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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kernelement zum Herstellen von Hohlprofilen aus Faserverbundkunststoff. Insbesondere handelt es sich dabei um eine Verstärkung eines Dachrahmens eines Fahrzeugs.
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Aus dem Stand der Technik ist bekannt, einen Dachrahmen eines Fahrzeugs mittels eines Hohlprofils aus Kohlenstofffaserverbundmaterial zu verstärken. Die Fertigung des Hohlprofils bedingt ein Kernelement, dass nach dem Fertigen des Hohlprofils, das bedeutet nach dem Aushärten des Kohlenstofffaserverbundmaterials, entfernt werden kann.
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Dachrahmen eines Fahrzeugs benötigen allerdings zur Verstärkung Hohlprofile, die sich über eine Länge von mehreren Metern erstrecken. Somit muss eine Fertigung eines entsprechen langen Hohlprofils erfolgen, was entsprechend lange Kernelemente benötigt. Solche Kernelemente sind jedoch aufwändig und teuer herzustellen.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Kernelement bereitzustellen, mittels dem Hohlprofile aus Faserverbundkunststoff hergestellt werden können, und das selbst einfach und aufwandsarm herstellbar ist.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs. Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
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Die Aufgabe wird somit gelöst durch ein Kernelement zum Herstellen von Hohlprofilen aus Faserverbundwerkstoffen, das einen Hohlkörper umfasst. Der Hohlkörper umschließt ein Innenvolumen, wobei das Innenvolumen mit einem Fluid befüllbar und dadurch der Hohlkörper mit einem Innendruck beaufschlagbar ist. Auf diese Weise ist ermöglicht, das Hohlprofil zu fertigen, da das Kernelement, insbesondere während des Aushärtens des Faserverbundkunststoffs des Hohlprofils, ein Gegendruck auf das Hohlprofil ausübt. Somit ist sichergestellt, dass das Hohlprofil eine gewünschte Form und insbesondere in gewünschtes Innenvolumen aufweist. Nach dem Fertigen des Hohlprofils muss das Kernelement aus dem Hohlprofil entfernt werden. Dies wird dadurch erreicht, dass das Fluid aus dem Hohlkörper des Kernelements entfernt wird. Insbesondere ist außerdem der Hohlkörper durch Einbringen eines Vakuums in das Innenvolumen des Hohlkörpers verformbar, um so das Entfernen des Kernelements aus dem Hohlprofil zu erleichtern. Um Hohlprofile mit großer Länge zu erzeugen, werden lange Kernelemente benötigt. Unter Länge wird dabei insbesondere eine größte Abmessung des Hohlprofils angesehen. Um zu vermeiden, dass solche langen Kernelemente aufwändig produziert werden müssen, weist der Hohlkörper des Kernelements zumindest zwei separate aber miteinander verbundene Teilelemente auf. Diese Teilelemente können insbesondere separat voneinander gefertigt werden, was aufgrund der verkürzten Länge der einzelnen Teilelemente vereinfacht ist. Die Teilelemente weisen insbesondere Teile der Gesamtlänge des Kernelements auf, wobei nach dem Zusammensetzten der Teilelemente die gesamte Länge des Kernelements erreicht ist. Somit ist weiterhin ermöglicht, Hohlprofile mit großen Längen zu fertigen, wobei gleichzeitig Aufwand und Kosten zur Herstellung des dafür benötigten Kernelements aufgrund der Teilelemente minimiert sind.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Teilelemente formschlüssig und/oder stoffschlüssig und/oder reibschlüssig verbunden sind. Somit ist sichergestellt, dass das Kernelement als Einheit verwendbar ist und bei der Herstellung des Hohlprofils mittels des Kernelements keine Unterschiede im Vergleich zu einem einstückig herstellten Kernelement auftreten. Insbesondere das Entfernen des Kernelements aus dem hergestellten Hohlprofil ist analog zu herkömmlichen Kernelementen ermöglicht.
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Die Teilelemente sind vorteilhafterweise mittels einer Schweißverbindung verbunden. Durch die Schweißverbindung sind die Teilelemente einfach und aufwandsarm verbindbar. Gleichzeitig ist ein sicherer Halt der Teilelemente aneinander sichergestellt. Die zusammengefügten Teilelemente können wie ein einstückig hergestellter Hohlkörper als Kernelement verwendet werden.
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Besonders vorteilhaft ist die Schweißverbindung mittels Spiegelschweißen hergestellt. Da die Teilelemente insbesondere aus einem Kunststoff hergestellt sind, ist ein Spiegelschweißverfahren einfach und aufwandsarm durchführbar und führt zu einer zuverlässigen Verbindung.
