DE102021118286B4 - Underbody protection element made of duroplastic material, manufacturing method and motor vehicle with an underbody protection element - Google Patents
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Abstract
Beschrieben wird ein Unterbodenschutzelement (10) für ein Kraftfahrzeug (200), insbesondere Elektrofahrzeug, mit einem umgeformten Kernelement (12) aus einem duroplastischen Faser-Matrix-Halbzeug, insbesondere aus blatt- oder plattenartiger Formmasse (SMC) oder/und aus formloser Masse (BMC), wenigstens einem Verstärkungselement (14c, 14d) aus einem glasfaserverstärkten duroplastischen Material, insbesondere einem duroplastischen Prepreg, wobei das wenigstens eine Verstärkungselement (14c, 14d) materialschlüssig mit dem Kernelement (12) verbunden ist. Dabei ist vorgesehen, dass das Unterbodenschutzelement (10) einen umgeformten, umlaufenden Randabschnitt (16) aus einem duroplastischen Faser-Matrix-Halbzeug aufweist, wobei das wenigstens eine Verstärkungselement (14c, 14d) innerhalb der von dem Randabschnitt (16) begrenzten Fläche angeordnet ist. Ferner werden ein Herstellungsverfahren für ein solches Unterbodenschutzelement (10) und ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Unterbodenschutzelement (10) beschrieben.An underbody protection element (10) for a motor vehicle (200), in particular an electric vehicle, is described, having a formed core element (12) made from a duroplastic fiber matrix semi-finished product, in particular from a sheet or plate-like molding compound (SMC) and/or from a shapeless compound ( BMC), at least one reinforcement element (14c, 14d) made of a glass fiber reinforced duroplastic material, in particular a duroplastic prepreg, wherein the at least one reinforcement element (14c, 14d) is materially connected to the core element (12). It is provided that the underbody protection element (10) has a shaped, peripheral edge section (16) made of a duroplastic fiber matrix semi-finished product, the at least one reinforcement element (14c, 14d) being arranged within the area delimited by the edge section (16). . A production method for such an underbody protection element (10) and a motor vehicle with such an underbody protection element (10) are also described.
Description
Die Erfindung betrifft ein Unterbodenschutzelement für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Elektrofahrzeug, mit einem umgeformten Kernelement aus einem duroplastischen Faser-Matrix-Halbzeug, insbesondere aus blatt- oder plattenartiger Formmasse (SMC) oder/und aus formloser Masse (BMC), wenigstens einem Verstärkungselement aus einem glasfaserverstärkten duroplastischen Material, insbesondere einem duroplastischen Prepreg, wobei das wenigstens eine Verstärkungselement materialschlüssig mit dem Kernelement verbunden ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Unterbodenschutzelements.The invention relates to an underbody protection element for a motor vehicle, in particular an electric vehicle, with a formed core element made from a duroplastic fiber matrix semi-finished product, in particular from sheet-like or plate-like molding compound (SMC) and/or from shapeless compound (BMC), at least one reinforcing element made from a Glass fiber reinforced duroplastic material, in particular a duroplastic prepreg, wherein the at least one reinforcement element is materially connected to the core element. Furthermore, the invention relates to a method for producing such an underbody protection element.
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise eine Energiespeichergehäuseanordnung aus der
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, ein Unterbodenschutzelement, das möglichst leicht, aber gleichzeitig biegesteif ist, und ein entsprechendes Herstellungsverfahren anzugeben.The object on which the invention is based is seen in specifying an underbody protection element that is as light as possible but at the same time rigid, and a corresponding manufacturing method.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Unterbodenschutzelement, ein Verfahren zu dessen Herstellung und ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.This object is achieved by an underbody protection element, a method for its production and a motor vehicle with the features of the respective independent patent claims. Advantageous configurations with expedient developments are specified in the dependent patent claims.
Vorgeschlagen wird also ein Unterbodenschutzelement für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Elektrofahrzeug, mit
einem umgeformten Kernelement aus einem duroplastischen Faser-Matrix-Halbzeug, insbesondere aus blatt- oder plattenartiger Formmasse (SMC bzw. Sheet Molding Compound) oder/und aus formloser Masse (BMC bzw. Bulk Molding Compund),
wenigstens einem Verstärkungselement aus einem glasfaserverstärkten duroplastischen Material, insbesondere einem duroplastischen Prepreg, wobei das wenigstens eine Verstärkungselement materialschlüssig mit dem Kernelement verbunden ist.
