DE102016102257A1

DE102016102257A1 - Bauteil, insbesondere für eine Tragstruktur in einem Kraftfahrzeug und Verfahren zu dessen Aufbau

Info

Publication number: DE102016102257A1
Application number: DE102016102257.8A
Authority: DE
Inventors: Philipp Kellner; Sebastian Steinrücken; Frank Kunert
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2016-02-10
Filing date: 2016-02-10
Publication date: 2017-08-10

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bauteil, insbesondere für eine Tragstruktur in einem Kraftfahrzeug, bestehend aus mindestens einem Metallblech-Grundkörper (1) und mindestens einer diesem Metallblech-Grundkörper (1) zugeordneten Kunststoffverstärkung (5), wobei am Metallblech-Grundkörper (1) mindestens ein in die Kunststoffverstärkung (5) formschlüssig einbettbares Metallelement (7) befestigt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauteil, insbesondere ein Bauteil für eine Tragstruktur in einem Kraftfahrzeug. Dieses Bauteil besteht aus mindestens einem Metallblech-Grundkörper und mindestens einer diesem Metallblech-Grundkörper zugeordneten Kunststoffverstärkung. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Aufbau eines erfinderischen Verbund-Bauteils.
Aus dem Serien-Kraftfahrzeugbau sind Verbundbauteile bekannt, die aus relativ dünnwandigen Metallblechen und aus an diese angespritzte bzw. angefügte Kunststoffbauteilen bestehen. Mit solchen Bauteilen soll – insbesondere in Tragstrukturen von Fahrzeugen – Gewicht gespart werden bei gleichzeitigem Erhalt der Festigkeit bzw. der Stabilität z.B. gegen Knick- bzw. Torsionskräfte.
Die EP 0 967 138 A2 zeigt und beschreibt ein solches Verbundbauteil, bei dem an einem aus Aluminium bestehendes, mit Haltekanälen versehenes Bauteil ein Kunststoffelement angespritzt ist. Die Haltekanäle werden beim Einspritzen des Kunststoffs mit Kunststoff gefüllt und stellen die Verbindung zwischen den Bauteilen her.
Die US 2015/0056428 A1 und die US 2002/0160145 A1 offenbaren Bauteile, bei denen Aluminium-Konstruktionen mit Kunststoff beschichtet sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein insbesondere in Bezug auf Crashfestigkeit höchst belastbares Bauteil mit gegenüber konventioneller Bauweise deutlich geringerem Gewicht kostengünstig und großserientauglich zur Verfügung zu stellen, mit dem die jeweiligen Anforderungen eines Fahrzeugs z.B. bei Seitencrash individuell erfüllbar bzw. zu übertreffen sind.
Diese Aufgabe löst die Erfindung dadurch, dass das Verbundteil aus einem Metallblech-Grundkörper von einer Kunststoffverstärkung bedeckt bzw. umschlossen ist, wobei die Kunststoffverstärkung formschlüssig an am Metallblech-Grundkörper befestigten Metallelementen festgelegt ist.
Bei einer solchen Konstruktion wird das relativ dünnwandige Metallblech durch An- bzw. Ausspritzen mit Kunststoff bei geringem Gewicht bei entsprechender Konturierung für höhere Belastungen tauglich, da eine zusätzliche Stabilisierung der Metallkonstruktion durch die aufgebrachte Kunststoffverstärkung erreicht wird.
Ein solches Verbundbauteil ist insbesondere für die hohen Belastungen, denen z.B. eine A-Säule oder auch eine B-Säule bei einem Kraftfahrzeug, insbesondere aber die A-Säule eines Cabrios oder eines Roadsters geeignet. Aufgrund der Profilgestaltung des Schicht-Aufbaus sowie der inneren Auskleidung bzw. Versteifung mit Kunststoff hält ein solches Bauteil höheren Belastungen stand als z.B. Bauteile, die lediglich in mehrteiliger Schalenbauweise aus z.B. hochfesten Stählen bestehen. Gleichzeitig weist die Konstruktion nach der Erfindung ein wesentlich geringeres Gewicht auf.
In vorteilhafter Weitergestaltung des Gegenstandes der Erfindung wird das mindestens eine Metallelement am Metallblech-Grundkörper vorzugsweise mittels Schweißen, Kleben und/oder mechanischem Fügen verbunden.
