DE102018202727A1 - Verfahren zum Herstellen eines Sandwichbauteils und Sandwichbauteil - Google Patents

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Michael Schäffer
Gerhard Kopp
Marco Münster
Ralf STURM
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Abstract

Um ein Verfahren zum Herstellen eines Sandwichbauteils, welches eine hohe Energieaufnahme oder hohe Energieabsorption aufweist, bereitzustellen, wobei das Verfahren einfach durchführbar sein soll, wird vorgeschlagen, dass das Verfahren Folgendes umfasst: Einbringen einer oder mehrerer Streben und/oder Stützen aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial, insbesondere aus einem glasfaserverstärkten Kunststoffmaterial, in einen im Kernbereich angeordneten Kern zur Verbindung der beiden Decklagen; stoffschlüssiges Verbinden der Streben und/oder Stützen mit den Decklagen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Sandwichbauteils, welches zwei einander gegenüberliegende Decklagen und einen zwischen den beiden Decklagen angeordneten Kernbereich umfasst.
  • Sandwichbauteile und Verfahren zum Herstellen von Sandwichbauteilen sind beispielsweise aus folgenden Druckschriften bekannt: DE 10 2008 015 960 A1 ; DE 10 2009 004 636 A1 ; DE 10 2010 005 445 A1 ; WO 2003/037668 A1 .
  • Bei Sandwichbauteilen, welche beispielsweise in Fahrzeugkarosserien von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, ist es erforderlich, dass die Sandwichbauteile, beispielsweise ein Stoßfängerquerträger oder ein Schwellerprofil, einerseits eine hohe Biege- und Torsionssteifigkeit und andererseits eine vergleichsweise hohe Energieaufnahme oder Energieabsorption aufweisen.
  • Die Biege- und Torsionssteifigkeit der Sandwichbauteile wirkt sich insbesondere auf die Torsionssteifigkeit einer Fahrzeugkarosserie und somit auch auf das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs aus.
  • Zudem müssen Sandwichbauteile in Fahrzeugkarosserien in einem Crashfall eine hohe Energieaufnahme oder Energieabsorption bereitstellen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Sandwichbauteils bereitzustellen, welches eine hohe Energieaufnahme oder eine hohe Energieabsorption aufweist, wobei das Verfahren einfach durchführbar sein soll.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Verfahren zum Herstellen eines Sandwichbauteils Folgendes umfasst:
  • Einbringen einer oder mehrerer Streben und/oder Stützen aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial, insbesondere aus einem glasfaserverstärkten Kunststoffmaterial, in einen im Kernbereich angeordneten Kern zur Verbindung der beiden Decklagen; stoffschlüssiges Verbinden der Streben und/oder Stützen mit den Decklagen.
  • Die Verfahrensschritte werden insbesondere in der oben angegebenen Reihenfolge durchgeführt.
  • Durch Einbringen der Streben und/oder Stützen in einen im Kernbereich angeordneten Kern können die Streben und/oder Stützen für den Verfahrensschritt des stoffschlüssigen Verbindens an einer definierten Position gehalten werden.
  • In dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen wird unter einer Strebe ein schräg zu einer Achse, welche senkrecht zu einer Oberfläche einer oder beider Decklagen ist, angeordnetes stabförmiges Verbindungselement verstanden.
  • Unter einer Stütze wird ferner ein senkrecht zu einer oder beiden Decklagen angeordnetes stabförmiges Verbindungselement verstanden.
  • Vorzugsweise sind die Decklagen des Sandwichbauteils zumindest näherungsweise parallel zueinander angeordnet.
  • Das Sandwichbauteil kann insbesondere ein Hohlprofil sein.
  • In einem Crashfall kann ein nach dem oben genannten Verfahren hergestelltes Sandwichbauteil vorzugsweise eine erhöhte Energieaufnahme oder Energieabsorption aufweisen, da die Streben und/oder Stützen aus dem faserverstärkten Kunststoffmaterial die im Crashfall von dem Sandwichbauteil aufzunehmende Energie insbesondere durch Pulverisieren und/oder Zerbersten des faserverstärkten Kunststoffmaterials der Streben und/oder Stützen aufnehmen.
  • Ein derartiges Materialversagen eines faserverstärkten Kunststoffmaterials wird insbesondere auch als sogenanntes Crushing-Versagen bezeichnet.
  • Vorzugsweise kann dabei im Gegensatz zur Verwendung von Streben und/oder Stützen aus Metall oder im Gegensatz zur Verwendung plattenförmiger Verstärkungselemente aus Metall ein Knicken der Streben und/oder Stützen oder ein Faltenbeulen der plattenförmigen Verstärkungselemente vermieden werden.
  • Zudem kann durch die Streben und/oder Stützen aus faserverstärktem Kunststoffmaterial insbesondere die Biegesteifigkeit des Sandwichbauteils erhöht werden, wobei das Sandwichbauteil insgesamt eine geringe Masse aufweist.
  • Da faserverstärktes Kunststoffmaterial, insbesondere glasfaserverstärktes Kunststoffmaterial, vorzugsweise eine geringere Masse als vergleichbare metallische Materialien aufweist, kann insgesamt ein Sandwichbauteil mit einer erhöhten massespezifischen Energieaufnahme oder Energieabsorption bereitgestellt werden.
  • Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kern durch Einbringen der Streben und/oder Stützen durchstoßen wird.