Dabei ist vorgesehen, dass das Unterbodenschutzelement einen umgeformten, umlaufenden Randabschnitt aus dem duroplastischen Faser-Matrix-Halbzeug aufweist, wobei das wenigstens eine Verstärkungselement innerhalb der von dem Randabschnitt begrenzten Fläche angeordnet ist.An underbody protection element for a motor vehicle, in particular an electric vehicle, is therefore proposed
a formed core element made of a duroplastic fiber matrix semi-finished product, in particular made of sheet or plate-like molding compound (SMC or Sheet Molding Compound) and/or of shapeless compound (BMC or Bulk Molding Compound),
at least one reinforcement element made of a glass fiber reinforced duroplastic material, in particular a duroplastic prepreg, wherein the at least one reinforcement element is materially connected to the core element.
It is provided that the underbody protection element has a shaped, peripheral edge section made of the duroplastic fiber matrix semi-finished product, with the at least one reinforcement element being arranged within the area delimited by the edge section.
Hierdurch kann der Randbereich des Unterbodenschutzelements variabel gestaltet werden, wobei das Kernelement und das Verstärkungselement stoffschlüssig mit dem Randbereich verbunden werden können, ohne dass diese selbst im Randbereich umgeformt werden bzw. sind.As a result, the edge area of the underbody protection element can be configured variably, with the core element and the reinforcing element being able to be connected to the edge area in a materially bonded manner, without them themselves being or being reshaped in the edge area.
Das Unterbodenschutzelement weist mehrere rippenartige Abstützabschnitte aus dem duroplastischen Faser-Matrix-Halbzeug auf, die zumindest auf einer Seite des Unterbodenschutzelements über das wenigstens eine Verstärkungselement vorstehen. Dabei können die rippenartigen Abstützabschnitte bezogen auf einen montierten Zustand des Unterbodenschutzelements an dem Kraftfahrzeug in Richtung des Kraftfahrzeugs vorstehen. Die Abstützabschnitte können insbesondere aus formloser Masse bzw. BMC hergestellt sein. Hierdurch können Versteifungen variabel und für einen jeweiligen Fahrzeugtyp optimiert an dem Unterbodenschutzelement vorgesehen werden. Die hier als Abstützabschnitte bezeichneten rippenartigen Elemente dienen auch der Versteifung des Unterbodenschutzelements. Insoweit können sie auch als rippenartige Versteifungsabschnitte verstanden bzw. bezeichnet werden.The underbody protection element has a plurality of rib-like support sections made of the duroplastic fiber matrix semi-finished product, which protrude beyond the at least one reinforcement element on at least one side of the underbody protection element. The rib-like support sections can protrude in the direction of the motor vehicle in relation to a mounted state of the underbody protection element on the motor vehicle. The support sections can be made in particular from a shapeless compound or BMC. As a result, reinforcements can be provided on the underbody protection element in a variable manner and optimized for a particular vehicle type. The rib-like elements referred to here as support sections also serve to reinforce the underbody protection element. In this respect, they can also be understood or referred to as rib-like stiffening sections.
Das Unterbodenschutzelement kann wenigstens ein Hitzeschutzelement aufweisen, das materialschlüssig mit dem Kernelement oder/und mit dem Verstärkungselement verbunden ist. Ein solches Hitzeschutzelement kann beispielsweise aus einem Material mit Keramikanteil hergestellt sein. Denkbar sind auch folienartige Hitzeschutzelemente, die an entsprechenden Stellen des Unterbodenschutzelements angeordnet und verbunden werden. Hierdurch kann insbesondere eine lokal optimierte Wärmeabfuhr ermöglicht werden.The underbody protection element can have at least one heat protection element, which is materially connected to the core element and/or to the reinforcement element. Such a heat protection element can be made, for example, from a material with a ceramic content. Foil-like heat protection elements that are arranged and connected at corresponding points of the underbody protection element are also conceivable. In this way, in particular, a locally optimized heat dissipation can be made possible.