Vorteilhaft ist es ferner, wenn die Kunststoffverstärkung auf den Metallblech-Grundkörper stoffschlüssig aufgespritzt ist.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung ergibt sich dadurch, dass mindestens einem Metallblech-Grundkörper mindestens ein Metallblech-Stabilisierungskörper und mindestens eine diesen Metallblechen im durch sie gebildeten Innenraum zugeordnete Kunststoffverstärkung besteht, wobei am Metallblech-Grundkörper mindestens ein in die Kunststoffverstärkung formschlüssig einbettbares Metallelement befestigt ist und wobei der Metallblech-Stabilisierungskörper fest verbunden in am Metallblech-Grundkörper unmittelbar anliegenden Bereichen ausgeführt ist und wobei ferner von diesen Bereichen abstehende Bereiche vorgesehen sind, die von der Kunststoffverstärkung vollständig bzw. weitgehend umschließbar sind.
Ein nach der Erfindung aufgebautes Bauteil wird üblicherweise in seinem Querschnitt als ganz oder zu einem großen Teil geschlossenes Profilteil ausgeführt sein. Dementsprechend ist es zweckmäßig, den dadurch gebildeten Innenraum des Profils mit der Kunststoffverstärkung im Wesentlichen auszufüllen. Um die Stabilität weiter zu erhöhen, können in diese Kunststoffverstärkung Versteifungsstrukturen eingebracht sein. Diese Versteifungsstrukturen können vorzugsweise den Profilverlauf des Metallblech-Stabilisierungsteils im Wesentlichen folgend ausgeformt sein. Zweckmäßig ist es, diese Versteifungsstrukturen als den Profilquerschnitt stabilisierende Versteifungsrippen auszuformen.
Die Kunststoffverstärkung kann in ihren an den Metallblechen anliegenden Bereichen stoffschlüssig auf die Metallbleche aufgebracht sein.
Besonders zweckmäßig ist, für die Kunststoffverstärkung ein Thermoplast, vorzugsweise Polyamid, Polycarbonat, Polypropylen oder Polyphthalamide (PPA) zu verwenden. Die Kunststoffverstärkung kann ganz oder teilweise – z.B. lediglich die Versteifungsstrukturen bzw. Versteifungsrippen – partikel- und/oder faserverstärkt ausgeführt sein. Dafür bieten sich insbesondere Glas-, Basalt-, Aramid- und/oder Kohlenstofffasern an. Die Fasern können als Kurzfasern, Langfasern, Endlosfasern ausgeführt sein. Ebenso ist es denkbar – z.B. abhängig von den aufzunehmenden Belastungen – Partikel- und/oder Faserkombinationen für die Kunststoffverstärkung zu verwenden.
Eine besonders bevorzugte Ausführung zum Gegenstand der Erfindung bei entsprechend hohen Belastungen ergibt sich dadurch, dass der Metallblech-Grundkörper bzw. der Verbund aus Metallblech-Grundkörper und Metallblech-Stabilisierungskörper durch die Anfügung eines Organoblechs (= thermoplastischer endlosfaserverstärkter Faserverbundwerkstoff) zusätzlich stabilisiert wird, wobei das Organoblech der Kontur des Metallblech-Grundkörpers bzw. dem Verbund aus Metallblech-Grundkörper und Metallblech-Stabilisierungskörper im Wesentlichen entsprechend ausgeführt ist und mit diesem vorzugsweise stoffschlüssig verbunden ist.
Die Erfindung betrifft zum weiteren ein Verfahren zum Aufbau eines Bauteils in Hybrid-Struktur, insbesondere eines Bauteils für eine Tragstruktur in einem Kraftfahrzeug aus mindestens einem Metallblech-Grundkörper mit daran befestigten Metallelementen und/oder mindestens einem Metallblech-Stabilisierungskörper mit mindestens einer dem Metallblech-Grundkörper bzw. dem Verbund aus diesen Metallblechen zugeordneten Kunststoffverstärkung, das zumindest durch die folgenden Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:

– Formen des Metallblech-Grundkörpers;
– Formen des Metallblech-Stabilisierungskörpers;
– Verbinden der Metallbleche durch Punktschweißen, Kleben und/oder Fügen;
– Befestigen des/der Metallelemente am Metallblech-Grundkörper und/oder am Metallblech-Stabilisierungskörper durch Schweißen, Punktschweißen, Kleben und/oder Fügen
– Einlegen des Metallblech-Verbunds in eine Kunststoff-Spritzgussmaschine;
– Einspritzen der Kunststoffverstärkung auf oder um die vorgesehenen Bereiche, insbesondere um das/die Metallelemente zum Erzeugen eines Formschlusses.

