DE102016224431A1

DE102016224431A1 - Karosseriebauteil

Info

Publication number: DE102016224431A1
Application number: DE102016224431.0A
Authority: DE
Inventors: Selahattin Türel Memili; Raphael Koch; Igor LICKO
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-12-09
Filing date: 2016-12-08
Publication date: 2017-06-14
Anticipated expiration: 2036-12-09
Also published as: US20170166261A1; DE102016224431B4; CN106853846A; CN106853846B; US10137941B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Karosseriebauteil (1), das ein Grundelement (2) aufweist, welches mit einem Verstärkungselement (3) aus faserverstärktem Kunststoff verstärkt ist. Das mit dem verstärkenden Verstärkungselement (3) verstärkte Grundelement (2) ist ein Grundelement (2) einer Karosserie. Vorgeschlagen wird, dass das Verstärkungselement (3) eine variable Dicke aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Karosseriebauteil mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, wobei das Karosseriebauteil ein Grundelement aufweist, welches mit einem Verstärkungselement aus einem faserverstärkten Kunststoff verstärkt ist, wobei das mit dem verstärkenden Verstärkungselement verstärkte Grundelement ein Grundelement einer Karosserie ist.
Eine Baugruppe einer Kraftfahrzeugkarosserie mit einem Blechbauteil, das mit einem flächig daran angebrachten Verstärkungsbauteil aus einem Faserverbundwerkstoff verstärkt ist, ist in der DE 10 2012 203 888 A1 offenbart. Solche Hybridbauteile können nicht mit im Karosseriebau üblichen Fügeverfahren, wie z.B. Punktschweißen mit anderen Bauteilen im Bereich des Verstärkungsbauteils verbunden werden, wie die DE 10 2012 203 888 A1 problematisiert. Von daher schlägt die DE 10 2012 203 888 A1 vor, dass das Verstärkungsbauteil zumindest eine Ausnehmung aufweist, so dass das Blechbauteil im Bereich der Ausnehmung mit einem konventionellen Fügeverfahren mit einem anderen Blechbauteil verbindbar sei. Das Blechbauteil ist ein Verstärkungsblech eines Seitenschwellers. Das Verstärkungsbauteil besteht aus einem kohlefaserverstärkten Kunststoff, wobei das Blechbauteil aus einem schweißbaren Eisenwerkstoff besteht.
Aus der DE 10 2006 027 546 A1 ist ein Aufprallschutzverstärkungsteil bekannt, dass aus einem Faser-Verbund-Kunststoff besteht. Das Aufprallschutzverstärkungsteil ist in einer B-Säule eines Kraftfahrzeuges zwischen einem Außenblech, einem Innenblech, einen B-Säuleninnenteil innen hinten und einem Ansatzstück für die Gurtautomatik eingesetzt, bevor die genannten Bauteile mit einander verschweißt werden. Um einen Vibrationsschutz des Aufprallverstärkungsteils zu realisieren könnten noch Klebflächen vorgesehen sein.
Mit der DE 10 2011 085 590 A1 wird ein Karosserieträger mit einem Außenblech und einem Verstärkungsblech bekannt, die randseitig über jeweilige Flansche aneinander liegend miteinander verbunden sind. Dabei umgreift der Flansch des einen Blechs den Flansch des anderen Blechs zumindest abschnittsweise formschlüssig, also durch eine Bördelung oder Falzung.
Aus der EP 2 689 882 A2 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren des Reibrührschweißens offenbart. Dabei werden zwei unterschiedliche Metallbleche, also ein Aluminiumblech und ein Stahlblech miteinander verbunden. Um einen Verbindungskrater zu schließen, wird ein Füllermaterial eingesetzt.
Auch in der US 2010/0089977 A1 ist das Reibrührschweißen unterschiedlicher Materialien thematisiert. Dabei wird ein Aluminiumblech mit einem Magnesiumblech verbunden, wobei Kombinationen aus Kupfer, Zinn und Zink und anderen Pulvern das magnesiumhaltige und aluminiumhaltige Reibrührschweißmaterial festigen könnten.
