DE102018217408A1

DE102018217408A1 - Bauteil aus verbundwerkstoff mit metallischem einsatz

Info

Publication number: DE102018217408A1
Application number: DE102018217408.3A
Authority: DE
Inventors: Louise Ledaguenel; Pascal Ligot; Fabrice Reveau; Erwan Tessier; Thierry Renault
Original assignee: Faurecia Automotive Composites SAS; PSA Automobiles SA
Current assignee: Stellantis Auto Sas Fr; Faurecia Automotive Composites SAS
Priority date: 2017-10-13
Filing date: 2018-10-11
Publication date: 2019-04-18
Also published as: CN109664515A; US20190111638A1; FR3072322B1; FR3072322A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils (1), das die folgenden Schritte umfasst: Platzieren eines Verbundbauteils (3), das Fasern und ein thermoplastisches Harz umfasst, auf einer Matrize; Bewegen eines Drückers in Richtung der Matrize, um das Bauteil (3) thermisch zu prägen; und Herstellen mindestens einer Öffnung (5) in dem Bauteil (3) durch Bewegen mindestens eines Dorns durch das Bauteil und mindestens eines Verdichters, der das durch den Dorn verschobene Material des Bauteils (3) zurückdrückt und eine Schulter (7) um die Öffnung (5) oder eine der Öffnungen (5) bildet. Das Verfahren beinhaltet auch einen Schritt des Anbringens eines metallischen Einsatzes (9) auf der Schulter (7) der Öffnung oder mindestens einer der Öffnungen (5).

Description

Die Erfindung betrifft den Bereich der Bauteile aus Verbundwerkstoff, die insbesondere in der Automobilindustrie verwendet werden und zur Montage auf einer Metallstruktur bestimmt sind. Insbesondere betrifft die Erfindung die Herstellung von Strukturbauteilen aus Verbundwerkstoffen, die mit in einem Harz mit thermoplastischen Eigenschaften gehaltenen kurzen oder endlosen Fasern verstärkt sind.
Neue Normen verpflichten die Automobilkonstrukteure, die CO₂-Emissionen bis 2020 zu reduzieren. Die Gewichtsreduzierung von Kraftfahrzeugen ist jedoch nach dem ersten Hebel, der darin besteht, den Wirkungsgrad des Motors zu erhöhen, der zweitwirksamste Weg, die Kraftstoffeffizienz zu verbessern.
In diesem Sinne wird die sich ständig weiterentwickelnde Verbundwerkstofftechnologie in der Automobilindustrie zunehmend eingesetzt, um Multimaterialstrukturen herzustellen, die leichter, aber auch widerstandsfähiger sind und es erlauben, das Gewicht von Fahrzeugkomponenten um bis zu 40% zu reduzieren. Dies gilt insbesondere für kurzfaserverstärkte thermoplastische Kunststoffe, die derzeit in vielen Fahrzeugteilen zu finden sind, wie beispielsweise Frontpartien, technischen Teilen unter der Motorhaube, Heckklappen und Heckböden. Gleiches gilt für thermoplastische Werkstoffe mit endlosen Fasern, die zur Herstellung von Strukturteilen wie unter anderem Türverstärkungen, Sitzstrukturen oder anderen Rohkarosserieverstärkungen verwendet werden. In beiden Fällen können diese Bauteile durch verschiedene Herstellungsverfahren aus Platten oder Vorformen aus Verbundwerkstoffen hergestellt werden. Unter diesen Prozessen ist es jedoch üblich, aufgrund der Art und Zusammensetzung des Matrixmaterials ein Thermoform- oder Thermoprägeverfahren einzusetzen.
Insbesondere bei der Montage von Verbundstrukturteilen an Metallstrukturen oder anderen Komponenten, die sie verfestigen sollen, erfolgt diese Montage durch Öffnungen oder Durchbrüche, die in die Bauteile selbst eingebracht werden und die den Durchgang von Befestigungssystemen vom Typ Schraube oder Niet ermöglichen. Diese Art der Befestigung bedeutet vor allem auch, dass auch Öffnungen in den die Strukturbauteile tragenden Metallstrukturen gebildet werden, aber es kann sich je nach Form der betreffenden Bauteile erweisen, dass die Montage dieser durchgehenden Befestigungssysteme schwierig und komplex ist.
