DE102016216958A1

DE102016216958A1 - Faserverstärktes Kunststoffbauteil mit einem Lasteinleitungselement und dessen Herstellungsverfahren sowie ein Lasteinleitungselement zur Durchführung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens

Info

Publication number: DE102016216958A1
Application number: DE102016216958.0A
Authority: DE
Inventors: Felix Diebold; David Roquette; Martin Kothmann; Jan Schwennen; Fabian Bellier
Original assignee: Audi AG; Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Current assignee: Audi AG; Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Priority date: 2016-09-07
Filing date: 2016-09-07
Publication date: 2018-03-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein faserverstärktes Kunststoffbauteil (1) sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung mit folgenden Verfahrensschritten: a) Bereitstellen eines Preform-Werkzeugs (20) mit einem Preform-Unter- und Preform-Oberwerkzeug (20.1, 20.2), b) Bereitstellen eines Lasteinleitungselementes (10) mit einer metallischen Basisplatte (11) und einem mit demselben verbundenen metallischen Verbindungsschaft (12), welcher eine erste Eingriffsstruktur (13) zur Verbindung mit einem Kunststoffdorn (14) aufweist, wobei der Kunststoffdorn (14) mit einer zur ersten Eingriffsstruktur (13) komplementären zweiten Eingriffsstruktur (15) und einer konisch verlaufenden Kunststoffspitze (14.1) ausgebildet ist, c) Ablegen des Lasteinleitungselementes (10) auf dem Preform-Unterwerkzeug (20.1), d) Ablegen der wenigstens einen Faserlage (2.1) auf dem Preform-Unterwerkzeug (20.1), indem gleichzeitig die Faserlage (3.1 von dem Kunststoffdorn (14)) durchstochen wird, e) Herstellen einer Preform (2), f) Injizieren der Preform (2) mit einer Matrixkomponente (3) mittels eines LCM-Werkzeugs (30), g) Aushärten und Entformen des Kunststoffbauteils (1), und h) Entfernen des Kunststoffdorns (14) von dem Lasteinleitungselement (10). Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch derart durchgeführt werden, dass das Lasteinleitungselement erst in die fertig gestellte Preform (2) eingebracht wird. Die Erfindung betrifft ferner ein Lasteinleitungselement zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines ein Lasteinleitungselement aufweisenden faserverstärkten Kunststoffbauteils mittels eines LCM-Verfahrens sowie ein mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten faserverstärkten Kunststoffbauteil. Die Erfindung betrifft ferner ein Lasteinleitungselement zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Im Fahrzeugbau werden aus Gewichts- und Belastbarkeitsgründen vermehrt faserverstärkte Kunststoffe eingesetzt, insbesondere für Karosserieteile. Solche Karosserieteile stellen bspw. hochbelastete und multiaxial faserverstärkte Profile dar, die in eine metallische Umgebung integriert werden müssen. Die bei herkömmlichen Metallkarosserieteilen zum Einsatz kommenden Anbringungskonzepte bzw. Verbindungstechniken sind für die Anbindung solcher hochbelasteten und faserverstärkten Bauteile nicht ohne weiteres anwendbar.
So ist es bekannt, Einlegeteile als Lasteinleitungselemente aus Metall, wie bspw. Gewindebolzen in faserverstärkte Kunststoffe zu integrieren. Diese dienen als Verbindungsschnittstellen für Schraubverbindungen mit anderen Bauelementen, wie bspw. Metallbauteilen. Solche Einlegeteile weisen häufig eine komplexe Oberflächenstruktur auf, um eine zufriedenstellende Festigkeit der Metall-Kunststoff-Verbindung zu erreichen.
Solche Lasteinleitungselemente werden in faserverstärkte Kunststoffbauteile in der Regel erst nach der Formgebung des Kunststoffbauteils eingebracht, wobei hierzu aufwändige Prozesse, wie Bohren, Fräsen, Einpressen, Einkleben usw. erforderlich sind. Um bspw. eine Hülse aus Metall in ein solches faserverstärktes Kunststoffbauteil einzubringen, wird das Kunststoffbauteil nach dessen eigentlichen Herstellungsprozess gebohrt und anschließend die Hülse eingepresst oder eingeklebt. Solche Verfahren sind aufwändig und teuer und daher nicht wirtschaftlich durchführbar, insbesondere auch wegen der langen Taktzeiten.
Aus der EP 1 380 404 A1 ist es bekannt, ein metallisches Lasteinleitungselement in ein faserverstärktes Kunststoffbauteil einzubetten und hieran Befestigungselemente zu befestigen. Dieses bekannte Lasteinleitungselement besteht aus einem Verbindungsschaft und einem Verbundabschnitt, welcher aus kammartigen, parallel liegenden oder fächerförmig angeordneten Streifen oder Finger besteht. Mit diesem Verbundabschnitt wird das Lasteinleitungselement mittels einer Kopplungsschicht aus Kunststoff in das Kunststoffbauteil eingebettet. Diese Kopplungsschicht besteht aus einem faserverstärkten Kunststoff, wobei dessen Fasern in Ausnehmungen des Verbundabschnittes verschlauft sind.
Ferner ist aus der DE 10 2005 013 154 A2 ein Befestigungselement zur Fixierung in einem formbaren Material, wie bspw. einem Faserverbundwerkstoff bekannt. Dieses Befestigungselement umfasst eine Grundplatte und ein daran angeordnetes Befestigungsmittel, wobei auf der gegenüberliegenden Seite mindestens ein Stift angeordnet ist, der zur Fixierung in der Grundplatte zunächst in das formbare Material, bspw. ein Gewebe oder Gelege eingedrückt wird, bevor dieses bspw. imprägniert und ausgehärtet oder laminiert wird. Nach dem Einbringen von Matrixmaterial wird ein Formschluss zwischen dem ausgehärteten Matrixmaterial und den Stiften hergestellt.
Die DE 10 2014 206 088 A1 beschreibt ein Metallgussverfahren und ein Kunststoffspritzgussverfahren, bei dem ein Einlegeteil in einer Metallschmelze derart gegossen wird, ohne dass Materialschmelze in das Innere des Einlegeteils, bspw. eines Drahtgewindeeinsatzes eindringt.
Schließlich beschreibt die DE 10 2012 019 849 A1 ein als Einlegeteil ausgebildeten Drahtgewindeeinsatz mit einem Dichtstopfen, so dass das Einlegeteil in fließfähigen, aushärtbaren Materialien oder in Materialien, die mit fließfähigen, aushärtbaren Flüssigkeiten getränkt sind, einformbar ist. Der Dichtstopfen dichtet dabei den Drahtgewindeeinsatz gegen das Eindringen des fließfähigen, aushärtbaren Materials ab.
Es ist Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines ein Lasteinleitungselement aufweisenden faserverstärkten Kunststoffbauteils mittels eines LCM-Verfahrens anzugeben, welches in einem standardgemäßen LCM-Verfahrens integriert werden kann. Ferner ist es Aufgabe, ein Lasteinleitungselement zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anzugeben.
Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4.
Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß der erstgenannten Lösung wird zur Herstellung eines ein Lasteinleitungselement aufweisenden faserverstärkten Kunststoffbauteils mittels eines LCM-Verfahrens unter Verwendung wenigstens einer Faserlage eines flächigen Faserhalbzeuges und einer Matrixkomponente mit folgenden Verfahrensschritten durchgeführt:

