DE102016203711A1

DE102016203711A1 - Verfahren zur Herstellung eines formstabilen Hohlkörpers sowie Hohlkörper, hergestellt nach besagtem Verfahren

Info

Publication number: DE102016203711A1
Application number: DE102016203711.0A
Authority: DE
Inventors: Alexandra Weber; Florian Glaubitz; Sierk Fiebig
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2016-03-08
Filing date: 2016-03-08
Publication date: 2017-09-14

Abstract

Vorgeschlagen wird u. a ein Verfahren zur Herstellung eines formstabilen Hohlkörpers (1), mit folgenden Schritten: a) Bereitstellung zumindest eines formstabilen Traggerüstes (3, 3´), b) Bereitstellung wenigstens eines aus einer Organoblech-Platine zugeschnittenen Organoblechs (4), c) Positionierung des Organoblechs (4) auf dem Traggerüst (3, 3´), d1) zumindest lokales Erwärmen des Organoblechs (4) bis zur Plastizität desselben, so dass sich dieses infolge Einwirkung der Schwerkraft an die Kontur des Traggerüstes (3, 3´) selbsttätig anschmiegt, oder d2) zumindest lokales Erwärmen des Organoblechs (4) bis zur Plastizität desselben und Anschmiegen des Organoblechs (4) an die Kontur des Traggerüstes (3, 3´) mittels eines Werkzeugs (12), e) Transport des Traggerüsts (3, 3´) samt Organoblech (4) zu einem Fügewerkzeug, sowie f) Erstellen einer stoffschlüssigen Fügeverbindung zwischen dem Traggerüst (3, 3´) und dem Organoblech (4) mittels des besagten Fügewerkzeugs.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines formstabilen Hohlkörpers gemäß der Merkmalskombination des Patentanspruchs 1 der Erfindung. Gemäß Anspruch 10 der Erfindung betrifft dieselbe ferner einen Hohlkörper, hergestellt nach besagtem Verfahren.
Aus der DE 10 2013 006 131 A1 ist ein Dachrahmenbauteil bekannt, das aus zumindest einem Organoblech gebildet ist oder zumindest ein Organoblech aufweist. Unter einem Organoblech wird im Allgemeinen ein faserverstärktes Halbzeug mit einer thermoplastischen Matrix verstanden, welche Matrix eine einfache und kostengünstige Warmumformung des Halbzeugs mit kurzen Prozesszeiten erlaubt. Als Verstärkungsfasern finden beispielsweise Glas-, Aramid- und /oder Kohlenstoff-Fasern als Kurz- und/oder Langfasern Anwendung, die auch als Gelege oder Gewebe bereitgestellt werden können. Kombiniert mit einem Bauteil aus einem Thermoplast-Kunststoff soll besagtes Organoblech zu einer höheren Festigkeit des besagten Bauteils und zu einem höheren Crashwiderstand desselben führen. Die DE 10 2009 039 498 A1 beschreibt u.a. eine Sitzschale eines Kraftfahrzeugs, welche Sitzschale mindestens einen ersten Abschnitt aus einem zumindest teilweise aus Kunststoff bestehenden Basismaterial sowie mindestens einen zweiten Abschnitt aus einem Verstärkungsmaterial, das widerstandsfähiger als das Basismaterial ist, umfasst. Das Verstärkungsmaterial ist durch ein Organoblech gebildet. Innerhalb eines Werkzeugs werden das Basismaterial und das Verstärkungsmaterial zusammengefasst und durch Heißpressen oder durch Spritzgießen zur besagten Sitzschale geformt. Aus der DE 10 2013 013 497 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus Organoblechen bekannt, wobei mindestens zwei Organobleche zu einer Bauteil-Vorform aneinandergesetzt werden und dabei mindestens eine überlappende Fügezone ausbilden. In der besagten Fügezone werden die Organobleche nachfolgend unter Verwendung mindestens eines aus Organoblech hergestellten Verbindungsteils aneinandergeheftet. Schließlich wird die Bauteil-Vorform in ein Fügewerkzeug überführt und werden dort die Organobleche durch zumindest lokales Anschmelzen und Verpressen der Fügezone sowie abschließende Konsolidierung der Fügezone durch Kühlung derselben untereinander gefügt.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein im Hinblick auf den Stand der Technik alternatives Verfahren zur Herstellung eines formstabilen Hohlkörpers aus wenigstens einem Organoblech anzugeben, welches bei geringem Materialeinsatz sowie Verringerung der Komplexität des Herstellungsverfahrens sowie eines hierzu erforderlichen Werkzeugs eine hohe Prozesssicherheit gewährleistet. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung einen nach besagtem Verfahren hergestellten Hohlkörper zur Verfügung zu stellen.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich zunächst aus den Merkmalen des Anspruchs 1. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines formstabilen Hohlkörpers zeichnet sich im Wesentlichen durch folgende Verfahrensschritte aus:

