DE102016200226A1

DE102016200226A1 - Verfahren zum Herstellen eines Formkerns für ein Faserverbundbauteil für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102016200226A1
Application number: DE102016200226.0A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Staudt; Michael Steinhilber; Mathias Hofmann; Michael Kleinknecht; Florian Spirkl; Daniela Horvat
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-01-12
Filing date: 2016-01-12
Publication date: 2017-07-13

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Formkerns (10) für ein Faserverbundbauteil für ein Fahrzeug, aufweisend die Schritte: Bereitstellen eines Formwerkzeugs (30), das ein Werkzeuggehäuse (31) und eine in dem Werkzeuggehäuse (31) ausgestaltete Werkzeugkammer (32) aufweist, Positionieren eines Inserts (40) in der Werkzeugkammer (32), und zum Herstellen des Formkerns (10), Einbringen einer Formmasse (50) in die Werkzeugkammer (32), wobei das positionierte Insert (40) wenigstens abschnittsweisen durch die Formmasse (50) umschlossen wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils für ein Fahrzeug, wobei der wie vorstehend beschrieben hergestellte Formkern (10) anschließend zumindest abschnittsweise mit einem Faserverbund ummantelt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Formkerns für ein Faserverbundbauteil für ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug.
Es ist bekannt, dass insbesondere in der Automobilindustrie Profilkörper eingesetzt werden, um mechanische Strukturaufgaben zu übernehmen. Insbesondere ist dies die Aufnahme und Weitergabe von mechanischen Lasten. Im Fahrzeugbereich wird hierfür üblicherweise profiliertes Metall verwendet, welches sowohl in Halbschalenbauweise, als auch in geschlossener Profilform einsetzbar ist. Die Metallbauteile weisen üblicherweise ein hohes Gewicht auf, weshalb inzwischen versucht wird, auch solche Strukturbauteile einer Karosserie eines Fahrzeugs aus Faserverbundmaterial zu fertigen. Um jedoch mit Faserverbundmaterial insbesondere in Teilabschnitten solcher Profilbauteile höhere mechanische Festigkeiten bzw. eine höhere mechanische Stabilität zu erreichen, sind häufig Einbauten in Form von sogenannten Verstärkungsschotts notwendig. Solche Verstärkungsschotts sind zum Beispiel innenliegende Rippen innerhalb solcher Hohlprofile, welche in definierter Weise eine mechanische Abstützung in diesem Bereich des Faserverbundmaterials zur Verfügung stellen.
Um jedoch solche Verstärkungsschotts in ein Faserverbundmaterial eines Hohlprofils einzubringen, ist eine aufwendige Herstellweise notwendig. So müssen solche Hohlprofile aus zumindest zwei Schalen aufgebaut werden, welche in einem ersten Schritt separat voneinander hergestellt werden. Anschließend können die Verstärkungsschotts an die gewünschten Positionen innerhalb einer der beiden Schalen eingesetzt werden. In einem finalisierenden Schritt wird das Hohlprofil durch das Aufsetzen der zweiten Halbschale geschlossen und eine Verbindung zwischen diesen beiden Schalen erzielt. Neben den vielen unterschiedlichen Herstellungsschritten ist ein weiterer Grund für die hohe Komplexität solcher Herstellverfahren die notwendige Verbindung zwischen den beiden Halbschalen. Eine solche Verbindung ist nicht nur aufwendig herzustellen, sondern stellt darüber hinaus im Zweifelsfall eine Schwachstelle eines solchen geschlossenen Hohlprofils dar.
Ferner ist es im Stand der Technik bekannt, Versteifungs- und/oder Kopplungselemente, wie beispielsweise Gewindeelemente, nach der Fertigung des Faserverbundbauteils auf demselben aufzukleben. Eine weitere Möglichkeit zur Versteifung von Faserverbundbauteilen ist das Einlaminieren oder Ankleben von Schraub- und/oder Nagelelementen. Dabei werden beispielsweise eine Gewindehülse und eine dünne Grundplatte fest miteinander verbunden und auf der Bauteiloberfläche platziert. Hierdurch können feste Anschraub- und Fixierpunkte am Faserverbundbauteil gewonnen werden.
