herstellung ohne Nachbearbeitung eingesetzt werden kann.
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Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung bestehen das Tape bzw. die Halbzeugstufe aus einem faserverstärkten Kunststoff, wie beispielsweise carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK) oder glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK).
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Bevorzugt ist der Kunststoff ein Polyamid (PA), ein Polypropylen (PP), ein Polybutylenterephthalat (PBT), ein Polyphenylensulfid (PPS), ein Polyetheretherketon (PEEK) o. dgl.
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Damit das Strukturbauteil einfach mit dem Kraftfahrzeug verbunden, vorzugsweise verschraubt werden kann, ist der Kern gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung formschlüssig mit zumindest einem Metallanker zur Anbindung des Strukturbauteils an das Kraftfahrzeug versehen. Über diesen Metallanker erfolgt eine Krafteinleitung direkt in die Tapes bzw. die Halbzeugstufe.
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Wenn gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Kern mit integrierten Leitungen und/oder Kanälen für Peripheriebauteile versehen ist, wird beim Zusammenbau eine modulare Struktur geschaffen, die eine einfache Plug & Play-Montage ermöglicht, so dass beim Montieren des Energiespeichers die Verbindung zu Kabeln für Strom und/oder Steuerung und Leitungen für ein Kühlfluid automatisch hergestellt wird. Durch die Integration der Leitungen und/oder Kanäle werden ein genaues Positionieren und ein Schutz dieser Komponenten erreicht. Neben Leitungen und/oder Kanälen können auch weitere Komponenten, wie beispielsweise Membrane, Entgasungseinheiten, Dichtungen, Stecker, z. B. für Hoch-/Niedervolt, usw. in den Kern integriert und Leitungen umspritzt werden. Auch das Einlegen von Fliesen oder Flicken zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) ist ohne weiteres und einfach möglich.
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Durch das erfindungsgemäße Strukturbauteil ergeben sich somit Vorteile hinsichtlich einer Gewichtsersparnis, der Berührschutz für Leitungen bzw. Kabel kann wegfallen, die Montage wird erleichtert, die Taktzeit der Montage reduziert und der Service vereinfacht.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Strukturbauteils von vorne,
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2 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Strukturbauteils von hinten,
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3 bis 5 Detailansichten des erfindungsgemäßen Strukturbauteils,
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6 bis 9 weitere Detailansichten des erfindungsgemäßen Strukturbauteils und der darin verbauten Komponenten,
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10 eine Detailansicht der in dem erfindungsgemäßen Strukturbauteil verbauten Fluidleitungen, und
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11 eine den Herstellungsprozess des erfindungsgemäßen Strukturbauteils verdeutlichende Skizze.
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In den Figuren ist ein erfindungsgemäßes Strukturbauteil 1 dargestellt. Das Strukturbauteil 1 findet beispielsweise Anwendung im Fahrzeugbau, z. B. als Rahmen von Motorrollern, als Rahmenstrukturen bei Transportern oder Bussen, in PKW-Karosserien, als Crash-Element in PKWs und LKWs usw., und weist strukturelle, elektrische und/oder temperierende Funktion auf.
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Das erfindungsgemäße Strukturbauteil 1 ist mehrschichtig bzw. mehrkomponentig aufgebaut und weist einen Kern 3 auf, der einen aus einem unidirektionalen thermoplastischem Tape oder einer in der Wertschöpfungskette fortgeschrittenen Halbzeugstufe wie einem Gewebe oder Gelege oder aus thermoplastischen Tapes einer anderen Form besteht, der mit einem Kunststoff um-, an- oder durchspritzt ist.
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Als Material für das unidirektionale Tape-Gewebe bzw. die unidirektionalen Tape-Lagen ist ein faserverstärkter Kunststoff, wie beispielsweise carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK), glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) oder dgl. vorgesehen.
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Der Kunststoff für die Umspritzung des Kerns 3 ist ein Polyamid (PA), ein Polypropylen (PP), ein Polybutylenterephthalat (PBT), ein Polyphenylensulfid (PPS), ein Polyetheretherketon (PEEK) o. dgl.