a) Bereitstellung zumindest eines formstabilen Traggerüstes als einen ersten Fügepartner, welches die Struktur des herzustellenden Hohlkörpers zumindest teilweise abbildet,
b) Bereitstellung wenigstens eines aus einer Organoblech-Platine zugeschnittenen Organoblechs als einen zweiten Fügepartner,
c) Positionierung des wenigstens einen Organoblechs auf dem zumindest einen Traggerüst,
d1) zumindest lokales Erwärmen des wenigstens einen Organoblechs bis zur Plastizität desselben, so dass sich dieses infolge Einwirkung der Schwerkraft an die Kontur des zumindest einen Traggerüstes selbsttätig anschmiegt, oder
d2) zumindest lokales Erwärmen des wenigstens einen Organoblechs bis zur Plastizität desselben und Anschmiegen des Organoblechs an die Kontur des zumindest einen Traggerüstes mittels eines zugeordneten oder zuordenbaren Werkzeugs,
e) Transport des zumindest einen Traggerüsts samt dem wenigstens einen Organoblech zu einem Fügewerkzeug, sowie
f) Erstellen einer stoffschlüssigen Fügeverbindung zwischen dem zumindest einen Traggerüst und dem wenigstens einen Organoblech mittels des besagten Fügewerkzeugs.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat mehrere Vorteile. Als wesentlicher Vorteil ist herauszustellen, dass allein mittels eines einzigen Organoblech-Zuschnitts die Grundform des herzustellenden Hohlkörpers erzielbar ist. Des Weiteren ist herauszustellen, dass das besagte Organoblech während seiner infolge Wärmeeintrag ermöglichten Umformung ausreichend vom Traggerüst gestützt wird, welches seinerseits die Struktur des herzustellenden Hohlkörpers zumindest teilweise abbildet. Darüber hinaus ist unter Vermittlung des Traggerüstes ein Transport des Organoblechs erforderlichenfalls auch im erwärmten respektive plastischen Zustand desselben zu einer nachgeordneten Bearbeitungsvorrichtung bzw. zu einem nachgeordneten Fügewerkzeug ermöglicht.
Bei dem Fügewerkzeug handelt es sich bevorzugt um eine Kunststoff-Spritzgießvorrichtung. Im fertigen Produkt fungiert das zumindest eine Traggerüst als wirkungsvolle Stützstruktur des Hohlkörpers.
Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.
Als besonders zweckmäßig und praxisnah hat es sich erwiesen, wenn das zumindest eine bereitgestellte Traggerüst aus einem Metall, einem Kunststoff oder einem Verbundwerkstoff gebildet wird/ist. So kann das zumindest eine bereitgestellte Traggerüst aus Metall sowohl aus Metallblech als auch aus Metalldraht oder aus einer Kombination derselben ausgebildet werden/sein. Metalldraht stellt dabei eine besonders kostengünstige und gewichtsgünstige Variante dar. Ein Traggerüst aus Kunststoff ermöglich demgegenüber eine vereinfachte Fügeverbindung zwischen dem Traggerüst und dem Organoblech. Was den Verbundwerkstoff anbelangt, welcher beispielsweise durch einen faserverstärkten Kunststoff oder durch einen Kunststoff mit Verstärkungseinlegern gebildet ist, kombiniert dieser vorteilhaft die beiden vorgenannten Ausführungsvarianten. Um einen besonders sicheren Fügeverbund durch Stoffschluss zwischen dem zumindest einen bereitgestellten Traggerüst und dem wenigstens einen Organoblech zu schaffen, erfährt das Traggerüst, insbesondere das Traggerüst aus Metall, eine Oberflächenbehandlung und/oder eine Beschichtung mit einem Haftvermittler respektive Primer. Die Oberflächenbehandlung kann beispielsweise ein mechanisches Aufrauen der Oberfläche des Traggerüsts oder eine chemische Behandlung derselben umfassen. Eine einfache und funktionssichere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erzielt man ferner dadurch, dass im Hinblick auf den Schritt d1) oder d2) das Erwärmen des wenigstens einen Organoblechs bevorzugt mittels Wärmestrahlung und/oder Kontaktheizung durchgeführt wird. Als Wärmestrahlung kann beispielsweise Infrarot-Strahlung zur Anwendung kommen. Die