Dies erhöht letztlich die Montagezeit des Bauteils und seine Kosten.
Die Bildung von Öffnungen in Strukturbauteilen erfolgt meist nach dem Thermoformprozess des Bauteils in einer sogenannten Erholungsphase. Diese Öffnungen werden in der Regel durch Schneiden, insbesondere durch Hochdruck-Wasserstrahl, Laser, Stanzen oder Bohren hergestellt. Schneidoperationen sind nicht nur langwierig und insbesondere aufgrund der abrasiven Eigenschaften von Verbundwerkstoffen schwierig durchzuführen, sondern haben auch den Nachteil, dass dabei endlose Fasern zerschnitten werden, die den Strukturbauteilen Festigkeit verleihen. Zusätzlich zu der Schwierigkeit, die Strukturbauteile an Metallstrukturen zu montieren, wird dadurch ihre mechanische Festigkeit an ihren Befestigungsöffnungen geschwächt.
Um dieses Problem zu lösen, beschreibt das veröffentlichte Patentdokument FR 2 926 745 A1 ein Verfahren zur Herstellung einer Öffnung in einem Bauteil aus verstärktem thermoplastischem Verbundwerkstoff. Das Bauteil wird in diesem Fall lokal erwärmt und die Fasern des Verbundwerkstoffs werden allmählich beiseite geschoben, während die Matrix im plastischen Zustand radial verdrängt wird, um zunächst ein Vorloch zu bilden, das dann auf die gewünschten Abmessungen vergrößert wird. Wenn das Loch fertiggestellt ist, wird ein Vorgang des Kalibrierens der durch das aus dem Loch verdrängte überschüssige Material verursachten Dicke des Bauteils im Bereich des Lochs durchgeführt, ohne Material zu entfernen. Diese Vorrichtung hat daher den Vorteil, dass sie die Herstellung von Löchern in Bauteilen aus Verbundwerkstoff ermöglicht, ohne die Fasern zu beschädigen. Es ist auch möglich, die Verfestigung der Öffnung zu perfektionieren, indem im Laufe des Durchstoßens des Bauteils ein Metallring um die Öffnung herum integriert wird.
Die veröffentlichte Patentschrift FR 3 033 521 A1 beschreibt ihrerseits eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Thermoprägen einer Verbundplatte aus Polymermaterial mit Verstärkungsfasern. Die Vorrichtung besteht aus einer Matrize und einem Stempel, der mit der Matrize zusammenwirkt, und einem Perforierwerkzeug, das so montiert ist, dass es translatorisch durch den Stempel hindurch bewegt werden kann. Während des Thermoprägeprozesses wird die Verbundplatte zwischen Stempel und Matrize eingespannt, während das Perforierwerkzeug translatorisch durch die zuvor erwärmte Verbundplatte geführt wird. Beim Durchlaufen der Verbundplatte schiebt das Perforationswerkzeug die Verstärkungsfasern beiseite, ohne sie zu brechen, und erzeugt ein Durchgangsloch, während es gleichzeitig das verdrängte Verbundmaterial auf der anderen Seite der Platte um das Loch vorspringen lässt. Die Matrize weist auch ein bewegliches rohrförmiges Element auf, in das das Perforationswerkzeug eingreift, um das verdrängte Polymermaterial unter Druck zu einem Vorsprung zu formen und eine Krempe zu bilden, die den Vorteil hat, den Rand der Öffnung zu versteifen. Obwohl der Bereich um die Befestigungslöcher der Strukturbauteile sowie die Löcher selbst durch Ausstülpungen von verdrängtem Material verstärkt werden können und damit die Befestigung der Bauteile zuverlässiger wird, bleibt die Tatsache bestehen, dass die Installation von Befestigungssystemen nicht vereinfacht wird und die Montage der Verbundbauteile daher ebenso lange dauert.
