DE102016211441A1

DE102016211441A1 - Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen Fahrzeugbauteils und danach hergestelltes Fahrzeugbauteil

Info

Publication number: DE102016211441A1
Application number: DE102016211441.7A
Authority: DE
Inventors: Maik Hammer; Clemens Stefanziosa; Matthias Pernicka
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-06-27
Filing date: 2016-06-27
Publication date: 2017-12-28

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen Fahrzeugbauteils (100) mit wenigstens einer Deckschicht (102, 104), wenigstens einer Kernschicht (106) und wenigstens einem Verstärkungsabschnitt (108), wobei zum Herstellen des wenigstens einen Verstärkungsabschnitts (108) zunächst ein mehrschichtiges Fahrzeugbauteil (100) mit wenigstens einer Deckschicht (102, 104) und wenigstens einer Kernschicht (106) bereitgestellt wird, wenigstens eine die wenigstens eine Deckschicht (102) vollständig und die wenigstens eine Kernschicht (106) zumindest teilweise durchdringende Ausnehmung eingebracht wird, das mehrschichtige Fahrzeugbauteil (100) mit der wenigstens einen Ausnehmung in einem Formwerkzeug angeordnet wird, in das Formwerkzeug eine plastische Formmasse eingespritzt wird, wobei die wenigstens eine Ausnehmung zumindest teilweise mit der plastischen Formmasse gefüllt und in der wenigstens einen Kernschicht (106) ein Haltekopf (110) gebildet wird, die Formmasse verfestigt und das Fahrzeugbauteil (100) mit dem wenigstens einen Verstärkungsabschnitt (108) aus dem Formwerkzeug entnommen wird, und Mehrschichtiges Fahrzeugbauteil (100) mit wenigstens einer Deckschicht (102, 104), wenigstens einer Kernschicht (106) und wenigstens einem Verstärkungsabschnitt, wobei das Fahrzeugbauteil (100) nach einem derartigen Verfahren hergestellt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen Fahrzeugbauteils mit wenigstens einer Deckschicht, wenigstens einer Kernschicht und wenigstens einem Verstärkungsabschnitt. Außerdem betrifft die Erfindung ein nach einem derartigen Verfahren hergestelltes Fahrzeugbauteil.
Aus der DE 195 03 579 A1 ist ein Verfahren bekannt zum Herstellen einer Lochverstärkung in der Wand eines faserverstärkten thermoplastischen Kunststoff-Formkörpers, wobei in das Loch des Formkörpers beidseitig in ihrer Form angepasste Buchsen eingesetzt werden, die jeweils einen Bund aufweisen, der auf der Formkörper-Wand aufliegt, wenn die Buchsen mit ihrem im Loch liegenden Ende aneinanderstoßen, und wobei anschließend die kurzfaserverstärkten thermoplastischen Buchsen sowohl miteinander als auch mit dem Formkörper verschweißt werden.
Aus der DE 10 2013 021 396 B3 ist ein Verfahren bekannt zur Herstellung eines Fahrzeugbauteils mit einer Mehrschichtstruktur mit zumindest einer Deckschicht und zumindest einer Kernschicht, in der ein, über die gesamte Kernschicht-Materialstärke durchgängiges, eine Krafteinleitung von außen aufnehmendes Verstärkungsteil eingebettet wird, das von der Deckschicht überdeckt wird, wobei zur Einbettung des Verstärkungsteils in der Kernschicht das Verstärkungsteil zweiteilig mit einem ersten Element und einem zweiten Element bereitgestellt wird, und wobei die Elemente vor dem Aufbringen der Deckschicht unter Bildung des Verstärkungsteils beidseitig in die Kernschicht eingetrieben werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren zu verbessern. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Fahrzeugbauteil baulich und/oder funktional zu verbessern.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Der wenigstens eine Verstärkungsabschnitt kann mit dem Fahrzeugbauteil kraftschlüssig, formschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden werden.
Das mehrschichtige Fahrzeugbauteil kann als Halbzeug bereitgestellt werden. Das mehrschichtige Fahrzeugbauteil kann vor dem Herstellen des wenigstens einen Verstärkungsabschnitts bearbeitet werden. Das mehrschichtige Fahrzeugbauteil kann vor dem Herstellen des wenigstens einen Verstärkungsabschnitts trennend, insbesondere spanend, bearbeitet werden. Das mehrschichtige Fahrzeugbauteil kann vorgegeben konturiert, insbesondere zugeschnitten, werden. Das mehrschichtige Fahrzeugbauteil kann vor dem Herstellen des wenigstens einen Verstärkungsabschnitts umgeformt werden.
