DE102017220969A1 - Verfahren zur Herstellung eines Fahrwerksbauteils sowie Fahrwerksbauteil - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrwerksbauteils, das zumindest teilweise aus faserverstärktem Kunststoff besteht, mit den Schritten: Bereitstellen wenigstens einer Faser-Schicht eines eine Faser aufweisenden Halbzeugs, Bereitstellen wenigstens eines flächigen Elastomers, und Verbinden der Faser-Schicht und des Elastomers.Daneben betrifft die Erfindung ein Fahrwerksbauteil.Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrwerkbauteils, das teilweise aus faserverstärktem Kunststoff besteht.
  • Es ist bekannt, bei der Herstellung von Fahrwerksbauteilen faserverstärkten Kunststoff zu verwenden. Dabei können Endlosfasern, Rovings, Halbzeug aus Endlosfaserplatten oder auch Kurz- und Langfaserstreifen oder Platten verwendet werden. Das Fasermaterial kann also in verschiedenen Vorverarbeitungsstadien verwendet werden.
  • Die so erhaltenen Fahrwerksbauteile weisen eine große Stabilität auf, jedoch kann es zu Absplitterungen von Material kommen.
  • Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrwerksbauteils und ein Fahrwerksbauteil anzugeben, bei dem die Gefahr von Splitterbildung verringert ist.
  • Zur Lösung dieses Problems ist ein Verfahren vorgesehen, mit den Schritten
    • - Bereitstellen wenigstens einer Faser-Schicht eines Fasern aufweisenden Halbzeugs,
    • - Bereitstellen wenigstens eines flächigen Elastomers, und
    • - Verbinden der Faser- Schicht und des Elastomers.
  • Elastomere sind formfeste, elastisch verformbare Kunststoffe. Durch die Bildung einer Sandwichstruktur kann einerseits eine große Stabilität für das Fahrwerksbauteil erreicht werden, andererseits kann durch das Elastomer ein Splitterschutz erzielt werden. Zusätzlich kann durch das Elastomer die Geräuschentwicklung bei Verwendung des Fahrwerkbauteils verringert werden.
  • Vorzugsweise können wenigstens zwei Faser-Schichten bereitgestellt werden und das wenigstens eine Elastomer zwischen den Faser-Schichten angeordnet sein. Das Elastomer wird also zwischen den Faser-Schichten versteckt und so gegen äußere Einflüsse geschützt. Dadurch kann die Standzeit der Verbindung bzw. des Fahrwerkbauteils weiter erhöht werden.
  • Dabei kann das Elastomer die Faserschicht oder die Faser-Schichten teilweise bedecken. Alternativ kann das wenigstens eine Elastomer die Faser-Schicht oder Faser-Schichten vollständig bedecken. Dies hängt vom Aufbau des Fahrwerksbauteils ab. Üblicherweise wird das Elastomer die Faser-Schichten nur teilweise bedecken. Insbesondere kann das Elastomer in beliebigen Formen bereitgestellt werden, weswegen die Verwendung in Werkzeugen problemlos möglich ist.
  • Vorzugsweise kann das Elastomer beim Verbinden mit der Faser-Schicht vulkanisiert werden. Unabhängig davon, ob das Elastomer mit einer oder mehreren Schichten verbunden wird, kann beim Verbinden des Elastomer mit der oder den Faser-Schichten eine derartige Temperatur oder ein derartiger Druck herrschen, dass das Elastomer vulkanisiert wird.
  • Vorteilhafterweise können eine Vielzahl an Faser-Schichten mit einem einzigen Elastomer oder mit genau zwei Elastomeren kombiniert werden. Das Elastomer oder die Elastomere befinden sich dabei im Wesentlichen in der Mitte bzw. im mittleren Bereich der Faser-Schichten, zwischen den Elastomeren befinden sich dabei ein oder mehrere Faser-Schichten. Das heißt, dass bei der beschriebenen Schichtbauweise mehrere Faser-Schichten und ein einziges Elastomer einander abwechseln.