Außerdem ist es beispielsweise aus der DE 10 2012 011 860 A1 bekannt, ein aus faserverstärktem Kunststoff gebildetes Grundbauteil mit einem innenliegenden Verbindungselement zu versehen. Das Grundbauteil weist ferner eine erste Durchgangsöffnung auf, in welcher ein Einsatzelement angeordnet ist, das eine zweite Durchgangsöffnung beinhaltet. In der zweiten Durchgangsöffnung ist das über eine Formschlussverbindung mit dem Einsatzelement verbundene Verbindungselement angeordnet. Eine derartige nachträgliche Verstrebung des Grundbauteils ist umständlich und entsprechend zeitaufwändig.
Aus der WO 2004/022320 A1 ist ein Halbzeug für ein sich nicht linear erstreckendes Bauelement für den Wagenkasten eines Fahrzeugs bekannt, das eine Faserlage mit der Form eines Teils des Bauelements des Wagenkastens aufweist, wobei die Faserlage eine bauteilspezifisch rohrförmig geflochtene Faserstruktur umfasst. Dafür wird die Faserlage auf einen bauteilspezifischen Kern aufgeflochten. Das nachträgliche Einbringen von Versteifungs- und/oder Kopplungselementen macht auch in diesem Fall mehrere zusätzliche Fertigungsschritte nötig.
Grundsätzlich besteht im bekannten Stand der Technik das Problem, dass Bauteile aufwendig vor- und nachbereitet werden müssen, um diese mit Versteifungs- und/oder Kopplungselemente zu versehen. Zudem erhöhen die nachträglich aufgebrachten Strukturen zusätzlich das Gewicht des Faserverbundbauteils und benötigen mehr Bauraum auf der Außenseite der Faserverbundbauteile. Weiter sind bei den Verbindungen keine wirklichen Formschlüsse möglich, wodurch die Kraftaufnahme an den Anbindungspunkten negativ beeinflusst wird. Darüber hinaus stellt das zusätzliche Ein- und/oder Anbringen solcher Versteifungs- und/oder Kopplungselemente einen nachträglichen Eingriff in die Bauteilstruktur der Faserverbundbauteile dar, wodurch die Tragfähigkeit der Faserverbundbauteile entscheidend verschlechtert werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die voranstehend beschriebenen Nachteile beim Herstellen eines Formkerns für ein Faserverbundbauteil für ein Fahrzeug zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, durch welches das Einbinden von Funktionsstrukturen in Formbauteile vereinfacht wird.
Die voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem Verfahren zum Herstellen eines Formkerns beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen des Faserverbundbauteils und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Gemäß eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Formkerns für ein Faserverbundbauteil für ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, bereitgestellt. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

– Bereitstellen eines Formwerkzeugs, das ein Werkzeuggehäuse und eine in dem Werkzeuggehäuse ausgestaltete Werkzeugkammer aufweist,
– Positionieren eines Inserts in der Werkzeugkammer, und
– zum Herstellen des Formkerns, Einbringen einer Formmasse in die Werkzeugkammer, wobei das positionierte Insert wenigstens abschnittsweisen durch die Formmasse umschlossen wird.

Durch das erfindungsgemäße Einbringen des Inserts in die Formmasse kann ein Formkern für ein Faserverbundbauteil bereitgestellt werden, der als Grundlage für ein einfaches und entsprechend kostengünstiges Einbinden von Strukturbauteilen in das Faserverbundbauteil dient. Hierzu muss der erfindungsgemäß hergestellte Formkern nach seiner Herstellung lediglich mit einem Faserverbund ummantelt werden. Dadurch, dass sich das Insert bereits im Formkern befindet, ist kein nachträgliches Anbringen oder Einbringen von entsprechenden Strukturbauteilen erforderlich.