Die Erfindung betrifft ferner verschiedene alternative Verfahren (siehe Ansprüche) zum Aufbau eines Hybrid-Bauteils, u.a. ein Verfahren, bei dem ein mit Endlosfasern verstärktes thermoplastisches Faser-Kunststoff-Verbund-Halbzeug (= Organoblech) erwärmt und im erwärmten Zustand in eine Spritzgussmaschine eingelegt und darin umgeformt an den Metallblechverbund angefügt und mit der Kunststoffverstärkung be- bzw. umspritzt wird.
Die Erfindung betrifft weiter ein drittes alternatives Verfahren zum Aufbau eines Hybrid-Bauteils, bei dem eine kurz- oder langfaserverstärkte thermoplastische Pressmasse in einer Presse mit den Metallblech-Verbundteilen verbunden bzw. umschlossen wird.
Schließlich betrifft die Erfindung eine weitere Variante eines Verfahrens zum Aufbau eines Hybrid-Bauteils, bei dem ein mit Endlosfasern verstärktes thermoplastisches Faser-Kunststoff-Verbund-Halbzeug in einer Presse mit einer kurz- oder langfaserverstärkten thermoplastischen Pressmasse zusammengebracht und mit dem Metallblech-Grundkörper oder der Metallblech-Struktur verbunden wird.
Soweit das Verbund-Bauteil als Profil nicht ohnehin rundumlaufend geschlossen bzw. weitgehend geschlossen aufgebaut ist, können die offenen, z.B. die inneren Bereiche einer A-Säule eines Kraftfahrzeugs durch ein Schließblech abgeschlossen werden. Dieses Schließblech kann aber ohne weiteres auch integrierter Bestandteil der Verbund-Struktur nach der Erfindung sein.
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in den Figuren der Zeichnung gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung hiermit zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in den 1–4 schematisch im Querschnitt unterschiedliche Ausführungsbeispiele eines Verbund-Bauteils nach der Erfindung.
Für gleiche Bauteile in den Figuren der Zeichnungen werden zum besseren Verständnis der Erfindungsmerkmale jeweils die gleichen Bezugszeichen verwendet.
In 1 ist mit 1 eine entsprechend seiner konstruktiven Anforderungen umgeformter Metallblech-Grundkörper eines Verbund-Bauteils VB, z.B. für die A-Säule eines Kraftfahrzeugs gezeigt (Zeichnungsdarstellung: Querschnitt durch das Profil). Auf den Metallblech-Grundkörper 1 ist in den durch sein Profil gebildeten Innenraum und diese im Wesentlichen ausfüllend eine Kunststoffverstärkung 5 aufgebracht (eingespritzt). Diese Kunststoffverstärkung 5 kann aus einem thermoplastischen Kunststoff bestehen, z.B. aus Polyamid, Polycarbonat, Polypropylen oder Polyphtalamide (PPA). Vorzugsweise bildet diese eingespritzte Kunststoffverstärkung zusätzliche Verstärkungsstrukturen 6.1, 6.2 und 6.3 auf. Dabei kann der thermoplastische Kunststoff mittels Partikeln oder Fasern verstärkt sein. Als Faserwerkstoff zur Verstärkung kommt Glas, Basalt, Aramid oder Kohlenstoff in Betracht. Diese Fasern können als Partikel, Kurzfasern, Langfasern, Endlosfasern und/oder in einer Kombination daraus Anwendung finden.
Zum Erzeugen einer formschlüssigen Verbindung neben der stoff- bzw. kraftschlüssigen Verbindung zwischen Metall und Kunststoff sind entweder am Metallblech-Grundkörper oder am Metallblech-Stabilisierungskörper Metallelemente befestigt, die mit dem Kunststoff umspritzt sind (Details nachstehend beschrieben).