Ziel dieser Erfindung ist es, mindestens einen der Nachteile des oben genannten Standes der Technik zu überwinden. Konkret zielt die Erfindung darauf ab, die Befestigung von faserverstärkten Verbundwerkstoffteilen an Metallstrukturen, in diesem Fall Kraftfahrzeugen, einfacher und schneller zu gestalten und damit auch den Montageaufwand und die Kosten für diese Bauteile zu reduzieren.
Zu diesem Zweck ist der Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils, das die folgenden Schritte umfasst: Platzieren eines Bauteils aus Verbundmaterial, das Fasern und ein thermoplastisches Harz umfasst, auf einer Matrize; Bewegen eines Drückers in Richtung der Matrize, um das Bauteil thermisch zu prägen; Herstellen mindestens einer Öffnung in dem Bauteil durch Bewegen mindestens eines Dorns durch das Bauteil und mindestens eines Verdichters, der das durch den Dorn verschobene Material des Bauteils zurückdrückt und eine Schulter um die Öffnung oder eine der Öffnungen bildet; und das dadurch bemerkenswert ist, dass das Verfahren weiterhin den folgenden Schritt umfasst: Anbringen eines metallischen Einsatzes auf der Schulter der Öffnung oder mindestens einer der Öffnungen.
Vorteilhafterweise ist das Bauteil aus Verbundmaterial ein vorgeformtes Teil.
Vorzugsweise wird das Bauteil aus Verbundmaterial vorgewärmt, bevor es gestanzt und mindestens eine Öffnung in das Bauteil eingebracht wird.
Vorteilhaft ist, dass das zurückgedrückte Material des Bauteils mit einem komplexen Verdichter zurückdrückt wird, der mit beweglichen Teilen ausgestattet ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bildet die Schulter um die Öffnung oder mindestens eine der Öffnungen einen geschlossenen Ring oder mehrere voneinander beabstandete Segmente, wobei der entsprechende Einsatz in den Ring bzw. die Segmente mechanisch eingespannt ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird beim Einsetzen des metallischen Einsatzes /der metallischen Einsätze die oder jeder der Einsätze in einer Einlegebewegung ausschließlich auf die entsprechende Schulter zu bewegt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bildet die Schulter um die Öffnung oder mindestens eine der Öffnungen voneinander beabstandete Segmente mit radialen Kerben, wobei die entsprechende Einlage eine Umfangskante mit Aussparungen aufweist, die den Segmenten entsprechen, und der Schritt des Platzierens der Metalleinlage umfasst eine Einlegebewegung der Einlage in die Segmente, gefolgt von einer Drehbewegung der Einlage, um die Umfangskante der Einlage in den Kerben in Eingriff zu bringen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Einsatz oder jeder der Einsätze eine Platte, die am Umfang einen Vorsprung in Kontakt mit der entsprechenden Schulter aufweist, wobei die vom Vorsprung abgewandte Seite des Einsatzes mit der von der Schulter abgewandten Seite des Bauteils fluchtet.
Vorteilhafterweise ist der Durchmesser der Öffnung oder mindestens einer der Öffnungen größer als 10 mm und/oder kleiner als 30 mm, vorzugsweise in der Größenordnung von 20 mm.
Vorteilhafterweise ist der Außendurchmesser der Schulter größer als 30 und/oder kleiner als 40 mm, vorzugsweise 33 mm.
Vorteilhaft ist, dass die Dicke der Schulter zwischen dem 1,5- und 2-fachen der Dicke der Verbundplatte liegt. Der Innendurchmesser der Schulter kann zwischen 25 und 35 mm und vorzugsweise etwa 30 mm betragen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Vorgang des Einsetzens des metallischen Einsatzes /der metallischen Einsätze durchgeführt, während das Bauteil eine Durchschnittstemperatur über 80° und/oder unter 120° aufweist. Vorzugsweise liegt die Temperatur bei etwa 100°C.