Der Formkern wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt durch ein Schaumverfahren oder ein Blasformkern hergestellt. Als Formmasse können beispielsweise Polyurethanschäume, ggf. mit kleinen Füllstoffpartikeln, sowie Thermoplaste verwendet werden.
Unter dem Insert ist vorliegend ein Strukturbauteil zu verstehen, das wesentlichen Einfluss auf die mechanischen und/oder funktionalen Eigenschaften des fertiggestellten Bauteils nimmt. So kann das Insert beispielsweise ein Versteifungselement aufweisen oder als Versteifungselement ausgestaltet sein. Besonders bevorzugt ist es, wenn das Insert ein sogenanntes Verstärkungsschott aufweist oder als dasselbe ausgestaltet ist.
Das Insert kann auf verschiedene Arten und Weisen in der Werkzeugkammer positioniert werden. So kann das Insert beispielsweise einfach in die Werkzeugkammer gelegt werden. Von Vorteil ist es, wenn das Insert in der Werkzeugkammer fixiert oder lösbar befestigt wird. Dabei sind formschlüssige, kraft- bzw. reibschlüssige sowie stoffschlüssige Befestigungsarten denkbar. Für eine besonders platzsparende Anordnung kann das Insert in der Werkzeugkammer durch eine Klebeverbindung befestigt werden. Ferner ist es möglich, dass eine Innenkontur bzw. ein Innenkonturabschnitt des Werkzeuggehäuses derart an eine Außenkontur bzw. einen Außenkonturabschnitt des Inserts angepasst wird, dass das Insert derart formschlüssig in das Werkzeuggehäuse eingelegt werden kann, dass das Insert durch den Formschluss in dem Werkzeuggehäuse entsprechend arretiert wird. Hierdurch können separate Befestigungsmaterialien eingespart werden und es kann eine entsprechend kostengünstige Herstellung des Formkerns realisiert werden. Darüber hinaus ist es möglich, das Insert durch ein Rastmittel im Werkzeuggehäuse zu positionieren bzw. zu fixieren. Auch dadurch kann das Insert schnell, kostengünstig, gut lösbar und dabei in einer definierten Position in der Werkzeugkammer positioniert bzw. fixiert werden.
Die Formmasse kann beispielsweise durch einen Injektor in die Werkzeugkammer eingebracht werden. Nach dem Einbringen der Formmasse in die Werkzeugkammer wird diese verschlossen und bevorzugt unter Druck gesetzt, sodass sich die Formmasse und das Insert zum Formkern verbinden können. Die Formmasse ist oder wird hierbei bevorzugt derart behandelt, dass sie nach dem Einbringen in die Werkzeugkammer aushärtet.
Der Formkern kann im Sinne der vorliegenden Erfindung nicht nur für Faserverbundbauteile für ein Fahrzeug, sondern auch für andere Objekte hergestellt werden.
Das Insert wird bevorzugt derart von der Formmasse umschlossen, dass wenigstens 50%, besonders bevorzugt mehr als 70% der Außenoberfläche des Inserts durch die Formmasse bedeckt wird, d. h., in direktem Kontakt mit der Formmasse steht. Dadurch kann sichergestellt werden, dass das Insert sicher im Formkern bzw. in der Formmasse des Formkerns sitzt und bei einem anschließenden Ummanteln mit einem Faserverbund nicht relativ zur Formmasse verschoben wird oder sich von der Formmasse löst.
Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass eine Außenwandfläche des Inserts während des Einbringens der Formmasse in die Werkzeugkammer an einer Wandfläche der Werkzeugkammer angeordnet wird. Dadurch wird der Abschnitt der Außenwandfläche des Inserts, der an der Wandfläche der Werkzeugkammer angeordnet wird bzw. ist, nicht von der Formmasse umschlossen bzw. bedeckt. Hierdurch kann auf einfache Weise erreicht werden, dass eine Außenwandfläche bzw. ein Abschnitt der Außenwandfläche des Inserts im fertigen Formkern nach außen frei liegt. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn im fertigen Formkern ein direkter Zugang zum Insert gewünscht ist. Die Außenwandfläche des Insert wird während des Einbringens der Formmasse bevorzugt derart dicht oder fest mit der Wandfläche der Werkzeugkammer kontaktiert, dass ein Eindringen von Formmasse zwischen der Außenwandfläche des Inserts und der Wandfläche der Werkzeugkammer zuverlässig verhindert werden kann. Hierzu wird das Insert für das Einbringen der Formmasse bzw. während des Einbringens derselben beispielsweise an die Wandfläche der Werkzeugkammer geklebt oder unter entsprechend hohen Druck an die Wandfläche der Werkzeugkammer gepresst.
Ferner ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, dass die Formmasse in Form eines Blasformkerns in die Werkzeugkammer eingebracht wird. Dies stellt eine besonders schnelle und materialsparende Möglichkeit des Einbringens der Formmasse in die Werkzeugkammer dar. Der Blasformkern ist vorzugsweise ein extrudierter, zähflüssiger Schlauch, welcher in die Werkzeugkammer, die in diesem Fall bzw. Moment geöffnet ist, eingebracht wird. Anschließend wird Luft in den Blasformkern eingepumpt, wodurch sich dessen geometrische Erstreckung vergrößert, insbesondere das Volumen auf seine finale geometrische Form ausweitet. Hierbei wird das Insert erfindungsgemäß durch die Außenwandfläche des Blasformkerns zumindest abschnittsweise umschlossen.
Außerdem ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich, dass die Formmasse in Form eines aushärtbaren Schaumwerkstoffs in die Werkzeugkammer eingebracht wird. Durch einen Schäumprozess kann das Insert besonders zuverlässig durch die Formmasse umschlossen werden. Der Schaumwerkstoff kann beispielsweise Polyurethanschaum aufweisen oder sein. Zum Einbringen des aushärtbaren Schaumwerkstoffs wird am Formwerkzeug bzw. am Werkzeuggehäuse bevorzugt ein Injektor bereitgestellt, über welchen der aushärtbare Schaumwerkstoff in die Werkzeugkammer eingebracht wird. Von weiterem Vorteil ist es hierbei, wenn der aushärtbare Schaumwerkstoff aus einer beheizten Vorkammer über Verteilerkanäle in die Werkzeugkammer eingebracht wird.
Darüber hinaus ist es erfindungsgemäß von Vorteil, wenn in dem Insert vor dem Positionieren in der Werkzeugkammer ein Kopplungselement, das insbesondere eine Gewindehülse aufweist, zum kraft- und/oder formschlüssigen Koppeln des Formkerns mit einem externen Bauteil, bereitgestellt wird, beziehungsweise das Insert ein Kopplungselement ist Durch das Einbringen des Kopplungselements in das Insert bereits im Herstellungsprozess des Formkerns kann auf komplizierte und aufwändige anschließende Bearbeitungsschritte zum Einbinden derartiger Strukturen in den Formkern bzw. ein Faserverbundbauteil verzichtet werden. Das Kopplungselement ist vorliegend bevorzugt als ein zum Insert separates Bauteil bereitgestellt. Durch das Kopplungselement lässt sich eine Wirkverbindung zwischen dem Formteil und einem externen Bauteil herstellen. So kann das Kopplungselement beispielsweise eine Gewindehülse aufweisen, durch welche das Formteil mit einer entsprechenden Schraube in Wirkverbindung gebracht werden kann bzw. in eine Schraubverbindung mit einem externen Bauteil gebracht werden kann. Die Schraube kann beispielsweise dazu dienen, um weitere Bauteile an dem Formkern bzw. einem fertigen Faserverbundbauteil mit dem Formkern bzw. dem Insert des Formkerns zu befestigen. Alternativ oder zusätzlich zu der Gewindehülse sind selbstverständlich auch andere Kopplungselemente denkbar. So können in dem Kopplungselement beispielsweise auch eine Hinterschneidung und/oder Rastelemente bzw. Elemente zum Herstellen einer Rastverbindung ausgestaltet werden. Entsprechend kann erfindungsgemäß auch eine Mehrzahl von Kopplungselementen bereitgestellt werden.