a) Bereitstellen eines Preform-Werkzeugs mit einem Preform-Unter- und Preform-Oberwerkzeug,
b) Bereitstellen des Lasteinleitungselementes mit einer metallischen Basisplatte und einem mit demselben verbundenen metallischen Verbindungsschaft, welcher eine erste Eingriffsstruktur zur Verbindung mit einem Kunststoffdorn aufweist, wobei der Kunststoffdorn mit einer zur ersten Eingriffsstruktur komplementären zweiten Eingriffsstruktur und einer konisch verlaufenden Kunststoffspitze ausgebildet ist,
c) Positionieren des Lasteinleitungselementes mit dessen Basisplatte auf dem Preform-Unterwerkzeug,
d) Ablegen der wenigstens einen Faserlage auf dem Preform-Unterwerkzeug, indem gleichzeitig die Faserlage von dem Kunststoffdorn des Lasteinleitungselementes durchstochen wird, wobei der Kunststoffdorn die durchstochene Faserlage überragt,
e) Herstellen einer Preform aus der wenigstens einen Faserlage mittels des Preform-Werkzeugs,
f) Injizieren der Preform mit der Matrixkomponente mittels eines LCM-Werkzeugs,
g) Aushärten und Entformen des Kunststoffbauteils, und
h) Entfernen des Kunststoffdorns von dem Lasteinleitungselement, indem die zweite Eingriffsstruktur des Kunststoffdorns von der ersten Eingriffsstruktur des Verbindungsschaftes gelöst wird.

Bei dieser erfindungsgemäßen Lösung werden mit dem Aufeinanderlegen (Stacking) der die Preform bildenden Faserlagen dieselben über den Kunststoffdorn eines Lasteinleitungselementes gestülpt und dabei jede einzelne Faserlage von dem Kunststoffdorn durchstochen. Dabei ist es möglich jede Faserlage einer zu erstellenden Preform einzeln unter Durchstechen derselben auf dem Preform-Unterwerkzeug abzulegen oder alle Faserlagen gemeinsam unter Durchstechen derselben auf dem Preform-Unterwerkzeug abzulegen. Im letztgenannten Fall müssen die einzelnen Faserlagen fest eingespannt werden, um ein Verrutschen zu verhindern. Damit lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren kostengünstig durchführen.
Während dem Injizieren der Matrixkomponente in die Preform wird die erste Eingriffsstruktur, bspw. ein Außen- oder Innengewinde des Verbindungsschaftes durch den Kunststoffdorn abgedichtet. Dies verhindert, dass die Matrixkomponente, also das Harz nicht in die erste Eingriffsstruktur des Verbindungsschaftes des Lasteinleitungselementes eindringen kann. Nach dem Aushärten und Entformen des Kunststoffbauteils aus dem LCM-Werkzeug lässt sich der Kunststoffdorn von dem Verbindungsschaft des Lasteinleitungselementes entfernen. Die erste Eingriffsstruktur, also bspw. ein Außen- oder Innengewinde ist frei von Harz, bedarf also keiner Nachbearbeitung und kann sofort zur Montage eines Bauteils mit einer komplementären Eingriffsstruktur verwendet werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass im Anschluss an den Verfahrensschritt e folgender Verfahrensschritt durchgeführt wird:

e1) Entnahme der Preform aus dem Preform-Werkzeug mittels einer Handqhabungseinheit mit wenigstens einer Greifeinheit zum Greifen der Preform, indem der Kunststoffdorn von der Greifeinheit ergriffen wird.

Damit dient der Kunststoffdorn als Angriffspunkt für die Handhabung der Preform. Damit kann die Preform schonend gegriffen werden, ohne dass die Faserstruktur der Preform beschädigt wird.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung gemäß der erstgenannten Lösung wird der Verfahrensschritt f mit folgenden Schritten durchgeführt:

f1) Bereitstellen des LCM-Werkzeugs mit einem LCM-Unter- und LCM-Oberwerkzeug, wobei das LCM-Oberwerkzeug eine an die Außenkontur des Kunststoffdorns angepasste Ausrichtbohrung aufweist,
f2) Einlegen der Preform in das LCM-Unterwerkzeug, und
f3) Inanlagebringen des LCM-Oberwerkzeuges an das LCM-Unterwerkzeug, indem gleichzeitig unter Ausrichtung des Lasteinleitungselementes der Kunststoffdorn in die Ausrichtbohrung geführt wird.

Mit einer solchen Geometrie des LCM-Werkzeugs, also mittels der Ausrichtbohrung lässt sich das Lasteinleitungselement gegenüber dem LCM-Werkzeug exakt positionieren. Auch die Preform lässt sich in geringem Maß gegenüber dem LCM-Werkzeug ausrichten.
Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß der zweitgenannten Lösung wird zur Herstellung eines ein Lasteinleitungselement aufweisenden faserverstärkten Kunststoffbauteils mittels eines LCM-Verfahrens unter Verwendung wenigstens einer Faserlage eines flächigen Faserhalbzeuges und einer Matrixkomponente mit folgenden Verfahrensschritten durchgeführt:

a) Bereitstellen eines Preform-Werkzeugs mit einem Preform-Unter- und Preform-Oberwerkzeug,
b) Herstellen einer Preform aus der wenigstens einer Faserlage mittels des Preform-Werkzeugs,
c) Bereitstellen des Lasteinleitungselementes mit einer metallischen Basisplatte und einem mit demselben verbundenen metallischen Verbindungsschaft, welcher eine erste Eingriffsstruktur zur Verbindung mit einem Kunststoffdorn aufweist, wobei der Kunststoffdorn mit einer zur ersten Eingriffsstruktur komplementären zweiten Eingriffsstruktur und einer konisch verlaufenden Kunststoffspitze ausgebildet ist,
d) Einbringen des Lasteinleitungselementes in die Preform mittels eines Zusammenbau-Werkzeugs, indem die Preform von dem Kunststoffdorn des Lasteinleitungselementes durchstochen wird, wobei der Kunststoffdorn die durchstochene Preform-Oberfläche überragt,
e) Injizieren der Preform mit der Matrixkomponente mittels eines LCM-Werkzeugs,
f) Aushärten und Entformen des Kunststoffbauteils, und
g) Entfernen des Kunststoffdorns von dem Lasteinleitungselement, indem die zweite Eingriffsstruktur des Kunststoffdorns von der ersten Eingriffsstruktur des Verbindungsschaftes gelöst wird.