Die Erfindung betrifft auch ein Verbundbauteil, das umfasst: einen thermisch gestanzten Körper aus Verbundmaterial, das Fasern und ein thermoplastisches Harz umfasst, mit mindestens einer Befestigungsöffnung; bemerkenswert dadurch, dass das Bauteil ferner umfasst: einen Einsatz, der auf der oder mindestens einer der Befestigungsöffnungen untergebracht ist, wobei der Körper um die Öffnung herum eine Schulter mit einer Anlagefläche für den Einsatz, in der Mittelebene des Bauteils an der Öffnung, und eine oder mehrere Flächen zum Positionieren des Einsatzes senkrecht zur Anlagefläche umfasst.
Das Verbundbauteil wird vorteilhaft durch das Verfahren nach der Erfindung erhalten.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bilden die Positionierfläche oder -flächen der Schulter oder jeder der Schultern einen geschlossenen Ring oder mehrere voneinander beabstandete Segmente, die eine Umfangskante des Einsatzes einklemmen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bilden die Positionierflächen der Schulter oder jeder der Schultern voneinander beabstandete Segmente mit radialen Kerben, die mit einer Umfangskante des Einsatzes in Eingriff stehen.
Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug, das eine Metallstruktur und mindestens ein an der Metallstruktur befestigtes Verbundbauteil umfasst, bei dem bemerkenswert ist, dass das Verbundbauteil der Erfindung entspricht, wobei der Einsatz oder jeder der Einsätze an der Metallstruktur befestigt ist.
Vorteilhafterweise wird das Verbundbauteil durch Verschweißen des oder der Einsätze an der Metallstruktur befestigt. Vorzugsweise wird das Schweißen als elektrisches Punktschweißen durchgeführt.
Vorteilhafterweise ist die Metallstruktur eine Kraftfahrzeugtür, vorzugsweise eine Türverkleidung, und das Verbundbauteil ist ein Verstärkungsbalken, der sich entlang der Tür erstreckt, insbesondere entlang einer vom Fahrzeug nach außen weisenden Fläche der Verkleidung.
Die Maßnahmen der Erfindung sind insofern interessant, als sie es ermöglichen, Strukturbauteile von Kraftfahrzeugen, wie beispielsweise Verstärkungsteile, einfach und schnell auf Metallelementen zu befestigen, die diese Bauteile im Allgemeinen versteifen müssen.
Diese Erfindung ist interessant, da die Befestigung von Bauteilen durch Schweißen von Metalleinsätzen, die fest in den Befestigungslöchern montiert sind, die Befestigung von Schrauben, Bolzen oder Nieten überflüssig macht, die nicht nur sperrig sind, sondern auch zusätzliche Löcher erfordern, die das Erscheinungsbild des Fahrzeugs verändern. Der Einbau von Metalleinsätzen parallel zum Schritt des Thermoprägens eines Strukturbauteils, insbesondere der Herstellung einer Öffnung im Bauteil, ermöglicht auch eine bessere Verbindung von Einsatz und Bauteil und trägt somit zur weiteren Stärkung des Randes der Öffnung, aber auch der Öffnung selbst bei. Interessant an der Erfindung ist auch, dass sie auf andere mechanische Teile des Fahrzeugs ausgedehnt werden kann.
Andere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sind besser zu verstehen anhand der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnungen.

- 1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Abschnitts eines Verbundbauteils gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung.
- 2 und 3 zeigen eine Querschnittsansicht bzw. Draufsicht und eine perspektivische Ansicht des Verbundbauteils aus 1.

- 4 und 5 veranschaulichen ein Verbundbauteil gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung.
- 6, 7 und 8 veranschaulichen ein Verbundbauteil gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung.
- 9 ist eine schematische Querschnittsansicht des Verbundbauteils aus 8.
- 10 und 11 zeigen jeweils eine Kraftfahrzeugtürverstärkung aus faserverstärktem thermoplastischem Verbundwerkstoff gemäß der Erfindung und dieselbe Verstärkung, montiert an einer Tür eines Fahrzeugs.