Kontaktheizung wird beispielsweise mittels eines elektrischen Heizelements, beispielsweise Flächenheizelements bewerkstelligt. Im Hinblick auf den Schritt f) wird die stoffschlüssige Fügeverbindung zwischen dem zumindest einen Traggerüst und dem wenigstens einen Organoblech bevorzugt durch zumindest lokales Anspritzen eines Kunststoffes an die Fügepartner und/oder zumindest lokales Umspritzen der Fügepartner mit einem Kunststoff bewirkt, wozu bevorzugt ein Fügewerkzeug in Form einer an sich bekannten Kunststoff-Spritzgießvorrichtung Anwendung findet. Wie die Erfindung weiter vorsieht, kann zwischen dem Schritt d1) oder d2) und dem Schritt e) ein Zwischenschritt vorgesehen sein, mit dem eine stoffschlüssige Fügeverbindung zwischen dem zumindest einen Traggerüst und dem wenigstens einen Organoblech durch zumindest lokales Anschmelzen einer oder mehrerer Fügestellen zumindest einer Kontaktfläche aus Kunststoff wenigstens eines Fügepartners und Kontaktierung der besagten Kontaktfläche mit einer korrespondierenden Kontaktfläche des anderen Fügepartners bewirkt werden. Mittels beispielsweise einer Kontaktheizung in Form eines sogenannten Spiegelheizelements bzw. Spiegelschweißelements werden dazu gleichzeitig zwei untereinander korrespondierende und zu verbindende Kontaktflächen der Fügepartner aus einem thermoplastischen Kunststoff oder mit einer Matrix aus einem thermoplastischen Kunststoff angeschmolzen und dann zusammengepresst. Nach Abkühlung der Fügestelle ist ein fester Verbund zwischen den Fügepartnern zu verzeichnen. Im Hinblick auf das in Rede stehende Herstellungsverfahren eignet sich diese Variante insbesondere zur Erstellung einer unmittelbaren stoffschlüssigen Fügeverbindung zwischen einem Traggerüst aus einem thermoplastischen Kunststoff oder aus einem Verbundwerkstoff, bei dem die Matrix aus besagtem thermoplastischen Kunststoff besteht, und besagtem Organoblech. In Kombination mit vorstehender Maßnahme oder in Alleinstellung kann des Weiteren vorgesehen sein, dass zwischen dem Schritt d1) oder d2) und dem Schritt e) ein Zwischenschritt vorgesehen ist, mit dem eine formschlüssige Fügeverbindung zwischen dem zumindest einen Traggerüst und dem wenigstens einen Organoblech bevorzugt mittels zumindest eines Formschlusselements des einen Fügepartners bewirkt wird, welches Formschlusselement von einem Formschlussgegenelement des anderen Fügepartners aufgenommen wird/ist. Das zumindest eine Formschlusselement kann beispielsweise durch einen an einem der Fügepartner angeordneten oder ausgebildeten Dorn aus einem thermoplastischen Kunststoff gebildet sein, der ein korrespondierendes Formschlussgegenelement in Form einer Bohrung am anderen Fügepartner durchsetzt und dessen freies Ende nachfolgend mittels einer Heiz- und Pressvorrichtung geschmolzen und derart, einen Hinterschnitt ausbildend, geweitet wird, dass nach Abkühlung des geweiteten Dorns eine feste Fügeverbindung zwischen den Fügepartnern bewirkt ist. Durch diese Maßnahme/n ist das weitere Handling des zu erstellenden Vorprodukt aus besagtem Traggerüst aus Kunststoff oder Verbundwerkstoff und dem angeformten und aufgrund Erwärmung zumindest lokal äußerst flexiblem Organoblech, insbesondere jedoch der Transport des Vorprodukts zum nachgeordneten Fügewerkzeug bevorzugt in Form einer an sich bekannten Kunststoff-Spritzggießvorrichtung erleichtert. Soll ein Hohlkörper bereitgestellt werden, der besondere Anforderungen an die Montage und Festigkeit desselben stellt, indem Einleger aus Metall in Form von Zentrierdornen, Gewindebuchsen, Versteifungselementen und/oder dgl. vorgesehen werden, sind dieselben bevorzugt integral mit dem Traggerüst ausgebildet. Alternativ können besagte Einleger und/oder Versteifungselemente als separat hergestellte Anbauteile dem Traggerüst zugeordnet werden und insbesondere durch Umspritzen mit Kunststoff am Traggerüst und/oder Organoblech fixiert werden.
Bei dem besagten Versteifungselement handelt es sich beispielsweise um eine Versteifungsrippe, die innerhalb des Hohlkörpers angeordnet ist und dessen Innenraum zumindest abschnittsweise in voneinander separierte Teilräume aufteilt.