Die wenigstens eine Ausnehmung kann trennend, insbesondere spanend, eingebracht werden. Die wenigstens eine Ausnehmung kann gebohrt werden. Die wenigstens eine Ausnehmung ausgehend von einer Bauteiloberfläche bis in die wenigstens eine Kernschicht eingebracht werden.
Das Formwerkzeug kann öffen- und/oder schließbar sein. Das Formwerkzeug kann mehrere Formteile aufweisen. Das geschlossene Formwerkzeug kann wenigstens einen Formraum begrenzen. Das mehrschichtige Fahrzeugbauteil kann in dem wenigstens einen Formraum angeordnet werden.
Die Formmasse kann durch erwärmen plastifiziert werden. Die Formmasse kann druckbeaufschlagt eingespritzt werden. Die wenigstens eine Ausnehmung kann zumindest annähernd vollständig mit der plastischen Formmasse gefüllt werden. Die Formmasse kann bis in die wenigstens eine Kernschicht eingespritzt werden. Die Formmasse kann sich hinter der wenigstens einen Deckschicht ausbreiten. Der Haltekopf kann zumindest abschnittsweise einen größeren Querschnitt als die wenigstens eine Ausnehmung in der wenigstens einen Deckschicht aufweisen. Der Haltekopf kann einen Hinterschnitt bilden. Der Haltekopf kann bauteilinnenseitig an der wenigstens einen Deckschicht anliegen. Der Haltekopf kann sich zwischen einer ersten Deckschicht und einer zweiten Deckschicht erstrecken.
Die Formmasse kann sich durch Abkühlen verfestigen. Die Formmasse kann sich chemisch verfestigen. Das Fahrzeugbauteil kann aus dem Formwerkzeug entnommen werden, wenn die Formmasse zumindest annähernd vollständig verfestigt ist.
Außenseitig der wenigstens einen Deckschicht kann ein Gegenhaltekopf des Verstärkungsabschnitts gebildet werden. In der wenigstens einen Deckschicht kann ein Schaft des Verstärkungsabschnitts gebildet werden. Beim Einspritzen der plastischen Formmasse kann das Fahrzeugbauteil nur abschnittsweise mit Formmasse umspritzt werden. Beim Einspritzen der plastischen Formmasse kann das Fahrzeugbauteil nur an der wenigstens einen Ausnehmung mit Formmasse umspritzt werden.
Beim Einspritzen der plastischen Formmasse und beim Bilden des Haltekopfs kann die wenigstens eine Kernschicht abschnittsweise verdrängt werden. Die wenigstens eine Kernschicht kann unter Druck- und/oder Temperatureinwirkung verdrängt werden. Die wenigstens eine Kernschicht kann von der plastischen Formmasse verdrängt werden.
Der Haltekopf kann in der Kernschicht gebildet werden. Der Haltekopf, der wenigstens eine Schaft und der Gegenhaltekopf können einstückig hergestellt werden.
Der wenigstens eine Verstärkungsabschnitt kann selbst als Krafteinleitungselement ausgestaltet werden. An dem wenigstens einen Verstärkungsabschnitt kann wenigstens ein Krafteinleitungselement angeordnet werden. Das wenigstens eine Krafteinleitungselement kann ein Insert sein. Das Insert kann aus einem Metall hergestellt sein.
Das wenigstens eine Krafteinleitungselement kann beim Einspritzen der plastischen Formmasse an dem Verstärkungsabschnitt angeordnet werden. Das wenigstens eine Krafteinleitungselement kann zusammen mit dem Fahrzeugbauteil zum Umspritzen mit der plastischen Formmasse in dem Formwerkzeug bzw. dem Formraum angeordnet werden. Das wenigstens eine Krafteinleitungselement kann zusammen mit dem Fahrzeugbauteil mit der plastischen Formmasse umspritzt werden.