Bei dieser zweitgenannten erfindungsgemäßen Lösung wird zunächst die Preform hergestellt und erst dann das Lasteinleitungselement in die Preform eingebracht. Hierbei wird die fertiggestellte Preform anstelle der einzelnen Faserlagen über den Kunststoffdorn eines Lasteinleitungselementes gestülpt und durchstochen.
Auch bei dieser zweitgenannten erfindungsgemäßen Lösung wird während dem Injizieren der Matrixkomponente in die Preform die erste Eingriffsstruktur, bspw. ein Außen- oder Innengewinde des Verbindungsschaftes durch den Kunststoffdorn abgedichtet. Dies verhindert, dass die Matrixkomponente, also das Harz nicht in die erste Eingriffsstruktur des Verbindungsschaftes des Lasteinleitungselementes eindringen kann. Nach dem Aushärten und Entformen des Kunststoffbauteils aus dem LCM-Werkzeug lässt sich der Kunststoffdorn von dem Verbindungsschaft des Lasteinleitungselementes entfernen. Die erste Eingriffsstruktur, also bspw. ein Außen- oder Innengewinde ist frei von Harz, bedarf also keiner Nachbearbeitung und kann sofort zur Montage eines Bauteils mit einer komplementären Eingriffsstruktur verwendet werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass im Anschluss an den Verfahrensschritt d folgender Verfahrensschritt durchgeführt wird:

d1) Entnahme der Preform aus dem Zusammenbau-Werkzeug mittels einer Handhabungseinheit mit wenigstens einer Greifeinheit zum Greifen der Preform, indem der Kunststoffdorn von der Greifeinheit ergriffen wird.

Somit dient auch bei dieser zweitgenannten erfindungsgemäßen Lösung der Kunststoffdorn als Angriffspunkt für die Handhabung der Preform. Damit kann die Preform schonend gegriffen werden, ohne dass die Faserstruktur der Preform beschädigt wird.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung gemäß der zweitgenannten Lösung wird der Verfahrensschritt e mit folgenden Schritten durchgeführt:

e1) Bereitstellen des LCM-Werkzeugs mit einem LCM-Unter- und LCM-Oberwerkzeug, wobei das LCM-Oberwerkzeug eine an die Außenkontur des Kunststoffdorns angepasste Ausrichtbohrung aufweist,
e2) Einlegen der Preform in das LCM-Unterwerkzeug, und
e3) Inanlagebringen des LCM-Oberwerkzeuges an das LCM-Unterwerkzeug, indem gleichzeitig unter Ausrichtung des Lasteinleitungselementes der Kunststoffdorn in die Ausrichtbohrung geführt wird.

Mit einer solchen Geometrie des LCM-Werkzeugs, also mittels der Ausrichtbohrung lässt sich das Lasteinleitungselement gegenüber dem LCM-Werkzeug exakt positionieren. Auch die Preform lässt sich in geringem Maß gegenüber dem LCM-Werkzeug ausrichten.
Die zweitgenannte Aufgabe wird gelöst durch ein Lasteinleitungselement mit den Merkmalen des Patentanspruches 7.
Ein solches Lasteinleitungselement zur Durchführung des Verfahrens umfasst:

– eine metallische Basisplatte mit einem mit demselben verbundenen metallischen Verbindungsschaft, welcher eine erste Eingriffsstruktur aufweist, und
– einen Kunststoffdorn mit einer zur ersten Eingriffsstruktur komplementären zweiten Eingriffsstruktur und einer konisch verlaufenden Spitze, wobei mittels der ersten und zweiten Eingriffsstruktur der Kunststoffdorn mit dem Verbindungsschaft verbunden ist.

Bei diesem erfindungsgemäßen Lasteinleitungselement wird die erste Eingriffsstruktur, bspw. ein Innen- oder Außengewinde, die zur lösbaren Verbindung mit einem weiteren Bauteil vorgesehen ist, mittels eines Kunststoffdorns abgedeckt, indem die zweite Eingriffsstruktur des Kunststoffdorns eine Verbindung mit der ersten Eingriffsstruktur herstellt, so dass die erste Eingriffsstruktur während des Injizierens der Matrixkomponente in die Faserlagen bzw. in die Preform abgedichtet wird, so dass ein Eindringen der Matrixkomponente in die erste Eingriffsstruktur, bspw. ein Innen- oder Außengewinde verhindert wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lasteinleitungselementes sieht vor, dass

– der Verbindungsschaft als Gewindehülse mit einem Innengewinde als erste Eingriffsstruktur auf der Basisplatte angeordnet ist, wobei die Basisplatte eine Durchgangsbohrung zur Gewindehülse aufweist, und
– der Kunststoffdorn an seinem der Spitze gegenüberliegenden Ende mit einem ein Außengewinde als zweite Eingriffsstruktur aufweisenden Gewindeabschnitt ausgebildet ist, mit welchem der Kunststoffdorn über die Durchgangsbohrung mit der Gewindehülse verbunden ist.

Diese erfindungsgemäße Ausgestaltung des Lasteinleitungselementes weist ein Innengewinde als erste Eingriffsstruktur auf, über welches die Verbindung zum Kunststoffdorn hergestellt wird. Hierbei weist der Gewindeabschnitt ein passendes Gegengewinde zum Innengewinde des Verbindungsschaftes auf.
Eine andere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lasteinleitungselementes sieht vor, dass

– der Verbindungsschaft als Gewindeschaft mit einem Außengewinde als erste Eingriffsstruktur ausgebildet ist, und
– der Kunststoffdorn durch Umspritzen des Gewindeschaftes unter Bildung eines mit dem Außengewinde verbundenen Innengewindes als zweite Eingriffsstruktur ausgebildet ist.