Der nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellte Hohlkörper kann beispielsweise ein Fahrzeug-Exterieur-Teil, wie ein Dachrahmenteil, ein Außenverkleidungsteil oder dgl., ein Fahrzeug-Interieur-Teil, wie eine Sitzschale, ein Mitteltunnel oder dgl., ein Batteriegehäuse, ein Flüssigkeits- und/oder Gastank oder dgl. mehr sein.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Sie ist jedoch nicht auf diese beschränkt, sondern erfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung erster Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erstellung eines Vorprodukts für den herzustellenden formstabilen Hohlkörper, mit einem Traggerüst aus Metall gemäß einer ersten Ausführungsform desselben sowie mit einem Organoblech (Variante 1),
2a die schematische Darstellung eines den Schritten nach 1 nachfolgenden Verfahrensschritts,
2b die schematische Darstellung einer Alternative zum dargestellten Verfahrensschritt nach 2a,
3a das erstellte Vorprodukt in einer perspektivischen Seitenansicht,
3b das Vorprodukt nach 3a um 180° um eine horizontale Achse gedreht dargestellt,
4a eine perspektivische Darstellung eines alternativen Traggerüsts,
4b in Anlehnung an die Darstellung nach 3b das Vorprodukt mit dem Traggerüst nach 4a,
5 eine schematische Darstellung erster Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erstellung eines Vorprodukts für den herzustellenden formstabilen Hohlkörper, mit einem Traggerüst aus Kunststoff oder einem Verbundwerkstoff sowie mit einem Organoblech (Variante 2),
6a das aus den in 5 gezeigten Verfahrensschritten resultierende Vorprodukt in einer perspektivischen Seitenansicht,
6b das Vorprodukt nach 6a um 180° um eine horizontale Achse gedreht dargestellt,
7 eine perspektivische Einzeldarstellung von dem Traggerüst gemäß den 5–6b zugeordneten Versteifungselementen,
8a, b im Hinblick auf Variante 2 des erfindungsgemäßen Verfahrens eine äußerst schematische Verdeutlichung der Erstellung einer formschlüssigen Fügeverbindung zwischen einem Traggerüst aus Kunststoff oder einem Verbundwerkstoff mit Kunststoffmatrix sowie einem Organoblech, und
9 ein erfindungsgemäß hergestellter Hohlkörper in Form einer Batterieunterschale einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, welche Batterieunterschale mit Batteriemodulen bestückt ist.
Das nachstehend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich auf die Herstellung eines in 9 dargestellten formstabilen Hohlkörpers 1 in Form einer Batterieunterschale eines Batteriegehäuses. Bei dem Batteriegehäuse handelt es sich beispielsweise um ein Batteriegehäuse einer Traktionsbatterie, insbesondere Hochvolt-Batterie, eines Kraftfahrzeugs. Der besagte Hohlkörper 1 respektive die Batterieunterschale ist vorliegend zum besseren Verständnis mit Batteriemodulen 2 bestückt dargestellt. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf die Herstellung eines Hohlkörpers 1 in Form einer Batterieunterschale, sondern erfasst jedweden anderen, nach besagtem Verfahren herstellbaren Hohlkörper 1, welcher beispielsweise ein Fahrzeug-Exterieur-Teil, wie ein Dachrahmenteil, ein Außenverkleidungsteil oder dgl., ein Fahrzeug-Interieur-Teil, wie eine Sitzschale, ein Mitteltunnel oder dgl., ein Flüssigkeits- und/oder Gastank oder dgl. mehr und demgemäß auch ein jedweder fahrzeugunabhängiger Hohlkörper 1 sein kann.
Variante 1 (insbes. Fig. 1–Fig. 4b):
Gemäß 1 werden nach einer ersten Variante der Erfindung zur Herstellung besagten Hohlkörpers 1 ein formstabiles Traggerüst 3 als einen ersten Fügepartner und ein Organoblech 4 als einen zweiten Fügepartner bereitgestellt. Das Traggerüst 3 weist einen den herzustellenden Hohlköper 1 teilweise abbildenden U-profilförmigen Querschnitt mit einem großflächigen, den Gehäuseboden des Hohlkörpers 1 bzw. Batteriegehäuses abbildenden, großflächigen Profilsteg 3a auf. Der Profilsteg 3a weist drei in Profillängsrichtung gesehen hintereinander angeordnete Ausnehmungen 5 auf. An den Profilsteg 3a schließen sich seitlich zwei gegenüberliegend angeordnete, zum Profilsteg 3a abgewinkelte bzw. abgestellte Profilflansche 3b mit ebenfalls Ausnehmungen 6 an. Die Ausnehmungen 5, 6 dienen insbesondere der Gewichtseinsparung sowie zur Ausbildung besonderer Strukturen des Hohlkörpers 1, worauf unten näher eingegangen wird.
Das Traggerüst 3 ist aus Metall gebildet, beispielsweise aus Stahl, welcher auch bei geringen Materialquerschnitten eine hohe Festigkeit sowie einen hohen Verformungswiderstand aufweist.
Vorliegend ist das Traggerüst 3 aus Metallblech gebildet und kann äußerst einfach und kostengünstig nach einem an sich bekannten Stanz-Biegeverfahren hergestellt werden. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf Metallblech, sondern erfasst auch ein Traggerüst 3 aus Metall, welches aus Metalldraht oder einer Kombination aus Metallblech und Metalldraht gebildet ist. So kann das Traggerüst 3 auch durch ein Schweißteil oder durch eine Matte aus geflochtenen Metalldrähten durch Umformung der Drahtmatte gebildet sein (nicht zeichnerisch dargestellt).