1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Abschnitts eines Verbundbauteils 1 gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung. Dieses Verbundbauteil 1 wird insbesondere durch Thermoprägen hergestellt. Dieses Verfahren besteht zunächst darin, in einer Form (nicht dargestellt) auf einer Matrize ein Bauteil 3, vorzugsweise ein Prepreg, aus Verbundwerkstoff einzubringen, der Fasern und ein thermoplastisches Harz umfasst. Ein Drücker (nicht dargestellt) bewegt sich dann auf die Matrize zu, um das Bauteil 3 thermisch zu prägen, dann werden mit einem beweglichen Dorn (nicht dargestellt) ein oder mehrere Löcher 5 in diesem Bauteil 3 hergestellt. Nachdem der Dorn das Bauteil 3 passiert hat, greift mindestens ein Verdichter (nicht dargestellt) ein, um das durch den Dorn verdrängte Material zurückzudrücken, wobei durch diese Verdichtung um die gebildeten Löcher 5 herum eine Schulter 7 gebildet wird, die einer lokalen Überdicke entspricht. Diese Schritte des Thermoprägens sind dem Fachmann an sich wohlbekannt.
Obwohl es sich um eine Querschnittsansicht handelt, zeigt 1, dass in der ersten Ausgestaltung des Bauteils 1 gemäß der Erfindung die um die Öffnung oder mindestens eine der Öffnungen 5 herum gebildete Schulter 7 tatsächlich einen geschlossenen Ring bildet, in dem der Einsatz 9 mechanisch eingespannt ist. Die Schulter 7 beinhaltet insbesondere eine Anlagefläche 11, auf die sich der Einsatz 9 stützen kann, sowie eine Positionierfläche 13, wobei letztere insbesondere die Klemmung des Einsatzes 9 gewährleistet.
Was den metallischen Einsatz 9 selbst betrifft, so besteht er aus einer Metallplatte, deren Form der Geometrie der Öffnung oder mindestens einer Öffnung 5 entspricht. So wird im letzten Schritt des Herstellungsprozesses des Verbundbauteils 1, der darin besteht, den Einsatz oder jeden der Einsätze 9 auf einer Schulter 7 der Öffnung oder mindestens einer Öffnung 5 zu platzieren, jeder Einsatz 9 in einer Einsetzbewegung ausschließlich auf die entsprechende Schulter 7 zu bewegt. Letztere besteht tatsächlich aus einer Druckbewegung in einer Richtung senkrecht zur Mittelebene des Bauteils an der Öffnung, wodurch der Einsatz/die Einsätze 9 an der entsprechenden Schulter 7 montiert und eingespannt werden kann/können. Wie in 1 dargestellt, ist der metallische Einsatz 9 durch einen Vorsprung 15 gebildet, der mit der Schulter 7 des betreffenden Verbundbauteils 3 in Kontakt steht, während die von dem Vorsprung 15 abgewandte Seite 17 dieses Einsatzes 9 mit der von der Schulter 7 abgewandten Seite 18 des Bauteils 3 fluchtet.
2 und 3 zeigen eine Querschnittansicht bzw. Draufsicht und eine perspektivische Ansicht des Verbundbauteils 1 aus 1. Das beabsichtigte Fehlen einer Darstellung des Einsatzes 9 in diesen Figuren ermöglicht es, die Form eines geschlossenen Rings 12 der Positionierungsfläche 13 der Schulter 7, die sich um die Öffnung 5 von Bauteil 3 erstreckt, sowie deren Anlagefläche 11 sehr deutlich zu beobachten.
Die 4 bis 5 und 6 bis 9 veranschaulichen ein Verbundbauteil gemäß einer zweiten und einer dritten Ausgestaltung der Erfindung. Die Bezugszeichen der ersten Ausgestaltung werden hier verwendet, um gleiche oder entsprechende Elemente zu bezeichnen, allerdings sind die Zahlenwerte für die zweite Ausgestaltung um 100 und für die dritte Ausgestaltung um 200 erhöht. Außerdem wird auf die Beschreibung dieser Elemente im Rahmen der ersten Ausgestaltung verwiesen. Zur Bezeichnung der spezifischen Elemente werden spezifische Bezugszeichen zwischen 100 und 200 bzw. 200 und 200 und 300 verwendet.