  • Alternativ oder ergänzend dazu kann der Kern während des Einbringens der Streben und/oder Stützen durchstoßen werden.
  • Alternativ oder ergänzend dazu ist es möglich, dass der Kern unmittelbar vor Einbringen der Streben und/oder Stützen durchstoßen wird.
  • Der Kern wird vorzugsweise zunächst mittels eines Werkzeugs durchstoßen, wobei die Streben und/oder Stützen anschließend in eine durch das Werkzeug hergestellte Öffnung eingebracht werden.
  • Es ist insbesondere denkbar, dass an der Strebe und/oder Stütze ein beispielsweise metallischer Werkzeugdorn zum Durchstoßen des Kerns angebracht wird, wobei der Kern mittels des an der Strebe und/oder Stütze angebrachten Werkzeugdorns durchstoßen wird und dieser anschließend entfernt wird.
  • Alternativ oder ergänzend hierzu ist es möglich, dass ein beispielsweise aus faserverstärktem Kunststoffmaterial, insbesondere aus glasfaserverstärktem Kunststoffmaterial, hergestellter Werkzeugdorn an die Strebe und/oder Stütze angeformt wird, wobei der Kern mittels des Werkzeugdorns aus faserverstärktem Kunststoffmaterial durchstoßen wird. Vorzugsweise verbleibt der Kern aus faserverstärktem Kunststoffmaterial dabei an der jeweiligen Strebe und/oder Stütze.
  • Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Decklagen Fasermatten, insbesondere Glasfasermatten verwendet werden.
  • Es ist jedoch auch denkbar, dass als Decklagen metallische Decklagen verwendet werden, wobei somit insbesondere ein Hybridbauteil bereitgestellt werden kann, welches Metall und faserverstärktes Kunststoffmaterial umfasst.
  • Vorzugsweise kann bei Verwendung von Fasermatten als Decklagen auch eine formschlüssige Verbindung der Fasern der Fasermatten mit freiliegenden Fasern der Streben und/oder Stützen ermöglicht werden, insbesondere vor dem Schritt des stoffschlüssigen Verbindens der Streben und/oder Stützen mit den Decklagen.
  • Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine der Decklagen oder beide Decklagen beim Einbringen der Streben und/oder Stützen durchstoßen werden.
  • Alternativ oder ergänzend hierzu ist es möglich, dass die eine der Decklagen oder beide Decklagen während des Einbringens der Streben und/oder Stützen durchstoßen werden.
  • Alternativ oder ergänzend hierzu ist es möglich, dass die eine der Decklagen oder beide Decklagen unmittelbar vor Einbringen der Streben und/oder Stützen durchstoßen werden.
  • Die Decklagen werden vorzugsweise bereits vor dem Einbringen der Streben und/oder Stützen in den Kern an einander gegenüberliegenden Seiten des Kerns angeordnet.
  • Es ist jedoch auch denkbar, dass die Decklagen nach dem Einbringen der Streben und/oder Stützen in den Kern an einander gegenüberliegenden Seiten des Kerns angeordnet werden.
  • Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das stoffschlüssige Verbinden der Streben ferner ein bereichsweises Aufschmelzen eines thermoplastischen Matrixwerkstoffs der Streben und/oder Stützen und/oder der Decklagen umfasst, wobei das stoffschlüssige Verbinden der Streben und/oder Stützen alternativ oder ergänzend hierzu ein anschließendes Aushärten des Matrixwerkstoffs umfasst.
  • Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das stoffschlüssige Verbinden der Streben und/oder Stützen ein Infiltrieren der Decklagen sowie der Streben und/oder Stützen mit einem duroplastischen Matrixwerkstoff, insbesondere mit einem Epoxidharz, mit einem Polyesterharz und/oder mit einem Vinylesterharz, mittels eines Infiltrationsverfahrens, insbesondere mittels eines Vakuuminfiltrationsverfahrens, umfasst.
  • Alternativ oder ergänzend hierzu ist es möglich, dass das stoffschlüssige Verbinden ein anschließendes Aushärten des Matrixwerkstoffs umfasst.
  • Wenn die Streben und/oder Stützen hohl ausgebildet sind, ist es vorzugsweise möglich, dass beim Infiltrieren der Decklagen und/oder der Streben und/oder Stützen der Matrixwerkstoff durch die hohlen Streben und/oder Stützen hindurch zu den beiden Decklagen geleitet wird.
  • Wenn die Streben und/oder Stützen nicht hohl ausgebildet sind, ist es insbesondere denkbar, dass der Matrixwerkstoff den beiden Decklagen beim Infiltrieren jeweils separat zugeführt wird.
  • Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kern nach dem stoffschlüssigen Verbinden der Streben und/oder Stützen mit den Decklagen entfernt wird, insbesondere mechanisch, thermisch, durch Absaugen, durch Wegblasen, durch Auflösen in einer Flüssigkeit und/oder durch Auflösen mittels einer Flüssigkeit.
  • Wenn der Kern nach dem stoffschlüssigen Verbinden der Streben und/oder Stützen mit den Decklagen entfernt wird, ist der Kern vorzugsweise ein verlorener Kern.
  • Es ist jedoch insbesondere auch denkbar, dass der Kern nach dem stoffschlüssigen Verbinden der Streben und/oder Stützen mit den Decklagen nicht entfernt wird und im Sandwichbauteil verbleibt.
  • Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist es denkbar, dass der Kern einen Polymerschaum, einen Naturschaum, einen lösbaren Feststoff, insbesondere einen Stärke-Duroplasten, Wachs und/oder Paraffin umfasst oder daraus besteht.
  • Ein derartiger Kern kann insbesondere ein verlorener Kern sein, welcher nach dem stoffschlüssigen Verbinden der Streben und/oder Stützen mit den Decklagen entfernbar ist und vorzugsweise nicht im Sandwichbauteil verbleibt.
  • Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Streben und/oder Stützen mit den Decklagen vor dem stoffschlüssigen Verbinden formschlüssig verbunden werden.
  • Dabei können insbesondere jeweilige Enden der Streben und/oder Stützen nach dem Einbringen der Streben und/oder Stützen in den Kern derart umgeformt werden, dass die Decklagen mittels der umgeformten Enden der Streben und/oder Stützen formschlüssig verbunden sind, insbesondere zwischen den Enden der Streben und/oder Stützen eingeklemmt sind.
  • Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist es denkbar, dass zum formschlüssigen Verbinden der Streben und/oder Stützen mit den Decklagen jeweils ein oder mehrere Anbindungselemente zur Anbindung der Streben und/oder Stützen an die Decklagen an einer jeweiligen Strebe und/oder Stütze angeordnet werden.
  • Vorzugsweise ist das Anbindungselement ein Faserfaden, insbesondere ein Glasfaserfaden, welcher jeweils durch eine insbesondere hohle Strebe und/oder Stütze hindurchgeführt wird.
  • Der Faserfaden kann anschließend vorzugsweise mit einer oder beiden Decklagen formschlüssig verbunden werden, beispielsweise durch Vernähen.
  • Unter einem Faserfaden wird im Rahmen dieser Beschreibung und der beigefügten Patentansprüche ein sogenanntes Roving, insbesondere ein Bündel, Strang oder Multifilamentgarn aus parallel angeordneten Filamenten oder Endlosfasern, bezeichnet.
  • Alternativ oder ergänzend zur Verwendung eines Faserfadens ist es insbesondere möglich, dass das Anbindungselement ein von den Streben und/oder Stützen separates Bauteil ist, welches flanschartig ausgebildet ist und beispielsweise mit der Strebe und/oder Stütze verbunden, insbesondere verklebt ist.
  • Das Anbindungselement kann insbesondere einen ersten Abschnitt aus faserverstärktem Kunststoffmaterial, insbesondere aus glasfaserverstärktem Kunststoffmaterial umfassen, bei welchem Fasern bereits in einen Matrixwerkstoff eingebettet sind.
  • Das Anbindungselement kann vorzugsweise einen zweiten Abschnitt umfassen, welcher noch freiliegende Fasern, insbesondere freiliegende Glasfasern, umfasst.
  • Die freiliegenden Fasern oder Glasfasern des zweiten Abschnitts können dabei mit freiliegenden Fasern der Decklagen gelegt, verstrickt, verwoben und/oder gewirkt werden. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Fasern des zweiten Abschnitts des Anbindungselements anderweitig mit den Fasern der Decklagen verbunden, beispielsweise verknotet, werden.
  • Vorzugsweise weist der Flansch des Anbindungselements eine Anbindungsstruktur, beispielsweise eine Öffnung, eine Öse oder ein Langloch auf, wobei Fasern der Decklagen formschlüssig in die Anbindungsstruktur eingearbeitet werden können, beispielsweise durch Verknoten.
  • Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Streben und/oder Stützen hohlzylindrischen Streben und/oder Stützen verwendet werden.
  • Mit hohlzylindrischen Streben und/oder Stützen kann der Schritt des stoffschlüssigen Verbindens der Streben und/oder Stützen mit den Decklagen insbesondere bei einem Infiltrationsverfahren erleichtert werden, da Matrixwerkstoff durch die hohlzylindrischen Streben und/oder Stützen den beiden Decklagen zugeführt werden kann.
  • Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Streben und/oder Stützen vor dem Einbringen in den Kern mittels Pultrusion oder Strangziehen aus einem Endlosfaserstrang oder aus einem Endlosfaserbündel hergestellt werden.
  • Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Streben und/oder Stützen belastungsgerecht in den Kern eingebracht werden.
  • Unter einem belastungsgerechten Einbringen der Streben und/oder Stützen wird im Rahmen dieser Beschreibung und der beigefügten Ansprüche insbesondere ein kraftlinienorientiertes Einbringen der Streben und/oder Stützen entsprechend der im Sandwichbauteil auftretenden Druck- und/oder Zugspannungen und/oder der am Sandwichbauteil auftretenden Biege- und Torsionsmomente verstanden.
  • Die Streben und/oder Stützen werden dabei insbesondere senkrecht zu einer Oberfläche des Kerns oder einer der beiden Decklagen in den Kern eingebracht.
  • Alternativ oder ergänzend dazu ist es möglich, dass die Streben und/oder Stützen insbesondere schräg zu einer Oberfläche des Kerns oder einer der beiden Decklagen eingebracht werden.
  • Vorzugsweise sind die Winkel, in welchen die Streben und/oder Stützen relativ zu einer Oberfläche des Kerns oder einer der beiden Decklagen in den Kern eingebracht werden, variierbar.
  • Entsprechend ist der Abstand der Streben und/oder Stützen zueinander variierbar.
  • Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass Streben und/oder Stützen mit voneinander verschiedenem Durchmesser verwendet werden.
  • Alternativ oder ergänzend hierzu ist es möglich, dass Streben und/oder Stützen mit voneinander verschiedener Materialstärke verwendet werden.
  • Alternativ und/oder ergänzend dazu können Streben und/oder Stützen mit voneinander verschiedener Länge verwendet werden.
  • Vorzugsweise kann somit eine Steifigkeit und/oder Nachgiebigkeit des Sandwichbauteils durch Dimensionierung der Streben und/oder Stützen eingestellt werden.
  • Bei einem vergleichsweise kleinem Durchmesser und einer vergleichsweise großen Länge neigen die Streben und/oder Stützen insbesondere zu einem Eulerschen Knicken, wobei die Streben und/oder Stützen bei einem im Vergleich zur Länge großen Durchmesser vorzugsweise eher zu dem oben genannten Crushing-Versagen neigen.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Sandwichbauteil.
  • Der Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, ein Sandwichbauteil bereitzustellen, welches insbesondere in einem Crashfall eine hohe Energieaufnahme oder hohe Energieabsorption aufweist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Sandwichbauteil gelöst, welches nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 hergestellt ist.
  • Weitere bevorzugte Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
  • In den Zeichnungen zeigen:
    • 1 eine schematische Schnittansicht durch einen in einem Kernbereich zwischen zwei Decklagen eines Sandwichbauteils angeordneten Kern, in welchen mehrere Streben und/oder Stützen aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial eingebracht sind;
    • 2 eine schematische Darstellung eines Schnitts durch den Kern gemäß 1, wobei Anbindungselemente an den jeweiligen in den Kern eingebrachten Streben und/oder Stützen angeordnet sind;
    • 3 eine schematische Darstellung eines Schnitts durch einen Kern, in den Streben und/oder Stützen aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial eingebracht sind;
    • 4 eine schematische Darstellung des Schnitts durch den Kern gemäß 3, wobei an den Streben und/oder Stützen jeweils Anbindungselemente angeordnet sind;
    • 5 eine schematische Darstellung eines Verfahrensschritts des stoffschlüssigen Verbindens der in den Kern gemäß 2 eingebrachten Streben und/oder Stützen mit den Decklagen;
    • 6 eine schematische Darstellung eines Verfahrensschritts des Entfernens des Kerns nach dem in 5 gezeigten Schritt des stoffschlüssigen Verbindens der Streben und/oder Stützen mit den Decklagen;
    • 7 eine schematische Darstellung eines Sandwichbauteils im Anschluss an den Verfahrensschritt gemäß 6;
    • 8 eine schematische Darstellung einer Detailansicht gemäß 2;
    • 9 eine schematische Darstellung einer Detailansicht gemäß 7;
    • 10 eine schematische Darstellung einer Detailansicht einer Strebe und/oder Stütze, welche schräg in einen in einem Kernbereich zwischen zwei Decklagen angeordneten Kern eingebracht ist; und
    • 11 eine schematische Darstellung eines Schnitts durch einen in einem Kernbereich zwischen zwei Decklagen angeordneten Kern, in den eine Strebe und/oder Stütze eingebracht ist, welche stoffschlüssig mit den Decklagen verbunden ist.
  • Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • In den 1 bis 11 sind verschiedene Verfahrensschritte von Ausführungsbeispielen eines Verfahrens zur Herstellung eines in den 7, 9 und 11 dargestellten und als Ganzes mit 100 bezeichneten Sandwichbauteils gezeigt.
  • Das Sandwichbauteil 100 umfasst eine erste Decklage 102 und eine der ersten Decklage 102 gegenüberliegende zweite Decklage 104.
  • Das Sandwichbauteil 100 umfasst ferner einen zwischen den beiden Decklagen 102, 104 angeordneten Kernbereich 106.
  • Bei dem in den 7, 9 und 11 dargestellten Sandwichbauteil 100 sind die erste Decklage 102 und die zweite Decklage 104 jeweils mittels Streben 108 (vergl. 10 und 11) und/oder Stützen 110 (vergl. 7) stoffschlüssig verbunden.
  • Die Streben 108 und/oder Stützen 110 sind aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial 112, insbesondere aus einem glasfaserverstärkten Kunststoffmaterial 114, hergestellt.
  • Bei dem in den 1 bis 11 beschriebenen Verfahren zum Herstellen eines Sandwichbauteils 100 können eine oder mehrere Streben 108 und/oder eine oder mehrere Stützen 110 aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial 112, insbesondere aus einem glasfaserverstärkten Kunststoffmaterial 114, in einen im Kernbereich 106 angeordneten Kern 116 zur Verbindung der beiden Decklagen 102, 104 eingebracht werden.
  • Nach dem Einbringen der Streben 108 und/oder Stützen 110 in den Kern 116 können die Streben 108 und/oder die Stützen 110 mit den Decklagen 102, 104 stoffschlüssig verbunden werden.
  • Die Streben 108 werden dabei insbesondere schräg, das heißt in einem Winkel 118 zu einer Achse 120, angeordnet, welche senkrecht zu einer Oberfläche 122 der ersten Decklage 102, der zweiten Decklage 104 und/oder des Kerns 116 angeordnet ist (vergl. 10 und 11).