Das Organoblech 4 ist aus einer nicht zeichnerisch dargestellten Organoblech-Platine zugeschnitten. Wie bereits einleitend dargetan, wird unter einem Organoblech im Allgemeinen ein faserverstärktes Halbzeug mit einer thermoplastischen Matrix verstanden, welche Matrix eine einfache und kostengünstige Warmumformung des Halbzeugs mit kurzen Prozesszeiten erlaubt. Als Verstärkungsfasern finden beispielsweise Glas-, Aramid- und /oder Kohlenstoff-Fasern als Kurz- und/oder Langfasern Anwendung, die auch als Gelege oder Gewebe bereitgestellt werden können.
Im Hinblick auf den beispielhaft herzustellenden Hohlkörper 1 in Form einer Batterieunterschale eines Batteriegehäuses weist das zugeschnittene Organoblech 4 eine den rechteckigen Gehäuseboden ausbildende Grundfläche 4a auf, an welche seitlich Blechabschnitte 4b anschließen, die vier geschlossenen Seitenwände der Batterieunterschale des Batteriegehäuses ergeben sollen. In Vorbereitung eines beabsichtigten Fügeschrittes des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens ist das Traggerüst 3 mit dem Profilsteg 3a nach oben und somit mit den freien Enden der Profilflansche 3b des U-Profils auf einer Montageplattform 7 abgestützt (1). Auf den besagten großflächigen Profilsteg 3a wird das Organoblech 4 mit seiner Grundfläche 4a positioniert bzw. abgelegt. Zur Unterstützung diesen Schrittes weist das Traggerüst 3 in den 2a und 2b gezeigte Zentrierelemente 8 auf, die vorliegend durch Zentrierstifte oder -dome gebildet sind. Die Zentrierelemente 8 werden von Zentrieröffnungen 9 im Organoblech 4 aufgenommen.
Unmitterbar vor und/oder nach dem Positionieren des Organoblechs 4 auf dem Traggerüst 3 wird das Organoblech 4 erwärmt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird das Erwärmen mittels Wärmestrahlung 10 durchgeführt, beispielsweise mittels Infrarot-Strahlung innerhalb eines Infrarot-Strahlungsofens als Wärmestrahlungsquelle. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf eine derartige Wärmequelle, sondern erfasst jedwede andere an sich bekannte, geeignete Wärmequelle. So ist beispielsweise auch eine Erwärmung des Organoblechs 4 durch elektromagnetische Induktion mit erfasst (nicht zeichnerisch dargestellt).
Die Erwärmung des Organoblechs 4 ist derart intensiv, dass dieses zumindest lokal eine Plastizität einnimmt, die es den seitlichen Blechabschnitten 4b ermöglicht, allein durch Schwerkraft (vgl. 2a, Richtungspfeile 11) nach unten zu schwenken und so die Seitenwände des Hohlkörpers 1 bzw. der Batterieschale des Batteriegehäuses auszubilden.
Alternativ dazu besteht die auch Möglichkeit, die Schwenkbewegung der Blechabschnitte 4b, hervorgerufen durch Schwerkraft, mittels zugeordneter Biege-Werkzeuge 12 zu unterstützen oder allein mittels derselben die besagte Schwenkbewegung der Blechabschnitte 4b zu bewirken (vgl. 2b). Im letztgenannten Fall ist die erforderliche Wärme zur Erzielung einer bestimmten, zumindest lokalen Plastizität des Organoblechs 4 minimierbar.
Wie den 3a und 3b zu entnehmen ist, bildet der herzustellende Hohlkörper 1 in Form der Batterieunterschale eines Batteriegehäuses beispielsweise ins Innere des Hohlkörpers 1 gerichtete Strukturen in Form eines sogenannten Batterietunnels 13 sowie anderer erforderlicher Einformungen 14 aus, welche durch plastische Umformung des Organoblechs 4 im durch Erwärmung plastifizierten Zustand desselben mittels eines nicht zeichnerisch dargestellten Druckwerkzeugs bewirkt sind. Der besagte Batterietunnel 13 erstreckt sich von einer ersten Seitenwand zu einer gegenüberliegenden zweiten Seitenwand des herzustellenden Hohlkörpers 1 und resultiert aus einer beabsichtigten Anordnung der Batterie oberhalb einer Abgasanlage des Kraftfahrzeugs. Die erste und zweite Seitenwand korrespondieren dabei mit den Profilflanschen 3b des Traggerüsts 3.
Die 4a und 4b zeigen darüber hinaus ein Traggerüst 3, welches durch beispielsweise zwei stegförmige Versteifungselemente 15 ergänzt ist. Diese Versteifungselemente 15 bestehen bevorzugt ebenfalls aus Metall und sind weiter bevorzugt integral mit dem metallenen Traggerüst 3 ausgebildet. Die Versteifungselemente 15 sind vorliegend durch langgestreckte T-Profile gebildet, wobei der horizontal verlaufende T-Profil-Flansch den Gehäuseboden des Batteriegehäuses mit ausbildet und versteift. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel verläuft ein jedes Versteifungselement 15 orthogonal zum Batterietunnel 13 und zwar von einer dritten bzw. von einer zu derselben gegenüberliegend angeordneten vierten Seitenwand zum Batterietunnel 13 hin. Die dritten und vierten Seitenwände sind insoweit im Bereich der freien Stirnseiten des U-profilförmigen Traggerüsts 3 angeordnet. Durch diese Maßnahme ist ein äußerst crashsicheres Traggerüst 3 geschaffen, welches sich demgemäß auch auf die Crashsicherheit des herzustellenden Hohlkörpers 1 bzw. der Batterieschale des Batteriegehäuses auswirkt.