In 2 ist mit 1 ein entsprechend seiner konstruktiven Anforderungen umgeformter Metallblech-Grundkörper eines Verbund-Bauteils, z.B. für die A-Säule eines Kraftfahrzeugs gezeigt (Zeichnungsdarstellung: Querschnitt durch das Profil). Mit dem Metallblech-Grundkörper 1 ist ein Metallblech-Stabilisierungskörper 2 verbunden, der insbesondere an den Stellen, in denen die Verbund-Konstruktion hohen Belastungen ausgesetzt ist, dem Konturenverlauf des Metallblech-Grundkörpers 1 entsprechend geformt ist. In den aneinander anliegenden Bereichen von Grundkörper 1 und Stabilisierungskörper 2 sind die beiden relativ dünnen Metallbleche vorzugsweise fest miteinander verbunden. Diese Verbindung kann durch Schweißen, Kleben und/oder mechanisches Fügen erzeugt werden. Der Stabilisierungskörper 2 weist vom Grundkörper 1 abstehende Bereiche 3 und 4 auf, die in den Innenraum des durch den Grundkörper 1 gebildeten Profils hineinragen.
Dieser Innenraum ist wie vorstehend bereits bei 1 erwähnt auch bei dieser Ausführung im Wesentlichen mit einer Kunststoffverstärkung 5 ausgefüllt (eingespritzt), die aus einem thermoplastischen Kunststoff bestehen kann, z.B. aus Polyamid, Polycarbonat, Polypropylen oder Polyphtalamide (PPA). Vorzugsweise weist diese eingespritzte Kunststoffverstärkung 5 zusätzlich Verstärkungsstrukturen 6.1, 6.2 und 6.3 auf. Dabei kann der thermoplastische Kunststoff wie vorstehend in Zusammenhang mit 1 bereits angegeben mittels Partikeln oder Fasern verstärkt sein. Als Faserwerkstoff zur Verstärkung kommt Glas, Basalt, Aramid oder Kohlenstoff in Betracht. Diese Fasern können als Partikel, Kurzfasern, Langfasern, Endlosfasern und/oder in einer Kombination daraus Anwendung finden.
Die Verstärkungsstruktur 6.1 bzw. 6.3 – = verdichtete Anordnung der Fasern – ist als Teil der Kunststoffverstärkung 5 in etwa dem Profilverlauf dem Metallblech-Körper 1 bzw. Stabilisierungskörper 2 folgend ausgeführt. Die abstehenden Bereiche 3 bzw. 4 des Metallblech-Stabilisierungskörpers 2 sind dabei von der stabilisierenden Kunststoffverstärkung 6.1 bzw. 6.3 komplett umschlossen. Die Versteifungsstruktur 6.2 in der Kunststoffverstärkung 5 ist als rippenartiges Gebilde (Versteifungsrippe) ausgeformt; sie dient in erster Linie zur Versteifung des Profilquerschnitts.
Zusätzlich zu der stoffschlüssigen Verbindung zwischen den Metallblech-Grundkörpern 1 und 2 einerseits und den Kunststoffverstärkungen 5, 6.1, 6.2 und 6.3 andererseits wird eine weitere Stabilisierung der Verbindung dadurch erreicht, dass auf den Metallblech-Grundkörper 1 eines (siehe 1) oder mehrere Metallelemente 7 (siehe 2) aufgeschweißt, geklebt, genietet, mechanisch gefügt u.ä. sind, die beim Einspritzen der Kunststoffverstärkungen 5 bzw. 6.1, 6.2 bzw. 6.3 vom Kunststoff unter Bildung eines Formschlusses zwischen Metallblech-Grundkörper 1 und einem Kopfteil 7.1 des Metallelements 7 herstellen.
Vorzugsweise ist das Metallelement in etwa T-förmig aus einem im Durchmesser größeren Kopfteil 7.1 und einem gegenüber dem Kopfteil 7.1 mit geringerem Durchmesser versehenen Trageteil 7.2 aufgebaut. Aus Kostengründen wird zweckmäßigerweise als Metallteil ein im Karosseriebau standardmäßig verwendetes Norm-Teil eingesetzt, z.B. Schweißbolzen, Nietbolzen, Blindnietbolzen, Setzbolzen bzw. Schweiß- oder Nietschrauben bzw. Blindniet- oder Setzschrauben.
Die 3 und 4 zeigen bei im Wesentlichen übereinstimmend aufgebautem Grundprofil wie in den 1 und 2 einen alternativen Aufbau hinsichtlich der Verstärkungsstruktur des Profils. Ein Metallblech-Grundkörper 1 (siehe 4) ist mit einer Kunststoffverstärkung 5, 6.1, 6.2, 6.3 verstärkt; in 3 ist ein Metallblech-Grundkörper 1 mit einem Metallblech-Stabilisierungskörper 2 durch Schweißen, Kleben und/oder mechanisches Fügen fest aneinander anliegend verbunden. Zur zusätzlichen Stabilisierung wird in das Profil nach 3 bzw. 4 ein Organoblech 9 – angepasst im Wesentlichen an den Konturenverlauf des Bleches 1 bzw. des Blechverbunds 1 und 2 – eingebracht. Der Prozess der Einbringung des Organoblechs 9 in die Profilstruktur wird im Folgenden in Zusammenhang mit dem Verfahren zum Aufbau eines erfinderischen Bauteils beschrieben.
