-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines kohlenstofffaserverstärkten Bauteils, wobei das Bauteil durch Laminieren eines kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffs erzeugt wird und nachfolgend einer Anzahl weiterer Fertigungs- und/oder Bearbeitungsschritte zugeführt wird, wobei bei der Erzeugung des kohlenstofffaserverstärkten Bauteils in und/oder an dem Bauteil zumindest ein werkzeugfallender Referenzpositionierungsabschnitt ausgebildet wird, der nachfolgend an zumindest einem Bauteilaufnahmemittel angebracht wird, welches in den nachfolgenden Fertigungs- und/oder Bearbeitungsschritten zum definierten Positionieren des Bauteils verwendet wird.
-
In modernen Kraftfahrzeugen finden sich faserverstärkte Bauteile, insbesondere kohlenstofffaserverstärkte Bauteile, mittlerweile immer häufiger. Diese Bauteile zeichnen sich trotz ihrer geringen Masse durch zahlreiche positive mechanische Eigenschaften, insbesondere durch eine hohe mechanische Festigkeit, aus. Ein Beispiel für ein kohlenstofffaserverstärktes Bauteil ist ein Spiegelgehäuse eines Außenspiegels eines Kraftfahrzeugs, der alternativ zu einem herkömmlichen Spiegelgehäuse aus Kunststoff verbaut werden kann. Ein derartiges Spiegelgehäuse besteht aus einer Gehäuseschale, die aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (CFK) hergestellt ist, und weist zusätzliche Anbindungspunkte zu angrenzenden Komponenten des Außenspiegels, wie zum Beispiel einer Seitenblinkleuchte, auf. Diese zusätzlichen Anbindungspunkte können zum Beispiel durch Klebeeinsätze, die in beziehungsweise an der Gehäuseschale befestigt sind, realisiert werden.
-
Bei der Herstellung eines derartigen Spiegelgehäuses wird in einem ersten Schritt zunächst die Gehäuseschale aus dem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff erzeugt, die nachfolgend weiteren Fertigungs- und/oder Bearbeitungsschritten zugeführt wird. Dabei wird zum Beispiel in einem nachfolgenden Bearbeitungsschritt in einer Fräslehre ein Fräsbeschnitt der Gehäuseschale durchgeführt. In einem weiteren Schritt erfolgt in einer Klebelehre ein Einkleben der Kunststoffeinsätze in die Gehäuseschale, welche die zusätzlichen Anbindungspunkte zu den weiteren Komponenten des Außenspiegels bilden. An diesen Schritt kann sich dann zum Beispiel die Lackierung des Spiegelgehäuses anschließen.
-
Bei diesem vorstehend beschriebenen Verfahren wird die Gehäuseschale im ersten Schritt durch Laminieren in einem händischen Prozess aus dem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff erzeugt. In den nachfolgenden Prozessschritten wird die Gehäuseschale in entsprechende Handhabungs- und/oder Bearbeitungsvorrichtungen, insbesondere in die Fräslehre und in die Klebelehre, eingespannt und darin vollflächig gehalten. Eine derartige undefinierte und vollflächige Aufnahme der Gehäuseschale hat insbesondere den Nachteil, dass es zu mechanischen Bauteilverspannungen sowie gegebenenfalls auch zu veränderlichen Positionen der Gehäuseschale in der Fräslehre und/oder in der Klebelehre kommen kann. Dieses kann zu hohen Bauteiltoleranzen und demzufolge zu einem hohen Produktionsausschuss führen.
-
Die
EP 3 227 063 B1 offenbart ein Verfahren zur Automatisierung des Zusammenbaus von Kraftfahrzeugspiegeln. Aus der
US 9,434,310 B2 ist ein Befestigungssystem für einen Außenspiegel eines Kraftfahrzeugs bekannt.
-
-
Die vorliegende Erfindung macht es sich zur Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung eines kohlenstofffaserverstärkten Bauteils zur Verfügung zu stellen, welches eine definierte und wiederholgenaue Aufnahme des Bauteils in weiteren, sich an die Erzeugung des Bauteils aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff anschließenden Fertigungs- und/oder Bearbeitungsschritten ermöglicht und welches die Möglichkeit schafft, weitere Komponenten auf einfache Weise mit dem Bauteil zu verbinden.