Diese erfindungsgemäße Ausgestaltung des Lasteinleitungselementes weist auf dem Verbindungsschaft als Gewindeschaft ein Außengewinde als erste Eingriffsstruktur auf, wobei die zweite Eingriffsstruktur des Kunststoffdorns dadurch entsteht, dass dieser auf den Gewindeschaft gespritzt wird. Vorzugsweise ist hierbei der Kunststoffdorn mit einem vorgegebenen Abstand zur Basisplatte des Lasteinleitungselementes auf dessen Gewindeschaft angeordnet ist. Dieser Abstand entspricht der Dicke der Preform, wodurch das der Kunststoffspitze gegenüberliegende Ende des Kunststoffdorns an der Preform anliegt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Kunststoffspitze des Kunststoffdorns mit einem Winkel zwischen 10° und 60°, vorzugsweise mit 20° ausgebildet ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:
1 eine Schnittdarstellung eines Details eines ersten Ausführungsbeispiels eines Kunststoffbauteils mit einem Lasteinleitungselement gemäß der Erfindung,
2 eine Schnittdarstellung eines Details eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Kunststoffbauteils mit einem Lasteinleitungselement gemäß der Erfindung,
3 eine perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lasteinleitungselementes mit einem Kunststoffdorn,
4 eine perspektivische Darstellung des Lasteinleitungselementes gemäß 3 ohne Kunststoffdorn,
5 eine perspektivische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lasteinleitungselementes mit einem Kunststoffdorn,
6 eine perspektivische Darstellung des Lasteinleitungselementes gemäß 5 ohne Kunststoffdorn,
7 eine Schnittdarstellung eines Preform-Werkzeugs mit Faserlagen und einem Lasteinleitungselement gemäß 3,
8 eine Schnittdarstellung eines Preform-Werkzeugs mit Faserlagen und einem Lasteinleitungselement gemäß 5,
9 eine Schnittdarstellung eines Zusammenbau-Werkzeugs mit einer Preform und einem Lasteinleitungselement gemäß 3,
10 eine Schnittdarstellung eines Zusammenbau-Werkzeugs mit einer Preform und einem Lasteinleitungselement gemäß 5,
11 eine Schnittdarstellung einer Handhabungseinheit mit Lasteinleitungselementen gemäß den 3 und 5 aufweisenden Preform,
12 eine Schnittdarstellung eines offenen LCM-Werkzeugs mit einer ein Lasteinleitungselement gemäß 3 aufweisenden Preform,
13 eine Schnittdarstellung des geschlossenen LCM-Werkzeugs gemäß 12,
14 eine Schnittdarstellung eines offenen LCM-Werkzeugs mit einer ein Lasteinleitungselement gemäß 5 aufweisenden Preform, und
15 eine Schnittdarstellung des geschlossenen LCM-Werkzeugs gemäß 14.
Die 1 und 2 zeigen ein faserverstärktes Kunststoffbauteil 1 mit einem Lasteinleitungselement 10, wobei in diesen Figuren nur der als Wand 1.1 dargestellte Bereich des Kunststoffbauteils 1 mit dem Lasteinleitungselement 10 als Schnitt gezeigt ist. Die in diesen Kunststoffbauteilen 1 eingesetzten Lasteinleitungselemente 10 sind unterschiedlich ausgestaltet. So ist das Lasteinleitungselement 10 des Kunststoffbauteils 1 gemäß 1 in 4 perspektivisch dargestellt, während dasjenige des Kunststoffbauteils 1 nach 2 in 6 perspektivisch dargestellt ist. Das Verfahren zur Einbettung des Lasteinleitungselementes 10 gemäß den 4 und 6 im Rahmen der Herstellung des Kunststoffbauteils 1 mittels eines LCM-Verfahrens (Liquid Composite Moulding) erfolgt jedoch mit einem „aufgerüsteten“ Lasteinleitungselement 10 gemäß den 3 und 5, welches einen Kunststoffdorn 14 mit einer Kunststoffspitze 14.1 aufweist.
Gemäß den 3 und 4 umfasst ein solches Lasteinleitungselement 10 in einer ersten Ausführungsform eine scheibenförmige metallische Basisplatte 11 in Kreisform, auf dem in zentrischer Lage auf eine Hauptfläche ein metallischer Verbindungsschaft 12 angeordnet ist, welcher als Gewindehülse 12.1 mit einem Innengewinde 13.1 als erste Eingriffsstruktur 13 ausgeführt ist. Das Innengewinde 13.1 fluchtet mit einer zentrischen Durchgangsbohrung 11.1 der Basisplatte 11, wobei das Innengewinde 13.1 bis in diese Durchgangsbohrung 11.1 geführt wird.
Die 3 zeigt das sogenannte „aufgerüstete“ Lasteinleitungselement 10 mit einem Kunststoffdorn 14, dessen konstruktive Ausgestaltung bspw. aus 7 in einer Schnittdarstellung ersichtlich ist. Dieser Kunststoffdorn 14 besteht aus einem zylinderförmigen Abschnitt 14.2, wobei dieser Abschnitt 14.2 an einem Ende eine Kunststoffspitze 14.1 und am gegenüberliegenden Ende einen Gewindeabschnitt 14.3 mit einem Außengewinde 15.1 aufweist. Dieses Außengewinde 15.1 stellt zur als Innengewinde 13.1 ausgeführten ersten Eingriffsstruktur 13 des Lasteinleitungselementes 10 die komplementäre zweite Eingriffsstruktur 15 des Kunststoffdorns 14 dar. Dieser Kunststoffdorn 14 ist gemäß 7 von derjenigen Hauptseite der Basisplatte 11, die derjenigen Hauptseite mit der Gewindehülse 12.1 gegenüberliegt, mittels des Gewindeabschnittes 14.3 über die Durchgangsbohrung 11.1 in die Gewindehülse 12.1 eingeführt, so dass der zylinderförmige Abschnitt 14.2, dessen Durchmesser D größer ist als der Durchmesser d des Gewindeabschnittes 14.3, auf der Hauptseite der Basisplatte 11 anliegt. Der Kunststoffdorn 14 steht damit mit seinem zylinderförmigen Abschnitt 14.2 senkrecht auf der Basisplatte 11.
Das in 3 dargestellte Lasteinleitungselement 10 mit dem Kunststoffdorn 14 wird als Spritzgussteil hergestellt, indem der Kunststoffdorn 14 auf die Basisplatte 11 und in die Gewindehülse 12.1 unter Bildung des Gewindeabschnittes 14.3 mit dem Außengewinde 15.1 aufgespritzt wird. Der Gewindeabschnitt 14.3 mit dem Außengewinde 15.1 entsteht mit dem Spritzvorgang zusammen mit dem Abschnitt 14.2 des Kunststoffdorns 14. Es ist auch möglich, den Kunststoffdorn 14 als separates Spritzgussteil herzustellen und anschließend mittels des Außengewindes 15.1 am Gewindeabschnitt 14.3 in die Gewindehülse 12.1 über die Durchgangsbohrung 11.1 der Basisplatte 11 einzuschrauben.
Eine zweite Ausführungsform des Lasteinleitungselementes 10 zeigen die 5 und 6 mit einem zugehörigen Schnitt gemäß 8.
Gemäß den 5 und 6 umfasst ein solches Lasteinleitungselement 10 ebenso einen scheibenförmigen metallische Basisplatte 11 in Kreisform, auf dem in zentrischer Lage ein metallischer Verbindungsschaft 12 angeordnet ist, welcher als Gewindeschaft 12.2 mit einem Außengewinde 13.2 als erste Eingriffsstruktur 13 ausgeführt ist. Dieser Gewindeschaft 12.2 ist zentrisch und senkrecht auf der Basisplatte 11 angeordnet.