Das Unterbodenschutzelement kann wenigstens ein Versteifungselement aufweisen, das materialschlüssig mit dem Kernmaterial oder/und mit dem Verstärkungselement verbunden ist. Als Versteifungselement kann beispielsweise ein zusätzlich angeordnetes Karbonfaser UD-Tape verwendet werden. Hierdurch kann das Unterbodenschutzelement lokal in optimierter Weise verstärkt bzw. versteift werden.The underbody protection element can have at least one stiffening element which is materially connected to the core material and/or to the reinforcing element. An additional carbon fiber UD tape, for example, can be used as a stiffening element. As a result, the underbody protection element can be reinforced or stiffened locally in an optimized manner.
Das Unterbodenschutzelement kann mehrere Verstärkungselemente aufweisen, die streifenartig ausgebildet sind und mit einem Abstand zueinander angeordnet sind.The underbody protection element can have a plurality of reinforcement elements which are designed in the manner of strips and are arranged at a distance from one another.
In diesem Zusammenhang kann zwischen zwei benachbarten streifenartigen Verstärkungselementen ein rippenartiger Abstützabschnitt ausgebildet sein. Hierbei kann das Unterbodenschutzelement, bezogen auf einen montierten Zustand an dem Kraftfahrzeug, auf seiner dem Kraftfahrzeug zugewandten Oberseite und auf seiner von dem Kraftfahrzeug abgewandten Unterseite mehrere streifenartige Verstärkungselemente aufweisen.In this connection, a rib-like support section can be formed between two adjacent strip-like reinforcement elements be that Here, the underbody protection element, based on a mounted state on the motor vehicle, can have several strip-like reinforcement elements on its upper side facing the motor vehicle and on its lower side facing away from the motor vehicle.
Das Unterbodenschutzelement weist mehrere Kontaktabschnitte auf, an denen das Unterbodenschutzelement mit einer Karosserie des Kraftfahrzeugs verbindbar ist. Die Kontaktabschnitte können auch als Lasteinleitungselemente bezeichnet werden. Üblicherweise können die Kontaktabschnitte bzw. Lasteinleitungselemente eine durch eine Hülse gebildete Befestigungsöffnung aufweisen, durch die ein Schraubenschaft hindurch geführt und mit der Karosserie verbunden ist.The underbody protection element has a plurality of contact sections, at which the underbody protection element can be connected to a body of the motor vehicle. The contact sections can also be referred to as load introduction elements. The contact sections or load introduction elements can usually have a fastening opening formed by a sleeve, through which a screw shank is guided and connected to the body.
Dabei können bei dem Unterbodenschutzelement die Kontaktabschnitte im Randabschnitt verteilt angeordnet sein. Insbesondere können die Kontaktabschnitte entlang des Umfangs des Unterbodenschutzelements benachbart zu einander aber mit einem jeweiligen Abstand zwischen zwei Kontaktabschnitten angeordnet sein.In the case of the underbody protection element, the contact sections can be distributed in the edge section. In particular, the contact sections can be arranged adjacent to one another along the circumference of the underbody protection element but with a respective spacing between two contact sections.
Das Unterbodenschutzelement weist mehrere in einer Längsrichtung und mehrere in einer Querrichtung des Unterbodenschutzelements verlaufende Abstützabschnitte auf, wobei Kontaktabschnitte in Kreuzungsbereichen der Abstützabschnitte angeordnet sind. Hierdurch kann das Unterbodenschutzelement an besonders stabil bzw. steif ausgeführten Kreuzungspunkten von Abstützabschnitten mit der Karosserie verbunden werden.The underbody protection element has a plurality of support sections running in a longitudinal direction and a plurality of support sections running in a transverse direction of the underbody protection element, with contact sections being arranged in crossing regions of the support sections. As a result, the underbody protection element can be connected to the body at crossing points of support sections that are designed to be particularly stable or stiff.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Unterbodenschutzelements (ohne Decklagen) umfasst die Schritte:
- a) Anordnen von wenigstens einem Kernmaterialvolumen aus einem duroplastischen Faser-Matrix-Halbzeug, insbesondere aus blatt- oder plattenartiger Formmasse (SMC) oder/und aus formloser Masse (BMC) auf einer Verarbeitungsplattform;
- b) Umformen des wenigstens einen Kernmaterialvolumens, so dass das wenigstens eine Kernmaterialvolumen zum einstückigen Kernelement mit rippenartigen Abstützabschnitt und mit umlaufendem Randabschnitt umgeformt wird;
- c) Anordnen von wenigstens einem Verstärkungselement aus einem glasfaserverstärkten duroplastischen Material, insbesondere einem duroplastischen Prepreg, oder von einem Materialvolumen für ein Verstärkungselement, insbesondere einer aufgespritzten Materialmischung aus geschnittenen Glasfasern und einem Kunststoff, an oder auf dem umgeformten Kernelement;
- d) materialschlüssiges Verbinden des wenigstens einen Verstärkungselements mit dem Kernelement oder Nasspressen des wenigstens einen Verstärkungselements zur materialschlüssigen Verbindung mit dem Kernelement.
