DE102016211442A1

DE102016211442A1 - Verfahren zum Herstellen eines Fahrzeugbauteils und Fahrzeugbauteil

Info

Publication number: DE102016211442A1
Application number: DE102016211442.5A
Authority: DE
Inventors: Hans-Ulrich Stahl
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 Fahrzeugbauteils (200) aus einem Kunststoff mit wenigstens einem Krafteinleitungselement (204) aus einem Metall, das Krafteinleitungselement (204) aufweisend wenigstens eine Verbindungsfläche, wobei die wenigstens eine Verbindungsfläche zumindest abschnittsweise entfettet wird, eine Rauheit der wenigstens einen Verbindungsfläche zumindest abschnittsweise erhöht wird und auf die wenigstens eine Verbindungsfläche zumindest abschnittsweise ein Klebstoff aufgebracht wird und das wenigstens eine Krafteinleitungselement (204) in das Fahrzeugbauteil (200) eingebracht wird, und Fahrzeugbauteil (200) aus einem Kunststoff mit wenigstens einem Krafteinleitungselement (204) aus einem Metall, wobei das Fahrzeugbauteil (200) nach einem derartigen Verfahren hergestellt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Fahrzeugbauteils aus einem Kunststoff mit wenigstens einem Krafteinleitungselement aus einem Metall, das Krafteinleitungselement aufweisend wenigstens eine Verbindungsfläche. Außerdem betrifft die Erfindung ein Fahrzeugbauteil aus einem Kunststoff mit wenigstens einem Krafteinleitungselement aus einem Metall.
Aus der DE 103 05 015 A1 ist eine Krafteinleitungsvorrichtung bekannt zur Fixierung in oder an einem Strukturbauteil, die als hybrides Bauteil ausgeführt ist mit einem Einsatz aus Metall, der in einer Struktur aus Kunststoff fixiert ist, bei der die Struktur zum Fixieren in einer Ausnehmung des Strukturbauteils ausgebildet ist. Die Struktur ist zum Einkleben in eine im Wesentlichen tellerförmige Einprägung in dem Strukturbauteil ausgebildet. Die Struktur weist eine definierte Oberflächenrauigkeit mindestens in einem für eine Verklebung mit einer Ausnehmung oder Einprägung einer Primärstruktur vorgesehenen Oberflächenbereich einer Grundfläche auf, die insbesondere durch Punzieren hergestellt worden ist. Außerdem ist aus der DE 103 05 015 A1 ein Strukturbauteil bekannt, insbesondere aus einem FVK, mit mindestens einem Krafteinleitungspunkt, wobei der Krafteinleitungspunkt als mindestens eine derartige Vorrichtung ausgebildet ist.
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.
Die wenigstens eine Verbindungsfläche kann abschnittsweise oder vollständig entfettet werden. Beim Entfetten kann die wenigstens eine Verbindungsfläche von fettigen Anhaftungen wie Fetten, Schmierölen oder Korrosionsschutzölen befreit werden. Das Entfetten kann chemisch und/oder mechanisch erfolgen. Zum Entfetten können organische Lösemittel, wie CKW, FKW, FCKW oder auch nicht halogenisierte Entfettungsmittel verwendet werden. Zum Entfetten können wässerige Lösungen verwendet werden. Das Entfetten kann im sauren bis in den alkalischen Bereich, insbesondere im zumindest annähernd neutralen Bereich erfolgen. Ein Entfettungsmittel kann direkt mit Druck durch Düsen auf das Krafteinleitungselement aufgespritzt werden. Das Krafteinleitungselement kann in ein Entfettungsmittel getaucht werden. Das Entfetten kann mithilfe von Ultraschall unterstützt werden. Zum Entfetten kann eine Vibrationsreinigung durchgeführt werden. Das Entfetten kann mithilfe eines gasförmigen Entfettungsmittels, beispielsweise mithilfe von TCE-Dampf, durchgeführt werden. Nach dem Entfetten kann eine Dekapierung durchgeführt werden.