  • Vorzugsweise können wenigstens zwei Faser-Schichten verwendet werden, wobei die erste Schicht ein oder mehrere Endlosfaserelemente und die zweite Kurz- oder Langfasern besitzt. Das heißt also, dass zwei unterschiedliche Arten faserverstärkter Kunststoffe miteinander kombiniert werden, wobei sich die unterschiedlichen faserverstärkten Kunststoffe zumindest in der Art der Faser unterscheiden. Das Element mit der oder den Endlosfaserelementen ist dabei ein Kraftleitelement. Vorzugsweise können die Endlosfaserelemente in die Richtung der Hauptkraftwirkung liegen. Bevorzugt kann das Endlosfaserelement eine einzelne Endloserfaser oder ein Roving sein. Vorteilhafterweise kann das Endlosfaserelement dabei als Wickelstruktur ausgebildet sein.
  • Die zweite Faser-Schicht besteht aus Kurz- oder Langfasern und kann als Stabilisierungseinheit ausgebildet sein. Insbesondere kann diese Faser-Schicht eine Wabenstruktur oder eine Stützstruktur aufweisen.
  • Dabei können auch mehrere der Faser-Schichten aufeinander gelegt und kombiniert werden, die Stützstruktur bzw. das Stützelement kann also durch mehrere Faser-Schichten aus Kurz- oder Langfasern gebildet werden. Insbesondere kann aus den jeweiligen Fasern vor dem zusammenfügen mit dem Elastomer ein Halbzeug gebildet werden, das heißt dass ein Halbzeug mit Endlosfaserelementen und ein Halbzeug mit Kurzfasern oder Langfasern vorgefertigt ist und dann zur Herstellung des Fahrwerkbauteils verwendet wird.
  • Vorteilhafterweise kann zumindest ein Sensor in das Fahrwerksbauteil eingebunden werden. Wird der Sensor während bzw. vor dem Verbindungsvorgang hinzugefügt entfallen hinterher nach Bearbeitungsschritte beim Einfügen des Sensors.
  • Daneben betrifft die Erfindung ein Fahrwerkbauteil. Dieses zeichnet sich dadurch aus, dass es wie beschrieben hergestellt ist. Es zeichnet sich dadurch aus, dass es teilweise aus faserverstärktem Kunststoff besteht und wenigstens eine Faser-Schicht und wenigstens ein Elastomer aufweist.
  • Weitere Ausgestaltungen und Vorteile des Fahrwerksbauteils ergeben sich aus dem beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines Fahrwerksbauteils. Beispielsweise kann das Fahrwerksbauteil wenigstens zwei Faser-Schichten aufweisen und das Elastomer zwischen den Faser-Schichten angeordnet sein. Ebenso können alle anderen gegenständlichen Merkmale, die aus dem Verfahren hervorgehen, auch im Fahrwerksbauteil vorhanden sein.
  • Vorzugsweise kann das Fahrwerksbauteil als Lenker oder als Hinterachsgetriebequerträger oder als Federbeinträger ausgestaltet sein. Bei diesen Fahrwerksbauteilen hat sich das Vorhandensein eines Elastomers als besonders vorteilhaft erwiesen. Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem Fahrwerksbauteil. Das Kraftfahrzeug zeichnet sich dadurch aus, dass das Fahrwerksbauteil wie beschrieben ausgebildet ist.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und Figuren. Dabei zeigen:
    • 1 das Herstellungsverfahren eines Fahrwerksbauteils in einer Ablaufbebilderung,
    • 2 eine Endlsofasereinheit,
    • 3 einen 3-Punkt-Lenker,
    • 4 einen Wickelstrang, und
    • 5 ein Ablaufschema eines Herstellungsverfahrens.
  • 1 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrwerksbauteils 1, insbesondere eines 3-Punkt-Lenkers 2, 3 oder 4. In einem ersten Schritt werden die Komponenten bereitgestellt. Dabei ist die Herstellung einer Wickelstruktur 5 mit Verfestigungsstruktur notwendig. Weiterhin kann wenigstens ein Stabilisierungselement 6, zumindest ein Gelenk 7, wenigstens ein Sensor 8 und wenigstens eine Elastomerschicht 9 bereitgestellt werden. Die vorbereiteten Komponenten werden in ein Werkzeug 10 eingelegt und dann ein Kleber oder Binder 12 hinzugegeben, woraufhin bei einem Pressvorgang ein Aushärten des Materials und dadurch ein festes Verbinden aller Komponenten erreicht wird. Das fertige Bauteil 14 kann dann dem Werkzeug 10 entnommen werden.