Im Übrigen entspricht das Bauteil nach Ausführungsbeispielen 3 und 4 im Aufbau dem anhand der 1 und 2 beschriebenen.
Das Verbund-Bauteil VB nach der Erfindung kann im Querschnitt zu einer A-Säule eines Kraftfahrzeugs durch außenseitiges Aufbringen eines Außenhautblechs komplettiert werden. Dieses Außenhautblech kann z.B. auf das Verbundblech VB außenseitig aufgeklebt und/oder aufgeschweißt werden. Auf der dem Passagierraum zugewandten Innenseite kann entsprechend ein Schließblech aufgebracht und ebenfalls z.B. durch Schweißen, Kleben und/oder mechanisches Fügen befestigt werden.
Zur seriellen Herstellung des Verbund-Bauteils nach der Erfindung sind verschiedene Verfahren denkbar. Nach dem Formen der Metallblech-Grundkörper 1 bzw. des Metallblech-Stabilisierungskörpers 2 können diese durch Schweißen, Kleben und/oder mechanisches Fügen bleibend zusammengebracht werden.
Zweckmäßig kann es sein, zumindest die Bereiche der Metallbleche 1 bzw. 2 für das Aufbringen der Kunststoffverstärkung 5 zum Erzeugen eines innigen Haftschlusses vor oder auch nach deren Verbinden in bekannter Weise mit einem Primer und/oder einem Haftvermittler vorzubehandeln. Anschließend kann der Metallblech-Grundkörper 1 bzw. der Metallblech-Verbund 1, 2 in ein entsprechendes Werkzeug einer Kunststoff-Spritzgussmaschine eingelegt werden. Es erfolgt das Einspritzen der Kunststoffverstärkung 5 bzw. 6.1, 6.2, 6.3 auf bzw. um die vorgesehenen Bereiche (insbesondere Bereiche 3 und 4) und/oder um die Metallelemente.
Das Verfahren zur Herstellung von Verbund-Bauteilen kann wie folgt ablaufen:

– Erwärmung eines Faser-Kunststoff-Verbundhalbzeugs (Organoblech 9) aus einem Thermoplast, verstärkt mit Endlosfasern;
– Einlegen des erwärmten Organoblechs 9 in das Werkzeug einer Spritzgussmaschine;
– Schließen der Spritzgussmaschine bzw. des Werkzeugs mit gleichzeitigem Umformen des erwärmten Organoblechs 9 in den Konturenverlauf des Metallblech-Verbunds 1, 2;
– Einspritzen der Kunststoffverstärkung 5 in den durch den Metallblech-Grundkörper bzw. den Metallblech-Verbund 1, 2 gebildeten Innenraum des Profils und in die vorgesehenen Perforierungen im Stabilisierungskörper 2 bzw. im Organoblech 9 und um die Metallelemente herum.

Eine Variante dieses Verfahrens zum Aufbau eines Verbund-Bauteils ergibt sich dadurch, dass anstelle eines Spritzgussprozesses eine Pressmasse aus thermoplastischem Kunststoff, verstärkt mit Kurz- oder Langfasern in die Presse bzw. in das Werkzeug der Presse eingelegt wird und daraus unter Druck die Kunststoffverstärkung 5, ggf. auch mit der Verstärkungsstruktur 6.1, 6.2, 6.3 (dichtere Faseranordnung) gebildet wird.
Der Aufbau einer Verbundstruktur, die neben dem Metallblech-Grundkörper 1 und dem Metallblech-Stabilisierungskörper 2 sowohl ein Organoblech 9 als auch eine Kunststoffverstärkung 5, 6.1, 6.2 und 6.3 aufweist, kann in einem kombinierten Verfahrensablauf wie folgt erzeugt werden:

– Erwärmen eines Organoblechs 9 und Einlegen in das Werkzeug einer Presse;
– Extrudieren einer Pressmasse aus thermoplastischem Kunststoff, kurz- und/oder langfaserverstärkt, und Einlegen der Pressmasse in die Presse;
– Schließen der Presse bzw. des Presswerkzeugs mit gleichzeitigem Umformen des Organoblechs 9 und dessen Anpassung an die Innenstruktur des Metallblech-Verbunds 1, 2 und gleichzeitigem Urformen der Kunststoffstruktur 5, 6.1, 6.2, 6.3 aus der thermoplastischen Pressmasse.