Erfindungsgemäß kann es hierbei von Vorteil sein, wenn das Kopplungselement einen Gewindeabschnitt aufweist, der sich durch das Insert hindurch erstreckt. Dadurch können Schrauben mit unterschiedlicher Länge mit dem Insert bzw. dem Formkern verbunden werden. In einem Fall, in welchem eine Schraube länger als die Gewindehülse ist, könnte sich die Schraube über die Gewindehülse hinaus in die Formmasse drehen. Bei einem Faserverbundbauteil, bei welchem die Formmasse des Formkerns nach der Herstellung des Faserverbundbauteils zumindest abschnittsweise aus demselben entfernt wird, kann sich eine Schraube über die Gewindehülse hinaus in einen entsprechenden Freiraum in dem Faserverbundbauteil drehen.
Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass vor dem Einbringen der Formmasse in die Werkzeugkammer ein Dichtungselement in das Kopplungselement eingebracht wird, das einen Öffnungsbereich des Kopplungselements gegenüber der Formmasse abdichtet. Dadurch kann verhindert werden, dass während des Einbringens der Formmasse in die Werkzeugkammer bzw. während des Herstellens des Formkerns Formmasse durch den Öffnungsbereich in das Kopplungselement gelangt. D. h., wenn das Kopplungselement beispielsweise eine Gewindehülse aufweist, kann das Dichtungselement als Schraubenelement ausgestaltet sein, dass vor dem Einbringen der Formmasse in die Werkzeugkammer in die Gewindehülse geschraubt wird. Nachdem der Formkern hergestellt wurde, kann das Dichtungselement wieder aus dem Öffnungsbereich des Kopplungselements entfernt werden. Der Öffnungsbereich ist beispielsweise eine Gewindeöffnung der Gewindehülse, eine Durchgangsöffnung im Kopplungselement oder eine Lochöffnung eines Sacklochs im Kopplungselement.
Außerdem ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, dass das Insert, vor dem Einbringen der Formmasse in die Werkzeugkammer, mittels des Dichtungselements in der Werkzeugkammer positioniert wird. Dadurch kann das Dichtungselement nicht nur zum Schutz vor einem Eindringen der Formmasse in einen Öffnungsbereich des Kopplungselements, sondern auch als Positionierungshilfe für das Insert in der Werkzeugkammer genutzt werden. Das Dichtungselement kann hierzu an einem Ende beispielsweise formschlüssig komplementär zu einer Wandfläche der Werkzeugkammer bzw. des Werkzeuggehäuses ausgestaltet sein. So kann das eine Ende des Dichtungselements, beispielsweise in Form eines sich verjüngenden Abschnitts, vor dem Einbringen der Formmasse in die Werkzeugkammer formschlüssig in einem Sackloch im Werkzeuggehäuse angeordnet werden.
Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass das Insert ein Platzhalteelement aufweist, insbesondere als das Platzhalteelement ausgestaltet ist, und das Platzhalteelement nach oder bei einem Aushärten der Formmasse aus der Formmasse entfernt wird und durch ein neues Insert ersetzt wird, wobei das Platzhalteelement in wenigstens einer Dimension größer als das neue Insert ausgestaltet ist. Hierdurch können Schwindungen der Formmasse kompensiert werden, die beim Abkühlen zu unerwünschten Spannungen im Formkern führen können. Dass das Platzhalteelement in wenigstens einer Dimension größer als das neue Insert ausgestaltet ist bedeutet, dass die Länge, die Breite und/oder die Höhe des Platzhalteelements größer als die entsprechende Länge, Breite und/oder Höhe des neuen Insert ist. Bevorzugt ist auch das Volumen des Platzhalteelements größer als das des neuen Inserts. Für eine genaue und sichere Positionierung des Platzhalteelements in dem Insert kann das Platzhalteelement mit dem Insert formschlüssig, kraft- bzw. reibschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden werden. Wenn das Platzhalteelement mit dem Insert korrespondiert bzw. als dasselbe ausgestaltet ist, kann es wie vorstehend mit Bezug auf das Insert beschrieben im Werkzeuggehäuse positioniert werden.
