DE102017102881A1

DE102017102881A1 - Verfahren für die Herstellung eines Mehrkomponentenbauteils eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102017102881A1
Application number: DE102017102881.1A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Gubesch Thermoforming GmbH; Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Gubesch Thermoforming GmbH; Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2017-02-14
Filing date: 2017-02-14
Publication date: 2018-08-16
Also published as: RU2685563C1; US20180229438A1; GB201802034D0; CN108422644B; GB2561285B; US10899085B2; FR3062805B1; CN108422644A; FR3062805A1; GB2561285A

Abstract

Verfahren für die Herstellung eines Mehrkomponentenbauteils (200) eines Fahrzeugs, insbesondere für den Unterboden eines Fahrzeugs, aufweisend die folgenden Schritte:
- Einsetzen wenigstens einer Luftleitvorrichtung (10) mit zumindest einem Luftleitabschnitt (30) und wenigstens einem Kontaktabschnitt (40) in einen Halteabschnitt (312) einer Kavität (310) einer Werkzeugvorrichtung (300),
- Erwärmen eines Verbundbauteils (100) mit wenigstens einem Gegen-Kontaktabschnitt (140) für einen Pressvorgang auf eine Schmelztemperatur wenigstens einer Werkstoffkomponente des Verbundbauteils (100),
- Erwärmen des wenigstens einen Kontaktabschnitts (40) der wenigstens einen Luftleitvorrichtung (10) auf eine Schmelztemperatur wenigstens einer Werkstoffkomponente des Kontaktabschnitts (40) der Luftleitvorrichtung (10),
- Einsetzen des erwärmten Verbundbauteils (100) in die Kavität (310) der Werkzeugvorrichtung (300),
- Pressen des erwärmten Verbundbauteils (100) in eine Bauteilgeometrie unter gleichzeitiger Ausbildung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem wenigstens einen Gegen-Kontaktabschnitt (140) des Verbundbauteils (100) und dem Kontaktabschnitt (40) der Luftleitvorrichtung (10).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die Herstellung eines Mehrkomponentenbauteils eines Fahrzeugs sowie eine Luftleitvorrichtung für den Einsatz in einem solchen Verfahren.
Es ist bekannt, dass bei der Herstellung von Fahrzeugen besonders leichte Materialien eingesetzt werden, um Gewicht und damit Treibstoff für das Fahrzeug zu sparen. Dies führt dazu, dass insbesondere Außenteile des Fahrzeugs aus Leichtbaumaterialien hergestellt werden. Dies gilt auch für den Unterboden des Fahrzeugs. Bei Sportfahrzeugen sind an den Außenbauteilen des Fahrzeugs häufig Luftleitvorrichtungen, zum Beispiel Spoilersysteme, befestigt. Um an Bauteilen aus Leichtbaumaterialien solche Spoilersysteme zu befestigen, ist üblicherweise eine Schraubverbindung oder eine Nietverbindung vorgesehen. Insbesondere ist dies der Fall bei sogenannten LWRT-Werkstoffen, welche auch als Lightweight Reinforced Thermoplastics bezeichnet werden. Dabei handelt es sich um eine thermoplastische Matrix, in welche verstärkende Glasfasern oder Fasern anderer Materialien eingebettet sind. Üblicherweise werden solche LWRT-Materialien als plattenförmige Preforms erwärmt und anschließend einem Umform-Prozess unterzogen, in welchem das erwärmte LWRT-Material in seine gewünschte finale dreidimensionale Form gepresst wird.
Nachteilhaft bei den bekannten Lösungen ist es, dass Verbundbauteile, insbesondere LWRT-Bauteile, nach dem Verpressen mit einem zusätzlichen Schritt mit den zugehörigen Luftleitvorrichtungen verbunden werden müssen. Dies führt zu einem Mehraufwand in der Montage und damit zu höheren Fertigungskosten. Ein weiterer Nachteil ist es, dass durch die Verbindungsmittel in Form von Schrauben oder Nieten mehrere Bauteile zusätzlich benötigt werden. Nicht zuletzt ist eine verstärkte Auslegung in diesen Anwendungsbereichen notwendig, um die notwendige mechanische Stabilität zur Verfügung zu stellen, so dass durch diese verstärkte Auslegung wieder mit einem höheren Materialeinsatz und größerem Gewicht zu rechnen ist.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise die Fertigungskosten zu reduzieren und die mechanische Stabilität beizubehalten oder sogar zu verbessern.
Voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Luftleitvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Luftleitvorrichtung und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren für die Herstellung eines Mehrkomponentenbauteils eines Fahrzeugs vorgesehen. Dabei handelt es sich insbesondere um die Herstellung eines Unterbodens eines Fahrzeugs. Ein solches Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

- Einsetzen wenigstens einer Luftleitvorrichtung mit zumindest einem Luftleitabschnitt und wenigstens einem Kontaktabschnitt in einen Halteabschnitt einer Kavität einer Werkzeugvorrichtung,
- Erwärmen eines Verbundbauteils mit wenigstens einem Gegen-Kontaktabschnitt für einen Pressvorgang auf eine Schmelztemperatur wenigstens einer Werkstoffkomponente des Verbundbauteils,
- Erwärmen des wenigstens einen Kontaktabschnitts der wenigstens einen Luftleitvorrichtung auf eine Schmelztemperatur wenigstens einer Werkstoffkomponente des Kontaktabschnitts der Luftleitvorrichtung,
- Einsetzen des erwärmten Verbundbauteils in die Kavität der Werkzeugvorrichtung,
- Pressen des erwärmten Verbundbauteils in eine Bauteilgeometrie unter gleichzeitiger Ausbildung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem wenigstens einen Gegen-Kontaktabschnitt des Verbundbauteils und dem Kontaktabschnitt der Luftleitvorrichtung.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren verbindet also sowohl das Herstellen und Verpressen bzw. Umformen des Verbundbauteils mit der Verbindung der Luftleitvorrichtung. Dies führt dazu, dass zumindest ein Montageschritt, nämlich die Befestigung zwischen der Luftleitvorrichtung einerseits und dem Verbundbauteil andererseits vermieden werden kann. Damit können Herstellkosten und zusätzliches Gewicht durch den Entfall der Verbindungsbauteile reduziert werden.
Erfindungsgemäß wird also nun eine Kombination von zumindest zwei Bauteilen durchgeführt. Zum einen wird ein Verbundbauteil zur Verfügung gestellt, welches insbesondere als sogenanntes LWRT-Bauteil bzw. als LWRT-Preform ausgebildet ist. Ein solches Verbundbauteil bzw. ein solcher LWRT- Preform wird erwärmt, um im erwärmten Zustand eine Temperatur aufzuweisen, dass ein Matrixmaterial innerhalb des Verbundbauteils in einem aufgeschmolzenen Zustand in einer Temperatur überhalb der Schmelztemperatur dieses Werkstoffs vorliegt. Da in einem solchen Zustand das Verbundbauteil insbesondere einen flexiblen Zustand aufweist, kann zu diesem Zeitpunkt des Erwärmens das Verbundbauteil in einem Spannrahmen eingespannt sein. Darüber hinaus befinden sich in einer Kavität nun die Luftleitvorrichtungen eingesetzt in zugehörige Halteabschnitte. Die Luftleitvorrichtungen sind mit Kontaktabschnitten ausgestattet, welche für eine Verbindbarkeit mit dem Verbundbauteil ausgelegt sind. Um diese Verbindung in stoffschlüssiger Weise zur Verfügung stellen zu können, werden nun die Kontaktabschnitte, insbesondere nur bzw. ausschließlich die Kontaktabschnitte der Luftleitvorrichtungen, ebenfalls erwärmt. Somit sind auch die Kontaktabschnitte der Luftleitvorrichtungen auf eine Temperatur gebracht, dass sie eine stoffschlüssige Verbindung mit dem zugehörigen Matrixmaterial des Verbundmaterials des Verbundbauteils eingehen können.
Sobald nun sowohl die erwärmten Luftleitvorrichtungen als auch das erwärmte Verbundbauteil in die Kavität eingesetzt worden sind, kann das Verpressen stattfinden. Während des Verpressens werden automatisch zwei Funktionen gleichzeitig erfüllt. Zum einen wird in bekannter Weise innerhalb der Kavität aus einem flachen Verbundbauteil die gewünschte dreidimensionale Form gepresst bzw. umgeformt. Bevorzugt findet zu diesem Zeitpunkt auch ein Abkühlprozess statt, um zu einem Erstarren des Matrixmaterials bzw. des Matrixwerkstoffs im Verbundbauteil zu führen. Gleichzeitig wird bei dem Verpressen bzw. dem Umformen jedoch auch eine Presskraft ausgeübt auf die Kontaktabschnitte der Luftleitvorrichtungen über die Gegen-Kontaktabschnitte des Verbundbauteils. Dazu ist das zugehörige Werkzeug vorzugsweise so ausgebildet, dass an den Kontaktabschnitten des Verbundbauteils vollständig konsolidiert wird, so dass eine Presskraft auf die Kontaktabschnitte wirkt. Durch die erhöhte Presskraft zwischen den Kontaktabschnitten und den Gegen-Kontaktabschnitten sowie die vorhergegangene Erwärmung dieser beiden Werkstoffe findet eine stoffschlüssige Verbindung und sozusagen ein Pressschweißen in diesen Kontaktabschnitten statt. Auch hier kann vorzugsweise eine zusätzliche Kühlung bereits während des Pressvorgangs bzw. dem Umformvorgang oder im Anschluss an den Pressvorgang bzw. den Umformvorgang durchgeführt werden. Sobald der Pressvorgang abgeschlossen ist, wird die Werkzeugvorrichtung geöffnet und es kann ein Mehrkomponentenbauteil aus der Kavität entnommen werden, bei welchem die einzelnen Luftleitvorrichtungen bereits fest stoffschlüssig verbunden mit dem Verbundbauteil ausgebildet sind. Wie aus diesem Schritt zu entnehmen ist, entfallen zusätzliche Schritte für eine Montage der Luftleitvorrichtungen. Auch werden keine zusätzlichen Befestigungsmittel in Form von Nieten oder Schrauben notwendig, um eine solche Befestigung durchzuführen. Neben einer Reduktion der Herstellkosten wird die Herstellung beschleunigt und gleichzeitig ein Mehrkomponentenbauteil möglich, welches ein geringeres Gewicht bei gleicher oder sogar verbesserter Stabilität aufweist.