Im Kraftfahrzeugbau, insbesondere bezüglich der Karosserie ist es von Vorteil, wenn diese besonders leicht ist. Dies spart Kraftstoff, und reduziert so auch die Emission schädlicher Gase, wie z.B. CO₂. In unterschiedlichen Bereichen sind die Struktur-, also Karosseriebauteile an unterschiedlichste Belastungen auszulegen. Dabei müssen die Bauteile auch so hergestellt werden, dass bei möglichst wenig Materialverlust das höchste Leichtbaupotential erreichbar ist. In Bereichen, welche besonders hohen Belastungen ausgesetzt sind, können daher auch Verstärkungsmaßnahmen vorgesehen werden. Beispielsweise können die Bauteile aus einem Grundelement gebildet sein, und abschnittsweise Verdickungen als Verstärkungsmaßnahmen aufweisen. So genannte „tailored rolled blanks“ sind bekannt. Tailored rolled blanks sind aber in der Herstellung sehr kompliziert, und insofern auch sehr kostenintensiv. Nachteilig ist auch, dass bei einem einzigen, auch geringem Walzfehler das gesamte Bauteil entsorgt werden muss, da dieses den Anforderungen dann nicht mehr entspricht. Denkbar ist aber auch, wenn an dem Grundelement separate Verstärkungselemente vorgesehen sind, welche aus faserverstärktem Kunststoff bestehen können. Wie bereits in der DE 10 2012 203 888 A1 offenbart, sind herkömmliche Fügeverfahren ungeeignet. Verstärkungselemente können mittels Klebverbindungen mit dem Grundelement verbunden werden, und dieses so verstärken, dass die zu erwartenden Belastungen von dem Karosseriebauteil aufgenommen werden können. Mit Klebverbindungen ist allerdings nicht die höchstmögliche Verbindungsleistung erreichbar. Insofern werden noch mechanische Zusatzverbindungen notwendig, welche aber die Fasern des faserverstärkten Kunststoffs zerstören können, so dass die angestrebte Verstärkung hinfällig ist. Beispielsweise können Verstärkungselemente mit Nieten an dem Grundelement befestigt werden, welche die Fasern im Verbindungsbereich zwangsläufig zerstören. Zudem können Scher- und Risskräfte der ursprünglichen Verbindung reduziert werden, wobei auch Korrosionsprobleme auftreten können.
In dem Artikel "Friction spot joining of aluminum AA6181-T4 and carbon fiberreinforced poly(phenylene sulfide): Effects of process parameters on the microstructure and mechanical strength" (material and design 66 (2015), 437–445) ist eine mögliche Verbindung eines Aluminiumblechs mit einem faserverstärkten Kunststoff thematisiert, wobei auf die EP 2 329 905 B1 Bezug genommen wird.
In der EP 2 329 905 B1 ist ein wiederauffüllendes Reibrührschweißverfahren offenbart, bei welchem ein Leichtmetallblech mit einen faserverstärkten Kunststoff verbunden wird. Die Reibrührschweißvorrichtung weist einen Stift, eine Hülse und einen Klemmring auf. Mit dieser Vorrichtung sei es möglich, den Reibschweißkrater mit der Reibrührschweißvorrichtung im Zuge des Schweißverfahrens zu verschließen, wobei der faserverstärkte Kunststoff zwar aufgeschmolzen wird, die Fasern jedoch unbeschädigt bleiben sollen. Nach dem die Rotation gestoppt ist, erhärten die Materialien, so dass die ehemals aufgeschmolzenen Bereiche aneinander haften. Dabei wird jedoch explizit der Hinweis gegeben, dass die bekannten Klebverbindungsnachteile ausgeschlossen sind, da auf einen separaten Klebstoff verzichtet wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Karosseriebauteil zu Verfügung zu stellen, welches trotz reduziertem Herstellungsaufwand bei einer größtmöglichen Gewichtsbetrachtung die erforderlichen Steifigkeits- und/oder Crasherfordernisse erfüllt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Karosseriebauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche geben jeweils vorteilhafte Ausführungsformen an.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen.