Die zweite Ausgestaltung, dargestellt in den 4 und 5, unterscheidet sich von der ersten im Wesentlichen dadurch, dass die Positionierfläche 113 der Schulter 107 in der Ebene der Öffnung 105 mehrere voneinander beabstandete Segmente 108 bildet, in diesem Fall umfasst die Schulter 107 bei diesen Figuren drei Segmente 108. Wie bei der ersten Ausführungsart besteht der Schritt des Aufsetzens des Einsatzes 109 auf die Schulter 107 der Öffnung(en) 105 jedoch darin, den Einsatz 109 in einer Einführungsrichtung senkrecht zur Mittelebene des Bauteils an die Öffnung zu bewegen, so dass die Umfangskante des Einsatzes 109 an den Segmenten 108 mechanisch eingespannt ist. Vorteilhafterweise weist bei dieser zweiten Ausgestaltung die Umfangskante der den Einsatz 109 bildenden Metallplatte eine Form auf, die spezifisch der Auflagefläche 11 der betreffenden Schulter folgt, um die eingespannte Montage des Einsatzes 109 zu erleichtern.
In der in den 6 bis 9 dargestellten dritten Ausgestaltung bilden die Positionierflächen 213 der Schulter 207 oder jeder der Schultern 207 Segmente 208, die voneinander beabstandet sind und radiale Kerben 206 aufweisen. Der entsprechende Einsatz 209 umfasst eine Umfangskante mit Aussparungen 210, die den Segmenten 208 entsprechen, wobei die Aussparungen 208 in die radialen Kerben 206 der betreffenden Segmente 208 eingreifen. Insbesondere zeigt 6 einen Einsatz 209 mit drei Aussparungen 210, der über einer Öffnung 205 positioniert ist, die eine Schulter 207 mit drei Segmenten 208 mit einer radialen Kerbe 206 aufweist, die zum Inneren der Öffnung 205 hin orientiert ist. Der Schritt des Platzierens des Einsatzes 209 umfasst bei dieser Ausgestaltung auch eine Einsetzbewegung des Einsatzes 209 in einer Richtung senkrecht zur Mittelebene des Bauteils an der Öffnung in die Segmente 208 (7), aber diese Einsetzbewegung wird anschließend durch eine Drehbewegung des Einsatzes 209 vervollständigt, so dass die Umfangskante des Einsatzes 209 in die Kerben 206 der Segmente 208 (8) eingreifen kann.
9 ist eine schematische Querschnittsansicht des Verbundbauteils 201 aus 8. Es zeigt insbesondere die Umfangskante des Einsatzes 209 mit dem Vorsprung 215, wenn er mit der Schulter 207 in Kontakt steht, aber auch, wenn er in eine Kerbe 206 eines Segments 208 einer Schulter 207 eingreift.
Das Herstellungsverfahren der erfindungsgemäßen Verbundbauteile 1; 101; 201 ermöglicht es daher, leichte und verstärkte Strukturteile herzustellen, die vorgesehen sind, um insbesondere an einem oder mehreren Strukturelementen eines Kraftfahrzeugs befestigt zu werden. Diese Strukturbauteile 1; 101; 201 können je nach der für ihre Herstellung verwendeten Form (Matrize und Drücker) unterschiedliche Formen annehmen, sind aber immer aus einem thermogeprägten Körper aus Verbundwerkstoff mit einem Harz und vorzugsweise endlosen Fasern gefertigt und weisen außerdem mindestens eine Befestigungsöffnung 5; 105 ; 205 auf, an der ein metallischer Einsatz 9 ;109 ;209 angebracht ist, der dazu dienen wird, sie z.B. durch Schweißen oder andere dem Fachmann bekannte Befestigungsmittel, an der Karosserie oder dem Korpus eines Kraftfahrzeugs zu befestigen. Diese Befestigungsöffnung 5; 105; 205 ist insbesondere durch das Vorhandensein einer Schulter 7; 107; 207 um ihren Rand gekennzeichnet. Diese Schulter 7; 107; 107; 107; 207 umfasst eine Anlagefläche 11; 111; 211 und eine oder mehrere Positionierflächen 13; 113; 213. In der ersten Ausgestaltung des Bauteils 1 (1-3) bildet die Positionierfläche 13 der Schulter 7 einen geschlossenen Ring 12, und in der zweiten Ausgestaltung (4 und 5) bilden die Positionierflächen 113 der Schulter 107 voneinander beabstandete Segmente 108. In beiden Ausgestaltungen haben der geschlossene Ring 12 und die Segmente 108 jedoch die Funktion, eine Umfangskante des Einsatzes (9; 109) zu klemmen, um den Einsatz (9; 109) in Position zu halten. In der dritten Ausgestaltung (6 bis 9) bilden die Positionierflächen 213 der Schulter 207 voneinander beabstandete Segmente 208 mit radialen Kerben 206, die nach einer Drehbewegung des Einsatzes 209 mit einer Umfangskante des Einsatzes 209 in Eingriff kommen, um ihn an der Öffnung 205 festzuhalten.