-
Die Lösung dieser Aufgabe liefert ein Verfahren zur Herstellung eines kohlenstofffaserverstärkten Bauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
-
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines kohlenstofffaserverstärkten Bauteils ist kennzeichnend vorgesehen, dass in einem der weiteren Fertigungs- und/oder Bearbeitungsschritte eine Anzahl von Anbindungspunkten des Bauteils erzeugt wird, mittels derer weitere Komponenten mit dem Bauteil verbindbar sind, wobei das Bauteilaufnahmemittel mit dem daran angebrachten Bauteil in eine Klebelehre eingebracht, insbesondere eingespannt, wird, in der mehrere Kunststoffeinsätze in das Bauteil eingeklebt werden, welche die Anbindungspunkte des Bauteils bilden, und dass nach dem Kleben der Kunststoffeinsätze in einem der weiteren Fertigungs- und/oder Bearbeitungsschritte das Bauteilaufnahmemittel mit dem daran angebrachten Bauteil in eine Fräslehre eingebracht, insbesondere eingespannt, wird, in der ein Fräsbeschnitt des Bauteils durchgeführt wird, wobei der Referenzpositionierungsabschnitt durch Fräsen entfernt wird. Um eine definierte und wiederholgenaue Aufnahme des Bauteils in den nachfolgenden Fertigungs- und/oder Bearbeitungsschritten zu ermöglichen, wird bei der Erzeugung des Bauteils zumindest ein Referenzpositionierungsabschnitt, insbesondere im Inneren des Bauteils, integral mit dem Bauteil ausgebildet. Es hat sich gezeigt, dass sich abgerundete Flächen des Bauteils, welches zum Beispiel eine Gehäuseschale eines Spiegelgehäuses eines Fahrzeugaußenspiegels sein kann, nicht als Referenzpositionierungsabschnitte eignen. Um später eine maximale Genauigkeit zu erreichen, wird somit bei der Erzeugung des Bauteils in oder an dem Bauteil zumindest ein werkzeugfallender Referenzpositionierungsabschnitt erzeugt. Dieser Referenzpositionierungsabschnitt ermöglicht in allen nachfolgenden Fertigungs- und/oder Bearbeitungsschritten eine definierte Positionierung des Bauteils in entsprechenden Handhabungs- und/oder Bearbeitungsvorrichtungen, insbesondere durch Einspannen des Bauteils. Das Bauteil liegt in seiner Montagesolllage vorzugsweise mit dem Referenzpositionierungsabschnitt in Montagerichtung an einer Auflagefläche des Bauteilaufnahmemittels an. Das Bauteilaufnahmemittel wird vorzugsweise in allen nachfolgenden Fertigungs- und/oder Bearbeitungsschritten des Bauteils verwendet und stellt dadurch in vorteilhafter Weise sicher, dass möglichst geringe Toleranzen entstehen. Aufgrund entsprechend geringer Bauteiltoleranzen kann somit auch der Produktionsausschuss in vorteilhafter Weise verringert werden. Dadurch, dass erfindungsgemäß in einem der weiteren Fertigungs- und/oder Bearbeitungsschritte eine Anzahl von Anbindungspunkten des Bauteils erzeugt wird, mittels derer weitere Komponenten mit dem Bauteil verbindbar sind, wobei das Bauteilaufnahmemittel mit dem daran angebrachten Bauteil in eine Klebelehre eingebracht, insbesondere eingespannt, wird, in der mehrere Kunststoffeinsätze in das Bauteil eingeklebt werden, welche die Anbindungspunkte des Bauteils bilden, wird die Möglichkeit geschaffen, dass eine oder mehrere Komponenten eines Gegenstands, welcher das aus dem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff hergestellte Bauteil umfasst, mit dem Bauteil verbunden werden können. Es hat sich in diesem Zusammenhang als vorteilhaft erwiesen, das Kleben der Kunststoffeinsätze - anders als im Stand der Technik - vor dem Fräsbeschnitt durchzuführen, da durch den Fräsbeschnitt des Bauteils gleichzeitig der Referenzpositionierungsabschnitt entfernt werden kann und hierfür somit kein zusätzlicher Verfahrensschritt erforderlich ist.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform besteht die Möglichkeit, dass in dem Referenzpositionierungsabschnitt eine Mehrzahl von Aufnahmen oder Referenzpositionierungsflächen derart ausgebildet und positioniert wird, dass in diese Aufnahmen oder Referenzpositionierungsflächen bei der Anbringung an dem Bauteilaufnahmemittel jeweils ein Haltedom oder eine Anzahl von Referenzpositionierungsgegenflächen des Bauteilaufnahmemittels, insbesondere formschlüssig, eingreift. Vorzugsweise sind die Haltedome des Bauteilaufnahmemittels im Wesentlichen zylindrisch geformt.
-
In einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass zumindest eine der Aufnahmen als Rundlochaufnahme ausgebildet wird. Ferner besteht in einer vorteilhaften Ausführungsform die Möglichkeit, dass zumindest eine der Aufnahmen als Langlochaufnahme ausgebildet wird. Durch das Vorsehen zumindest einer Langlochaufnahme wird in vorteilhafter Weise die Möglichkeit eines Toleranzausgleichs, insbesondere bei der Montage des Bauteilaufnahmemittels, geschaffen.