Die Rauheit der wenigstens einen Verbindungsfläche kann durch Druckluftstrahlen mit festem Strahlmittel erhöht werden. Das Strahlmittel kann abrasiv sein. Das Strahlmittel kann Sand, Quarzsand, Schlackestrahlmittel, Korund, Granatsand, Kunststoff, Glasperlen, Trockeneis, Trockenschnee, Hartguss oder Stahl(guss), kantig oder rund, sein. Das Entfetten und das Erhöhen der Rauheit können in einem kombinierten Prozessschritt erfolgen, beispielsweis durch einen Beschuss mit Trockeneis-Pellets.
Als Klebstoff kann ein Strukturklebstoff, enthaltend insbesondere ein Epoxidharz, einen anaeroben Klebstoff, ein Phenolharz, ein Cyanacrylat, ein Methylmethacrylat, ein Polyurethan und/oder ein Silikon, verwendet werden. Ein Strukturklebstoff kann ein hoch belastbarerer Klebstoff sein, der eine dauerhafte Klebeverbindung gewährleistet. Der Klebstoff kann ein Metallklebstoff sein.
Das wenigstens eine Krafteinleitungselement kann bei einer Herstellung des Fahrzeugbauteils eingebracht werden. Das wenigstens eine Krafteinleitungselement kann bei einem Urformen des Fahrzeugbauteils eingebracht werden. Das wenigstens eine Krafteinleitungselement kann nach einer Herstellung des Fahrzeugbauteils eingebracht werden.
Das Fahrzeugbauteil kann aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt werden. Zum Herstellen des Fahrzeugbauteils kann das wenigstens eine Krafteinleitungselement zunächst an trockenen Fasern angeordnet werden. 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, Langfasern und/oder Endlosfasern sein. Die trockenen Fasern können gezielt an dem wenigstens einen Krafteinleitungselement drapiert werden. Nachfolgend können die Fasern mit einem Matrixmaterial infiltriert werden.
Als Matrixmaterial kann ein thermoplastischer Kunststoff, enthaltend insbesondere Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylensulfid (PPS), Polysulfon (PSU), Polyetherimid (PEI) und/oder Polytetrafluorethen (PTFE), verwendet werden. Als Matrixmaterial kann ein duroplastischer Kunststoff, enthaltend insbesondere Epoxidharz (EP), ungesättigtes Polyesterharz (UP), Vinylesterharz (VE), Phenol-Formaldehydharz (PF), Diallylphthalatharz (DAP), Methacrylatharz (MMA), Polyurethan (PUR) und/oder Aminoharz, wie Melaminharz (MF/MP) und/oder Harnstoffharz (UF), verwendet werden. Als Matrixmaterial kann ein elastomerer Kunststoff verwendet werden.
Das Fahrzeugbauteil kann in einem Formwerkzeug hergestellt werden. Das Fahrzeugbauteil kann in einem Handlaminierverfahren, Harzinjektionsverfahren, Vakuum-Infusionsverfahren, Flechtverfahren oder Wickelverfahren hergestellt werden. Das Matrixmaterial kann in einem Spritzpressverfahren eingebracht werden.
Außerdem wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst mit einem Fahrzeugbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 9.
Das wenigstens eine Krafteinleitungselement ist mit dem Fahrzeugbauteil stoffschlüssig, formschlüssig und/oder kraftschlüssig verbunden.