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung kann ein Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils für ein Fahrzeug bereitgestellt werden, bei welchem ein Formkern, der nach einem der vorstehenden Verfahren hergestellt wird, anschließend zumindest abschnittsweise mit einem Faserverbund ummantelt wird. Dadurch kann ein Faserverbundbauteil bereitgestellt werden, bei welchem bereits bei der Herstellung des Formkerns Strukturbauteile, d. h., das Insert, bereitgestellt werden und anschließend entsprechend leicht in den Herstellungsprozess des Faserverbundbauteils integriert werden können. Das Dichtungselement kann in diesem Fall außerdem als Flechtverdränger verwendet werden. Wenn das Dichtungselement derart am Formkern bzw. im Kopplungselement ausgestaltet und angeordnet wird, dass es einen Vorsprung von dem Formkern bildet, insbesondere mit einer sich verjüngenden Spitze an einer Endseite, kann ein Fasermaterial bei einem Umflechten des Formkerns von der Oberfläche des Dichtungselement abgleiten, wodurch in diesem Bereich am Formkern eine entsprechende Aussparung bezüglich des Fasermaterials gebildet werden kann. Sobald das Dichtungselement aus dem Kopplungselement bzw. vom Formkern entfernt wird, kann ein direkter Zugang zum Kopplungselement sichergestellt werden, auch nachdem dieses bzw. der Formkern durch Fasermaterial bzw. einen Faserverbund ummantelt wurde.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder der Zeichnung hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen können sowohl für sich als auch in den verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Es zeigen jeweils schematisch:
1 bis 3 ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Formteils gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
4 bis 6 ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Formteils gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
7 bis 9 ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Formteils gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
10 bis 12 ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Formteils gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
13 bis 18 ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Formteils gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
19 bis 22 ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Formteils gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
23 und 24 ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Faserverbundbauteils mit Bezug auf die vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 24 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
1 bis 3 zeigen ein Verfahren zum Herstellen eines Formkerns 10 für ein Faserverbundbauteil 20 für ein Kraftfahrzeug gemäß einer ersten Ausführungsform. Hierzu wird zunächst ein Formwerkzeug 30 bereitgestellt, das ein Werkzeuggehäuse 31 und eine in dem Werkzeuggehäuse 31 ausgestaltete Werkzeugkammer 32 aufweist. Anschließend wird in der Werkzeugkammer 32 ein Insert 40 in Form eines Verstärkungsschotts positioniert. Genauer gesagt wird eine Außenwandfläche des Inserts 40 während des Einbringens der Formmasse 50 in die Werkzeugkammer 32 an einer Wandfläche 33 der Werkzeugkammer 32 angeordnet. Zum Herstellen des Formkerns 10 wird nun, wie in 2 dargestellt, durch einen Injektor 60 Formmasse 50 in Form eines aushärtbaren Schaumwerkstoffs in die Werkzeugkammer 32 eingebracht, wobei das positionierte Insert 40 abschnittsweisen durch die Formmasse 50 umschlossen wird. Wie in 3 dargestellt, kann der hergestellte Formkern 10 nach dem Aushärten der Formmasse 50 aus dem Formwerkzeug 30 entnommen werden.