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Um das Strukturbauteil 1 beispielsweise mit einer Fahrzeugkarosserie zu verbinden, z. B. zu verschrauben, ist der Kern 3 formschlüssig mit zumindest einem Metallanker 4 versehen, wie insbesondere aus den 3 und 4 zu entnehmen ist. An diesen Metallanker 4 kann beispielsweise ein Halter 5 angebracht werden (vgl. 5), mit dessen Hilfe das Strukturbauteil 1 beispielsweise an der Fahrzeugkarosserie befestigt werden kann.
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Wie sich aus den Figuren ergibt, ist das Strukturbauteil 1 bzw. dessen Kern 3 mit integrierten Leitungen und/oder Kanälen 2 für Peripheriebauteile versehen, so dass Kabel für die Energieversorgung, die Steuerung usw. sowie Leitungen für ein Kühlfluid in das Strukturbauteil 1 integriert sind.
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In den 6 bis 9 sind weitere Detailansichten des erfindungsgemäßen Strukturbauteils 1 mit den darin verbauten Komponenten gezeigt.
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Die 6 und 8 zeigen jeweils eine perspektivische Ansicht von innen und die 7 und 9 jeweils einen Schnitt durch das Strukturbauteil 1.
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Das Strukturbauteil 1 weist einen Kern 3 – z. B. aus UD-Tapes – auf, der mit einem Kunststoff um-, an- oder durchspritzt ist. In dem Kern 3 sind Leitungen und/oder Kanäle 2 vorgesehen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind dies Modulanschlüsse 2a, Modulverbinder 2b, Kommunikationskabelbäume 2c und Fluidleitungen 2d, die mit einem Anschlussflansch versehen sind.
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10 zeigt ein in dem Strukturbauteil 1 verbautes System aus Fluidleitungen 2d, wobei die Fluidleitungen 2d bereichsweise mit Schutzelementen 2e versehen sind, welche die Fluidleitungen 2d beim Einspritzen des Kunststoffs im Spritzgusswerkzeug in Position halten und gleichzeitig schützen.
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11 ist eine Skizze zur Verdeutlichung des Herstellungsprozesses des erfindungsgemäßen Strukturbauteils.
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In einer Lagerstation A sind beispielsweise die unidirektionalen Tapes (UD-Tapes) in einem Spulenständer gelagert. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind sechs UD-Tapes gezeigt, es können aber auch mehr oder weniger sein. Aus der Lagerstation A werden die einzelnen UD-Tapes dann einer Schicht- und Schneidstation B zugeführt, in welcher die einzelnen UD-Tapes übereinander geschichtet werden, so dass eine mehrlagige Schicht entsteht.
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In der Schicht- und Schneidstation B wird die mehrlagige Schicht aus UD-Tapes dann auch entsprechend ihrer Verwendung zugeschnitten.
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Von der Schicht- und Schneidstation B wird die mehrlagige Schicht aus UD-Tapes einer Aufheizstation C zugeführt, in welcher die Schicht erwärmt bzw. aufgeschmolzen wird. Danach wird die erwärmte bzw. aufgeschmolzene und biegeweiche mehrlagige Schicht aus UD-Tapes zu einer Spritzgussmaschine D transportiert, wo die Schicht beispielsweise über Vakuum- oder Nadelgreifer in einem Formwerkzeug E abgelegt wird. In dem Formwerkzeug E wird die mehrlagige Schicht aus UD-Tapes dann mit dem Kunststoff um-, an- oder durchspritzt und in ihre endgültigen Form gebracht.
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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.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Strukturbauteil
- 2
- Leitungen und/oder Kanäle
- 2a
- Modulanschluss
- 2b
- Modulverbinder
- 2c
- Kommunikationskabelbaum
- 2d
- Fluidleitungen
- 2e
- Schutzelement
- 3
- Kern
- 4
- Metallanker
- 5
- Halter
- A
- Lagerstation
- B
- Schicht- und Schneidstation
- C
- Aufheizstation
- D
- Spritzgussmaschine
- E
- Formwerkzeug