Die 5 zeigt das sogenannte „aufgerüstete“ Lasteinleitungselement 10 mit einem Kunststoffdorn 14, dessen konstruktive Ausgestaltung aus 8 in einer Schnittdarstellung ersichtlich ist. Dieser Kunststoffdorn 14 weist eine zylindrische Form auf, an dessen einen Ende sich eine Kunststoffspitze 14.1 befindet und vom gegenüberliegenden Ende sich ein Hohlraum 14.4 in den Kunststoffdorn 14 mit einem Innengewinde 15.2 erstreckt. Dieser Hohlraum 14.4 entsteht dadurch, dass der Kunststoffdorns 14 mittels eines Spritzgussverfahrens auf den Gewindeschaft 12.2 aufgespritzt ist und daher dicht an der Oberfläche des Gewindeschaftes 12.2 anliegt. Daher wird dieser Hohlraum 14.4 vollständig von dem Gewindeschaft 12.2 ausgefüllt. Dieses derart hergestellte Innengewinde 15.2 stellt zur als Außengewinde 13.2 ausgeführten ersten Eingriffsstruktur 13 des Lasteinleitungselementes 10 zwangsläufig die komplementäre zweite Eingriffsstruktur 15 des Kunststoffdorns 14 dar. Aus den 5 und 8 ist ersichtlich, dass ein solcher Kunststoffdorn 14 den Gewindeschaft 12.2 dicht umschließt, wobei der Spritzguss des Kunststoffdorns 14 so ausgeführt ist, dass ein erster Abschnitt 12.20 des Gewindeschaftes 12.2 abgedeckt ist. Ein zweiter Abschnitt 12.21 mit einer Länge a kann unbedeckt bleiben. Diese Länge a entspricht dem Abstand zwischen dem die Innenbohrung 14.4 aufweisenden Ende des Kunststoffdorns 14 und einer Hauptfläche der Basisplatte 11
Das in 5 dargestellte Lasteinleitungselement 10 mit dem Kunststoffdorn 14 wird als Spritzgussteil hergestellt, wie oben bereits beschrieben ist. Es ist auch möglich, den Kunststoffdorn 14 als separates Spritzgussteil herzustellen und anschließend mittels des Innengewindes 15.2 den Kunststoffdorn 14 auf den Gewindeschaft 12.2 zu schrauben.
Im Folgenden wird die Herstellung des faserverstärkten Kunststoffbauteils 1 erläutert, wobei gleichzeitig mit der Herstellung ein Lasteinleitungselement 10 gemäß 3 oder gemäß 5 integriert wird.
Die 7 und 8 zeigen jeweils ein Preform-Werkzeug 20 mit einem Preform-Unterwerkzeug 20.1 und einem Preform-Oberwerkzeug 20.2. In dieses Preform-Werkzeug 20 ist ein Lasteinleitungselement 10 eingelegt, so dass die Basisplatte 11 auf dem Preform-Unterwerkzeug 20.1 aufliegt.
Hierbei liegt das nach 3 hergestellte Lasteinleitungselement 10 in einer an die Kontur der die Gewindehülse 12.1 aufweisenden Hauptfläche der Basisplatte 11 angepassten Mulde 20.10 des Preform-Unterwerkzeuges 20.1.
Entsprechend liegt gemäß 8 die Basisplatte 11 des Lasteinleitungselementes 10 gemäß 5 in einer an die Basisplatte 11 angepassten Mulde 20.11.
In den 7 und 8 ist nun das Ablegen von Faserlagen 2.1 im Rahmen der Herstellung einer Preform 2 gezeigt. Dabei können einzelne Faserlagen 2.1 sukzessiv mittels des Preform-Oberwerkzeuges 2.20 auf dem Preform-Unterwerkzeug 20.1 abgelegt werden, wobei in den 7 und 8 bereits abgelegte Faserlagen mit dem Bezugszeichen 2.2 bezeichnet sind. Es ist auch möglich, gemeinsam die zur Herstellung der Preform 2 erforderlichen Faserlagen 2.1 und 2.2 gemeinsam mittels des Preform-Oberwerkzeuges 20.2 auf dem Preform-Unterwerkzeug 20.1 abzulegen.
Mit dem Ablegen (Stacking) der einzelnen Faserlagen 2.1 oder mit dem gemeinsamen Ablegen (Stacking) von allen Faserlagen 2.1 auf das Preform-Unterwerkzeug 20.2 entsprechend der Lage der dargestellten Faserlagen 2.2 werden diese über den Kunststoffdorn 14 des gemäß den 3 oder 5 hergestellten Lasteinleitungselementes 10 gestülpt und dabei ausgehend von der Kunststoffspitze 14.1 durchstochen, so dass hierbei die einzelnen Fasern der Faserlagen 2.1 und 2.2 um den Kunststoffdorn 14 gelegt werden, ohne dass deren Faserverlauf unterbrochen wird, d.h. eine Beschädigung der einzelnen Fasern verhindert wird.
Als Faserlagen werden Gewebe oder Gelege verwendet, die als trockene Halbzeuge zur Verfügung stehen.
Nachdem die Faserlagen 2.1 und 2.2 gemäß den 7 und 8 auf der entsprechenden Hauptseite der Basisplatte 11 des Lasteinleitungselementes 10 liegen und dabei der Kunststoffdorn 14 das Bündel aus den Faserlagen 2.1 und 2.2 überragt wird das Preform-Werkzeug 20 durch Absenken des Preform-Oberwerkzeuges 20.2 auf das Preform-Unterwerkzeug 20.1 geschlossen und hierdurch die Preform 2 erstellt, die anschließend zur Weiterverarbeitung in ein LCM-Werkzeug 30 gemäß den 12 und 14 verbracht wird.
Für den Transport der Preform 2 aus dem Preform-Werkzeug 20 in das LCM-Werkzeug 30 steht ein Handhabungswerkzeug 40 mit Greifeinheiten 40.1 gemäß 11 zur Verfügung. Hierbei werden die senkrecht auf der Oberfläche der Preform 2 überstehenden Kunststoffdorne 14 der beiden gemäß den 3 und 5 ausgebildeten Lasteinleitungselemente 10 als Angriffselemente für die Greifeinheiten 40.1 verwendet. Eine solche Greifeinheit 40.1 umfasst bspw. ein hohlzylindrisches Greifelement 40.10, welches einen dem Außendurchmesser eines Kunststoffdorns 14 entsprechenden Innendurchmesser aufweist. Somit können zunächst durch eine Bewegung in z-Richtung die Greifelemente 40.10 den Kunststoffdornen 14 der beiden Lasteinleitungselemente 10 übergestülpt und gehalten werden, so dass mittels einer Bewegung in x-Richtung diese Anordnung aus der Preform 2 mit den Lasteinleitungselementen 10 in das LCM-Unterwerkzeug 30.1 gemäß den 12 oder 14 verbracht werden kann. Das Greifelement 40.10 kann auch zangenartig ausgeführt sein.
Gemäß den 7 und 8 wird das Lasteinleitungselement 10 gleichzeitig mit dem Stacking durchgeführt. Es ist auch möglich die Lasteinleitungselemente 10 in einem späteren Verfahrensschritt in den Herstellungsprozess des Kunststoffbauteils 1 zu integrieren.
So zeigen die 9 und 10, wie in eine bereits hergestellte Preform 2 eines Kunststoffbauteils 1 ein Lasteinleitungselement 10 eingebracht wird. Hierzu wird die Preform 2 als Halbzeug in ein Drapier-Werkzeug oder ein Zusammenbau-Werkzeug 50 mit einem Zusammenbau-Unterwerkzeug 50.1 und einem Zusammenbau-Oberwerkzeug 50.2 verbracht, indem die Preform 2 in das Zusammenbau-Oberwerkzeug 50.2 eingespannt wird. Das gemäß den 3 oder 5 ausgebildete Lasteinleitungselement 10 liegt mit einer dem Kunststoffdorn 14 gegenüberliegenden Hauptseite in einer der Kontur dieser Hauptseite entsprechenden Mulde in dem Zusammenbau-Unterwerkzeug 50.1. Hierbei ragt der Kunststoffdorn 14 mit seiner Kunststoffspitze 14.1 in Richtung des Zusammenbau-Oberwerkzeuges 50.2. Mit einem hydraulisch oder pneumatische erzeugten Druck wird mittels des Zusammenbau-Unterwerkzeuges 50.1 das Lasteinleitungselement 10 in die Preform 2 eingebracht, indem die Preform 2 durchstochen und dabei auf einer Hauptfläche der Basisplatte 11 abgelegt wird, so dass eine Konfiguration entsprechend von 11 entsteht.
Eine Vibration und oder eine Rotation des Lasteinleitungselementes 10 kann das Durchstechen der Preform 2 erleichtern. Ferner kann auch in Abhängigkeit der Dicke der Preform 2 ein Vorlochen derselben bspw. mit einem Metalldorn das Einbringen des Lasteinleitungselementes 10 in die Preform 2 erleichtern.