Die entsprechenden Werkstoffe in den Bauteilen können zum Beispiel Kunststoffe sein. So kann beispielsweise in dem Verbundbauteil der aufzuschmelzende Werkstoff ein Polypropylen sein. Im Kontaktabschnitt des Luftleitabschnittes ist eine gleiche, aber auch eine andere Komponente als Werkstoff einsetzbar. Als Beispiel sei hier TPE genannt. Selbstverständlich können auch andere Werkstoffkombinationen für ein erfindungsgemäßes Verfahren einsetzbar sein.
Ein Vorteil ist erzielbar, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren das Erwärmen des Verbundbauteils und/oder das Erwärmen des wenigstens einen Kontaktabschnitts der Luftleitvorrichtung mittels Wärmestrahlung durchgeführt wird. Mit anderen Worten wird eine kontaktlose Wärmeübertragung zur Verfügung gestellt, um den Wärmeeintrag in dem Verbundbauteil und/oder in dem Kontaktabschnitt der Luftleitvorrichtung zu gewährleisten. Zum Beispiel können Infrarotstrahler als Übertragungsmöglichkeit für Wärmestrahlung zur Verfügung gestellt werden. Die kontaktlose Übertragung der Wärme durch Wärmestrahlung ist besonders kostengünstig und einfach. Darüber hinaus ist durch die mangelnde Kontaktierung ein Einsatz für unterschiedlichste Geometrien möglich. So können die Wärmestrahler angeordnet werden, unabhängig davon, welche tatsächliche Geometrie der jeweilige Kontaktabschnitt und/oder das Verbundbauteil in ihrem zu bestrahlenden Zustand aufweisen. Damit kann ein flexiblerer Einsatz auch für unterschiedliche Geometrien in ein und derselben Werkzeugvorrichtung erzielbar sein. Zudem können die Wärmestrahler unterschiedliche Wärmeenergie eintragen. Dies erhöht die Flexibilität zur weiteren Optimierung des Schweißprozesses.
Vorteilhaft ist es ebenfalls, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zwischen dem wenigstens einen Kontaktabschnitt der Luftleitvorrichtung und dem wenigstens einen Gegen-Kontaktabschnitt des Verbundbauteils eine vollständige oder im Wesentlichen vollständige formschlüssige Verbindung ausgebildet wird. Grundsätzlich ist bei einem erfindungsgemäßen Verfahren eine stoffschlüssige Verbindung in Teilabschnitten des Kontaktabschnitts möglich bzw. ausreichend. Um jedoch eine möglichst maximierte mechanische Stabilität zu gewährleisten, wird die stoffschlüssige Verbindung vollständig oder im Wesentlichen vollständig ausgebildet. Das bedeutet, dass während der Schritte des Erwärmens die Kontaktabschnitte und die Gegen-Kontaktabschnitte im Wesentlichen vollständig aufgeheizt werden, um in allen Bereichen die Schmelztemperatur der zugehörigen Werkstoffkomponenten zu überschreiten. Beim Verpressen wird vorzugsweise über den gesamten Kontaktabschnitt und den gesamten Gegen-Kontaktabschnitt eine konstante und insbesondere kontinuierliche Presskraft aufgebracht, um auch ein vollständiges Kontaktieren und Verschweißen für das Erzeugen der stoffschlüssigen Verbindung auf der gesamten Breite der Kontaktabschnitte zur Verfügung stellen zu können. Die Schweißverbindung wird damit noch weiter gesichert und darüber hinaus können unerwünschte Lufteinschlüsse innerhalb dieser Schweißverbindung vermieden bzw. reduziert werden.