Selbstverständlich ist es nicht zwingend erforderlich, die Versteifungselemente 15 integral mit dem metallenen Traggerüst 3 auszubilden. So können beispielsweise in 7 gezeigte, separat hergestellte Versteifungselemente 15 am Traggerüst 3 form-, kraft- und/oder stoffschlüssig fixiert werden.
Mittels vorstehender Verfahrensschritte ist ein Vorprodukt aus besagtem Traggerüst 3 und einem sozusagen angeformten Organoblech 4 erstellt. Das Traggerüst 3 und das Organoblech 4 erfahren als Fügepartner nunmehr noch eine stoffschlüssige Fügeverbindung mittels eines nicht zeichnerisch dargestellten Fügewerkzeugs bevorzugt in Form einer an sich bekannten Kunststoff-Spritzggießvorrichtung. Hierbei wird zumindest lokal, bevorzugt jedoch vollflächig ein das Traggerüst 3 und Organoblech 4 umhüllender Kunststoff aufgebracht, woraus sich letztlich der fertige Hohlkörper 1, vorliegend in Form der Batterieunterschale des Batteriegehäuses ergibt (vgl. 9). Gleichzeitig können auch die Versteifungselemente 15 besagte Kunststoffumhüllung und/oder als separat hergestellte Einlegeteile eine Fixierung mittels angespritzten Kunststoffes erfahren.
Eine besonders gute Fügeverbindung zwischen dem Traggerüst 3, dem Organoblech 4 und den Versteifungselementen 15 mit dem angespritzten Kunststoff ergibt sich, wenn insbesondere die metallenen Fügepartner, vorliegend das Traggerüst 3 und die Versteifungselemente 15 eine Oberflächenbehandlung und/oder eine Beschichtung mit einem Haftvermittler bzw. Primer aufweisen. Die Oberflächenbehandlung kann beispielsweise ein mechanisches Aufrauen der metallenen Fügepartner oder eine chemische Behandlung umfassen.
Variante 2 (insbes. Fig. 5–Fig. 8b):
5 bezieht sich auf eine zweite Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen wie in den vorherigen Zeichnungsfiguren bezeichnet sind, so dass zu deren Erläuterung und Verständnis auch auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird. Die zweite Ausführungsvariante unterscheidet sich zur ersten Ausführungsvariante im Wesentlichen dadurch, dass statt eines metallenen Traggerüstes 3 ein Traggerüst 3´ aus einem Kunststoff oder einem Verbundwerkstoff, letzterer gebildet insbesondere durch einen faserverstärkten Kunststoff oder einen Kunststoff mit Verstärkungseinlegern, Verwendung findet. Was das Anformen der Blechabschnitte 4b des Organoblechs 4 an besagtes Traggerüst 3´ an sich anbelangt, sei es durch Schwerkraft, mittels Biegwerkzeug 12 oder durch eine Kombination beider Maßnahmen, lehnt sich diese zweite Ausführungsvariante an die erste Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens an.
Im Unterschied zur ersten Ausführungsvariante der Erfindung ist jedoch bereits während des Anformens der Blechabschnitte 4b des Organoblechs 4 an das Traggerüst 3´ ein Stoffschluss zwischen dem Organoblech 4 und dem Traggerüst 3´ vorgesehen. Die besagte stoffschlüssige Fügemaßnahme kann darüber hinaus durch eine formschlüssige Fügemaßnahme ersetzt oder auch ergänzt sein. Durch diese Maßnahme/n ist das weitere Handling des zu erstellenden Vorprodukt aus besagtem Traggerüst 3´ und dem angeformten und aufgrund Erwärmung zumindest lokal äußerst flexiblem Organoblech 4, insbesondere jedoch der Transport des Vorprodukts zum nicht zeichnerisch dargestellten Fügewerkzeug bevorzugt in Form einer an sich bekannten Kunststoff-Spritzggießvorrichtung erleichtert.