- a) Arranging at least one core material volume made of a duroplastic fiber matrix semi-finished product, in particular made of sheet or plate-like molding compound (SMC) and/or of shapeless compound (BMC) on a processing platform;
- b) reshaping of the at least one volume of core material, so that the at least one volume of core material is reshaped to form the one-piece core element with a rib-like support section and with a peripheral edge section;
- c) arranging at least one reinforcement element made of a glass fiber reinforced duroplastic material, in particular a duroplastic prepreg, or of a material volume for a reinforcement element, in particular a sprayed-on material mixture of cut glass fibers and a plastic, on or on the formed core element;
- d) Material-locking connection of the at least one reinforcement element to the core element or wet pressing of the at least one reinforcement element for material-locking connection to the core element.
Das Anordnen von einem Materialvolumen für ein Verstärkungselement, insbesondere einer aufgespritzten Materialmischung aus geschnittenen Glasfasern und einem Kunststoff, kann insbesondere nach dem Prinzip bzw. Verfahren der Langfaser-Injektion (Long Fibre Injection LFI) erfolgen.The arrangement of a material volume for a reinforcement element, in particular a sprayed-on material mixture of cut glass fibers and a plastic, can take place in particular according to the principle or method of long fiber injection (Long Fiber Injection LFI).
Bei dem Verfahren kann beim Schritt c) das wenigstens eine Verstärkungselement zwischen zwei rippenartigen Abstützabschnitten angeordnet werden.In step c) of the method, the at least one reinforcement element can be arranged between two rib-like support sections.
Bei dem Verfahren kann das Umformen der duroplastischen Materialien in einem Umformwerkzeug bei einer Temperatur von etwa 120°C. bis 165°C. durchgeführt werden.In the method, the duroplastic materials can be formed in a forming tool at a temperature of about 120°C. up to 165°C. be performed.
Ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug kann mit einem oben beschriebenen Unterbodenschutzelement ausgeführt sein.A motor vehicle, in particular an electrically powered motor vehicle, can be designed with an underbody protection element as described above.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Figuren. Dabei zeigt:
-
1 in den Teilfiguren A) bis E) ein Beispiel eines Unterbodenschutzelements in einer vereinfachten und schematischen Draufsicht und in verschiedenen Schnittdarstellungen; -
2 ein Verfahren zur Herstellung von einem Unterbodenschutzelement, das in1 gezeigt ist; -
3 eine schematische und vereinfachte Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem Unterbodenschutzelement gemäß1 .
-
1 in sub-figures A) to E) an example of an underbody protection element in a simplified and schematic plan view and in various sectional views; -
2 a method for the production of an underbody protection element, which in1 is shown; -
3 a schematic and simplified representation of a motor vehicle with an underbody protection element according to FIG1 .