  • Die Stützen 110 werden insbesondere in Richtung der Achse 120, welche senkrecht zur Oberfläche 122 der ersten Decklage 102, der zweiten Decklage 104 und/oder des Kerns 116 angeordnet ist, angeordnet (vergl. 1 bis 9).
  • Die Streben 108 und/oder die Stützen 110 werden vorzugsweise bereits vor dem Einbringen in den Kern 116 mittels Pultrusion oder Strangziehen aus einem Endlosfaserstrang oder aus einem Endlosfaserbündel hergestellt.
  • Wie in den 8 bis 11 dargestellt ist, können die Streben 108 und/oder die Stützen 110 insbesondere als hohlzylindrische Streben 108 und/oder als hohlzylindrische Stützen 110 ausgebildet sein und jeweils eine Durchgangsöffnung 124 aufweisen.
  • Es ist jedoch auch möglich, dass die Streben 108 und/oder die Stützen 110 keine Durchgangsöffnung aufweisen.
  • Die Streben 108 und/oder die Stützen 110 können, wie in 1 gezeigt, vorzugsweise durch die erste Decklage 102, den Kern 116 und die zweite Decklage 104 hindurch in dem Kern 116 eingebracht werden.
  • Alternativ hierzu ist es insbesondere möglich, dass die Streben 108 und/oder die Stützen 110 zunächst in den Kern 116 eingebracht werden (vergl. 3) und anschließend die erste Decklage 102 und die zweite Decklage 104 am Kern 116 angeordnet werden.
  • Zum Einbringen der Streben 108 und/oder der Stützen 110 kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass der Kern 116 durch das Einbringen der Streben 108 und/oder der Stützen 110 durchstoßen wird.
  • Alternativ oder ergänzend dazu ist es möglich, dass der Kern 116 insbesondere während des Einbringens der Streben 108 und/oder Stützen 110 durchstoßen wird. Hierzu kann an einer jeweiligen Strebe 108 und/oder einer jeweiligen Stütze 110 zum Durchstoßen des Kerns 116 vorzugsweise ein Werkzeugdorn 126, bspw. ein metallischer Werkzeugdorn, angebracht werden, welcher nach dem Durchstoßen des Kerns wieder entfernt wird.
  • Es ist jedoch vorzugsweise auch denkbar, dass ein Werkzeugdorn 126, beispielsweise ein Werkzeugdorn 126 aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere aus glasfaserverstärktem Kunststoff, an eine jeweilige Strebe 108 und/oder an eine jeweilige Stütze 110 angeformt wird, wobei der Kern 116 mittels des Werkzeugdorns 126 durchstoßen wird. Vorzugsweise verbleibt der angeformte Werkzeugdorn 126 an der jeweiligen Strebe 108 und/oder an der jeweiligen Stütze 110.
  • Alternativ oder ergänzend hierzu ist es insbesondere möglich, dass der Kern 116 unmittelbar vor Einbringen der Streben 108 und/oder der Stützen 110 durchstoßen wird.
  • Hierzu kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Kern mittels eines Werkzeugs 128 durchstoßen wird und die Streben 108 und/oder die Stützen 110 anschließend in eine durch das Werkzeug 128 hergestellte Öffnung 130 in den Kern 116 eingebracht werden.
  • Wenn die erste Decklage 102 und die zweite Decklage 104 beim Einbringen der Streben 108 und/oder der Stützen 110 in den Kern 116 bereits am Kern 116 angeordnet sind, können die Decklagen 102, 104 vorzugsweise ebenfalls beim Einbringen der Streben 108 und/oder Stützen 110, während des Einbringens der Streben 108 und/oder der Stützen 110, beispielsweise mittels eines Werkzeugdorns 126, oder unmittelbar vor dem Einbringen der Streben 108 und/oder der Stützen 110, beispielsweise mittels eines Werkzeugs 128, durchstoßen werden.
  • Das Werkzeug 128 oder die Streben 108 und/oder die Stützen 110 werden beim Einbringen in den Kern 116 oder beim Durchstoßen des Kerns 116 insbesondere in einer durch den Pfeil 132 dargestellten Einbringrichtung bewegt.
  • Die Einbringrichtung 132 ist vorzugsweise eine parallel zur Achse 120 verlaufende Richtung (vergl. 1 und 3) oder eine schräg zur Achse 120 verlaufende Richtung 132 (vergl. 10 und 11).
  • Die Streben 108 und/oder die Stützen 110 können für den Schritt des stoffschlüssigen Verbindens der Streben 108 und/oder der Stützen 110 mit den Decklagen 102, 104 vorzugsweise an einer definierten Position gehalten werden.
  • Als Decklagen 102, 104 des Sandwichbauteils 100 werden vorzugsweise Fasermatten 134, insbesondere Glasfasermatten 136, oder Platten 138 aus faserverstärktem Kunststoffmaterial, insbesondere aus glasfaserverstärktem Kunststoffmaterial, verwendet.
  • Die Streben 108 und/oder die Stützen 110 können mit den Decklagen 102, 104 beispielsweise durch Infiltrieren der Decklagen 102, 104 sowie der Streben 108 und/oder der Stützen 110 mit einem Matrixwerkstoff, vorzugsweise mit einem duroplastischen Matrixwerkstoff, mittels eines Infiltrationsverfahrens, insbesondere mittels eines Vakuuminfiltrationsverfahrens, stoffschlüssig verbunden werden (vergl. 5).