  • Dieses Verfahren bietet gegenüber bekannten Verfahren folgende Besonderheiten:
    • Zum einen wird keine Flechtstruktur sondern eine Wickelstruktur 5 verwendet. Es handelt sich hierbei zum einen um eine 3D-Wickelstruktur, die eine Endlosfasereinheit umfasst. Bei der Endlosfasereinheit kann es sich um eine einzelne Faser oder
    • einen Roving handeln. Durch die Wicklung verschiedener Wickelarme 16, 18 und 20 entsteht insbesondere durch die räumliche Anordnung der Wickelarme 16, 18 und 20 eine dreidimensionale Wickelstruktur 5. Diese kann dabei völlig unterschiedliche Formen annehmen, im Gegensatz zu einer Flechtstruktur werden aber bevorzugt und vor allem die beanspruchten Kraftrichtungen abgedeckt und keine Zwischenbereiche.
  • Vorzugsweise weisen die Wickelarme der Wickelstruktur 5 zwei im Wesentlichen parallele Hauptstränge oder Wickelstränge 22 auf. Die Wickelstruktur wird durch Umwicklungen von Fixelementen erzielt, durch ein Umfahren dieser Fixelemente werden dabei die parallelen Wickelstränge 22 gebildet. Dabei kann die in 1 gezeigte Wickelstruktur 5 mit einer einzigen Endlosfaser oder einem einzigen Roving erzielt werden.
  • Die Wickelarme 16, 18 und 20 spannen eine Ebene auf, ein geringer Höhenversatz der Wickelarme 16, 18 und 20 kann dabei vernachlässigt werden. Die Anordnung der Abschnitte der Endlosfaserstruktur in den Wickelsträngen 22 ist dabei senkrecht zu der von den Wickelarmen 16, 18 und 20 aufgespannten Ebene und somit „übereinander“, wodurch eine dreidimensionale Struktur im Gegensatz zu einer zweidimensionalen Flechtstruktur erzeugt wird.
  • Je nach Art des Werkzeuges 10 und des Pressvorgangs können die Gelenke 7 vor oder nach dem Aushärten eingesetzt werden. Besonders bevorzugt ist es, wenn alle Komponenten in einem einzigen Schritt zusammengefügt werden. Dabei ist es unerheblich ob die 3D Wickelstruktur 5 bereits durch einen Kleber verfestigt wurde oder nicht. Die Zugabe des Klebers oder allgemeiner Bindemittels kann also sowohl vor als auch nach dem Einlegen in das Werkzeug 10 erfolgen, der Pressvorgang zur Herstellung des fertigen Fahrwerksbauteils 14 kann auch mit einem vorgefertigten Kraftleitelement erfolgen.
  • 2 zeigt die Endlosfasereinheit 24, die neben der als Wickelstruktur 5 ausgebildeten Kraftleitstruktur auch eine Verfestigungsstruktur 26 aufweist. Die Verfestigungsstruktur 26 umfasst drei Wabenstrukturen 28, 30 und 32, wobei die Wabenstrukturen 28, 30 und 32 und die Wickelstruktur 5 aus der gleichen Endlosfasereinheit entstanden sind.
  • 3 zeigt einen 3-Punkt-Lenker 2 in Detail. Dabei ist das Stabilisierungselement 6, das Kurzfasern oder Langfasern enthält und aus Kunststoff besteht, mit einer Rippenstruktur versehen, um den 3-Punkt-Lenker 2 Stabilität zu verleihen. Die 3D-Wickelstruktur 5 ist die Kraftleitstruktur des Kraftleitelements 34.
  • 4 zeigt einen Wickelstrang 22. Dieser wird dadurch gebildet, dass eine Endlosfasereinheit 24 mehrmals an den Wickelpunkten in die gleiche Richtung gewickelt wird, wodurch Abschnitte 36 der Endlosfasereinheit 24 übereinander parallel angeordnet werden. Dies wird auch durch das in den 2 und 3 dargestellte Koordinatensystem veranschaulicht.
  • 5 zeigt einen Ablaufplan zur Herstellung eines Fahrwerksbauteils 1. In Schritt S1 wird eine Endlosfasereinheit 24 bereitgestellt. Hierbei kann es sich um eine Endlosfaser oder einen Roving handeln.
  • In Schritt S2 werden hieraus eine Wickelstruktur 5 und eine Verfestigungsstruktur 26 erzeugt. Parallel hierzu werden in Schritt S3 die weiteren Komponenten bereitgestellt. Hierbei kann es sich um ein Stabilisierungselement 6, Gelenke 7, Sensoren 8 und Elastomerschichten 9 handeln. Diese werden in Schritt S4 in ein Werkzeug 10 gelegt.