Vorteilhaft ist es darüber hinaus, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren für den Schritt des Erwärmens des wenigstens einen Kontaktabschnitts der Luftleitvorrichtung weitere Abschnitte der Luftleitvorrichtung, insbesondere der Luftleitabschnitt, thermisch gegen die Erwärmung isoliert werden. Während der thermischen Erwärmung, insbesondere durch Wärmestrahlung, wird ein Matrixwerkstoff bzw. eine Werkstoffkomponente des Kontaktabschnitts der Luftleitvorrichtung soweit aufgeheizt, dass eine Schmelztemperatur dieser Werkstoffkomponente überschritten wird. Grundsätzlich kann die Luftleitvorrichtung aus einer einzigen Materialmischung oder auch aus mehreren unterschiedlichen Materialmischungen zusammengesetzt sein. Ist jedoch der Luftleitabschnitt aus der gleichen Materialmischung ausgebildet, wie dies auch für den Kontaktabschnitt gilt, so würde eine Erwärmung möglicherweise zu einem Verlust der Stabilität des Luftleitabschnittes während des Pressvorgangs führen. Um unerwünschte Verformungen zu vermeiden, kann durch die thermische Isolation des Luftleitabschnitts oder anderer Abschnitte der Luftleitvorrichtung, welche separat von dem jeweiligen Kontaktabschnitt ausgebildet sind, ein gezieltes Erwärmen ausschließlich in den gewünschten Bereichen erfolgen. Mit anderen Worten bleiben Werkstoffkomponenten in anderen Abschnitten der Luftleitvorrichtung im Wesentlichen unbeeinflusst von der Wärmestrahlung durch diese thermische Isolierung, so dass die entsprechende Werkstoffkomponente in diesen anderen Abschnitten auch nicht die Schmelztemperatur überschreitet. Mit anderen Worten bleibt die mechanische Stabilität trotz der Erwärmung der Kontaktabschnitte in weiteren Abschnitten der Luftleitvorrichtung erhalten oder im Wesentlichen erhalten.
Vorteilhaft kann es weiter sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren die Luftleitvorrichtung mit dem zumindest einen Luftleitabschnitt in den Halteabschnitt der Kavität eingesetzt wird. Der Halteabschnitt ist dabei vorzugsweise für ein formschlüssiges Aufnehmen des Luftleitabschnittes ausgebildet. Somit dient der Halteabschnitt dazu, eine mechanische Unterstützung zur Verfügung zu stellen und damit die Kraftabtragung während des Pressvorgangs zu gewährleisten. Darüber hinaus kann durch den entsprechenden Halteabschnitt auch eine Zentrierung zur Verfügung gestellt werden, so dass eine exakte Positionierung der jeweiligen Luftleitvorrichtung relativ zur dreidimensionalen Form des zu erzeugenden Mehrkomponentenbauteils zur Verfügung gestellt wird. Die mechanische Stabilisierung vermeidet dabei insbesondere ein unerwünschtes Umknicken des Luftleitabschnittes während des Pressvorgangs. Die Vertiefung innerhalb des Halteabschnitts kann dabei vorzugsweise so groß sein, dass unterschiedlich lange Luftleitabschnitte hineinpassen. Damit wird die Flexibilität des Einsatzes der Werkzeugvorrichtung deutlich erhöht. Somit können für unterschiedliche Fahrzeuge unterschiedlich große Luftleitabschnitte mit entsprechenden Luftleitflächen zur Verfügung gestellt werden. Werden beispielsweise Sportfahrzeuge für hohe Geschwindigkeiten und aerodynamische Abtriebe ausgelegt, so kann der entsprechende Unterboden als Mehrkomponentenbauteil mit entsprechend langen Luftleitabschnitten versehen werden. Handelt es sich dagegen um ein durchschnittliches Fahrzeug, so wird nur eine kleinere Luftleitfläche für den Luftleitabschnitt notwendig sein. Diese kürzere Erstreckung des Luftleitabschnitts passt nun auch in die grundsätzlich tief ausgebildeten Halteabschnitte der Kavität, so dass ein und dieselbe Werkzeugvorrichtung auch für die Fertigung eines solchen Mehrkomponentenbauteils eingesetzt werden kann.
Selbstverständlich kann der Halteabschnitt auch eine thermische Isolierung aufweisen, wie sie im voranstehenden Absatz näher erläutert worden ist.
Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Luftleitvorrichtung für den Einsatz in einem erfindungsgemäßen Verfahren, aufweisend einen Grundkörper mit zumindest einem Luftleitabschnitt und wenigstens einem Kontaktabschnitt. Der Kontaktabschnitt ist zum Kontaktieren eines Gegen-Kontaktabschnitts eines Verbundbauteils ausgebildet. Dabei weist der Kontaktabschnitt wenigstens eine Werkstoffkomponente für ein stoffschlüssiges Verbinden mit einer Werkstoffkomponente des Gegen-Kontaktabschnitts des Verbundbauteils auf. Bereits hier sei darauf hingewiesen, dass sowohl das Verbundbauteil als auch die Luftleitvorrichtung eine einzige Materialmischung oder eine Kombination unterschiedlicher Materialmischungen aufweisen kann. Selbstverständlich kann je nach Einsatzsituation sowohl die eine als auch die andere Weise bzw. die beliebige Kombination Vorteile mit sich bringen. Das Verbundbauteil ist dabei vorzugsweise ein mehrfach bereits erläutertes LWRT-Bauteil. Die Luftleitvorrichtung selbst kann zum Beispiel einen T-förmigen Querschnitt aufweisen, so dass sich der Kontaktabschnitt quer und insbesondere senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zum Luftleitabschnitt erstreckt. Bevorzugt ist der Grundkörper im Wesentlichen ausschließlich aus dem wenigstens einen Kontaktabschnitt und dem Luftleitabschnitt ausgebildet, um zusätzliches Gewicht und zusätzlichen Bauraum zu vermeiden. Damit bringt eine erfindungsgemäße Luftleitvorrichtung die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren erläutert worden sind. Durch das Fehlen zusätzlicher Befestigungsmittel wird zudem der notwendige Bauraum reduziert.