-
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass in dem Referenzpositionierungsabschnitt eine Anzahl von Schraublöchern derart ausgebildet und positioniert wird, dass diese bei der Anbringung an dem Bauteilaufnahmemittel mit jeweils einem Schraubloch des Bauteilaufnahmemittels fluchten, wobei durch jedes Paar miteinander fluchtender Schraublöcher des Referenzpositionierungsabschnitts und des Bauteilaufnahmemittels jeweils eine Befestigungsschraube hindurchgeführt wird, um das Bauteil mit dem Bauteilaufnahmemittel zu verschrauben. Durch das Verschrauben wird eine entsprechende Vorspannkraft erzeugt, so dass das Bauteil von dem Bauteilaufnahmemittel in den nachfolgenden Fertigungs- und/oder Bearbeitungsschritten sicher gehalten werden kann. Vorzugsweise sind mehrere Befestigungsschrauben vorgesehen, um dadurch einen besonders sicheren Halt des Bauteils an dem Bauteilaufnahmemittel zu ermöglichen.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass in einem der weiteren Fertigungs- und/oder Bearbeitungsschritte das Bauteil lackiert wird.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Dabei zeigen
- 1 eine perspektivische Ansicht eines Bauteils aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff, welches durch ein Verfahren gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hergestellt wird,
- 2 eine Unteransicht des Bauteils gemäß 1,
- 3 eine perspektivische Darstellung, welche die Montage eines Bauteilaufnahmemittels an dem Bauteil veranschaulicht,
- 4 eine Darstellung, die das Bauteil vor der Entfernung eines Referenzpositionierungsabschnitts zeigt,
- 5 das Bauteil nach der Entfernung des Referenzpositionierungsabschnitts,
- 6 eine Vorderansicht eines Bauteils aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff, das ebenfalls durch ein Verfahren gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hergestellt wird,
- 7 einen Schnitt durch das Bauteilaufnahmemittel und das daran angebrachte Bauteil entlang einer Linie A-A in 6
-
Unter Bezugnahme auf 1 ist dort ein Bauteil 1 gezeigt, welches aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (CFK) hergestellt ist und vorliegend ein als Spiegelschale ausgebildetes Spiegelgehäuse für einen Außenspiegel eines Kraftfahrzeugs ist. Das Bauteil 1 wird durch Laminieren aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff erzeugt und in nachfolgenden Fertigungs- und/oder Bearbeitungsschritten weiterbearbeitet und dabei insbesondere vollflächig in entsprechende Handhabungs- und/oder Bearbeitungsvorrichtungen, wie zum Beispiel in eine Klebelehre oder in eine Fräslehre, eingespannt.
-
Um eine definierte und insbesondere auch wiederholgenaue Aufnahme des Bauteils 1 in den nachfolgenden Fertigungs- und/oder Bearbeitungsschritten zu ermöglichen, wird bei der Erzeugung des Bauteils 1 zumindest ein Referenzpositionierungsabschnitt 3 in definierter Weise integral mit dem Bauteil 1 ausgebildet. Es hat sich gezeigt, dass sich die abgerundeten Flächen des Bauteils 1 in diesem Zusammenhang nicht als Referenzpositionierungsabschnitte 3 eignen. Ferner sind alle werkzeugfallenden Flächen Außenflächen und können daher nicht für diesen Zweck genutzt werden.
-
Um eine maximale Genauigkeit zu erreichen, wird bei der Herstellung in oder an dem Bauteil 1 - vorliegend in einem inneren Bereich des Bauteils 1 - zumindest ein werkzeugfallender Referenzpositionierungsabschnitt 3 erzeugt. Dieser Referenzpositionierungsabschnitt 3 ermöglicht in allen nachfolgenden Fertigungs- und/oder Bearbeitungsschritten eine definierte Positionierung des Bauteils 1, insbesondere in entsprechenden Handhabungs- und/oder Bearbeitungsvorrichtungen. Wie in 1 zu erkennen, sind in dem Referenzpositionierungsabschnitt 3 in diesem Ausführungsbeispiel eine Rundlochaufnahme 30, eine Langlochaufnahme 31 sowie mehrere (vorliegend drei) Schraublöcher 32, 33, 34 ausgebildet.
-
Unter Bezugnahme auf 3 soll nachfolgend die Montage eines Bauteilaufnahmemittels 4 an dem Referenzpositionierungsabschnitt 3 des Bauteils 1 näher erläutert werden. Das Bauteilaufnahmemittel 4 weist eine Auflagefläche 45 mit einem ersten, im Wesentlichen zylindrisch geformten Haltedom 40, einem zweiten, im Wesentlichen zylindrisch geformten Haltedom 41 sowie mehreren (vorliegend drei) Schraublöchern 42, 43, 44 auf. Die beiden im Wesentlichen zylindrisch geformten Haltedome 40, 41 sind so positioniert, dass sie bei der Montage in die Rundlochaufnahme 30 beziehungsweise in die Langlochaufnahme 31 eingreifen können.