  • Der Matrixwerkstoff 140 kann beispielsweise ein Epoxidharz, ein Polyesterharz und/oder ein Vinylesterharz umfassen.
  • Bei dem in 5 gezeigten Infiltrationsverfahren wird Matrixwerkstoff 140 aus einem Matrixwerkstoffbehälter 142 über eine erste Leitung 144 durch Erzeugung eines Unterdrucks über eine zweite Leitung 146 in einen Matrixwerkstoffauffangbehälter 148 gesaugt.
  • Der Matrixwerkstoff 140 wird dabei vorzugsweise durch die als Fasermatten 134 ausgebildeten Decklagen 102, 104 sowie durch die Durchgangsöffnungen 124 der Streben 108 und/oder Stützen 110 hindurchgesaugt, indem sich die Form 150, welche insbesondere als Folie 152 ausgebildet ist, an die Decklagen 102, 104 und/oder den Kern 116 anlegt.
  • Die Decklagen 102, 104 und/oder die Streben 108 und/oder Stützen 110 werden dabei insbesondere in den Matrixwerkstoff 140 eingebettet.
  • Zur Erzeugung eines Unterdrucks im Matrixwerkstoffauffangbehälter 148 ist dieser mittels einer dritten Leitung 154 mit einem Unterdruckspeicher 156 und/oder einer Vakuumpumpe 158 verbunden.
  • Nach dem Infiltrieren der Decklagen 102, 104 sowie der Streben 108 und/oder der Stützen 110 kann der Matrixwerkstoff 140 ausgehärtet werden.
  • Alternativ zu dem in 5 gezeigten Infiltrationsverfahren können die Streben 108 und/oder die Stützen 110 mit den Decklagen 102, 104 beispielsweise durch bereichsweises Aufschmelzen eines thermoplastischen Matrixwerkstoffs 160 und anschließendes Aushärten des thermoplastischen Matrixwerkstoffs 160 miteinander stoffschlüssig verbunden werden.
  • Dabei ist es denkbar, dass die Streben 108 und/oder die Stützen 110 beim Einbringen in die erste Decklage 102 und/oder in die zweite Decklage 104 in Richtung des in 11 gezeigten Pfeils 162 um eine Längsachse 164 der Strebe 108 und/oder der Stütze 110 rotiert werden, wobei der thermoplastische Matrixwerkstoff 160 der Streben 108 und/oder der Stützen 110 zumindest bereichsweise durch die bei der Rotation entstehende Reibungswärme aufgeschmolzen wird.
  • Insbesondere kann beim stoffschlüssigen Verbinden der Streben 108 und/oder der Stützen 110 mit den Decklagen 102, 104 mittels eines Infiltrationsverfahrens vorgesehen sein, dass die Streben 108 und/oder die Stützen 110 mit den Decklagen 102, 104 vor dem stoffschlüssigen Verbinden formschlüssig verbunden werden.
  • Hierzu können jeweils ein oder mehrere Anbindungselemente 165 zur Anbindung der Streben 108 und/oder der Stützen 110 an die Decklagen 102, 104 an einer jeweiligen Strebe 108 und/oder an einer jeweiligen Stütze 110 angeordnet werden.
  • Dabei ist es denkbar, dass die Anbindungselemente 165 an den Streben 108 und/oder an den Stützen 110 vor Anbringen der Decklagen 102, 104 angeordnet werden (vergl. 4) oder dass die Anbindungselemente 165 an den Streben 108 und/oder an den Stützen 110 nach dem Anbringen der Decklagen 102, 104 angeordnet werden (vergl. 2).
  • Die Anbindungselemente 165 sind insbesondere als separate Bauteile ausgebildet und in den 8 bis 10 im Detail gezeigt.
  • Die Anbindungselemente 165 sind insbesondere flanschartig ausgebildet und umfassen vorzugsweise einen ersten Abschnitt 166 aus einem faserverstärkten Kunststoff, insbesondere aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff, welcher mit den Streben 108 und/oder mit den Stützen 110 verbindbar, insbesondere verklebbar, ist.
  • Die Anbindungselemente 165 umfassen vorzugsweise ferner einen zweiten Abschnitt 168 mit Fasern, welche vor dem stoffschlüssigen Verbinden noch freiliegen, insbesondere mit freiliegenden Glasfasern.
  • Die Fasern des zweiten Abschnitts 168 können dann beispielsweise mit Fasern der Fasermatten 134 vor dem stoffschlüssigen Verbinden gelegt, verstrickt, verwoben oder gewirkt werden.
  • Es ist insbesondere auch denkbar, dass am Anbindungselement 165 eine Anbindungsstruktur, beispielsweise eine Öffnung, eine Öse oder ein Langloch vorgesehen ist, in welche Fasern der Fasermatten 134 formschlüssig eingearbeitet werden können, beispielsweise durch Verknoten.
  • Alternativ oder ergänzend zu den in den 8 bis 10 gezeigten Anbindungselementen 165 ist insbesondere auch denkbar, dass das Anbindungselement ein Faserfaden, insbesondere ein Glasfaserfaden ist, welcher durch eine Durchgangsöffnung 124 in einer Strebe 108 und/oder in einer Stütze 110 hindurchgeführt wird und anschließend mit den Decklagen 102, 104 oder den Fasermatten 134 formschlüssig verbunden, insbesondere vernäht, wird.