  • In Schritt S5, der auch direkt nach Schritt S2 und damit vor Schritt S4 erfolgen kann wird ein Binder hinzugegeben, um das Matrixmaterial für das Kraftleitelement 34 zu bilden.
  • Im anschließenden Schritt S6 wird das Fahrwerksbauteil 1 erzeugt. Dabei härtet der Kleber oder Binder endgültig aus, insbesondere kann durch den Pressvorgang eine Verbindung aller Komponenten, die in das Werkzeug 10 gelegt wurden, erreicht werden. An und für sich kann das fertige Fahrwerksbauteil 14 dem Werkzeug dann entnommen werden, gegebenenfalls müssen nach der Entnahme noch Gelenke 7 oder Sensoren 8 eingefügt werden. Bevorzugt ist es aber, alle Komponenten in einem einzigen Schritt zu einem Fahrwerksbauteil 1 zusammen zu fügen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Fahrwerksbauteil
    2
    3-Punkt-Lenker
    3
    3-Punkt-Lenker
    4
    3-Punkt-Lenker
    5
    Wickelstruktur
    6
    Stabilisierungselement
    7
    Gelenk
    8
    Sensor
    9
    Elastomerschicht
    10
    Werkzeug
    12
    Kleber
    14
    fertiges Fahrwerksbauteil
    16
    Wickelarm
    18
    Wickelarm
    20
    Wickelarm
    22
    Wickelstrang
    24
    Endlosfasereinheit
    26
    Verfestigungsstruktur
    28
    Wabenstruktur
    30
    Wabenstruktur
    32
    Wabenstruktur
    34
    Kraftleitelement
    36
    Abschnitt

Claims (14)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Fahrwerksbauteils (1, 2, 3, 4), das zumindest teilweise aus faserverstärktem Kunststoff besteht, mit den Schritten: - Bereitstellen wenigstens einer Faser-Schicht (5) eines eine Faser aufweisenden Halbzeugs, - Bereitstellen wenigstens eines flächigen Elastomers (9), und - Verbinden der Faser-Schicht und des Elastomers (9).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Faser-Schichten (5) bereitgestellt werden und das wenigstens eine Elastomer (9) zwischen den Faser-Schichten angeordnet ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Elastomer (9) die Faser-Schicht teilweise bedeckt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Elastomer (9) die Faser-Schicht vollständig bedeckt.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomer (9) beim Verbinden mit der Faser-Schicht vulkanisiert wird.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Faser-Schichten verwendet werden, wobei eine ein oder mehrere Endlosfaserelemente (24) und die zweite Kurz- oder Langfasern besitzt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Endlosfaserelement als Wickelstruktur (5) ausgebildet ist.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Sensor (8) in das Fahrwerksbauteil (1, 2, 3, 4) eingebunden wird.
  9. Fahrwerksbauteil (1, 2, 3, 4), dadurch gekennzeichnet, dass es nach einem der vorangehenden Ansprüche hergestellt ist.
  10. Fahrwerksbauteil (1, 2, 3, 4), insbesondere nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es teilweise aus faserverstärktem Kunststoff besteht und wenigstens eine Faser-Schicht und wenigstens ein Elastomer (9) aufweist.
  11. Fahrwerksbauteil (1, 2, 3, 4) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass es wenigstens zwei Faser-Schichten aufweist und das Elastomer (9) zwischen den Faser-Schichten angeordnet ist.
  12. Fahrwerksbauteil nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrwerksbauteil wenigstens zwei Faser-Schichten aufweist, wobei wenigstens eine Faser-Schicht ein oder mehrere Endlosfaserelemente (24) und die zweite Kurz- oder Langfasern besitzt.
  13. Fahrwerksbauteil nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrwerksbauteil (1, 2, 3, 4) als Lenker, insbesondere 3-Punkt-Lenker (2, 3, 4), oder als Hinterachsgetriebequerträger oder als Federbeinradträger oder als 2-Punkt-Lenker oder als Antriebskomponente ausgestaltet ist.
  14. Kraftfahrzeug mit einem Fahrwerksbauteil, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrwerksbauteil (1, 2. 3, 4) nach einem der Ansprüche 9 bis 13 ausgestaltet ist.
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