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Die Teilelemente weisen ein gemeinsames Innenvolumen auf. Dies bedeutet, dass durch die Verbindung der Teilelemente, insbesondere durch Verschweißen, ein Verbinden der einzelnen Innenvolumina erfolgt. Somit kann Fluid, analog zu dem einstückig hergestellten Kernelement, für alle Teilelemente gleichzeitig eingebracht werden, um somit den Hohlkörper des Kernelements mit einem Innendruck zu beaufschlagen.
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Alternativ weist jedes Teilelement bevorzugt ein Innenvolumen auf. Das Innenvolumen jedes Teilelements ist insbesondere von dem Innenvolumen eines anderen Teilelements getrennt. Die Trennung ist insbesondere vollständig ausgebildet, so dass keinerlei Fluidkommunikation zwischen den Innenvolumina der Teilelemente vorhanden ist. Soll der so hergestellte Hohlkörper mit einem Innendruck beaufschlagt werden, so wird Fluid in jedes der Teilelemente einzeln eingebracht. Zum Entfernen des Kernelements werden die einzelnen Teilelemente separat geleert.
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Der Hohlkörper des Kernelements weist vorteilhafterweise eine Außenseite auf. Die Außenseite ist zum Formen einer Innenseite des Hohlprofils ausgebildet. Dies bedeutet, dass der Faserverbundkunststoff zum Herstellen des Hohlprofils auf die Außenseite des Hohlkörpers aufgebracht wird. Dazu wird der Hohlkörper insbesondere mit einem Innendruck beaufschlagt, sodass eine vordefinierte Form der Innenseite des Hohlprofils zuverlässig gefertigt werden kann. Die Form der Innenseite ist dabei durch die Form der Außenseite des Hohlkörpers definiert. Durch unterschiedliche Ausgestaltungen der Außenseite des Hohlkörpers können somit unterschiedliche Innenseiten des Hohlprofils erreicht werden.
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Bevorzugt ist außerdem vorgesehen, dass der Hohlkörper aus einem Kunststoff, insbesondere aus einem Thermoplast, gefertigt ist. Dadurch kann der Hohlkörper einfach verformt werden, wodurch das Kernelement einfach aus einem gefertigten Hohlprofil entfernt werden kann. Außerdem ist durch Beaufschlagen des Hohlkörpers mit einem Innendruck, insbesondere durch Einbringen von Fluid in das Innenvolumen des Hohlkörpers, eine Steifigkeit des Hohlkörpers und damit des Kernelements erhöht. Somit kann das Hohlprofil mit geringen Toleranzen gefertigt werden.
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Der Hohlkörper weist eine größte Abmessung von zumindest 1,5 Metern, insbesondere von zumindest 3,5 Metern, auf. Die größte Abmessung ist insbesondere eine Länge des Hohlkörpers. Ein Querschnitt des Hohlkörpers zeigt insbesondere eine umlaufende Außenseite, die ein Innenvolumen umschließt. Somit ist das Profil des Hohlkörpers insbesondere geschlossen. Durch die Verwendung von Teilelementen, durch die die Länge des Hohlkörpers unterteilbar ist, ist eine Fertigung des Kernelements vereinfacht. Insbesondere ist vermieden, dass ein Kernelement einstückig mit oben angegebenen größten Abmessungen gefertigt werden muss, was nur mit hohem Aufwand erreicht werden kann. Somit ist ein Fertigungsaufwand des Kernelements vermindert, während gleichzeitig große Längen des Kernelements realisiert werden können.
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Besonders vorteilhaft weist jedes Teilelement eine größte Abmessung auf, die maximal der Hälfte der größten Abmessung des Hohlkörpers entspricht. Weiterhin ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Teilelemente dieselbe größte Abmessung aufweisen. Durch ein solches Design lassen sich insbesondere identische Teilelemente fertigen, die zu dem Hohlkörper verbunden werden. In jedem Fall ist eine größte Abmessung der Teilelemente maximal reduziert, sodass eine Fertigung der Teilelemente vereinfacht ist.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
- 1 eine schematische Schnittansicht eines Kernelements gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 2 eine schematische Schnittansicht eines Teils eines Kernelements gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
- 3 eine schematische Schnittansicht eines Teils eines Kernelements gemäß dem Ausführungsbeispiel oder alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung beim Fertigen eines Hohlprofils.
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1 zeigt schematisch eine Schnittansicht eines Kernelements 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Kernelement 1 umfasst einen Hohlkörper 2, der wiederum aus einem ersten Teilelement 4 und einem zweiten Teilelement 5 zusammengesetzt ist. Der Hohlkörper 2 weist ein Innenvolumen 3 auf. Dabei ist vorgesehen, dass dieses Innenvolumen 3 durch die Innenvolumina des ersten Teilelements 4 und zweiten Teilelements 5 zusammengesetzt ist.