Für die Entnahme der Preform 2 aus dem Zusammenbau-Werkzeug 50 und den Transport in das LCM-Werkzeug 30 steht das bereits beschriebene Handhabungswerkzeug 40 mit Greifeinheiten 40.1 gemäß 11 zur Verfügung. Damit Ihnen auch in diesem Fall die in die Preform 2 eingebrachten Kunststoffdorn 14 als Angriffspunkte für die Handhabung der Preform 2.
Die 12 und 13 zeigen die in ein offenes LCM-Unterwerkzeug 30.1 des LCM-Werkzeugs 30 eingelegte Preform 2 mit einem gemäß 3 ausgebildeten Lasteinleitungselement 10. Die 14 und 15 zeigen dagegen die in das offene LCM-Unterwerkzeug 30.1 des LCM-Werkzeugs 30 eingelegte Preform 2 mit einem gemäß 5 ausgeführten Lasteinleitungselement 10. Hierbei liegt diese Preform 2 gemäß 12 bzw. 14 mit der den als Gewindehülse 12.1 ausgebildeten Verbindungsschaft 12 des Lasteinleitungselementes 10 aufweisenden Hauptfläche auf dem LCM-Unterwerkzeug 30.1 mit einer an die Kontur des Lasteinleitungselementes 10 angepassten Mulde 30.10.
Das LCM-Oberwerkzeug 30.2 des LCM-Werkzeuges 30 gemäß den 12 und 14 weist eine Ausrichtbohrung 30.20 auf, die eine an die äußere Kontur des Kunststoffdorns 14 angepasste komplementäre Kontur aufweist. Diese Ausrichtbohrung 30.20 dient dazu, beim Schließen des LCM-Werkzeuges 30 den Versatz zwischen der Symmetrielinie S1 des Kunststoffdorns 14 und der Symmetrielinie S2 der Ausrichtbohrung 30.20 auszugleichen, indem der Kunststoffdorn 14 des Lasteinleitungselementes 10 in diese Ausrichtbohrung 30.2 geschoben wird, wie dies in den 13 und 15 mit dem geschlossenen LCM-Werkzeug 30 dargestellt ist. In der geschlossenen Position des LCM-Werkzeugs 30 Fluchten diese beiden Symmetrielinien S1 und S2. Hierdurch wird eine exakte Positionierung des Kunststoffdorns 14 und damit eine Ausrichtung des Lasteinleitungselementes 10 in Bezug auf das LCM-Werkzeugs 30 erreicht. Gleichzeitig wird auch eine Ausrichtung der Preform 2 auf dem LCM-Unterwerkzeug 30.1 bewirkt. Damit wird sichergestellt, dass das Lasteinleitungselement 10 die richtige Position im fertig gestellten Kunststoffbauteil 1 besitzt.
Um die Ausrichtung des Lasteinleitungselementes 10 mittels dessen Kunststoffdorn 14 zu ermöglichen, wird davon ausgegangen, dass die maximale Toleranz hinsichtlich der Position des Lasteinleitungselementes 10 beim Einbringen in die Faserlagen 2.1 während des Stackings oder beim Einbringen in die Preform 2 einen Wert aufweist, so dass die Kunststoffspitze 14.1 des Kunststoffdorns 14 beim Schließen des LCM-Werkzeugs 30 sich immer im Bereich der Ausrichtbohrung 30.20 befindet, so dass durch den Kontakt dieser Kunststoffspitze 14.1 mit der Kante der Ausrichtbohrung 30.20 der Kunststoffdorn 14 in die Ausrichtbohrung 30.2 geführt wird. Dieses bedeutet, dass der Versatz zwischen den beiden Symmetrielinien S1 und S2 nicht größer ist als der halbe Durchmesser der Ausrichtbohrung 30.20.
Ist das LCM-Werkzeug 30 gemäß den 13 und 15 geschlossen, kann eine Matrixkomponente 3 in die Preform 2 injiziert werden. Hierbei wird auch die von der Basisplatte 11 und der Gewindehülse 12.1 gemäß 12 nicht ausgefüllte Mulde 30.10 mit der Matrixkomponente 3 verfüllt, so dass sowohl die Gewindehülse 12.1 als auch die Basisplatte 11 randseitig mit der Matrixkomponente 3 umhüllt ist. Entsprechendes gilt auch für die die Basisplatte 11 des nach 5 ausgeführten Lasteinleitungselementes 10 aufnehmende Mulde 30.10 gemäß 15, wonach nur die Basisplatte 11 randseitig mit der Matrixkomponente 3 umhüllt ist, jedoch nicht die auf dem LCM-Unterwerkzeug 30.1 liegende Hauptfläche der Basisplatte 11.
Während die Matrixkomponente 3 in die Preform 2 injiziert wird, übernimmt der Kunststoffdorn 14 des gemäß den 3 und 5 ausgeführten Lasteinleitungselementes 10 auch eine Abdichtungsfunktion. So werden bei dem entsprechend der 3 ausgeführten Lasteinleitungselement 10 gemäß 13 das Innengewinde 13.1 der Gewindehülse 12.1 und der mit der Gewindehülse 12.1 fluchtenden Durchgangsbohrung 11.1 der Basisplatte 11 gegenüber dem injizierten Harz, also der Matrixkomponente 3 abgedichtet.
Entsprechendes gilt für das gemäß 5 ausgeführten Lasteinleitungselement 10. So wird entsprechend 15 das Außengewinde 13.2 des Gewindeschaftes 12.2 des Lasteinleitungselementes 10 durch das Lasteinleitungselement 10 abgedichtet.
Zusätzlich zur Abdichtung der Gewindegänge 13.1 und 13.2 wird auch eine Abdichtung zwischen der Außenkontur des Kunststoffdorns 14 und der Innenfläche der Ausrichtbohrung 30.20 erreicht. Damit kann auch keine Matrixkomponente 3 in diese Ausrichtbohrung 30.20 eindringen.
Nach dem Aushärten der mit der Matrixkomponente 3 injizierten Preform 2 in dem LCM-Werkzeug 30 erfolgt das Aushärten und schließlich die Entnahme des fertig hergestellten Kunststoffbauteils 1. Bei dem derart fertig hergestellten Kunststoffbauteil 1 können die Kunststoffdorne 14 noch als Gewindeschutz der Gewindegänge 13.1 und 13.2 dienen. Diese Kunststoffdorne 14 werden jedoch vor einer Anbindung von weiteren Bauteilen mittels dieser Gewindegänge 13.1 und 13.2 entfernt, indem diese aus der Gewindehülse 12.1 und der Durchgangsbohrung 11.1 mit dem Innengewinde 13.1 eines nach 3 hergestellten Lasteinleitungselementes 10 geschraubt oder abgezogen werden bzw. indem diese von dem Gewindeschaft 12.2 mit dem Außengewinde 13.2 eines nach 5 hergestellten Lasteinleitungselementes 10 abgeschraubt oder abgezogen werden, wie dies in den 1 und 2 dargestellt ist. Die Gewindegänge 13.1 und 13.2 sind aufgrund der Abdichtung mittels der Kunststoffdorne 14 frei von Harz, wodurch keine Nachbearbeitungsschritte notwendig sind.
Das Entfernen des Kunststoffdorns 14 bei einem nach 3 hergestellten Lasteinleitungselement 10 hinterlässt nach 1 neben einem freien Innengewinde 13.1 auch eine von dem zylinderförmigen Abschnitt 14.2 des Kunststoffdorns 14 erzeugten Öffnung 1.2 in der Wand 1.1 des Kunststoffbauteil 1. Auf der gegenüberliegenden Seite wird die Gewindehülse 12.1 von der Matrixkomponente 3 verschlossen.
Das Entfernen des Kunststoffdorns 14 bei einem nach 5 hergestellten Lasteinleitungselement 10 hinterlässt nach 2 ein freies Außengewinde 13.2 im Bereich des ersten Abschnittes 12.20 des Gewindeschaftes 12.2. Der zweite Abschnitt 12.21 mit einer Länge a wird von der Wand 1.1 des Kunststoffbauteils 1 abgedeckt. Damit entspricht die Dicke dieser Wand 1.1 dieser Länge a.
Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines ein Lasteinleitungselement 10 aufweisenden faserverstärkten Kunststoffbauteils 1 gemäß den 1 und 2, wobei die Lasteinleitungselemente 10 gemäß den 3 und 5 ausgeführt sind, steht ein großserientaugliches Konzept zur Verfügung, mit welchem die Integration, Positionierung und Abdichtung dieser Lasteinleitungselemente 10 in faserverstärkte Kunststoffbauteile 1 unter Verwendung eines reaktiven Harzsystems als Matrixkomponente ermöglicht wird.
Bezugszeichenliste