Es ist von Vorteil, wenn bei einer erfindungsgemäßen Luftleitvorrichtung der wenigstens eine Kontaktabschnitt zumindest abschnittsweise eine Oberflächenvergrößerung, insbesondere in Form von Oberflächenerhöhungen, aufweist. So können beispielsweise aufgesetzte Rippen mit dreieckigem oder anderem Querschnitt vorgesehen sein, um eine erhöhte Oberfläche für den Kontaktabschnitt zur Verfügung zu stellen. Zum einen führt die erhöhte Oberfläche dazu, dass der Eintrag von Wärme verbessert wird. Der Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens für das Erwärmen des Kontaktabschnitts wird durch die Oberflächenvergrößerungen beschleunigt, da in gleicher Zeitspanne eine größere Wärmemenge eingetragen werden kann. Darüber hinaus erhöht sich die aktive Kontaktfläche für den nachfolgenden Pressvorgang, um das Verschweißen in eine stoffschlüssige Verbindung möglichst schnell und vorteilhaft zu erzielen. Darüber hinaus ist eine Leitfunktion durch die Oberflächenvergrößerung vorgebbar. So können die Oberflächenerhöhungen zum Beispiel kanalartig ausgebildet sein, um Lufteinschlüsse, welche während des Pressvorgangs entstehen könnten, aus dem Verbindungsabschnitt zwischen dem Kontaktabschnitt und dem Gegen-Kontaktabschnitt herauszuleiten bzw. herauszupressen. Nicht zuletzt ist durch die Oberflächenvergrößerung in Form einer Rippenstruktur eine lokale Druckerhöhung erzielbar, welche während des Pressvorgangs zu einem verbesserten Stoffschluss führt.
Von Vorteil ist es darüber hinaus, wenn bei einer erfindungsgemäßen Luftleitvorrichtung der wenigstens eine Kontaktabschnitt auf einer vom zumindest einen Luftleitabschnitt abgewandten Seite des Grundkörpers angeordnet ist und insbesondere eine mit dem wenigstens einen Luftleitabschnitt korrelierende Vertiefung aufweist. Diese Vertiefung verläuft also vorzugsweise auf der Rückseite des Grundkörpers entlang der geometrischen Erstreckung des Luftleitabschnitts. Diese Vertiefung kann auch als Sicke auf dieser Rückseite ausgebildet sein. Während des Verpressens wird durch diese Oberflächenreduktion bzw. diese Werkstoffreduktion ein unerwünschtes Verformen beim Verpressen für den Luftleitabschnitt vermieden. Auch kann diese korrelierende Vertiefung ebenfalls zum Ableiten von Luft während des Pressvorgangs verwendet werden. Nicht zuletzt wird die reduzierte Wandstärke im Bereich dieser Vertiefung zu einer reduzierten Kühlzeit führen, was sich wiederum positiv auf die gesamte Fertigungszeit auswirkt.
Darüber hinaus von Vorteil ist es, wenn bei einer erfindungsgemäßen Luftleitvorrichtung der wenigstens eine Kontaktabschnitt einen ersten Teil-Kontaktabschnitt und einen zweiten Teil-Kontaktabschnitt aufweist, wobei der erste Teil-Kontaktabschnitt bezogen auf den zumindest einen Luftleitabschnitt auf der Druckseite angeordnet ist und eine geringere Breitenerstreckung vom zumindest einen Luftleitabschnitt aus aufweist, als der zweite Teil-Kontaktabschnitt, welcher auf der Unterdruckseite bezogen auf den zumindest einen Luftleitabschnitt angeordnet ist. Sobald sich das Mehrkomponentenbauteil in der am Fahrzeug befestigten Position befindet, hat das Fahrzeug eine definierte Vorwärtsfahrtrichtung. Während dieser Bewegung in diese Vorwärtsfahrtrichtung wird der Luftleitabschnitt von einer entsprechenden Luftströmung angeströmt. Die Anströmseite wird die Druckseite genannt, während die auf der gegenüberliegenden Seite angeordnete Unterdruckseite mit einem geringeren Druck beaufschlagt ist. Dadurch, dass nun im Einsatz der Luftleitabschnitt in einer definierten Weise von einer Luftströmung angeströmt wird, können die sich einstellenden Kraftverhältnisse im Einsatz grundsätzlich vorhergesehen werden. Wenn insbesondere ein im Wesentlichen T-förmiger Querschnitt vorgesehen ist, führt dies dazu, dass auf den ersten Teil-Kontaktabschnitt eine Zugkraft wirkt, während auf den zweiten Teil-Kontaktabschnitt eine Druckkraft für die Übertragung auf das Verbundbauteil einwirkt. Um nun die stoffschlüssige Verbindung in vorteilhafter Weise zu belasten, wird eine asymmetrische Verschiebung der Kraftverteilung erzielt, indem sich die Breitenerstreckungen asymmetrisch ausbilden lassen. Damit wird der Anteil der Kraft, welcher über Druck in das Verbundbauteil von der Luftleitvorrichtung übertragen wird, erhöht, während durch die geringere Breitenerstreckung die Übertragung von Zugkräften von dem ersten Teil-Kontaktabschnitt deutlich reduziert wird. Bei gleicher mechanischer Stabilität und gleicher Größe des gesamten Mehrkomponentenbauteils führt dies zu einer erhöhten Standzeit und insbesondere zu einer erhöhten Belastbarkeit beim Einsatz in einem entsprechenden Fahrzeug.