Das wenigstens eine Krafteinleitungselement kann aus Stahl, einer Stahllegierung, einem Leichtmetall und/oder einer Leichtmetalllegierung hergestellt sein. Die wenigstens eine Verbindungsfläche kann zur Verbindung des wenigstens einen Krafteinleitungselements mit dem Kunststoff des Fahrzeugbauteils dienen. Die wenigstens eine Verbindungsfläche kann einfach oder mehrfach gekrümmt sein. Die wenigstens eine Verbindungsfläche kann wenigstens einen Hinterschnittabschnitt aufweisen. Das wenigstens eine Krafteinleitungselement kann wenigstens einen Befestigungsabschnitt aufweisen. Der wenigstens eine Befestigungsabschnitt kann dazu dienen, das Fahrzeugbauteil zu befestigen. Der wenigstens eine Befestigungsabschnitt kann ösenartig, bügelartig, hakenartig, als Gewinde, als Sackloch oder als Durchgangsloch ausgeführt sein.
Das Fahrzeugbauteil kann ein Tank, insbesondere ein Kraftstofftank, sein. Das wenigstens eine Krafteinleitungselement kann zum Befestigen des Tanks an einem Fahrzeug dienen.
Zusammenfassend und mit anderen Worten dargestellt ergibt sich somit durch die Erfindung unter anderem ein Einbringen von Stahl-Inserts im Rapid-Transfer-Moulding (RTM). Oberflächen der Inserts, die in einem carbonfaserverstärkten Kunststoff (CFK) zu liegen kommen, können zunächst entfettet und dann einer oberflächenaufrauenden Behandlung unterzogen werden. Beispielsweise kann hierfür Sandstrahlen verwendet werden. Anschließend kann auf diese Oberflächen ein für Metalle geeigneter Strukturklebstoff aufgebracht werden. RTM-Harze können sich gut mit dem Metallkleber verbinden.
Mit der Erfindung wird eine Verbindung zwischen wenigstens einem Krafteinleitungselement aus einem Metall und einem Fahrzeugbauteil aus einem Kunststoff verbessert. Die Verbindung ist höher belastbar. Die Verbindung weist eine erhöhte Haltbarkeit auf. Die Verbindung ist prozesssicher herstellbar. Die Verbindung ist automatisiert herstellbar. Eine Bauteilqualität wird erhöht. Eine Sicherheit wird erhöht.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher beschrieben. Aus dieser Beschreibung ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile.
Es zeigen schematisch und beispielhaft:
1 ein Krafteinleitungselement aus einem Metall für ein Fahrzeugbauteil aus einem Faserverbundwerkstoff und
2 ein Fahrzeugbauteil aus einem Faserverbundwerkstoff mit einem Krafteinleitungselement aus einem Metall.
1 zeigt ein Krafteinleitungselement 100 aus einem Metall für ein Fahrzeugbauteil aus einem Faserverbundwerkstoff. Das Krafteinleitungselement 100 weist eine hohlzylindrische Form mit einer radialen Außenfläche und einer radialen Innenfläche auf. Die Außenfläche weist in axialer Richtung Durchmesserabstufungen auf. Die Außenfläche bildet eine Verbindungsfläche 102 zur Verbindung des Krafteinleitungselements 100 mit einem Fahrzeugbauteil. Die Innenfläche weist ein Gewinde 104 auf, das zur Befestigung dient.
Das Krafteinleitungselement 100 ist insbesondere aus Stahl, einer Stahllegierung, einem Leichtmetall und/oder einer Leichtmetalllegierung hergestellt. Das Krafteinleitungselement 100 ist insbesondere ein Gussteil, ein Schmiedeteil und/oder spanend bearbeitet.
Bevor das Krafteinleitungselement 100 in ein Fahrzeugbauteil eingebracht wird, wird die Verbindungsfläche 102 entfettet, durch Sandstrahlen aufgeraut und ein hoch belastbarer Metallkleber wird aufgebracht.
Dann wird das Krafteinleitungselement 100 in das Fahrzeugbauteil eingebracht, indem in einem Formwerkzeug das Krafteinleitungselement 100 und trockene Fasern, insbesondere Kohlenstofffasern, aneinander angeordnet werden und die Kohlenstofffasern mit einem plastischen Matrixkunststoff infiltriert werden. Dabei verbindet sich der Matrixkunststoff mit dem Metallkleber.