1: Kunststoffbauteil
1.1: Wand des Kunststoffbauteils 1
1.2: Öffnung der Wand 1.1
2: Preform des Kunststoffbauteils 1
2.1: Faserlage der Preform 2
2.2: Faserlage der Preform 2
3: Matrixkomponente des Kunststoffbauteils 1
10: Lasteinleitungselement
11: Basisplatte des Lasteinleitungselementes 10
11.1: Durchgangsbohrung der Basisplatte
12: Verbindungsschaft des Lasteinleitungselementes 10
12.1: Gewindehülse des Lasteinleitungselementes 10
12.2: Gewindeschaft des Lasteinleitungselementes 10
12.20: erster Abschnitt des Gewindeschaftes 12.2
12.21: zweiter Abschnitt des Gewindeschaftes 12.2
13: erste Eingriffsstruktur des Lasteinleitungselementes 10
13.1: Innengewinde
13.2: Außengewinde
14: Kunststoffdorn
14.1: Kunststoffspitze des Kunststoffdorns 14
14.2: zylinderförmige Abschnitt des Kunststoffdorns
14.3: Gewindeabschnitt des Kunststoffdorns 14
14.4: Hohlraum des Kunststoffdorns 14
15: zweite Eingriffsstruktur des Kunststoffdorns 14
15.1: Außengewinde
15.2: Innengewinde
20: Preform-Werkzeug
20.1: Preform-Unterwerkzeug
20.10: Mulde des Preform-Unterwerkzeuges 20.1
20.11: Mulde des Preform-Unterwerkzeuges 20.1
20.2: Preform-Oberwerkzeug
30: LCM-Werkzeug
30.1: LCM-Unterwerkzeug
30.10: Mulde des LCM-Unterwerkzeuges 30.1
30.2: LCM-Oberwerkzeug
30.20: Ausrichtbohrung des LCM-Oberwerkzeuges 30.2
40: Handhabungseinheit
40.1: Greifeinheit der Handhabungseinheit 40
40.10: hohlzylindrisches Greifelement der Greifeinheit 40.1
50: Zusammenbau-Werkzeug
50.1: Zusammenbau-Unterwerkzeug des Zusammenbau-Werkzeugs 50
50.2: Zusammenbau-Oberwerkzeug des Zusammenbau-Werkzeugs 50