Das wenigstens eine Krafteinleitungselement kann nach dem Verfestigen der Formmasse an dem Verstärkungsabschnitt angeordnet werden. Das wenigstens eine Krafteinleitungselement kann nach dem Verfestigen der Formmasse in den Verstärkungsabschnitt eingeschraubt oder mit dem Verstärkungsabschnitt vernietet werden.
Die Formmasse kann ein Kunststoff sein. Die Formmasse kann ein faserverstärkter Kunststoff sein. Die Formmasse kann ein thermoplastischer Kunststoff sein. Die Formmasse kann ein duroplastischer oder elastomerer Kunststoff sein. Die Formmasse kann wenigstens ein Formaldehydharz und/oder Reaktionsharz aufweisen. Die Formmasse kann wenigstens einen Füllstoff aufweisen. Der wenigstens eine Füllstoff kann Fasern aufweisen. Die Fasern können anorganische Fasern, wie Basaltfasern, Borfasern, Glasfasern, Keramikfasern und/oder Kieselsäurefasern, sein. Die Fasern können organische Fasern, wie Aramidfasern, Kohlenstofffasern, Polyester-Fasern, Nylon-Fasern, Polyethylen-Fasern und/oder Plexiglas-Fasern, sein. Die Fasern können Naturfasern, wie Flachs-Fasern, Hanf-Fasern, Holzfasern und/oder Sisalfasern, sein. Die Fasern können Kurzfasern und/oder Langfasern sein. Der wenigstens eine Füllstoff kann Partikel aufweisen.
Außerdem wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst mit einem mehrschichtigen Fahrzeugbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 10.
Das Fahrzeugbauteil kann ein Außenhautbauteil sein. Das Fahrzeugbauteil kann ein Innenraumbauteil sein. Das Fahrzeugbauteil kann ein Verkleidungsbauteil sein. Das Fahrzeugbauteil kann ein Strukturbauteil sein. Das Fahrzeugbauteil kann ein Leichtbauteil sein.
Das Fahrzeugbauteil kann eine erste Deckschicht, eine zweite Deckschicht und ein zwischen der ersten Deckschicht und der zweiten Deckschicht angeordnete Kernschicht aufweisen. Die wenigstens eine Deckschicht kann eine höhere Materialdichte als die wenigstens eine Kernschicht aufweisen. Die wenigstens eine Kernschicht kann geschäumt sein. Das Fahrzeugbauteil kann wenigstens eine Außenseite aufweisen. Die wenigstens eine Außenseite kann mit einer freien Seite der wenigstens einen Deckschicht gebildet sein. Das Fahrzeugbauteil kann eine Innenseite aufweisen. Die Innenseite kann mit der wenigstens einen Kernschicht gebildet sein. Eine der wenigstens einen Kernschicht zugeordnete Seite der wenigstens einen Deckschicht kann eine innere Seite sein.
Der wenigstens eine Verstärkungsabschnitt kann zur Krafteinleitung in das und/oder zur Kraftausleitung aus dem Fahrzeugbauteil dienen. Der wenigstens eine Verstärkungsabschnitt kann zum Befestigen des Fahrzeugbauteil dienen. Der wenigstens eine Verstärkungsabschnitt kann zum Verbinden des Fahrzeugbauteils mit wenigstens einem anderen Bauteil dienen.
Der wenigstens eine Verstärkungsabschnitt kann einen Haltekopf aufweisen. Der Haltekopf kann in der Kernschicht angeordnet sein. Der Haltekopf kann wenigstens einen Abstützabschnitt zur bauteilinnenseitigen Abstützung an der wenigstens einen Deckschicht aufweisen. Der Haltekopf kann eine kugelartige Form aufweisen. Der Haltekopf kann eine stopfenartige Form aufweisen. Der Haltekopf kann eine pilzartige Form aufweisen. Der Haltekopf kann eine unregelmäßige Form aufweisen. Der wenigstens eine Verstärkungsabschnitt kann einen Gegenhaltekopf aufweisen. Der Gegenhaltekopf kann wenigstens einen Abstützabschnitt zur bauteilaußenseitigen Abstützung an der wenigstens einen Deckschicht aufweisen. Der Gegenhaltekopf kann eine stopfenartige Form aufweisen. Der Gegenhaltekopf kann eine pilzartige Form aufweisen. Der Gegenhaltekopf kann außenseitig an dem Fahrzeugbauteil angeordnet sein. Der wenigstens eine Verstärkungsabschnitt kann einen Schaft aufweisen. Der Schaft kann den Haltekopf und den Gegenhaltekopf miteinander verbinden. Der Schaft kann sich durch die wenigstens eine Deckschicht hindurch erstrecken. Der Haltekopf, der Schaft und der Gegenhaltekopf können einstückig sein.