Mit einem Aufbau eines Verbund-Bauteils VB nach der Erfindung nach einem der vorstehend beschriebenen Verfahren ist neben einer deutlichen Gewichtsreduktion gegenüber konventionellen Bauweisen von Bauteilen in Tragstrukturen in einem Kraftfahrzeug eine sehr kostengünstige Herstellung, die auch für den Großserieneinsatz tauglich ist, erreichbar. Gleichzeitig wird mit dieser Verbund-Konstruktion eine hohe Belastbarkeit erreicht. Dabei kann der Aufbau des Verbund-Bauteils VB bzw. die Anordnung der Verstärkungsstruktur 6.1, 6.2, 6.3 den jeweiligen Fahrzeuganforderungen individuell angepasst werden. Die hohen und ständig steigenden Anforderungen an die Crash-Resistenz, wie sie z.B. in den Vorschriften des Insurance Institute for Highway Safety oder auch im US New Car Assessment Program aufgestellt sind, können mit einem solchen Verbund erfüllt und übertroffen werden – auch z.B. bei Cabrios bzw. Roadstern.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0967138 A2 [0003]
US 2015/0056428 A1 [0004]
US 2002/0160145 A1 [0004]

Claims

Bauteil, insbesondere für eine Tragstruktur in einem Kraftfahrzeug, bestehend aus mindestens einem Metallblech-Grundkörper (1) und mindestens einer diesem Metallblech-Grundkörper (1) zugeordneten Kunststoffverstärkung (5), dadurch gekennzeichnet, dass am Metallblech-Grundkörper (1) mindestens ein in die Kunststoffverstärkung (5) formschlüssig einbettbares Metallelement (7) befestigt ist.
Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallelement (7) mit dem Metallblech-Grundkörper (1) mittels Schweißen, Punktschweißen, Kleben und/oder mechanischem Fügen verbunden ist.
Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallelement (7) ein im Kraftfahrzeug-Karosseriebau verwendetes Norm-Teil ist, im Wesentlichen bestehend aus einem bolzenartigen Trageteil (7.2) und einem gegenüber dem Trageteil (7.2) durchmessergrößeren Kopfteil (7.1).
Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffverstärkung (5) an Bereiche des Metallblech-Grundkörpers (1) stoffschlüssig aufgespritzt ist.
Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem mindestens einen Metallblech-Grundkörper (1) und/oder am Metallblech-Stabilisierungskörper (2) mindestens ein Metallblech-Stabilisierungskörper (2) und mindestens eine diesen Metallblechen (1, 2) zugeordnete Kunststoffverstärkung (5) angeordnet ist, wobei am Metallblech-Grundkörper (1) mindestens ein in die Kunststoffverstärkung (5) formschlüssig einbettbares Metallelement (7) befestigt ist und wobei der Metallblech-Stabilisierungskörper (2) fest verbunden in am Metallblech-Grundkörper (1) unmittelbar anliegenden Bereichen ist und von diesen Bereichen abstehende Bereiche (3, 4) aufweist, die von der Kunststoffverstärkung (5) umschließbar sind.
Bauteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallblech-Grundkörper (1) mit dem Metallblech-Stabilisierungskörper (2) mittels Punktschweißen, Kleben und/oder mechanischem Fügen verbunden ist.
Bauteil nach Anspruch 1 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffverstärkung (5) an Bereiche von Metallblech-Grundkörper (1) und Metallblech-Stabilisierungskörper (2) aufgespritzt und die abstehenden Bereiche (3, 4) des Metallblech-Stabilisierungskörpers (2) sowie der Metallelemente (7) mit der Kunststoffverstärkung (5) umspritzt sind.
Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffverstärkung (5) die nicht anliegenden Bereiche (3, 4) zwischen Metallblech-Grundkörper (1) und Metallblech-Stabilisierungskörper (2) im Wesentlichen ausfüllt.
Bauteil nach Anspruch 1 bzw. Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffverstärkung (5) Versteifungsstrukturen (6.1, 6.2, 6.3) aufweist.
Bauteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungsstrukturen (6.1, 6.2) dem Profilverlauf des Metallblech-Stabilisierungskörpers (2) im Wesentlichen folgend ausgeformt sind.
Bauteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungsstrukturen (6.3) als den Profilquerschnitt des Bauteil-Verbunds stabilisierende Versteifungsrippen (6.3) ausgeformt sind.
Bauteil nach Anspruch 1 bzw. Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffverstärkung (5, 6.1, 6.2, 6.3) in ihren an den Metallblechen (1, 2) anliegenden Bereichen stoffschlüssig auf die Metallbleche (1, 2) aufgebracht ist.
Bauteil nach Anspruch 1 bzw. Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffverstärkung (5, 6.1, 6.2, 6.3) ein Thermoplast, vorzugsweise Polyamid, Polypropylen oder Polyphthalamide (PPA) ist.
Bauteil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffverstärkung (5, 6.1, 6.2, 6.3) partikel- und/oder faserverstärkt ist.
Bauteil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Partikel und/oder Fasern Glas- und/oder Aramid- und/oder Kohlenstoff-Fasern verwendbar sind.
Bauteil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffverstärkung (5, 6.1, 6.2, 6.3) mit Kurzfasern, Langfasern, Endlosfasern und/oder einer Kombination daraus verstärkt ist.
Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Metallblech-Grundkörper (1) bzw. dem Verbund aus Metallblech-Grundkörper (1) und Metallblech-Stabilisierungskörper (2) ein Organoblech (9) bzw. ein endlosfaserverstärkter Thermoplast anfügbar ist.
Verfahren zum Aufbau eines Bauteils in Verbundstruktur, insbesondere eines Bauteils für eine Tragstruktur in einem Kraftfahrzeug, aus mindestens einem Metallblech-Grundkörper (1) und mindestens einer diesem Metallblech (1) zugeordneten Kunststoffverstärkung (5, 6.1, 6.2) gekennzeichnet durch mindestens folgende Verfahrensschritte: – Formen des Metallblech-Grundkörpers (1); – Anfügen mindestens eines Metallelements (7) an den Metallblech-Grundkörper (1) durch Schweißen, Punktschweißen, Kleben und/oder mechanisches Fügen; – Einlegen des Metallblechs (1) in eine Kunststoff-Spritzgussmaschine; – Erwärmen eines Faser-Kunststoff-Verbund-Halbzeugs aus thermoplastischem Kunststoff, verstärkt mit Endlosfasern – Organoblech (9) – und Einlegen in die Spritzgussmaschine; – Umformen des Organoblechs (9) und gleichzeitiges Einspritzen und Urformen der Kunststoffstruktur der Kunststoffverstärkung (5) auf bzw. um die vorgesehenen Bereiche (3, 4) und/oder um/an die Metallelemente (7) und/oder an/auf das Organoblech (9).
Verfahren zum Aufbau eines Bauteils in Verbundstruktur, insbesondere eines Bauteils für eine Tragstruktur in einem Kraftfahrzeug, aus mindestens einem Metallblech-Grundkörper (1) um mindestens einer diesem Metallblech-Grundkörper (1) zugeordneten Kunststoffverstärkung (5, 6.1, 6.2, 6.3), gekennzeichnet durch mindestens folgende Verfahrensschritte: – Formen des Metallblech-Grundkörpers (1); – Anfügen des/der Metallelement/e (7) an den Metallblech-Grundkörper (1); – Einlegen des Metallblech-Grundkörpers (1) mit den an diesem befestigten Metallelementen (7) in eine Kunststoff-Spritzgussmaschine; – Einspritzen der Kunststoffverstärkung (5) auf bzw. um die vorgesehenen Bereiche am Metallblech-Grundkörper (1) bzw. an die Metallelementen (7).