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1380404 A1 [0005]
DE 102005013154 A2 [0006]
DE 102014206088 A1 [0007]
DE 102012019849 A1 [0008]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines ein Lasteinleitungselement (10) aufweisenden faserverstärkten Kunststoffbauteils (1) mittels eines LCM-Verfahrens unter Verwendung wenigstens einer Faserlage (2.1) eines flächigen Faserhalbzeuges und einer Matrixkomponente (3) mit folgenden Verfahrensschritten: a) Bereitstellen eines Preform-Werkzeugs (20) mit einem Preform-Unter- und Preform-Oberwerkzeug (20.1, 20.2), b) Bereitstellen des Lasteinleitungselementes (10) mit einer metallischen Basisplatte (11) und einem mit demselben verbundenen metallischen Verbindungsschaft (12), welcher eine erste Eingriffsstruktur (13) zur Verbindung mit einem Kunststoffdorn (14) aufweist, wobei der Kunststoffdorn (14) mit einer zur ersten Eingriffsstruktur (13) komplementären zweiten Eingriffsstruktur (15) und einer konisch verlaufenden Kunststoffspitze (14.1) ausgebildet ist, c) Positionieren des Lasteinleitungselementes (10) mit dessen Basisplatte (11) auf dem Preform-Unterwerkzeug (20.1), d) Ablegen der wenigstens einen Faserlage (2.1) auf dem Preform-Unterwerkzeug (20.1), indem gleichzeitig die Faserlage (2.1) von dem Kunststoffdorn (14) des Lasteinleitungselementes (10) durchstochen wird, wobei der Kunststoffdorn (14) die durchstochene Faserlage (14.1) überragt, e) Herstellen einer Preform (2) aus der wenigstens einen Faserlage (2.1) mittels des Preform-Werkzeugs (20), f) Injizieren der Preform (2) mit der Matrixkomponente (3) mittels eines LCM-Werkzeugs (30), g) Aushärten und Entformen des Kunststoffbauteils (1), und h) Entfernen des Kunststoffdorns (14) von dem Lasteinleitungselement (10), indem die zweite Eingriffsstruktur (15) des Kunststoffdorns (14) von der ersten Eingriffsstruktur (13) des Verbindungsschaftes (12) gelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem in Anschluss an Verfahrensschritt e) folgender Verfahrensschritt durchgeführt wird: e1) Entnahme der Preform (2) aus dem Preform-Werkzeug (20) mittels einer Handhabungseinheit (40) mit wenigstens einer Greifeinheit (40.1) zum Greifen der Preform (2), indem der Kunststoffdorn (14) von der Greifeinheit (40.1) ergriffen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem der Verfahrensschritt f mit folgenden Schritten durchgeführt wird: f1) Bereitstellen des LCM-Werkzeugs (30) mit einem LCM-Unter- und LCM-Oberwerkzeug (30.1, 30.2), wobei das LCM-Oberwerkzeug (30.2) eine an die Außenkontur des Kunststoffdorns (14) angepasste Ausrichtbohrung (30.20) aufweist, f2) Einlegen der Preform (2) in das LCM-Unterwerkzeug (30.1), und f3) Inanlagebringen des LCM-Oberwerkzeuges (30.2) an das LCM-Unterwerkzeug (30.1), indem gleichzeitig unter Ausrichtung des Lasteinleitungselementes (10) der Kunststoffdorn (14) in die Ausrichtbohrung (30.20) geführt wird.
Verfahren zur Herstellung eines ein Lasteinleitungselement (10) aufweisenden faserverstärkten Kunststoffbauteils (1) mittels eines LCM-Verfahrens unter Verwendung wenigstens einer Faserlage (2.1) eines flächigen Faserhalbzeuges und einer Matrixkomponente (3) mit folgenden Verfahrensschritten: a) Bereitstellen eines Preform-Werkzeugs (20) mit einem Preform-Unter- und Preform-Oberwerkzeug (20.1, 20.2), b) Herstellen einer Preform (2) aus der wenigstens einen Faserlage (2.1) mittels des Preform-Werkzeugs (20), c) Bereitstellen des Lasteinleitungselementes (10) mit einer metallischen Basisplatte (11) und einem mit demselben verbundenen metallischen Verbindungsschaft (12), welcher eine erste Eingriffsstruktur (13) zur Verbindung mit einem Kunststoffdorn (14) aufweist, wobei der Kunststoffdorn (14) mit einer zur ersten Eingriffsstruktur (13) komplementären zweiten Eingriffsstruktur (15) und einer konisch verlaufenden Kunststoffspitze (14.1) ausgebildet ist, d) Einbringen des Lasteinleitungselementes (10) in die Preform (2) mittels eines Zusammenbau-Werkzeugs (50), indem die Preform (2) von dem Kunststoffdorn (14) des Lasteinleitungselementes (10) durchstochen wird, wobei der Kunststoffdorn (14) die durchstochene Preform-Oberfläche überragt, e) Injizieren der Preform (2) mit der Matrixkomponente (3) mittels eines LCM-Werkzeugs (30), f) Aushärten und Entformen des Kunststoffbauteils (1), und g) Entfernen des Kunststoffdorns (14) von dem Lasteinleitungselement (10), indem die zweite Eingriffsstruktur (15) des Kunststoffdorns (14) von der ersten Eingriffsstruktur (13) des Verbindungsschaftes (12) gelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem im Anschluss an Verfahrensschritt d folgender Verfahrensschritt durchgeführt wird: d1) Entnahme der Preform (2) aus dem Zusammenbau-Werkzeug (50) mittels einer Handhabungseinheit (40) mit wenigstens einer Greifeinheit (40.1) zum Greifen der Preform (2), indem der Kunststoffdorn (14) von der Greifeinheit (40.1) ergriffen wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, bei welchem der Verfahrensschritt e mit folgenden Schritten durchgeführt wird: e1) Bereitstellen des LCM-Werkzeugs (30) mit einem LCM-Unter- und LCM-Oberwerkzeug (30.1, 30.2), wobei das LCM-Oberwerkzeug (30.2) eine an die Außenkontur des Kunststoffdorns (14) angepasste Ausrichtbohrung (30.20) aufweist, e2) Einlegen der Preform (2) in das LCM-Unterwerkzeug (30.1), und e3) Inanlagebringen des LCM-Oberwerkzeuges (30.2) an das LCM-Unterwerkzeug (30.1), indem gleichzeitig unter Ausrichtung des Lasteinleitungselementes (10) der Kunststoffdorn (14) in die Ausrichtbohrung (30.20) geführt wird.
Lasteinleitungselement (10) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: – eine metallische Basisplatte (11) mit einem mit demselben verbundenen metallischen Verbindungsschaft (12), welcher eine erste Eingriffsstruktur (13) aufweist, und – einen Kunststoffdorn (14) mit einer zur ersten Eingriffsstruktur (13) komplementären zweiten Eingriffsstruktur (15) und einer konisch verlaufenden Spitze (14.1), wobei mittels der ersten und zweiten Eingriffsstruktur (13, 15) der Kunststoffdorn (14) mit dem Verbindungsschaft (12) verbunden ist.
Lasteinleitungselement (10) nach Anspruch 7, bei dem – der Verbindungsschaft (12) als Gewindehülse (12.1 mit einem Innengewinde (13.1) als erste Eingriffsstruktur (13) auf der Basisplatte (11) angeordnet ist, wobei die Basisplatte (11) eine Durchgangsbohrung (11.1) zur Gewindehülse (12.1) aufweist, und – der Kunststoffdorn (14) an seinem der Kunststoffspitze (14.1) gegenüberliegenden Ende mit einem ein Außengewinde (15.1) als zweite Eingriffsstruktur (15) aufweisenden Gewindeabschnitt (14.3) ausgebildet ist, mit welchem der Kunststoffdorn (14) über die Durchgangsbohrung (11.1) mit der Gewindehülse (12.1) verbunden ist.
Lasteinleitungselement (10) nach Anspruch 7, bei dem – der Verbindungsschaft (12) als Gewindeschaft (12.2) mit einem Außengewinde (13.2) als erste Eingriffsstruktur (13) ausgebildet ist, und – der Kunststoffdorn (14) durch Umspritzen des Gewindeschaftes (12.2) unter Bildung eines mit dem Außengewinde verbundenen Innengewindes (15.2) als zweite Eingriffsstruktur (15) ausgebildet ist.
Lasteinleitungselement (10) nach Anspruch 9, bei dem – der Kunststoffdorn (14) mit einem vorgegebenen Abstand (a) zur Basisplatte (11) des Lasteinleitungselementes (10) auf dessen Gewindeschaft (12.2) angeordnet ist.
Lasteinleitungselement (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem die Kunststoffspitze (14.1) mit einem Winkel zwischen 10° und 60°, vorzugsweise mit 20° ausgebildet ist.
Kunststoffbauteil mit einem Lasteinleitungselement gemäß den Ansprüchen 7 bis 11 und hergestellt mit einem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 6.