Darüber hinaus von Vorteil ist es, wenn bei einer erfindungsgemäßen Luftleitvorrichtung der zumindest eine Luftleitabschnitt wenigstens abschnittsweise ein anderes Material aufweist, als der wenigstens eine Kontaktabschnitt. Eine solche Luftleitvorrichtung kann auch als Zweikomponentenluftleitvorrichtung bzw. Zweikomponentenspoiler bezeichnet werden. Insbesondere ist dabei nur der Kontaktabschnitt auf die gewünschte stoffschlüssige Verbindung vorbereitet, während der Luftleitabschnitt andere Materialkomponenten aufweisen kann. Bevorzugt kann auf diese Weise eine gewisse Grundflexibilität in dem Luftleitabschnitt ausgebildet werden, so dass beim Einsatz der Luftleitvorrichtung am Unterboden des Fahrzeugs ein hartes Aufsetzen nicht zu einer dauerhaften Beschädigung der Luftleitvorrichtung führt, sondern vielmehr elastische Rückstellkräfte den Luftleitabschnitt durch die entsprechende Materialauswahl wieder in die gewünschte Position zurückbringen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen schematisch:

1 ein erster Schritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 ein weiterer Schritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 ein weiterer Schritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
4 ein weiterer Schritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
5 ein weiterer Schritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
6 ein weiterer Schritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
7 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Luftleitvorrichtung,
8 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Luftleitvorrichtung,
9 die Ausführungsform der 8 in anderer Darstellung,
10 eine Darstellung einer Werkzeugvorrichtung für den Einsatz in einem erfindungsgemäßen Verfahren,
11 eine andere Luftleitvorrichtung und
12 eine andere Luftleitvorrichtung.

Anhand der 1 bis 6 wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert. Dabei ist insbesondere noch darauf hinzuweisen, dass grundsätzlich die Schritte des Erwärmens des Verbundbauteils 100 bzw. der Kontaktabschnitte 40 der Luftleitvorrichtung 10 parallel oder in beliebiger Reihenfolge ausführbar sind. Entscheidend ist, dass beim Zusammenführen in der Werkzeugvorrichtung beide Bauteile, also das Verbundbauteil 100 und die Kontaktabschnitte 40 der Luftleitvorrichtung 10 die gewünschte Temperatur über der Schmelztemperatur der jeweiligen Werkstoffkomponente aufweisen.
In 1 wird das Verbundbauteil 100, zum Beispiel als LWRT-Preform, in einem Spannrahmen 320 zur Verfügung gestellt. Das Verbundbauteil 100 ist hier bereits mit Kontaktabschnitten 140 versehen, welche in den entsprechenden Grundkörper des Verbundbauteils 100 übergehen. Der optionale Spannrahmen 320 dient zum Halten, insbesondere wenn mithilfe der Heizvorrichtung 330 über Infrarotstrahler das Verbundbauteil 100 auf eine Temperatur gebracht wird, welche oberhalb der Schmelztemperatur des Matrixmaterials des Verbundbauteils 100 liegt. Zu diesem Zeitpunkt ist also das Verbundbauteil 100 soweit aufgeheizt, dass das Matrixmaterial geschmolzen und damit das Verbundbauteil 100 im Wesentlichen flexibel ausgebildet ist.