Vorteilhafterweise wird die Platzierung eines metallischen Einsatzes 9; 109; 209 an der Schulter 7; 107; 207, der Öffnung oder mindestens einer der Öffnungen 5; 105; 205 durchgeführt, wenn das Bauteil 3; 103; 203 noch nicht abgekühlt ist, d.h. wenn das Bauteil 3; 103; 203 eine Durchschnittstemperatur von etwa 100°C hat, was eine bessere Befestigung des metallischen Einsatzes 9; 109; 209 an der entsprechenden Öffnung 5; 105; 205 des Bauteils 3; 103; 203 ermöglicht.
10 zeigt ein Beispiel für ein Verbundbauteil 1; 101; 201 gemäß der Erfindung, in diesem Fall eine Türverstärkung 21 für ein Kraftfahrzeug. Dieses Bauteil wird nach dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren hergestellt. Nachdem die metallischen Einsätze 9; 109; 209 (nicht in 10 dargestellt) in den entsprechenden Öffnungen 5; 105; 205 eingespannt und blockiert wurden, wird das Verstärkungsbauteil 21 an der Fahrzeugtür befestigt. 11 zeigt das Verstärkungsteil 21 aus 10 nach dem Anschweißen an einer nach außen gerichteten Seite einer Fahrzeugtürverkleidung 23.
Allgemein ermöglicht diese Erfindung eine Vereinfachung der Befestigung von Strukturbauteilen aus thermoplastischem, mit langen und endlosen Fasern verstärktem Verbundwerkstoff an den Metallstrukturen von Kraftfahrzeugen sowie eine Verringerung der Montagezeit dieser Bauteile und damit der Kosten für letztere. Diese Erfindung hat ein wirtschaftliches Potenzial, da sie bei jeder Form von thermoplastischen Verbundbauteilen, die an den Metallstrukturen eines Kraftfahrzeugs befestigt werden sollen, anwendbar ist, wobei die Montage der Metalleinsätze der Öffnungen mit beliebigen Montagemitteln erfolgt, ohne jedoch den Einspannvorgang in Frage zu stellen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

FR 2926745 A1 [0007]
FR 3033521 A1 [0008]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils (1; 101; 201), umfassend die folgenden Schritte: - Platzieren eines Bauteils (3; 103; 203; 203; 203) aus Verbundmaterial, umfassend Fasern und ein thermoplastisches Harz, auf einer Matrize; - Bewegen eines Drückers in Richtung der Matrize, um das Bauteil (3; 103; 203) thermisch zu prägen; - Herstellen mindestens einer Öffnung (5; 105; 105; 105; 205) in dem Bauteil (3; 103; 103; 103; 203) durch Bewegen mindestens eines Dorns durch das Bauteil (3; 103; 203) und mindestens eines Verdichters, der das durch den Dorn verschobene Material des Bauteils (3; 103; 203) zurückdrückt und eine Schulter (7; 107; 107; 107; 207) um die Öffnung (5; 105; 105; 105; 205) oder eine der Öffnungen (5; 105; 205) formt; dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner den folgenden Schritt umfasst: - Anbringen eines metallischen Einsatzes (9; 109; 209) auf der Schulter (7; 107; 207) der Öffnung oder mindestens einer der Öffnungen (5; 105; 205).