4 bis 6 zeigen ein Verfahren zum Herstellen eines Formkerns 10 für ein Faserverbundbauteil 20 für ein Kraftfahrzeug gemäß einer zweiten Ausführungsform. Gemäß der zweiten Ausführungsform wird in dem Insert 40 vor dem Positionieren in der Werkzeugkammer 32 ein Kopplungselement 70 in Form einer Gewindehülse bereitgestellt. Die Gewindehülse kann anschließend genutzt werden, um den Formkern 10 bzw. das Faserverbundbauteil 20 kraft- und/oder formschlüssig mit einem externen Bauteil zu verschrauben. Gemäß der in den 4 bis 6 dargestellten Ausführungsform ist die Gewindehülse in einem Sackloch des Inserts 40 angeordnet bzw. ausgestaltet. Der Gewindeabschnitt 71 der Gewindehülse erstreckt sich bis zu einem Ende des Sacklochs.
7 bis 9 zeigen ein Verfahren zum Herstellen eines Formkerns 10 für ein Faserverbundbauteil 20 für ein Kraftfahrzeug gemäß einer dritten Ausführungsform. Das Verfahren gemäß der dritten Ausführungsform unterscheidet sich insbesondere dadurch von dem Verfahren gemäß der zweiten Ausführungsform, dass das Kopplungselement 70 einen Gewindeabschnitt 71 aufweist, der sich durch das Insert 40 hindurch erstreckt.
10 bis 12 zeigen ein Verfahren zum Herstellen eines Formkerns 10 für ein Faserverbundbauteil 20 für ein Kraftfahrzeug gemäß einer vierten Ausführungsform. Gemäß dieser Ausführungsform wird vor dem Einbringen der Formmasse 50 in die Werkzeugkammer 32 ein Dichtungselement 80 in das Kopplungselement 70 eingebracht, wobei das Dichtungselement 80 einen Öffnungsbereich des Kopplungselements 70 gegenüber der Formmasse 50 abdichtet. Das Insert 40 wird dabei, vor dem Einbringen der Formmasse 50 in die Werkzeugkammer 32, mittels des Dichtungselements 80 in der Werkzeugkammer 32 positioniert. Das Dichtungselement weist hierzu einen kegelförmigen Endabschnitt auf, der formschlüssig in ein entsprechendes Loch bzw. eine Öffnung im Werkzeuggehäuse 30 gesetzt wird.
13 bis 18 zeigen ein Verfahren zum Herstellen eines Formkerns 10 für ein Faserverbundbauteil 20 für ein Kraftfahrzeug gemäß einer fünften Ausführungsform. Gemäß dieser Ausführungsform ist das Insert 40a als Platzhalteelement 90 ausgestaltet. Nach einem Herstellen eines vorläufigen Formkerns bzw. nach dem Aushärten der Formmasse 50 wird das Platzhalteelement 90, wie in 15 dargestellt, entfernt. Wie in 16 dargestellt, wird nun ein Schwund abgewartet, der während des Aushärtens bzw. Abkühlens der Formmasse 50 auftritt. Anschließend wird, wie in den 17 und 18 dargestellt, ein neues Insert 40b bzw. das finale Insert 40b in die vorhandene Aussparung der Formmasse 50 gesetzt. Um dem Schwund der Formmasse 50 Rechnung zu tragen, ist das Platzhalteelement 40a größer als das neue Insert 40b ausgestaltet. Das neue Insert 40a kann selbstverständlich auch gemäß eines Inserts der vorstehend dargestellten Ausführungsformen ausgestaltet sein bzw. mit einem wie vorstehend dargestellten Kopplungselement 70 bereitgestellt werden.
19 bis 22 zeigen ein Verfahren zum Herstellen eines Formkerns 10 für ein Faserverbundbauteil 20 für ein Kraftfahrzeug gemäß einer sechsten Ausführungsform. Gemäß dieser Ausführungsform wird die Formmasse 50 in Form eines Blasformkerns in die Werkzeugkammer 32 eingebracht.