5 zeigt insoweit ein Traggerüst 3´, welches auf seiner als Kontaktfläche fungierenden Außenkontur eine Vielzahl Fügestellen 16 aufweist, die durch Stegabschnitte und/oder Noppen aus einem thermoplastischen Kunststoff gebildet sind. Mittels einer Kontaktheizung 17, beispielsweise in Form eines sogenannten Spiegelheizelements bzw. Spiegelschweißelements werden dazu die zwei untereinander korrespondierende und zu verbindende Kontaktflächen der Fügepartner, nämlich des Traggerüsts 3´ und des Organoblechs 4 aus einem thermoplastischen Kunststoff oder mit einer Matrix aus einem thermoplastischen Kunststoff gleichzeitig angeschmolzen und anschließend nach Entfernen der Kontaktheizung 17 aufeinander gepresst. Nach Abkühlung der Fügestellen 16 ist ein fester Verbund zwischen den Fügepartnern zu verzeichnen. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf diese bevorzugte stoffschlüssige Fügemaßnahme, sondern erfasst beispielsweise auch einen Stoffschluss, der durch einen auf besagte Kontaktflächen aufgetragenen Klebstoff bewirkt wird, indem dieser z.B. erst infolge Wärmeeinwirkung seine klebende Wirkung erlangt und abbindet bzw. sich verfestigt (nicht zeichnerisch dargestellt).
Der alternativ oder gegebenenfalls zusätzlich zum Stoffschluss vorzusehende Formschluss zwischen dem Traggerüst 3´ und dem Organoblech 4 wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel mittels Formschlusselemente 18 des einen Fügepartners bewirkt, welche jeweils von einem Formschlussgegenelement 19 des anderen Fügepartners aufgenommen werden/sind. Gemäß den 8a, 8b weist das Traggerüst 3´ Formschlusselemente 18 in Form angeformter Dorne aus einem thermoplastischen Kunststoff auf, die jeweils ein korrespondierendes Formschlussgegenelement 19 in Form einer Bohrung im Organoblech 4 durchsetzen (8a). Das freie Ende eines jeden Dorns ist nachfolgend mittels einer äußerst schematisch dargestellten Press- und gegebenenfalls Heizvorrichtung 20 angeschmolzen und pilzförmig erweitert ausgebildet worden derart, dass der Dorn einen Hinterschnitt ausbildet, der sich am Organoblech 4 abstützt. Hierdurch ist eine weitestgehend unlösbare, feste Fügeverbindung zwischen den Fügepartnern bewirkt (8b).
Wie bereits oben zur ersten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens ausgeführt, ist mittels vorstehender Verfahrensschritte ein Vorprodukt aus besagtem Traggerüst 3´ und dem Organoblech 4 erstellt. Das Traggerüst 3´ und das Organoblech 4 erfahren als Fügepartner nunmehr noch eine stoffschlüssige Fügeverbindung mittels eines Fügewerkzeugs bevorzugt in Form der nicht zeichnerisch dargestellten an sich bekannten Kunststoff-Spritzggießvorrichtung. Hierbei wird zumindest lokal, bevorzugt jedoch vollflächig ein das Traggerüst 3´ und Organoblech 4 umhüllender Kunststoff aufgebracht, woraus sich letztlich der fertige Hohlkörper 1, vorliegend in Form der Batterieunterschale des Batteriegehäuses ergibt (vgl. 9).
Auch gemäß dieser Ausführungsvariante sind zusätzliche Versteifungselemente 15 vorgesehen, die entweder integral mit dem Traggerüst 3´ ausgebildet sowie mit Kunststoff umspritzt sind und demgemäß aus einem Kunststoff oder einem Verbundwerkstoff bestehen oder als Einlegeteile während des Kunststoff-Spritzgießverfahrens durch An- oder Umspritzung mit dem Hohlkörper 1 verbunden werden. Im letztgenannten Fall kann das Versteifungselement 15 auch aus einem Metall, wie einem Stahl bestehen und weist zur besseren Haftung des angespritzten Kunststoffes bevorzugt eine Oberflächenbehandlung und/oder eine Beschichtung mit einem Haftvermittler bzw. Primer auf.
Soll ein Hohlkörper 1 bereitgestellt werden, der besondere Anforderungen an die Montage und Festigkeit desselben stellt, indem weitere Einleger aus insbesondere Metall in Form von Zentrierdornen, Gewindebuchsen, Versteifungselementen und/oder dgl. mehr vorgesehen werden, sind dieselben bevorzugt integral mit dem Traggerüst 3 aus Metall ausgebildet. Alternativ können besagte Einleger und/oder Versteifungselemente auch als separat hergestellte Anbauteile dem Traggerüst 3, 3´ zugeordnet werden, indem diese in das Spritzgießwerkzeug eingelegt und während der Endfertigung des Hohlkörpers 1 / der Batterieunterschale schließlich durch Umspritzen mit Kunststoff am aus im Wesentlichen Traggerüst 3, 3´ und Organoblech 4 gebildeten Vorprodukt fixiert werden.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsvarianten und konkreten Ausführungsbeispiele stellen auf einen herzustellenden Hohlkörper 1 ab, der durch lediglich ein Traggerüst 3, 3´ und lediglich ein Organoblech 4 gebildet ist. Durch die Erfindung mit erfasst ist selbstverständlich auch ein Hohlkörper 1, der durch zwei oder mehr Traggerüste 3, 3´ und/oder zwei oder mehr Organobleche 4 gebildet ist (nicht zeichnerisch dargestellt).