-
Der erste Haltedom 40 greift dabei in die Rundlochaufnahme 30 ein und der zweite Haltedom 41 greift in die Langlochaufnahme 31 ein. Die Langlochaufnahme 31 ermöglicht in vorteilhafter Weise einen Toleranzausgleich bei der Montage. Die Schraublöcher 42, 43, 44 des Bauteilaufnahmemittels 4 sind so in der Anlagefläche 45 positioniert, dass sie in einer Montagesolllage mit den Schraublöchern 32, 33, 34 des Referenzpositionierungsabschnitts 3 fluchten. Das Bauteil 1 liegt in seiner Montagesolllage mit dem Referenzpositionierungsabschnitt 3 in Montagerichtung an der Anlagefläche 45 des Bauteilaufnahmemittels 4 an. Dadurch wird das Bauteil 1 eindeutig an dem Bauteilaufnahmemittel 4 positioniert. Anschließend werden das Bauteil 1 und das Bauteilaufnahmemittel 4 mittels dreier Befestigungsschrauben 50, 51, 52, die durch die drei Schraublöcher 32, 33, 34 des Referenzpositionierungsabschnitts 3 und durch die Schraublöcher 42, 43, 44 des Bauteilaufnahmemittels 4 hindurchgeführt werden, miteinander verschraubt. Dadurch wird eine Vorspannkraft erzeugt, so dass das Bauteil 1 von dem Bauteilaufnahmemittel 4 gehalten werden kann.
-
Das Bauteilaufnahmemittel 4 mit dem daran in der vorstehend beschriebenen Weise befestigten Bauteil 1 wird nun in nachfolgenden Fertigungs- und/oder Bearbeitungsschritten in entsprechende Handhabungs- und/oder Bearbeitungsvorrichtungen, wie zum Beispiel eine Klebelehre oder eine Fräslehre, eingespannt und darin vollflächig gehalten. Das Bauteilaufnahmemittel 4 ermöglicht dabei in allen nachfolgenden Fertigungs- und/oder Bearbeitungsschritten eine eindeutige Positionierung des Bauteils 1.
-
Um Anbindungspunkte des Bauteils 1 für eine spätere Anbindung an daran angrenzende Komponenten zu schaffen, wird das Bauteilaufnahmemittel 4 mit dem daran angebrachten Bauteil 1 in eine Klebelehre eingespannt, in der mehrere Kunststoffeinsätze 2a, 2b, 2c in das Bauteil 1 eingeklebt werden. Diese Kunststoffeinsätze 2a, 2b, 2c dienen später als Anbindungspunkte des Bauteils 1 an daran angrenzende Komponenten.
-
Das Bauteilaufnahmemittel 4 wird vorzugsweise in allen Fertigungs- und/oder Bearbeitungsschritten verwendet und stellt dadurch in vorteilhafter Weise sicher, dass möglichst wenig Toleranzen entstehen. Dadurch kann der Bauteilausschuss während einer Serienproduktion der Bauteile 1 wirksam reduziert werden.
-
In einem letztem Bearbeitungsschritt wird das Bauteilaufnahmemittel 4 mit dem daran angebrachten Bauteil 1 in einer Fräslehre einer Fräsvorrichtung aufgenommen, insbesondere darin eingespannt. In dieser Fräslehre wird ein Fräsbeschnitt vorgenommen, bei dem auch der Referenzpositionierungsabschnitt 3 entfernt wird. In 4 ist das Bauteil 1 vor der Entfernung des Referenzpositionierungsabschnitts 3 gezeigt. In 5 ist das Bauteil 1 nach der Entfernung des Referenzpositionierungsabschnitts 3 dargestellt.
-
Unter Bezugnahme auf 6 und 7 ist dort ein weiteres Bauteil 1 aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (CFK) gezeigt, das ebenfalls durch das oben bereits erläuterte Verfahren hergestellt wird und das wiederum ein Spiegelgehäuse eines Außenspiegels eines Kraftfahrzeugs ist. Der einzige Unterscheid zu dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel besteht darin, dass das Bauteil 1 und das Bauteilaufnahmemittel 4 mittels einer einzigen Befestigungsschraube 50 miteinander verbunden sind. Durch diese Schraubverbindung wird eine Vorspannkraft erzeugt, so dass das Bauteil 1 von dem Bauteilaufnahmemittel 4 gehalten werden kann.