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Durch das Zusammensetzen von erstem Teilelement 4 und zweitem Teilelement 5 ist somit ein Kernelement 1 gebildet, dass in gleicher weise verwendet werden kann wie ein Kernelement 1, das einstückig gefertigt wurde. Allerdings ist die Fertigung der Teilelemente 4, 5, aufgrund der geringeren Abmessung einfacher und kostengünstiger als die Fertigung eines einstückigen Kernelements 1 mit derselben Länge wie die zusammengesetzten Teilelemente 4, 5.
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In 1 ist eine größte Abmessung 100 des Hohlkörpers 2 gezeigt, was einer größten Abmessung des Kernelements 1 entspricht. Die größte Abmessung 100 des Hohlkörpers 2 ist eine Länge des Hohlkörpers 2. Eine größte Abmessung 200 der Teilelemente 4, 5 wird insbesondere parallel zu der größten Abmessung 100 des Hohlkörpers 2 gemessen. Dabei ist vorgesehen, dass die größten Abmessungen 200 von erstem Teilelement 4 und zweitem Teilelement 5 identisch sind und daher jeweils die Hälfte der größten Abmessung 100 des Hohlkörpers 2 aufweisen. Somit weisen die Teilelemente 4, 5 minimale Längen auf, sodass eine Fertigung erheblich vereinfacht ist.
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Die Teilelemente 4, 5 sind formschlüssig und/oder stoffschlüssig und/oder reibschlüssig miteinander verbunden. In 1 ist beispielhaft das stoffschlüssige Verbinden via Schweißnaht 7 gezeigt. Die Schweißnaht 7 entsteht insbesondere durch ein Spiegelschweißverfahren. Durch eine derartige Verbindung von erstem Teilelement 4 und zweitem Teilelement 5 kann das Kernelement 1 wie ein einstückig gefertigtes Kernelement 1 verwendet werden.
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In 1 ist ein Beispiel gezeigt, in dem das erste Teilelement 4 und das zweite Teilelement 5 ein gemeinsames Innenvolumen 3 bilden. Somit weist der Hohlkörper 2 ein durchgängiges Innenvolumen 3 auf, bei dem nicht zwischen erstem Teilelement 4 und zweitem Teilelement 5 unterscheidbar ist. 2 zeigt ein alternatives Beispiel, in dem jedes Teilelement 4, 5 ein eigenes Innenvolumen 3 aufweist. Diese Innenvolumina 3 sind vollständig voneinander getrennt, sodass der Hohlkörper 2 zwei getrennte Innenvolumina 3 aufweist.
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Das Kernelement 1, insbesondere der Hohlkörper 2, weist eine Außenseite 6 auf, die komplementär zu einer gewünschten Innenseite 9 des zu fertigenden Hohlprofils 8 ausgebildet ist. Dies ist in 3 gezeigt. Um das Hohlprofil 8 zu fertigen, wird das Innenvolumen 3 des Hohlkörpers 2 mit einem Fluid befüllt, wodurch der Hohlkörper 2 mit einem Innendruck beaufschlagt wird. Dies führt zu einer Versteifung des Hohlkörpers 2, sodass ein Fertigen des Hohlprofils 8 mit geringen Toleranzen ermöglicht ist. Zum Fertigen des Hohlprofils 8 wird Faserverbundkunststoffmaterial auf die Außenseite 6 des Kernelements 1 aufgebracht. Weist der Hohlkörper 2 mehrere getrennte Innenvolumina 3 auf, so wird jedes Innenvolumen 3 separat mit Fluid befüllt. Eine Öffnung zum Befüllen und Entleeren des Innenvolumens ist in den Figuren aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt.
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Nach dem Aushärten des Faserverbundkunststoffs ist das Kernelement 1 zu entfernen. Dazu wird das in das Innenvolumen 3 eingebrachte Fluid entfernt. Vorteilhafterweise wird das Innenvolumen 3 vollständig evakuiert. Dies führt zu einer Verformung des Hohlkörpers 2, sodass ein Entfernen des Kernelements 1 aus dem Hohlprofil 8 ermöglicht ist. Um das Verformen des Kernelements 1 zu begünstigen, ist der Hohlkörpers 2 insbesondere aus einem Kunststoff, besonders vorteilhaft aus einem Elastomer, gefertigt.
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Das Kernelement 1 kann eine größtmögliche Abmessung 100, d.h. eine Länge von zumindest 1,5 Metern, insbesondere von zumindest 3,5 Metern, aufweisen.
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Daher sind lange Hohlprofile 8 aus Faserverbundkunststoff fertigbar. Solche langen Hohlprofile 8 sind insbesondere zur Verstärkung von Dachrahmen in Fahrzeugen verwendbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kernelement
- 2
- Hohlkörper
- 3
- Innenvolumen
- 4
- erstes Teilelement
- 5
- zweites Teilelement
- 6
- Außenseite
- 7
- Schweißnaht
- 8
- Hohlprofil
- 9
- Innenseite
- 100
- größte Abmessung des Hohlkörpers
- 200
- größte Abmessung der Teilelemente