Es wird ein Karosseriebauteil zur Verfügung gestellt, das ein Grundelement aufweist, welches mit einem Verstärkungselement aus faserverstärktem Kunststoff verstärkt ist. Das mit dem verstärkenden Verstärkungselement verstärkte Grundelement ist ein Grundelement einer Säule, also einer A-, B-, C-, oder D-Säule oder ein Dachelement einer Fahrzeugkarosserie, wobei das Verstärkungselement eine variable, also eine sich ändernde Dicke aufweist.
In günstiger Ausgestaltung ist das Verstärkungselement zumindest bereichsweise zumindest formschlüssig mit dem Grundelement verbunden. Formschlüssig bedeutet im Sinne der Erfindung, dass Werkstoffe aufgeschmolzen werden, wobei die schmelzflüssigen Bereiche in Kontakt zu einander treten und bei der Abkühlung miteinander verbunden sind. Die formschlüssige Verbindung kann in Sinne der Verbindung z.B. mit einer wiederauffüllenden Reibrührschweißvorrichtung erstellt werden. Es können mehrere Ansatzpunkte der Reibrührschweißvorrichtung vorgesehen werden. Die formschlüssigen Verbindungsbereiche sind dabei bevorzugt ähnlich wie bei Punktschweißverbindungen zueinander beabstandet. An einer aktiven Seite des Grundelements, also an der Seite, an welcher die Reibrührschweißvorrichtung mit dem Reibrührschweißkopf angreift ist das Grundelement nach dem Zusammenfügen krater- und/oder erhebungsfrei im Wesentlichen eben ausgeführt. An der dazu gegenüberliegenden Verbindungsseite des Grundelementes ist eine Erhebung gebildet, welche in das geschmolzene Material der korrespondierenden Verbindungsseite des faserverstärkten Kunststoffs eindringt, so dass bei einem Abkühlen der Materialien die formschlüssige Verbindung gebildet ist. Der Kunststoff des faserverstärkten Verstärkungselementes schmilzt aufgrund der Einwirkung der Reibungswärme der Reibrührschweißvorrichtung. Die Erhebung kann ringförmig ausgebildet sein, und in etwa der Ausgestaltung der Hülse entsprechen. An der dazu gegenüberliegenden freien Seite des Verstärkungselementes ist dieses ebenfalls erhebungsfrei eben ausgeführt. Trotz des Aufschmelzens des Kunststoffs sind die verstärkenden Fasern unzerstört, so dass Fehlstellen, die zu einem Versagen des Karosseriebauteils führen könnten vermieden sind. Aufgrund der unzerstörten Fasern, also aufgrund der stärkeren Verbindung können höhere Belastungen aufgenommen bzw. verteilt werden. So kann eine Reduzierung der Materialstärke des Grundelementes erreicht werden, was sich wiederum zielführend auf eine reduzierte Gewichtsbelastung und somit auf reduzierten Kraftstoffverbrauch und somit geringerem Schadstoffausstoff auswirkt.
Zweckmäßig ist, wenn zusätzlich noch eine stoffschlüssige Verbindung vorgesehen wird, wobei das Verstärkungselement und/oder das Grundelement zumindest bereichsweise, bevorzugt an dem sich überlappenden Verbindungsbereich vor dem formschlüssigen Verbinden mit einem geeigneten Klebstoff versehen wird, so dass eine zusätzliche Klebverbindung vorliegt. Es liegt im Sinne der Erfindung, wenn im gesamten Bereich, an welchem das Verstärkungselement an dem Grundelement anliegt ein Klebstoff aufgetragen wird. So ist eine im Sinne der Erfindung formschlüssige Verbindung mit einer separaten Klebverbindung kombiniert, so dass eine besonders sichere Verbindung zwischen den Elementen geschaffen ist. Dies stellt einen völlig neuen Ansatz dar, welcher die Flexibilität des Grundelementes zusammen mit dem Verstärkungselement hinsichtlich der Auslegung des Karosseriebauteils, insbesondere der B-Säule zu höheren Lastaufnahmen bei Beachtung größtmöglicher Gewichtsreduzierung ermöglicht. Aufgrund dieser Kombination ist eine noch höhere Belastung erreichbar, wobei das Grundelement in seiner Materialstärke noch weiter reduziert werden könnte, was sich wiederum zielführend auf eine reduzierte Gewichtsbelastung und somit auf reduzierten Kraftstoffverbrauch und somit geringerem Schadstoffausstoff auswirkt.