Vorher, nachher oder zeitlich parallel erfolgt das Einsetzen der Luftleitvorrichtungen 10, wie es in 3 gezeigt ist. Mit ihren Luftleitabschnitten 30 werden die Grundkörper 20 der Luftleitvorrichtungen 10 in zugehörige Halteabschnitte 312 der Kavität 310 der Werkzeugvorrichtung 300 eingesetzt. Den eingesetzten Zustand zeigt die 4. In diesem Zustand ist eine mechanische Stabilisierung der Luftleitabschnitte 30 durch die formschlüssige Aufnahme in den Halteabschnitten 312 gegeben. Gleichzeitig dient die Kavität 310 durch ihren Formschluss um die Luftleitabschnitte 30 zu einer thermischen Isolation bzw. zur Ableitung der Wärme in das Werkzeug, so dass durch die Heizvorrichtung 330 auch hier mittels Wärmestrahlung nur die Kontaktabschnitte 40 und nicht oder nur zu einem geringeren Teil die Luftleitabschnitte 30 auf die entsprechende Temperatur gebracht werden. Sobald die Kontaktabschnitte 40 ebenfalls eine Temperatur erreicht haben, welche oberhalb der Schmelztemperatur eines Matrixmaterials in diesen Kontaktabschnitten 40 liegt, kann gemäß 5 nun das bereits aufgeheizte Verbundbauteil 100 mit dem Spannrahmen 320 in die Kavität 310 eingebracht werden. Die Kavität 310 wird mittels der Werkzeugvorrichtung 300 mit einem Stempel von oben verschlossen bzw. aufgedrückt, wie es die 5 zeigt. Sobald die Kavität 310 vollständig geschlossen wird, befinden sich also die Kontaktabschnitte 40 der beiden Luftleitvorrichtungen 10 nun in direkter Kontaktierung mit den zugehörigen Gegen-Kontaktabschnitten 140 des Verbundbauteils 100. Während durch die dreidimensionale Ausformung der Kavität 310 zum einen ein Verpressen und ein Ausbilden dieser dreidimensionalen Struktur für das Verbundbauteil 100 zur Verfügung gestellt wird, erfolgt gleichzeitig ein Verschweißen und damit stoffschlüssiges Verbinden der erwärmten Kontaktabschnitte 40 und der erwärmten Gegen-Kontaktabschnitte 140. Anschließend kann ein optionaler Kühlschritt durchgeführt werden, welcher zu einem Entformen eines Mehrkomponentenbauteils 200 führen kann, wie dies die 6 zeigt. Zu diesem Zeitpunkt sind also die Kontaktabschnitte 40 stoffschlüssig mit den Gegen-Kontaktabschnitten 140 verbunden und ein Mehrkomponentenbauteil 200 wurde hier aus einem Verbundbauteil 100 und zwei Luftleitvorrichtungen 10 hergestellt.
7 zeigt eine Möglichkeit, eine Luftleitvorrichtung 10 zur Verfügung zu stellen. Ein hier im Wesentlichen T-förmiger Querschnitt weist einen Grundkörper 20 auf, welcher mit einem nach unten sich erstreckenden Luftleitabschnitt 30 ausgestattet ist. In einer Quererstreckung ist ein Kontaktabschnitt 40 hier zweiteilig ausgebildet. Ein erster Teil-Kontaktabschnitt 40a mit einer geringeren Breitenerstreckung B erstreckt sich nach links auf der Druckseite D der Luftleitvorrichtung 10. Ein zweiter Teil-Kontaktabschnitt 40b mit einer größeren Breitenerstreckung B befindet sich auf der Unterdruckseite U des Luftleitabschnitts 30. Insbesondere in Korrelation zu 8 ist hier zu erkennen, dass auf der Druckseite D eine Anströmung mit einer Luftströmung erfolgt. Sobald dies der Fall ist, wird die zugehörige Kraft aus dieser Luftströmung nun über Zugkräfte aus dem Grundkörper 20 in das Verbundbauteil 100 über den ersten Teil-Kontaktabschnitt 40a und über Druckkräfte über den zweiten Teil-Kontaktabschnitt 40b übertragen. Dadurch, dass nun die Breitenerstreckung B auf der Druckseite D für den ersten Teil-Kontaktabschnitt 40a im Vergleich zu dem zweiten Teil-Kontaktabschnitt 40b reduziert wurde, reduziert sich der Hebelarm auf dieser Seite, so dass der Anteil der zu übertragenden Zugkräfte reduziert und der Anteil der zu übertragenden Druckkräfte erhöht wird. Diese asymmetrische Verteilung der Druckeinleitung führt zu einer Erhöhung der mechanischen Stabilität durch die Belastung einer Luftströmung.
Wie ebenfalls der 7 zu entnehmen ist, sind auf der Oberseite des Kontaktabschnitts 40 Oberflächenerhöhungen 42, hier als im Wesentlichen rippenförmige Ausgestaltungen mit dreieckigem Querschnitt, vorgesehen. Diese führen zu lokaler Druckerhöhung während des Pressvorgangs und gleichzeitig zu einem verbesserten Wärmeeintrag während der Erwärmung des Kontaktabschnitts 40. Die ebenfalls in 7 zu erkennende rückseitige Vertiefung 44, welche hier als Sicke ausgebildet ist, führt zu einer Reduktion der Materialbeanspruchung während des Pressvorgangs, wie auch später im Einsatz der Luftleitvorrichtung 10.