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schulter (7; 107) um die Öffnung (5; 105) oder mindestens eine der Öffnungen (5; 105) einen geschlossenen Ring (12) oder mehrere voneinander beabstandete Segmente (108) bildet, wobei der entsprechende Einsatz (9; 109) mechanisch in dem Ring (12) bzw. den Segmenten (108) eingespannt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Anbringens des metallischen Einsatzes /der metallischen Einsätze der Einsatz oder jeder der Einsätze (9; 109) in einer Einsetzbewegung ausschließlich in Richtung der entsprechenden Schulter (7; 107) bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Öffnung oder mindestens eine der Öffnungen (205) die Schulter (207) voneinander beabstandete Segmente (208) bildet, die radiale Kerben (206) aufweisen, wobei der entsprechende Einsatz (209) eine Umfangskante mit den Segmenten (208) entsprechenden Aussparungen (210) aufweist, wobei der Schritt des Platzierens des metallischen Einsatzes eine Einsetzbewegung des Einsatzes (209) in die Segmente (208) und anschließend eine Drehbewegung des Einsatzes (209) umfasst, um in die Umfangskante des Einsatzes (209) in den Kerben 206 in Eingriff zu bringen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (9; 109; 209) oder jeder der Einsätze (9; 109; 209) eine Platte ist, die am Umfang einen Vorsprung (15; 115; 215) in Kontakt mit der entsprechenden Schulter (7 ; 107; 207) aufweist, wobei die vom Vorsprung (15; 115; 215) abgewandte Fläche (17; 117; 217) des Einsatzes (9; 109; 209) mit der von der Schulter (7; 107; 207) abgewandten Fläche (18; 118; 218) des Bauteils (3; 103; 203) fluchtet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorgang des Einsetzens des metallischen Einsatzes /der metallischen Einsätze (9; 109; 209) durchgeführt wird, während das Bauteil (3; 103; 203) eine Durchschnittstemperatur über 80° und/oder unter 120°C aufweist.
Verbundbauteil (1; 101; 201), umfassend: - einen thermisch gestanzten Körper aus Verbundmaterial, das Fasern und ein thermoplastisches Harz umfasst, mit mindestens einer Befestigungsöffnung (5; 105; 105; 105; 105; 205); dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1; 101; 201) ferner umfasst: - einen metallischen Einsatz (9; 109; 209), der an der Öffnung oder mindestens einer der Befestigungsöffnungen (5; 105; 205) angebracht ist, wobei der Körper um das Loch (5; 105; 205) herum eine Schulter (7; 107; 207) mit einer Anlagefläche (11; 111; 211) für den Einsatz (9; 109; 209) in der Mittelebene des Bauteils an der Öffnung (5; 105; 205) und eine oder mehrere Positionierflächen (13; 113; 213) des Einsatzes (9; 109; 209), senkrecht zur Anlagefläche (11; 111; 211), aufweist.
Verbundbauteil (1; 101) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierfläche(n) (13; 113) des Einsatzes (9; 109) oder eines jeden der Einsätze (9; 109) einen geschlossenen Ring (12) oder mehrere voneinander beabstandete Segmente (108) bilden, die eine Umfangskante des Einsatzes (9; 109) einspannen.
Verbundbauteil (201) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierungsflächen (213) der Schulter (207) oder jeder der Schultern (207) voneinander beabstandete Segmente (208) mit radialen Kerben (206) bilden, die mit einer Umfangskante des Einsatzes (209) in Eingriff stehen.
Kraftfahrzeug, umfassend eine Metallstruktur (23) und mindestens ein Verbundbauteil (1; 101; 201), das an der Metallstruktur (23) befestigt ist; dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundbauteil (1; 101; 201) nach einem der Ansprüche 7 bis 9 ist, wobei der Einsatz oder jeder der Einsätze (9; 109; 209) an der Metallstruktur (23) befestigt ist.