Nach dem Verfestigen des Matrixkunststoffs ist eine hoch belastbare Verbindung sowohl zwischen dem Matrixkunststoff und dem Metallkleber als auch zwischen dem Metallkleber und der Verbindungsfläche 102 gebildet, sodass das Krafteinleitungselement 100 sicher in dem Fahrzeugbauteil verankert ist. Unterstützt wird die Verbindung durch die Fasern.
2 zeigt ein Fahrzeugbauteil 200 aus einem Faserverbundwerkstoff 202 mit einem Krafteinleitungselement 204 aus einem Metall, wie Krafteinleitungselement 100 gemäß 1. Im Übrigen wird ergänzend insbesondere auf 1 und die zugehörige Beschreibung verwiesen.
Bezugszeichenliste

100: Krafteinleitungselement
102: Verbindungsfläche
104: Gewinde
200: Fahrzeugbauteil
202: Faserverbundwerkstoff
204: Krafteinleitungselement

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 10305015 A1 [0002, 0002]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Fahrzeugbauteils (200) aus einem Kunststoff mit wenigstens einem Krafteinleitungselement (100, 204) aus einem Metall, das Krafteinleitungselement (100, 204) aufweisend wenigstens eine Verbindungsfläche (102), dadurch gekennzeichnet, dass – die wenigstens eine Verbindungsfläche (102) zumindest abschnittsweise entfettet wird, – eine Rauheit der wenigstens einen Verbindungsfläche (102) zumindest abschnittsweise erhöht wird und – auf die wenigstens eine Verbindungsfläche (102) zumindest abschnittsweise ein Klebstoff aufgebracht wird und – das wenigstens eine Krafteinleitungselement (100, 204) in das Fahrzeugbauteil (200) eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauheit der wenigstens einen Verbindungsfläche (102) durch Druckluftstrahlen mit festem Strahlmittel erhöht wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Klebstoff ein Strukturklebstoff, enthaltend insbesondere ein Epoxidharz, einen anaeroben Klebstoff, ein Phenolharz, ein Cyanacrylat, ein Meth ylmethacrylat, ein Polyurethan und/oder ein Silikon, verwendet wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Krafteinleitungselement (100, 204) bei einer Herstellung des Fahrzeugbauteils (200) eingebracht wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeugbauteil (200) aus einem Faserverbundwerkstoff (202) hergestellt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Herstellen des Fahrzeugbauteils (200) das wenigstens eine Krafteinleitungselement (100, 204) zunächst an trockenen Fasern angeordnet wird und die Fasern nachfolgend mit einem Matrixmaterial infiltriert werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Matrixmaterial ein thermoplastischer Kunststoff, enthaltend insbesondere Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylensulfid (PPS), Polysulfon (PSU), Polyetherimid (PEI) und/oder Polytetrafluorethen (PTFE), ein duroplastischer Kunststoff, enthaltend insbesondere Epoxidharz (EP), ungesättigtes Polyesterharz (UP), Vinylesterharz (VE), Phenol-Formaldehydharz (PF), Diallylphthalatharz (DAP), Methacrylatharz (MMA), Polyurethan (PUR) und/oder Aminoharz, wie Melaminharz (MF/MP) und/oder Harnstoffharz (UF), und/oder ein elastomerer Kunststoff verwendet werden/wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Matrixmaterial in einem Spritzpressverfahren eingebracht wird.
Fahrzeugbauteil (200) aus einem Kunststoff mit wenigstens einem Krafteinleitungselement (100, 204) aus einem Metall, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeugbauteil (200) nach einem Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.
Fahrzeugbauteil (200) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeugbauteil (200) ein Tank, insbesondere ein Kraftstofftank, ist und das wenigstens eine Krafteinleitungselement (100, 204) zum Befestigen des Tanks an einem Fahrzeug dient.