9 zeigt noch, wie der Anfang einer solchen Luftleitvorrichtung 10 mit einem entsprechend dreieckigen Ausschnitt angeordnet bzw. ausgebildet sein kann. Auch hier ist noch einmal zu erkennen, wie sich die Druckseite D und die Unterdruckseite U mit Bezug auf den Kontaktabschnitt 40 voneinander unterscheiden. Die 10 bis 12 zeigen, wie eine Werkzeugvorrichtung 300 flexibel für unterschiedliche Mehrkomponentenbauteile 200 eingesetzt werden kann. So sind hier die Halteabschnitte 312 so tief ausgebildet, dass nicht nur die normalen Luftleitvorrichtungen 10 eingesetzt werden können, wie sie in 10 wie auch in 3 bis 6 dargestellt sind, sondern auch besonders lange Luftleitabschnitte 30 anderer Luftleitvorrichtungen 10, wie sie zum Beispiel die 11 zeigt. Werden Fahrzeuge mit geringerer Luftleitfunktionalität gewünscht, können in die gleichen tiefen Halteabschnitte 312 auch kleine Luftleitabschnitte 30 von entsprechenden Luftleitvorrichtungen 10 gemäß 12 eingesetzt werden. Die erhöhte Flexibilität führt dazu, dass die gleiche Werkzeugvorrichtung 300 für unterschiedlichste gewünschte Mehrkomponentenbauteile 200 eingesetzt werden kann.
Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Dabei können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Claims

Verfahren für die Herstellung eines Mehrkomponentenbauteils (200) eines Fahrzeugs, insbesondere für den Unterboden eines Fahrzeugs, aufweisend die folgenden Schritte: - Einsetzen wenigstens einer Luftleitvorrichtung (10) mit zumindest einem Luftleitabschnitt (30) und wenigstens einem Kontaktabschnitt (40) in einen Halteabschnitt (312) einer Kavität (310) einer Werkzeugvorrichtung (300), - Erwärmen eines Verbundbauteils (100) mit wenigstens einem Gegen-Kontaktabschnitt (140) für einen Pressvorgang auf eine Schmelztemperatur wenigstens einer Werkstoffkomponente des Verbundbauteils (100), - Erwärmen des wenigstens einen Kontaktabschnitts (40) der wenigstens einen Luftleitvorrichtung (10) auf eine Schmelztemperatur wenigstens einer Werkstoffkomponente des Kontaktabschnitts (40) der Luftleitvorrichtung (10), - Einsetzen des erwärmten Verbundbauteils (100) in die Kavität (310) der Werkzeugvorrichtung (300), - Pressen des erwärmten Verbundbauteils (100) in eine Bauteilgeometrie unter gleichzeitiger Ausbildung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem wenigstens einen Gegen-Kontaktabschnitt (140) des Verbundbauteils (100) und dem Kontaktabschnitt (40) der Luftleitvorrichtung (10).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Erwärmen des Verbundbauteils (100) und/oder das Erwärmen des wenigstens einen Kontaktabschnitts (40) der Luftleitvorrichtung (10) mittels Wärmestrahlung durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem wenigstens einen Kontaktabschnitt (40) der Luftleitvorrichtung (10) und dem wenigstens einen Gegen-Kontaktabschnitt (140) des Verbundbauteils (100) eine vollständige oder im Wesentlichen vollständige formschlüssige Verbindung ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Schritt des Erwärmens des wenigstens einen Kontaktabschnitts (40) der Luftleitvorrichtung (10) weitere Abschnitte der Luftleitvorrichtung (10), insbesondere der Luftleitabschnitt (30) thermisch gegen die Erwärmung isoliert werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftleitvorrichtung (10) mit dem zumindest einen Luftleitabschnitt (30) in den Halteabschnitt (312) der Kavität (310) eingesetzt wird.
Luftleitvorrichtung (10) für den Einsatz in einem Verfahren mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 5, aufweisend einen Grundkörper (20) mit zumindest einem Luftleitabschnitt (30) und wenigstens einem Kontaktabschnitt (40) zum Kontaktieren eines Gegen-Kontaktabschnitts (140) eines Verbundbauteils (100), wobei der Kontaktabschnitt (40) wenigstens eine Werkstoffkomponente aufweist für ein stoffschlüssiges Verbinden mit einer Werkstoffkomponente des Gegen-Kontaktabschnitts (140) des Verbundbauteils (100).
Luftleitvorrichtung (10) nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Kontaktabschnitt (40) zumindest abschnittsweise eine Oberflächenvergrößerung (42), insbesondere in Form von Oberflächenerhöhungen, aufweist.
Luftleitvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Kontaktabschnitt (40) auf einer vom zumindest einen Luftleitabschnitt (30) abgewandten Seite des Grundkörpers (20) angeordnet ist und insbesondere eine mit dem wenigstens einen Luftleitabschnitt (30) korrelierende Vertiefung (44) aufweist.
Luftleitvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Kontaktabschnitt (40) einen ersten Teil-Kontaktabschnitt (40a) und einen zweiten Teil-Kontaktabschnitt (40b) aufweist, wobei der erste Teil-Kontaktabschnitt (40a) bezogen auf den zumindest einen Luftleitabschnitt (30) auf der Druckseite (D) angeordnet ist und eine geringere Breitenerstreckung (B) vom zumindest einen Luftleitabschnitt (30) aus aufweist, als der zweite Teil-Kontaktabschnitt (40b), welcher auf der Unterdruckseite (U) bezogen auf den zumindest einen Luftleitabschnitt (30) angeordnet ist.
Luftleitvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Luftleitabschnitt (30) wenigstens abschnittsweise ein anderes Material aufweist, als der wenigstens eine Kontaktabschnitt (40).