Das Unterbodenschutzelement 10 der
Bei dem Unterbodenschutzelement 10 ist ein umgeformter, umlaufenden Randabschnitt 16 vorgesehen, wobei die Verstärkungselemente 14c innerhalb der von dem Randabschnitt 16 begrenzten Fläche angeordnet sind. In Bezug auf den Randabschnitt 16 wird darauf hingewiesen, dass dieser aus dem gleichen Material hergestellt sein kann wie das Kernelement 12. Anders ausgedrückt können das Kernelement 12 und der Randabschnitt 16 eine umgeformte Einheit bilden.A shaped,
Aus der
Optional kann das Unterbodenschutzelement 10 wenigstens ein Hitzeschutzelement 20 aufweisen, das materialschlüssig mit dem Kernelement 12 oder/und mit dem Verstärkungselement 14c verbunden ist.Optionally, the
Das Unterbodenschutzelement 10 kann wenigstens ein Versteifungselement 22 aufweisen, das materialschlüssig mit dem Kernmaterial 12 oder/und mit wenigstens einem Verstärkungselement 14c verbunden ist.The
Das Unterbodenschutzelement 10 umfasst mehrere rippenartige Abstützabschnitte 18. Die Abstützabschnitte 18 sind mit dem Kernelement 12 verbunden. Die Verstärkungselemente 14c sind bahnartig zwischen jeweils benachbarten Abstützabschnitten 18 aufgenommen bzw. angeordnet.The
In Bezug auf die Schnittdarstellung der
Gemäß dem Beispiel der
Ferner zeigt
Das Unterbodenschutzelement 10 kann auch so ausgeführt sein, dass an der Oberseite mehrere Verstärkungselemente 14c, wie in
Das Unterbodenschutzelement 10 der
Es wird darauf hingewiesen, dass jeweils mehrere Abstützabschnitte 18 in einer Längsrichtung LR und in einer Querrichtung QR des Unterbodenschutzelements angeordnet sein können. Dies ist in
Aus der
Gemäß einem Schritt S601 erfolgt ein Anordnen von wenigstens einem Kernmaterialvolumen aus einem duroplastischen Faser-Matrix-Halbzeug, insbesondere aus blatt- oder plattenartiger Formmasse (SMC) oder/und aus formloser Masse (BMC) auf einer Verarbeitungsplattform. Dabei kann eine Verarbeitungsplattform bereits Teil eines Formwerkzeugs sein oder eine Art Vorbereitungstisch. Gemäß Schritt S602 erfolgt ein Umformen des wenigstens einen Kernmaterialvolumens, so dass das wenigstens eine Kernmaterialvolumen zum einstückigen Kernelement 12 mit rippenartigen Abstützabschnitten 18 und mit umlaufendem Randabschnitt 16 umgeformt wird. Anschließend erfolgt ein gemäß Schritt S603 ein Anordnen von wenigstens einem Verstärkungselement 14c bzw. 14d aus einem glasfaserverstärkten duroplastischen Material, insbesondere einem duroplastischen Prepreg, oder von einem Materialvolumen für ein Verstärkungselement 14cbzw. 14d, insbesondere einer aufgespritzten Materialmischung aus geschnittenen Glasfasern und einem Kunststoff, an oder auf dem umgeformten Kernelement 12. Gemäß Schritt S604 werden das wenigstens eine Verstärkungselement 14c, bzw. 14d und das umgeformte Kernelement 12 miteinander materialschlüssig verbunden oder es erfolgt ein Nasspressen des wenigstens einen Verstärkungselements 14c, 14d zur materialschlüssigen Verbindung mit dem Kernelement 12.According to a step S601, at least one core material volume made from a duroplastic fiber matrix semi-finished product, in particular from sheet-like or plate-like molding compound (SMC) and/or formless compound (BMC) is arranged on a processing platform. A processing platform can already be part of a mold or a kind of preparation table. According to step S602, the at least one volume of core material is reshaped, so that the at least one volume of core material is reshaped to form the one-
Bei dem Verfahren 600 kann bei dem Schritt S603 das wenigstens eine Verstärkungselement 14c bzw. 14d zwischen zwei rippenartigen Abstützabschnitten 18 angeordnet werden.In
Denkbar ist aber auch, wie dies in
Bei dem Verfahren 600 wird das Umformen der duroplastischen Materialien (Schritt S602) in einem Umformwerkzeug bei einer Temperatur von etwa 120°C. bis 165°C. durchgeführt.In
Abschließend wird auf
Die hier beschriebenen Unterbodenschutzelemente 10 werden in einer monolithischen Art und Weise durch entsprechende Bereitstellung und Anordnung der duroplastischen Materialien in einem einzigen Umformschritt miteinander verbunden. Die dabei eingesetzten Materialen ermöglichen eine leichte, aber sehr stabile Bauweise und Struktur des Unterbodenschutzelements, was insgesamt zu einer Gewichtsreduktion für das Kraftfahrzeug 200 führt unter Beibehaltung einer erforderlichen Stabilität zum Schutz von elektrischen Bauteilen, insbesondere der Hochvolt-Batterie des Kraftfahrzeugs 200.The
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE102021118286A1 (en) | 2023-01-19 |
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