Zielführend ist die Kombination einer formschlüssigen Verbindung mit einer separaten stoffschlüssigen Verbindung in Form einer Klebverbindung zwischen dem Verstärkungselement und dem Grundelement.
Das Grundelement kann ein Blech sein, welches von einem Walzband abgetrennt wurde und beispielsweise in einem Walzprozess oder in einer Presse entsprechend umgeformt wurde. Das Grundelement kann aber auch ein Gussstück sein. Damit das Grundelement besonders einfach herstellbar ist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Grundelement über seine gesamte Erstreckung sowohl in Längsrichtung als auch in Querrichtung eine konstante Dicke aufweist. Damit kann der komplizierte Herstellungsprozess eines so genannten „tailored rolled“ Grundelementes entfallen. Insofern ist das Grundelement bevorzugt im Pressverfahren herstellbar. Das Grundelement wird lediglich in einfachen Walzschritten oder in der Presse zu der gewünschten Form umgeformt oder gegossen und weist aber bereits gewisse Eigenschaften zumindest hinsichtlich Steifigkeits- und/oder Crasherfordernisse auf. Die gewünschte Zieleigenschaft wird mit dem Verstärkungselement erreicht.
Das Grundelement kann aus einem Metall, also Stahlwerkstoff oder aus einem Leichtmetall, also z.B. aus Aluminium oder Magnesium bestehen. Aluminium und Magnesium umfassen im Sinne der Erfindung jeweils auch deren jeweiligen Legierungen.
Das Verstärkungselement besteht erfindungsgemäß aus einem faserverstärkten Kunststoff. Dieser ist besonders leicht, verleiht dem Grundelement aber die gewünschten Zieleigenschaften. Der faserverstärkte Kunststoff kann ein mit Kohlefasern verstärkter Kunststoff (CFK) sein. Der faserverstärkte Kunststoff kann ein mit Glasfasern verstärkter Kunststoff (GFK) oder ein mit Aramidfasern verstärkter Kunststoff sein
In einer ersten Ausgestaltung kann das Verstärkungselement abweichend von dem Erfindungsgedanken eine konstante Dicke aufweisen, und an dem gewünschten Bereich des Grundelementes angeordnet werden, welcher gemäß den Auslegungskriterien zu verstärken ist.
Erfindungsgemäß hat das Verstärkungselement eine variable Dicke. Es weist also eine sich ändernde Dicke auf, und kann an dem gewünschten Bereich des Grundelementes angeordnet werden, welcher gemäß den Auslegungskriterien zu verstärken ist. So kann das damit verstärkte Grundelement, obwohl dieses nicht als tailored rolled blank geformt ist, dennoch Bereiche mit unterschiedlichen Dicken also mit unterschiedlichen Eigenschaften aufweisen. Dies ermöglicht eine besonders preiswerte Herstellung im Vergleich zu konventionellen tailored rolled blanks.
Es bietet sich an, wenn das Verstärkungselement an die gewünschten Eigenschaften des damit zu verstärkenden Grundelementes hergestellt wird, wobei dieses als einfach geformtes oder gegossenes Grundelement aus Leichtmetall oder Eisenwerkstoff hergestellt werden kann. Ein solches Vorgehen spart auch an dem so kostbaren Grundmaterial des Grundelementes, da dieses nicht mit der Zieleigenschaft hergestellt werden muss, sondern quasi unterdimensioniert sein kann. Insbesondere kann das Verstärkungselement so hergestellt werden, dass das Grundelement in seiner Materialstärke optimiert ist, also möglichst dünn ist.