23 und 24 zeigen ein Verfahren zum Herstellen eines Formkerns 10 für ein Faserverbundbauteil 20 für ein Kraftfahrzeug mit Bezug auf das Verfahren gemäß der vierten Ausführungsform. D. h., Gemäß dem in den 23 und 24 dargestellten Verfahren wird ein Formkern 10, der gemäß der vierten Ausführungsform hergestellt wurde, anschließend abschnittsweise mit einem Faserverbund 21 ummantelt. Der Faserverbund 21 weist eine Matrix sowie verstärkende Fasern auf. Wie in 24 dargestellt, wird das Dichtungselement 80 von dem Faserverbundbauteil 20 entfernt, nachdem der Formkern 10 mit dem Faserverbund 21 ummantelt wurde, um einen direkten Zugang zum Kopplungselement 70 bereitzustellen. In einer Ausführungsform, in welcher kein Dichtungselement 80 bereitgestellt wird oder das Dichtungselement 80 ebenfalls durch den Faserverbund ummantelt wird, ist es auch möglich, den Zugang zum Kopplungselement 70 durch eine Freifräsung bzw. eine entsprechende Materialentfernung des Faserverbunds 21 im Bereich des Kopplungselements 70 herzustellen.
Bezugszeichenliste

10: Formkern
20: Faserverbundbauteil
21: Faserverbund
30: Formwerkzeug
31: Werkzeuggehäuse
32: Werkzeugkammer
33: Wandfläche
40, 40a: Insert
40b: neues Insert
50: Formmasse
60: Injektor
70: Kopplungselement
71: Gewindeabschnitt
80: Dichtungselement
90: Platzhalteelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012011860 A1 [0005]
WO 2004/022320 A1 [0006]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Formkerns (10) für ein Faserverbundbauteil (20) für ein Fahrzeug, aufweisend die Schritte: – Bereitstellen eines Formwerkzeugs (30), das ein Werkzeuggehäuse (31) und eine in dem Werkzeuggehäuse (31) ausgestaltete Werkzeugkammer (32) aufweist, – Positionieren eines Inserts (40) in der Werkzeugkammer (32), und – zum Herstellen des Formkerns (10), Einbringen einer Formmasse (50) in die Werkzeugkammer (32), wobei das positionierte Insert (40) wenigstens abschnittsweise durch die Formmasse (50) umschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Außenwandfläche des Inserts (40) während des Einbringens der Formmasse (50) in die Werkzeugkammer (32) an einer Wandfläche (33) der Werkzeugkammer (32) angeordnet wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formmasse (50) in Form eines Blasformkerns in die Werkzeugkammer (32) eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Formmasse (50) in Form eines aushärtbaren Schaumwerkstoffs in die Werkzeugkammer (32) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Insert (40) vor dem Positionieren in der Werkzeugkammer (32) ein Kopplungselement (70), das insbesondere eine Gewindehülse aufweist, zum kraft- und/oder formschlüssigen Koppeln des Formkerns (10) mit einem externen Bauteil, bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungselement (70) einen Gewindeabschnitt (71) aufweist, der sich durch das Insert (40) hindurch erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einbringen der Formmasse (50) in die Werkzeugkammer (32) ein Dichtungselement (80) in das Kopplungselement (70) eingebracht wird, das einen Öffnungsbereich des Kopplungselement (70) gegenüber der Formmasse (50) abdichtet.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Insert (40), vor dem Einbringen der Formmasse (50) in die Werkzeugkammer (32), mittels des Dichtungselements (80) in der Werkzeugkammer (32) positioniert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Insert (40a) ein Platzhalteelement (90) aufweist, insbesondere als das Platzhalteelement (90) ausgestaltet ist, und das Platzhalteelement (90) nach oder bei einem Aushärten der Formmasse (50) aus der Formmasse entfernt wird und durch ein neues Insert (40b) ersetzt wird, wobei das Platzhalteelement (40a) in wenigstens einer Dimension größer als das neue Insert (40b) ausgestaltet ist.
Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils (20) für ein Fahrzeug, wobei ein Formkern (10), der nach einem Verfahren der vorstehenden Ansprüche hergestellt wird, anschließend zumindest abschnittsweise mit einem Faserverbund (21) ummantelt wird.