Verfahren zum Aufbau eines Bauteils in Verbundstruktur, insbesondere eines Bauteils für eine Tragstruktur in einem Kraftfahrzeug, aus mindestens einem Metallblech-Grundkörper (1), mindestens einem Metallblech-Stabilisierungskörper (2) mit mindestens einer diesen Metallblechen (1, 2) zugeordneten Kunststoffverstärkung (5, 6.1, 6.2) gekennzeichnet durch zumindest folgende Verfahrensschritte: – Formen des Metallblech-Grundkörpers (1); – Formen des Metallblech-Stabilisierungskörpers (2); – Verbinden der Metallbleche (1, 2) durch Schweißen, Kleben und/oder mechanisches Fügen; – Anfügen des/der Metallelement/e (7) an den Metallblech-Grundkörper (1) und/oder an den Metallblech-Stabilisierungskörpers (2); – Einlegen des Metallblech-Verbunds (1, 2) in eine Kunststoff-Spritzgussmaschine; – Erwärmen eines Faser-Kunststoff-Verbund-Halbzeugs aus thermoplastischem Kunststoff, verstärkt mit Endlosfasern – Organoblech (9) – und Einlegen in die Spritzgussmaschine; – Umformen des Organoblechs (9) und gleichzeitiges oder unmittelbar folgendes Einspritzen und Urformen der Kunststoffverstärkung (5) auch auf bzw. um die vorgesehenen Bereiche (3, 4) und/oder um die Metallelemente (7) und/oder auf das Organoblech (9).
Verfahren zum Aufbau eines Bauteils in Verbundstruktur, insbesondere eines Bauteils für eine Tragstruktur in einem Kraftfahrzeug, aus mindestens einem Metallblech-Grundkörper (1), mindestens einem Metallblech-Stabilisierungskörper (2) mit mindestens einer diesen Metallblechen (1, 2) zugeordneten Kunststoffverstärkung (5, 6.1, 6.2) gekennzeichnet durch mindestens folgende Verfahrensschritte: – Formen des Metallblech-Grundkörpers (1); – Formen des Metallblech-Stabilisierungskörpers (2); – Verbinden der Metallbleche (1, 2) durch Schweißen, Kleben und/oder mechanisches Fügen; – Anfügen des/der Metallelement/e (7) an den Metallblech-Grundkörper (1) und/oder an den Metallblech-Stabilisierungskörpers (2); – Einlegen des Metallblech-Verbunds (1, 2) in eine Presse; – Extrudieren einer Pressmasse aus in thermoplastischem Kunststoff eingebetteten Kurz- oder Langfasern; – Einlegen der Pressmasse zu dem Metallblech-Verbund (1, 2) in der Presse; – Urformen der Kunststoffverstärkung (5) aus thermoplastischer Pressmasse und Aufbringen auf die vorgesehenen Bereiche (3, 4) und/oder um die Metallelemente (7) und/oder auf das Organoblech (9).
Verfahren zum Aufbau eines Bauteils in Verbundstruktur, insbesondere eines Bauteils für eine Tragstruktur in einem Kraftfahrzeug, aus mindestens einem Metallblech-Grundkörper (1), mindestens einem Metallblech-Stabilisierungskörper (2) mit mindestens einer diesen Metallblechen (1, 2) zugeordneten Kunststoffverstärkung (5, 6.1, 6.2) gekennzeichnet durch mindestens folgende Verfahrensschritte: – Formen des Metallblech-Grundkörpers (1); – Formen des Metallblech-Stabilisierungskörpers (2); – Verbinden der Metallbleche (1, 2) durch Schweißen, Kleben und/oder mechanisches Fügen; – Anfügen des/der Metallelement/e (7) an den Metallblech-Grundkörper (1) und/oder an den Metallblech-Stabilisierungskörpers (2); – Einlegen des Metallblech-Verbunds (1, 2) in eine Presse; – Erwärmen eines Organoblechs (9) und dessen Einlegen zu dem Metallblech-Verbund (1, 2) in einer Presse; – Extrudieren einer Thermoplast-Pressmasse, kurz- oder langfaserverstärkt; – Einlegen der thermoplastischen Pressmasse zu dem Metallblech-Verbund (1, 2) und dem Organoblech (9); – gleichzeitiges Umformen des Organoblechs (9) und Urformen der Kunststoffverstärkung (5, 6.1, 6.2, 6.3) aus der thermoplastischen Pressmasse mit Anbringen an die vorgesehenen Bereiche (3, 4) und/oder um die Metallelemente (7) und/oder auf das Organoblech (9).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 16–22, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Anlagebereiche der Metallbleche (1, 2) zur Kunststoffverstärkung (5) vor oder nach deren Verbinden mit einem Primer und/oder einem Haftvermittler vorbehandelt sind.
Bauteil aus einem Verbund von Metallblechen (1, 2) und einer Kunststoffverstärkung (5, 6.1, 6.2, 6.3, 9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1–18 und Verfahren zum Aufbau eines solchen Verbund-Bauteils nach einem der vorhergehenden Ansprüche 19–23, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil in einer Tragstruktur in einem Kraftfahrzeug anwendbar ist.