Zielführend ist auch, wenn das Verstärkungselement nicht nur an die Form des Grundelementes, bevorzugt an zu verstärkenden Bereich desselben angepasst hergestellt wird, sondern auch entsprechend der gewünschten Eigenschaften, welche mit dem Verstärkungselement erzielt werden sollen. Auch aufgrund der oben bereits erwähnten Kombination der formschlüssigen Verbindung mit der stoffschlüssigen Klebverbindung sind die erforderlichen Zielerfordernisse unter Verzicht auf weitere mechanische Verbindungen wie z.B. Klammern oder Nieten einstellbar.
Das mit dem Verstärkungselement verstärkte Grundelement ist insbesondere ein Grundelement einer B-Säule. Dabei kann das Verstärkungselement entweder außen- oder innenseitig oder sowohl außen- und innenseitig angeordnet sein. Im montierten Zustand ist bevorzugt vorgesehen, dass das Verstärkungselement an einer nach außen weisenden Seite der Karosserie angeordnet ist. Ein Vorteil des faserverstärkten Verstärkungselements zusammen mit dem Grundelement als B-Säule ist in der sehr hohen Steifigkeit bei idealer Energieabsorptionsmöglichkeit zu sehen.
Das mit dem Verstärkungselement verstärkte Grundelement kann aber auch ein Dachblech sein. Dabei bietet sich an, dass Verstärkungselement als oberes Element an dem Dachblech anzuordnen, so dass das Dachelement damit insgesamt mehr Steifigkeit bekommt. Auch das Dachblech könnte natürlich zunächst unterdimensioniert sein, und durch das Verstärkungselement zielführend und den Erfordernissen gehorchend verstärkt werden. Ist das Grundelement ein Dachblech ist es auch zielführend, wenn bestimmte Bereiche des Dachblechs mit Verstärkungselementen konstanter Dicke und andere Bereiche mit Verstärkungselementen variabler Dicke ausgeführt sind. Insbesondere Bereiche, die mehr Lastkräfte während eines Crashs absorbieren, können zusätzlich mit „tailored“ Verstärkungselementen, also mit Verstärkungselementen mit variabler Dicke verstärkt werden. Zum Fügen bietet sich ebenfalls das wiederauffüllende Reibrührschweißen an. Es bietet sich an wenn zudem noch zusätzliche Klebverbindungen wie bereits erwähnt vorgesehen werden.
Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
1 eine perspektivische Frontalansicht eines Karosseriebauteils aufweisend ein Grundelemente mit einem verstärkenden Verstärkungselement,
2 das Karosseriebauteil in einer perspektivischen Rückansicht,
3 eine Vergrößerung aus 2,
4 eine Frontalansicht eines Karosseriebauteils aufweisend ein Grundelemente mit einem verstärkenden Verstärkungselement, und
5 eine Vergrößerung aus 4.
In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
1 zeigt ein Karosseriebauteil 1, das ein Grundelement 2 aufweist, welches mit einem Verstärkungselement 3 verstärkt ist. Das mit dem verstärkenden Verstärkungselement 3 verstärkte Grundelement 2 ist gemäß der Erfindung ein Grundelement einer Säule, also einer B-Säule einer Fahrzeugkarosserie, wobei das Verstärkungselement 3 aus einem faserverstärkten Kunststoff, bevorzugt aus kohlefaserverstärkten Kunststoff gebildet ist. Das Grundelement 2 weist eine konstante Dicke auf. Das Verstärkungselement 3 kann auch aus einem glasfaserverstärkten oder einem aramidfaserverstärkten Kunststoff gebildet sein.