Zusammenfassend und mit anderen Worten dargestellt ergibt sich somit durch die Erfindung unter anderem eine Verankerungen durch Fließpressen an Sandwichteilen bzw. eine formschlüssige Festigkeitserhöhung beim nachträglichen Umpressen von Sandwichbauteilen.
Eine zuvor eingebrachte beliebige Anzahl von Bohrungen im Sandwichbauteil kann während eines Pressens mit Pressmasse gefüllt werden und nach einem Aushärten als formschlüssige Verbindung wirken. Die Pressmasse kann sich aufgrund von Wärme und Druck bewusst undefiniert, kugelförmig im weichen Kern unter einer Decklage verteilen und damit für eine Verankerung im Bauteil sorgen. Eine Kernlage kann eine geringere Dichte als die Decklage aufweisen. In der Kernlage kann sich ein Haltekopf ausbilden.
Diese lokale Bauteilverstärkung kann auch als Anbindungsstelle zur Integration von Inserts, Elementen, o.ä. dienen. Eine bevorzugte Tiefe einer Bohrung kann dabei im Bereich von 0,2- bis 1,5-fachen Durchmesser liegen, um eine funktional sinnvolle Wirkung zu erzielen.
Zum Herstellen der Verankerungen bzw. formschlüssigen Festigkeitserhöhung können im Einzelnen folgende Prozessschritte durchgeführt werden: Sandwichteil mit dichten Decklagen und weicherer Kernlage; Einbringen von Bohrungen, beliebige Anzahl, geringe Toleranzvorgaben; Einlegen des Bauteils in ein Werkzeug; lokales Umpressen des Bauteils mit einer Pressmasse; Abkühlen und Entnehmen; optionale Weiter- oder Nachbearbeitung.
Mit der Erfindung wird eine Verbindungsfestigkeit zwischen dem wenigstens einen Verstärkungsabschnitt und dem Fahrzeugbauteil mit der wenigstens einen Deckschicht und der wenigstens einen Kernschicht erhöht. Ein Aufwand, wie Konstruktionsaufwand, Herstellungsaufwand und/oder Kostenaufwand, wird reduziert. Eine Oberflächenbehandlung kann entfallen. Eine formschlüssige Verbindung wird erzielt. Inserts sind integrierbar.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher beschrieben. Aus dieser Beschreibung ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile.
1 zeigt schematisch und beispielhaft ein Fahrzeugbauteil 100 mit zwei Deckschichten 102, 104, einer dazwischen liegenden Kernschicht 106 und einem angespritzten Verstärkungsabschnitt 108.
Die Deckschichten 102, 104 sind aus einem relativ festen flächigen Material hergestellt. Die Deckschichten 102, 104 sind beispielsweise aus einem Blech, aus einem Kunststoff oder aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt. Die Kernschicht 106 ist aus einem relativ weichen leichten Material hergestellt. Die Kernschicht 106 ist beispielsweise aus einem Schaumstoff, insbesondere Hartschaum, hergestellt. Die Kernschicht 106 dient dazu, auftretende Schubkräfte zu übertragen und die Deckschichten 102, 104 zu stützen. Die Deckschichten 102, 104 und die Kernschicht 106 bilden ein Sandwich-Bauteil. Der Verstärkungsabschnitt 108 bildet einen verstärkten Krafteinleitungspunkt des Fahrzeugbauteils 100.
Der Verstärkungsabschnitt 108 weist einen Haltekopf 110, einen Gegenhaltekopf 112 und einen Schaft 114 auf. Der Haltekopf 110 ist zwischen den Deckschichten 102, 104 in der Kernschicht 106 angeordnet. Der Haltekopf 110 weist eine pilzartige Form mit einem Abstützabschnitt zur bauteilinnenseitigen Abstützung an der Deckschicht 102 auf. Der Gegenhaltekopf 112 ist an dem Fahrzeugbauteil 100 außenseitig angeordnet. Der Gegenhaltekopf 112 weist eine pilzartige Form mit einem Abstützabschnitt zur bauteilaußenseitigen Abstützung an der Deckschicht 102 auf. Der Schaft 114 verbindet den Haltekopf 110 und den Gegenhaltekopf 112 miteinander und erstreckt sich durch eine Ausnehmung der Deckschicht 102.