Bezugszeichenliste

1: Hohlkörper
2: Batteriemodul
3: Traggerüst
3a: Profilsteg
3b: Profilflansch
3´: Traggerüst
4: Organoblech
4a: Grundfläche
4b: Blechabschnitte
5: Ausnehmungen (Profilsteg 3a)
6: Ausnehmungen (Profilflansch 3b)
7: Montageplattform
8: Zentrierelement
9: Zentrieröffnung
10: Wärmestrahlung
11: Richtungspfeil
12: Werkzeug
13: Batterietunnel
14: Einformung
15: Versteifungselement
16: Fügestelle
17: Kontaktheizung
18: Formschlusselement
19: Formschlussgegenelement
20: Press-/Heizvorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

DE 102013006131 A1 [0002]
DE 102009039498 [0002]
DE 102013013497 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines formstabilen Hohlkörpers (1), mit folgenden Schritten: a) Bereitstellung zumindest eines formstabilen Traggerüstes (3, 3´) als einen ersten Fügepartner, welches die Struktur des herzustellenden Hohlkörpers (1) zumindest teilweise abbildet, b) Bereitstellung wenigstens eines aus einer Organoblech-Platine zugeschnittenen Organoblechs (4) als einen zweiten Fügepartner, c) Positionierung des wenigstens einen Organoblechs (4) auf dem zumindest einen Traggerüst (3, 3´), d1) zumindest lokales Erwärmen des wenigstens einen Organoblechs (4) bis zur Plastizität desselben, so dass sich dieses infolge Einwirkung der Schwerkraft an die Kontur des zumindest einen Traggerüstes (3, 3´) selbsttätig anschmiegt, oder d2) zumindest lokales Erwärmen des wenigstens einen Organoblechs (4) bis zur Plastizität desselben und Anschmiegen des Organoblechs (4) an die Kontur des zumindest einen Traggerüstes (3, 3´) mittels eines zugeordneten oder zuordenbaren Werkzeugs (12), e) Transport des zumindest einen Traggerüsts (3, 3´) samt wenigstens einem Organoblech (4) zu einem Fügewerkzeug, sowie f) Erstellen einer stoffschlüssigen Fügeverbindung zwischen dem zumindest einen Traggerüst (3, 3´) und dem wenigstens einen Organoblech (4) mittels des besagten Fügewerkzeugs.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine bereitgestellte Traggerüst (3) aus einem Metall oder dass das zumindest eine bereitgestellte Traggerüst (3´) aus einem Kunststoff oder einem Verbundwerkstoff gebildet wird/ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine bereitgestellte Traggerüst (3) aus Metall aus Metallblech und/oder Metalldraht ausgebildet wird/ist.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine bereitgestellte Traggerüst (3, 3´) eine Oberflächenbehandlung und/oder eine Beschichtung mit einem Haftvermittler erfährt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Hinblick auf den Schritt d1) oder d2) das Erwärmen des wenigstens einen Organoblechs (4) mittels Wärmestrahlung (10) und/oder Kontaktheizung (17) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Hinblick auf den Schritt f) die stoffschlüssige Fügeverbindung zwischen dem zumindest einen Traggerüst (3, 3´) und dem wenigstens einen Organoblech (4) durch zumindest lokales Anspritzen eines Kunststoffes an die Fügepartner und/oder zumindest lokales Umspritzen der Fügepartner mit einem Kunststoff bewirkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Schritt d1) oder d2) und dem Schritt e) ein Zwischenschritt vorgesehen ist, mit dem eine stoffschlüssige Fügeverbindung zwischen dem zumindest einen Traggerüst (3, 3´) und dem wenigstens einen Organoblech (4) durch zumindest lokales Anschmelzen einer oder mehrerer Fügestellen (16) zumindest einer Kontaktfläche aus Kunststoff wenigstens eines Fügepartners und Kontaktierung der besagten Kontaktfläche mit einer korrespondierenden Kontaktfläche des anderen Fügepartners bewirkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Schritt d1) oder d2) und dem Schritt e) ein Zwischenschritt vorgesehen ist, mit dem eine formschlüssige Fügeverbindung zwischen dem zumindest einen Traggerüst (3, 3´) und dem wenigstens einen Organoblech (4) mittels zumindest eines Formschlusselements (18) des einen Fügepartners bewirkt wird, welches von einem Formschlussgegenelement (19) des anderen Fügepartners aufgenommen wird/ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine bereitgestellte Traggerüst (3, 3´) wenigstens einen Einleger und/oder wenigstens ein Versteifungselement (15) aufweist, welcher/s integral mit dem Traggerüst (3, 3´) ausgebildet ist und/oder dass dem zumindest einen Traggerüst (3, 3´) wenigstens ein Einleger und/oder ein Versteifungselement (15) zugeordnet wird/ist.
Hohlkörper (1), insbesondere Fahrzeug-Exterieur- oder Fahrzeug-Interieur-Teil, Batteriegehäuse, Flüssigkeits- und/oder Gastank oder dgl., hergestellt gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9.