Das Grundelement 2 weist einen Dachverbindungsbereich 4 und einen dazu gegenüberliegenden Schwellerverbindungsbereich 6 auf. Beide Bereiche 4 und 6 sind beispielhaft eben ausgeformt. Zwischen den beiden Bereichen 4 und 6 ist eine Vertiefung 7 angeordnet. Die Vertiefung 7 weist sowohl dachseitig als auch schwellerseitig schräg verlaufende Übergangsbereiche 8 und 9 auf, die jeweils in einem Mittelbereich 11 münden. Seitlich sind Flansche 12 an dem Grundelement 2 angeordnet. Der Flansch 12 geht beidseitig einer Mittellinie X jeweils gleichorientiert gekrümmt verlaufend in den Dachverbindungsbereich 4 und den Schwellerverbindungsbereich 6 über.
Das Grundelement 2 kann so in einem Walzprozess oder in einem Pressprozess aus einem Walzblech geformt worden sein, oder als Gussstück gegossen sein. Wie bereits erwähnt weist das Grundelement 2 eine konstante Dicke auf. Die Dicke ist sowohl in Längsrichtung als auch in Querrichtung konstant. Das Grundelement 2 kann aus einem Leichtmetall oder aus einem Stahlwerkstoff bestehen.
Das Verstärkungselement 3 ist beispielhaft bereichsweise an dem Grundelement 2 angeordnet. Wie zu erkennen erstreckt sich das Verstärkungselement 3 beabstandet zu dem Dachverbindungsbereich 4 beginnend in Richtung zum Schwellerverbindungsbereich 6, endet aber vor diesem. Beispielhaft erstreckt sich das Verstärkungselement 3 in Längserstreckung gesehen, also in der Zeichnungsebene gesehen von oben nach unten über die Hälfte des Grundelementes 2 hinweg. So weist das mit dem Verstärkungselement 3 verstärkte Grundelement 2 die Zieleigenschaft des Karosseriebauteils 1, also z.B. der B-Säule auf. Natürlich kann das Verstärkungselement 3 auch mehr oder weniger des Grundelementes 2 als dargestellt bedecken.
Wesentlich ist, dass das Grundelement 2 unter Verzicht auf eine besondere Ausgestaltung, wie diese bei tailored rolled blanks bekannt sind, hergestellt ist, dennoch aber die notwendigen Eigenschaften z.B. hinsichtlich des Steifigkeits- und Crashverhalten aufweist, was mittels des Verstärkungselementes 3 bewirkt wird. Zudem ist das Karosseriebauteil 1 leichter, als wenn ein aus dem Grundmaterial hergestelltes tailored rolled blank zu dem Grundelement geformt würde.
Das Verstärkungselement 3 und das Grundelement 2 sind mittels wiederauffüllenden Reibrührschweißen formschlüssig verbunden. Bevorzugt ist zudem noch eine zusätzliche stoffschlüssige Verbindung, also ein Klebverbindung vorgesehen.
Die Reibrührschweißverbindungen 16 sind beispielhaft in den 2 und 3 erkennbar. Wie erkennbar, sind diese ähnlich wie Punktschweißverbindungen zu einander beabstandet. Lediglich aus Darstellungsgründen sind diese besonders hervorgehoben. Grundsätzlich ist die Seite an welcher die Reibrührschweißungen in den 2 und 3 erkennbar sind nach dem Reibrührschweißen im Wesentlichen eben.