Zur Herstellung des Verstärkungsabschnitts 108 wird in das Fahrzeugbauteil 100 zunächst die Ausnehmung eingebracht, die sich durch die Deckschicht 102 bis in die Kernschicht 106 erstreckt. Nachfolgend wird das Fahrzeugbauteil 100 mit der Ausnehmung in ein Formwerkzeug eingelegt. Nachfolgend wird das Formwerkzeug geschlossen und in die Ausnehmung wird lokal eine plastische Formmasse eingespritzt. Die plastische Formmasse dringt in die Kernschicht 106 ein, verdrängt innenseitig Kernschichtmaterial und bildet den Haltekopf 110. Außenseitig des Fahrzeugbauteils 100 weist das Formwerkzeug eine Kavität auf, die mit der plastischen Formmasse gefüllt wird und außenseitig den Gegenkopf 112 bildet.
Nach hinreichender Verfestigung wird das Fahrzeugbauteil 100 mit dem Verstärkungsabschnitt 108 aus dem Werkzeug entnommen und gegebenenfalls weiter bearbeitet.
Bezugszeichenliste

100: Fahrzeugbauteil
102: Deckschicht
104: Deckschicht
106: Kernschicht
108: Verstärkungsabschnitt
110: Haltekopf
112: Gegenhaltekopf
114: Schaft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19503579 A1 [0002]
DE 102013021396 B3 [0003]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen Fahrzeugbauteils (100) mit wenigstens einer Deckschicht (102, 104), wenigstens einer Kernschicht (106) und wenigstens einem Verstärkungsabschnitt (108), dadurch gekennzeichnet, dass zum Herstellen des wenigstens einen Verstärkungsabschnitts (108) – zunächst ein mehrschichtiges Fahrzeugbauteil (100) mit wenigstens einer Deckschicht (102, 104) und wenigstens einer Kernschicht (106) bereitgestellt wird, – wenigstens eine die wenigstens eine Deckschicht (102) vollständig und die wenigstens eine Kernschicht (106) zumindest teilweise durchdringende Ausnehmung eingebracht wird, – das mehrschichtige Fahrzeugbauteil (100) mit der wenigstens einen Ausnehmung in einem Formwerkzeug angeordnet wird, – in das Formwerkzeug eine plastische Formmasse eingespritzt wird, wobei die wenigstens eine Ausnehmung zumindest teilweise mit der plastischen Formmasse gefüllt und in der wenigstens einen Kernschicht (106) ein Haltekopf (110) gebildet wird, – die Formmasse verfestigt und das Fahrzeugbauteil (100) mit dem wenigstens einen Verstärkungsabschnitt (108) aus dem Formwerkzeug entnommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass außenseitig der wenigstens einen Deckschicht (102) ein Gegenhaltekopf (110) gebildet wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einspritzen der plastischen Formmasse das Fahrzeugbauteil (100) nur abschnittsweise mit Formmasse umspritzt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einspritzen der plastischen Formmasse und beim Bilden des Haltekopfs (110) die wenigstens eine Kernschicht (106) abschnittsweise verdrängt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltekopf (110) einen Abstützabschnitt zur bauteilinnenseitigen Abstützung an der wenigstens einen Deckschicht (102) aufweist.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem wenigstens einen Verstärkungsabschnitt (108) wenigstens ein Krafteinleitungselement angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Krafteinleitungselement beim Einspritzen der plastischen Formmasse oder nach dem Verfestigen der Formmasse an dem Verstärkungsabschnitt (108) angeordnet wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Ausnehmung eine Tiefe aufweist, die dem ca. 0,1- bis ca. 3-fachen, insbesondere dem ca. 0,2- bis ca. 1,5-fachen, eines Durchmessers der Ausnehmung entspricht.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formmasse ein faserverstärkter Kunststoff ist.
Mehrschichtiges Fahrzeugbauteil (100) mit wenigstens einer Deckschicht (102, 104), wenigstens einer Kernschicht (106) und wenigstens einem Verstärkungsabschnitt, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeugbauteil (100) nach einem Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.