  • 8 zeigt deutlich, dass die Anbindungselemente 165 zunächst die beiden Abschnitte 166, 168 umfassen.
  • Bei dem in 9 dargestellten Sandwichbauteil 100 sind die Anbindungselemente 165 nach dem stoffschlüssigen Verbinden der Streben 108 und/oder der Stützen 110 mit den Decklagen 102, 104 vollständig als faserverstärktes Kunststoffbauteil, insbesondere als glasfaserverstärktes Kunststoffbauteil ausgebildet sind, wobei vorzugsweise sämtliche Fasern des zweiten Abschnitts 168 in den Matrixwerkstoff eingebettet sind.
  • Der Kern 116 umfasst insbesondere einen Polymerschaum 170, einen Naturschaum 172, einen lösbaren Feststoff 174, insbesondere einen Stärke-Duroplasten, Wachs 176 oder Paraffin 178 oder er besteht aus einer oder mehreren dieser Komponenten (vergl. 6).
  • Der Kern 116 ist somit vorzugsweise als verlorener Kern ausgebildet und nach dem stoffschlüssigen Verbinden der Streben 108 und/oder der Stützen 110 mit den Decklagen 102, 104 entfernbar und verbleibt vorzugsweise nicht im Sandwichbauteil 100.
  • Der Kern 116 kann somit nach dem stoffschlüssigen Verbinden der Streben 108 und/oder der Stützen 110 mit den Decklagen 102, 104 entfernt werden.
  • Zum Entfernen des Kerns 116 kann beispielsweise eine in 6 gezeigte Blasvorrichtung 180 vorgesehen sein, mittels derer der Kern 116 durch Wegblasen entfernbar ist.
  • Alternativ oder ergänzend dazu ist es insbesondere möglich, dass der Kern 116 mechanisch, thermisch, durch Absaugen, durch Auflösen in einer Flüssigkeit und/oder durch Auflösen mittels einer Flüssigkeit, entfernt wird.
  • Um die Streben 108 und/oder die Stützen 110 belastungsgerecht in den Kern 116 einzubringen, ist es insbesondere denkbar, dass die Streben 108 und/oder die Stützen 110 kraftlinienorientiert, das heißt entsprechend der im Sandwichbauteil 100 auftretenden Druck- und/oder Zugspannungen und der im Sandwichbauteil 100 auftretenden Biege- und Torsionsmomente angeordnet werden.
  • Es ist vorzugsweise denkbar, dass die Streben 108 und/oder die Stützen 110 senkrecht zur Oberfläche 122 des Kerns 116 oder der Decklagen 102, 104 in den Kern 116 eingebracht werden (vergl. 1 bis 8).
  • Alternativ oder ergänzend hierzu ist es insbesondere möglich, dass die Streben 108 und/oder die Stützen 110 schräg zur Oberfläche 122 des Kerns 116 oder der beiden Decklagen 102, 104 in den Kern 116 eingebracht werden (vergl. 9 bis 11).
  • Dabei ist es vorzugsweise denkbar, dass ein Abstand 182 der Streben 108 und/oder der Stützen 110 zueinander variiert wird (vergl. 8).
  • Somit können insbesondere in Bauteilabschnitten des Sandwichbauteils 100, in denen eine erhöhte Energieaufnahme oder Energieabsorption erwünscht ist, Streben 108 und/oder Stützen 110 mit einem vergleichsweise geringen Abstand 182 zueinander angeordnet werden, wobei in Abschnitten des Sandwichbauteils 100 in denen eine geringere Energieaufnahme oder Energieabsorption gewünscht ist, ein größerer Abstand 182 der Streben 108 und/oder der Stützen 110 zueinander gewählt werden kann.
  • Um eine erhöhte Energieaufnahme oder eine erhöhte Energieabsorption im Crashfall zu ermöglichen, indem die Streben 108 und/oder die Stützen 110 ein sogenanntes Crushing-Versagen erfahren, bei dem die Streben 108 und/oder die Stützen 110 insbesondere pulverisiert werden und/oder zerbersten, kann ein Verhältnis einer Länge 184 der Streben 108 und/oder der Stützen 110 zu einem Durchmesser 186 der Streben 108 und/oder der Stützen 110 insbesondere derart gewählt werden, dass die Streben 108 und/oder die Stützen 110 im Vergleich zu ihrem Durchmesser 186 eine vergleichsweise kurze Länge 184 aufweisen. Vorzugsweise neigen entsprechend lange Streben 110 und/oder Stützen eher zu einem Knickversagen als entsprechend kurze Streben 108 und/oder Stützen 110.
  • Ein Crushing-Versagen der Streben 108 und/oder der Stützen 110 kann auch durch Wahl einer entsprechenden Materialstärke 188 der Streben 108 und/oder der Stützen 110 beeinflusst werden.