Die Reibrührschweißverbindungen 16 sind mit einer wiederauffüllenden Reibrührschweißvorrichtung hergestellt, die einen Stift, einen Hülse und einen Klemmring aufweist. Dabei wird das Reibrührschweißen in vier Phasen durchgeführt: Reiben, erstes Pressen, zweites Pressen und Zurückziehen. Der Klemmring hält das Grundelement in Position und be- also verhindert dem Materialfluss während des Prozesses. Während der Stift und die Hülse beginnen in derselben Richtung zu rotieren, können diese sich in axialer Richtung unabhängig voneinander bewegen. Dabei taucht z.B. der Stift in das Material ein, während die Hülse aufwärts bewegt wird. So wird ein Raum für das plastifizierte, also aufgeschmolzene Material gebildet. Nach dem die gewünschte Tiefe erreicht ist, werden Stift und Hülse in der axialen Bewegungsrichtung umgekehrt, so dass die Hülse in Richtung zum Grundelement bewegt und der Stift zurückgezogen wird. So wird das angesammelte Material in den Schweißkrater zurückbefördert, so dass eine kraterfrei im Wesentlichen ebene Oberfläche gebildet ist. Die Eintauchtiefe ist dabei so bemessen, dass die Fasern nicht berührt, also zerstört werden, wobei die Reibwärme ausreicht, das Material des Grundelementes und auch den Kunststoff aufzuschmelzen. Durch die Hülse wird jedoch an den einander anliegenden Verbindungsseiten des Grundelementes und des Verstärkungselementes ein Formschluss erzeugt, indem eine grundelementseitige Erhebung in den geschmolzenen Kunststoff des Verstärkungselements eingreift und bei Erkalten des Kunststoff in dieser Position verbleibt. Diese Formschlussverbindung wird im Sinne der Erfindung noch verstärkt, wenn mit dieser eine stoffschlüssige Verbindung, bevorzugt mit einer Klebverbindung kombiniert wird. Dabei wird an den aneinander zugewandten Verbindungsflächen Von Grundelement und/oder Verstärkungselement Klebstoff vor dem Erstellen der formschlüssigen Verbindung aufgetragen. Die Klebverbindung kann noch aushärten.
Die Reibrührschweißvorrichtung greift an einer aktiven Seite 17 des Grundelementes 2, also bevorzugt an der freien Seite des Grundelementes 2, beispielhaft am jeweiligen Flansch 12 an, wobei diese aktive, also freie Seite 17 wie in den 2 und 3 beispielhaft erkennbar gegenüberliegend zum Verstärkungselement 3 ist. Beispielhaft erstellt die Reibrührschweißvorrichtung an den Flanschen 12 die formschlüssigen Verbindungen. Diese können aber auch zusätzlich oder lediglich an den Seitenstegen 18 der Vertiefung 7, und/oder an der Basis 19 der Vertiefung 7 angeordnet sein. An den Seitenstegen 18, der Basis und/oder den Flanschen 12 bzw. an den korrespondierenden Bereichen des Verstärkungselementes 3 können auch noch Klebstoffe zum Erzeugen der stoffschlüssigen Verbindung angeordnet sein.
Das Verstärkungselement 2 ist korrespondierend zu den gewünschten Zieleigenschaften der jeweiligen B-Säule hergestellt. Beispielhaft ist dieses an die Vertiefung mit ihren Seitenstegen 18 und Ihrer Basis 19 sowie korrespondierend zu den Flanschen 12 ausgeführt. Wie erkennbar, ist das Verstärkungselement 3 in die Übergangsbereiche 8 und 9 geführt jedoch nicht vollständig an die Übergangsbereich 8 und 9 angepasst. Das Verstärkungselement 3 schließt mit seiner Stirnkante 21 bündig mit der Stirnkante 22 der Flansche 12 des Grundelementes 2 ab.
In 4 ist das Karosseriebauteil 1 mit dem Grundelement 2 und dem Verstärkungselement 3 dargestellt. Das Grundelement 2 weist eine konstante Dicke auf, und ist identisch zu der Ausführung nach den 1 bis 3 als Grundelement einer B-Säule ausgeführt.
Das Verstärkungselement 3 ist wie bereits erwähnt aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet und weist eine variabel Dicke auf. Insofern weist das Verstärkungselement 3 einen Bereich 13 auf, der Dicker ist als ein anderer Bereich 14. Beispielhaft sind leidglich zwei Bereiche 13 und 14 unterschiedlicher Dicke erkennbar. Natürlich können auch mehr als zwei Bereiche unterschiedliche Dicken aufweisen. Auch können Bereiche vorgesehen sein, welche zueinander beabstandet sind, aber die gleiche Dicke aufweisen, wobei dazwischen ein oder mehrere Bereiche angeordnet sein können, welcher dünner oder dicker sind als die jeweils anderen. Die Bereiche unterschiedlich Dicke sind in den 1 bis 3 nicht besonders dargestellt.
Wie in 4 erkennbar sind die Flansche 12 des Grundelementes 2 frei, also nicht von dem Verstärkungselement 3 belegt. Das Verstärkungselement 3 ist demnach beispielhaft leidglich an die Ausgestaltung der Vertiefung 7 mit den Seitenstegen 18 und der Basis 19 angepasst. Dies kann so auch für das Verstärkungselement 3 gemäß den 1 bis 3 gelten.
Das Verstärkungselement 3 ist in seiner Längserstreckung sowie mit seiner variablen Dicke an die gewünschten Eigenschaften anpassbar herstellbar. Das Verstärkungselement 3 bedeckt in seiner Längserstreckung etwa die Hälfte des Grundelementes 2. Das Verstärkungselement 3 ist in die Vertiefung 7 eingelegt, ohne die Flansche 12, wie bereits erwähnt zu bedecken.
Die Reibrührschweißungen 16 sind beispielhaft an den Seitenstegen 18 angeordnet (5), können aber auch zusätzlich oder lediglich an der Basis 19 angeordnet sein. Auch eine zusätzliche Klebverbindung kann wie auch schon beschrieben vorgesehen sein.
Bezugszeichenliste

1: Karosseriebauteil
2: Grundelement
3: Verstärkungselement
4: Dachverbindungsbereich
5
6: Schwellerverbindungsbereich
7: Vertiefung
8: Übergangsbereich
9: Übergangsbereich
10
11: Mittelbereich
12: Flansch
13: Bereich von 24
14: Bereich von 24
15
16: Reibrührschweißverbindungen
17: Aktive Seite
18: Seitenstege
19: Basis
20
21: Stirnkante
22: Stirnkante

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 102012203888 A1 [0002, 0002, 0002, 0007]
DE 102006027546 A1 [0003]
DE 102011085590 A1 [0004]
EP 2689882 A2 [0005]
US 2010/0089977 A1 [0006]
EP 2329905 B1 [0008, 0009]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Artikel “Friction spot joining of aluminum AA6181-T4 and carbon fiberreinforced poly(phenylene sulfide): Effects of process parameters on the microstructure and mechanical strength” (material and design 66 (2015), 437–445) [0008]

Claims

Karosseriebauteil, das ein Grundelement (2) aufweist, welches mit einem Verstärkungselement (3) aus faserverstärktem Kunststoff verstärkt ist, wobei das mit dem verstärkenden Verstärkungselement (3) verstärkte Grundelement (2) ein Grundelement (2) einer Karosserie ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (3) eine variable Dicke aufweist.
Karosseriebauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundelement (2) sowohl in Längsrichtung als auch in Querrichtung eine konstante Dicke aufweist.
Karosseriebauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (3) zumindest bereichsweise stoffschlüssig, bevorzugt mittels einer Klebverbindung mit dem Grundelement (2) verbunden ist.
Karosseriebauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundelement (2) ein Blech ist, welches umgeformt ist, oder dadurch, dass das Grundelement (2) ein Gussstück ist.
Karosseriebauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundelement (2) aus einem Leichtmetall oder aus einem Stahlwerkstoff besteht.
Karosseriebauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (3) aus einem kohlefaserverstärkten Kunststoff oder aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff besteht.
Karosseriebauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundelement (2) mit dem verstärkenden Verstärkungselement (3; 24) an zumindest einer Reibrührschweißverbindung (16) zumindest formschlüssig verbunden ist, wobei eine aktive Seite (17) des Grundelementes (2) auch nach dem Reibrührschweißen im Wesentlichen eben ausgeführt ist.
Karosseriebauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundelement (2) ein Grundelement (2) einer B-Säule oder ein Dachelement ist.
Karosseriebauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (3) außen und/oder innenseitig an dem Grundelement (2) angeordnet ist.