  • Insgesamt kann ein Verfahren zum Herstellen eines Sandwichbauteils 100, welches insbesondere in einem Crashfall eine hohe Energieaufnahme oder Energieabsorption aufweist, bereitgestellt werden, wobei das Verfahren einfach durchführbar ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    Sandwichbauteil
    102
    erste Decklage
    104
    zweite Decklage
    106
    Kernbereich
    108
    Strebe
    110
    Stütze
    112
    faserverstärktes Kunststoffmaterial
    114
    glasfaserverstärktes Kunststoffmaterial
    116
    Kern
    118
    Winkel
    120
    Achse
    122
    Oberfläche
    124
    Durchgangsöffnung
    126
    Werkzeugdorn
    128
    Werkzeug
    130
    Öffnung
    132
    Pfeil
    134
    Fasermatten
    136
    Glasfasermatten
    138
    Platten
    140
    Matrixwerkstoff
    142
    Matrixwerkstoffbehälter
    144
    erste Leitung
    146
    zweite Leitung
    148
    Matrixwerkstoffauffangbehälter
    150
    Form
    152
    Folie
    154
    dritte Leitung
    156
    Unterdruckspeicher
    158
    Vakuumpumpe
    160
    thermoplastischer Matrixwerkstoff
    162
    Pfeil
    164
    Längsachse
    165
    Anbindungselement
    166
    erster Abschnitt
    168
    zweiter Abschnitt
    170
    Polymerschaum
    172
    Naturschaum
    174
    lösbarer Feststoff
    176
    Wachs
    178
    Paraffin
    180
    Blasvorrichtung
    182
    Abstand
    184
    Länge
    186
    Durchmesser
    188
    Materialstärke
  • 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 102008015960 A1 [0002]
    • DE 102009004636 A1 [0002]
    • DE 102010005445 A1 [0002]
    • WO 2003/037668 A1 [0002]

Claims (15)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Sandwichbauteils (100), welches zwei einander gegenüberliegende Decklagen (102, 104) und einen zwischen den beiden Decklagen (102, 104) angeordneten Kernbereich (106) umfasst, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: - Einbringen einer oder mehrerer Streben (108) und/oder Stützen (110) aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial (112), insbesondere aus einem glasfaserverstärkten Kunststoffmaterial (114), in einen im Kernbereich (106) angeordneten Kern (116) zur Verbindung der beiden Decklagen (102, 104); - stoffschlüssiges Verbinden der Streben (108) und/oder Stützen (110) mit den Decklagen (102, 104).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (116) durch Einbringen der Streben (108) und/oder Stützen (110), während des Einbringens der Streben (108) und/oder Stützen (110), oder unmittelbar vor Einbringen der Streben (108) und/oder Stützen (110) durchstoßen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Decklagen (102, 104) Fasermatten (134), insbesondere Glasfasermatten (136), verwendet werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Decklagen (102, 104) oder die beiden Decklagen (102, 104) beim Einbringen der Streben (108) und/oder Stützen (110), während des Einbringens der Streben (108) und/oder Stützen (110), oder unmittelbar vor Einbringen der Streben (108) und/oder Stützen (110) durchstoßen werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das stoffschlüssige Verbinden der Streben (108) und/oder Stützen (110) mit den Decklagen (102, 104) ferner umfasst: a) bereichsweises Aufschmelzen eines thermoplastischen Matrixwerkstoffs (160) der Streben (108) und/oder Stützen (110) und/oder der Decklagen (102, 104); und/oder b) anschließendes Aushärten des thermoplastischen Matrixwerkstoffs (160).
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das stoffschlüssige Verbinden der Streben (108) und/oder Stützen (110) mit den Decklagen (102, 104) ferner umfasst: c) Infiltrieren der Decklagen (102, 104) und/oder der Streben (108) und/oder Stützen (110) mit einem insbesondere duroplastischen Matrixwerkstoff (140), insbesondere mit einem Epoxidharz, mit einem Polyesterharz und/oder mit einem Vinylesterharz, mittels eines Infiltrationsverfahrens, insbesondere mittels eines Vakuuminfiltrationsverfahrens; und/oder d) anschließendes Aushärten des Matrixwerkstoffs (140).
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (116) nach dem stoffschlüssigen Verbinden der Streben (108) und/oder Stützen (110) mit den Decklagen (102, 104) entfernt wird, insbesondere mechanisch, thermisch, durch Absaugen, durch Wegblasen, durch Auflösen in einer Flüssigkeit und/oder durch Auflösen mittels einer Flüssigkeit.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (116) einen Polymerschaum (170), einen Naturschaum (172), einen lösbaren Feststoff (174), insbesondere einen Stärke-Duroplasten, Wachs (176) oder Paraffin (178) umfasst und/oder daraus besteht.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Streben (108) und/oder Stützen (110) mit den Decklagen (102, 104) vor dem stoffschlüssigen Verbinden formschlüssig verbunden werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zum formschlüssigen Verbinden der Streben (108) und/oder Stützen (110) mit den Decklagen (102, 104) jeweils ein oder mehrere Anbindungselemente (165) zur Anbindung der Streben (108) und/oder Stützen (110) an die Decklagen (102, 104) an einer jeweiligen Strebe (108) und/oder Stütze (110) angeordnet werden.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Streben (108) und/oder Stützen (110) hohlzylindrische Streben (108) und/oder Stützen (110) verwendet werden.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Streben (108) und/oder Stützen (110) vor dem Einbringen in den Kern (116) mittels Pultrusion oder Strangziehen aus einem Endlosfaserstrang oder aus einem Endlosfaserbündel hergestellt werden.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Streben (108) und/oder Stützen (110) belastungsgerecht in den Kern (116) eingebracht werden.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass Streben (108) und/oder Stützen (110) mit voneinander verschiedenem Durchmesser (186) und/oder mit voneinander verschiedener Materialstärke (188) und/oder mit voneinander verschiedener Länge (184) verwendet werden.
  15. Sandwichbauteil (100), hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14.
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