DE102022004892A1

DE102022004892A1 - Verfahren zum Herstellen eines Türmoduls für eine Tür eines Fahrzeugs, Verfahren zum Herstellen einer Tür für ein Fahrzeug sowie Türmodul

Info

Publication number: DE102022004892A1
Application number: DE102022004892.2A
Authority: DE
Inventors: Sandro Weingärtner; Michael Fuetterer
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2022-12-22
Filing date: 2022-12-22
Publication date: 2024-01-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Türmoduls (10) für eine Tür eines Fahrzeugs. Das Verfahren umfasst ein Aufbringen wenigstens eines Verstärkungsfasern (24) aus einem Werkstoff und Kunststofffasern (26) aus einem von dem Werkstoff unterschiedlichen, ersten Kunststoff aufweisenden Faserbündels (12) auf ein separat von dem Faserbündel (12) ausgebildetes Substrat (14), an welchem das Faserbündel (12) befestigt wird, wodurch ein das Substrat (14) und das an dem Substrat (14) befestigte Faserbündel (12) umfassendes, biegeschlaffes Halbzeug (28) gebildet wird. Das Verfahren umfasst ein Erhitzen des Halbzeugs (28), wodurch die Kunststofffasern (26) zumindest teilweise geschmolzen werden und dadurch eine aus dem ersten Kunststoff gebildete Matrix bilden, in welche die Verstärkungsfasern (24) zumindest teilweise eingebettet werden. Das Verfahren umfasst ein Erstarren der Matrix, wodurch ein eigensteifes Verstärkungselement (46) gebildet wird. Das Verfahren umfasst ein Umspritzen zumindest eines Teilbereiches des Verstärkungselements (46) mit einem zweiten Kunststoff (50), wodurch das Türmodul (10) hergestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Türmoduls für eine Tür eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Tür für ein Fahrzeug. Die Erfindung betrifft auch ein Türmodul für eine Tür eines Fahrzeugs.
Die WO 2020/074450 A1 offenbart ein Türmodul für eine Fahrzeugtür, mit mindestens einem Bereich, der zu einem wesentlichen Teil durch ein Organoblech gebildet ist. Dabei ist es vorgesehen, dass das Türmodul mindestens zwei unterschiedliche Typen von Organoblechen aufweist, mit denen unterschiedliche Bereiche des Türmoduls gebildet sind. Aus der US 2004/0134593 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines trockenen Vorformlings für ein Verbundmaterial bekannt. Außerdem ist der DE 10 2011 003 747 A1 ein faserverstärktes Bauteil als bekannt zu entnehmen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines Türmoduls für eine Tür eines Fahrzeugs, ein Verfahren zum Herstellen einer Tür für ein Fahrzeug sowie ein Türmodul für eine Tür eines Fahrzeugs zu schaffen, so dass sowohl eine besonders vorteilhafte Geometrie als auch ein besonders vorteilhaftes Unfallverhalten des Türmoduls realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14 sowie durch ein Türmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Türmoduls für eine auch als Fahrzeugtür bezeichnete Tür eines Fahrzeugs wird bei einem ersten Schritt des Verfahrens wenigstens ein auch als Strang, Faserstrang oder Bündel bezeichnetes Faserbündel, welches auch als Roving bezeichnet wird, auf ein separat von dem Faserbündel ausgebildetes und auch als Träger, Trägermaterial oder Grundmaterial bezeichnetes Substrat aufgebracht. Dies bedeutet, dass das Faserbündel auf dem Substrat, insbesondere auf einer Oberfläche des Substrats, angeordnet wird, wobei das Anordnen des Faserbündels auf dem Substrat auch als Platzieren des Faserbündels auf dem Substrat bezeichnet wird. Das Faserbündel wird auch als Fasermaterial bezeichnet und ist aus einem Fasermaterial gebildet. Des Weiteren ist es vorgesehen, dass das Faserbündel bei dem ersten Schritt an dem Substrat befestigt wird. Hierdurch wird aus dem Substrat und dem an dem Substrat befestigten Faserbündel ein Halbzeug gebildet, welches somit das Substrat und das an dem Substrat befestigte Faserbündel umfasst. Substrat kann flächig vorliegen, nicht aber zwangsläufig. Die Kontur entspricht insbesondere der Kontur des aufgebrachten Faserbündels und wird vorzugsweise durch Beschnitt des Substrats erzeugt. Das Halbzeug an sich, das heißt für sich alleine betrachtet, ist biegeschlaff, mithin formlabil. Darunter ist insbesondere zu verstehen, dass das Halbzeug nicht selbstständig seine Form beibehält, sondern sich beispielsweise dann, wenn das biegeschlaffe Halbzeug zunächst auf einer Ebene wie beispielsweise einer ebenen Tischplatte angeordnet ist und dann an genau einer Stelle gegriffen und in der Folge insbesondere in vertikaler Richtung nach oben hin von der Ebene weg bewegt wird, fällt wie ein Stück Stoff, das zunächst auf der Ebene liegt, genau einer Stelle gegriffen wird und dann insbesondere in vertikaler Richtung nach oben von der Ebene weg bewegt wird. Das Faserbündel weist Verstärkungsfasern auf, welche auch als erste Fasern bezeichnet werden. Somit umfasst das zuvor genannte Fasermaterial die Verstärkungsfasern. Die Verstärkungsfasern sind aus einem Werkstoff gebildet, welcher auch als erster Werkstoff bezeichnet wird. Darüber hinaus weist das Faserbündel zusätzlich zu den Verstärkungsfasern vorgesehene Kunststofffasern auf, welche auch als zweite Fasern bezeichnet werden. Die Kunststofffasern sind aus einem von dem ersten Werkstoff unterschiedlichen, ersten Kunststoff gebildet. Wenn zuvor und im Folgenden die Rede von dem Werkstoff ist, so ist darunter, falls nichts anderes angegeben ist, der erste Werkstoff zu verstehen, aus welchem die Verstärkungsfasern gebildet sind. Der erste Kunststoff wird auch als zweiter Werkstoff bezeichnet. Somit umfasst beispielsweise das zuvor genannte Fasermaterial die Verstärkungsfasern und die Kunststofffasern, wobei die Verstärkungsfasern und die Kunststofffasern das Faserbündel bilden, mithin zu dem Faserbündel zusammengefasst sind. Der Werkstoff, aus welchem die Verstärkungsfasern gebildet sind, wird auch als Faserstoff bezeichnet. Da das Faserbündel sowohl die Verstärkungsfasern als auch die Kunststofffasern umfasst, und da die Kunststofffasern aus dem von dem ersten Werkstoff unterschiedlichen, zweiten Werkstoff, mithin aus dem von dem Werkstoff unterschiedlichen, ersten Kunststoff gebildet sind, ist das Faserbündel ein Hybridbündel, insbesondere ein Hybridgam, und das Faserbündel wird auch als Hybridbündel oder Hybridgam bezeichnet.
Bei einem zweiten Schritt des Verfahrens, dessen zweiter Schritt sich vorzugsweise an den ersten Schritt anschließt, wird das Halbzeug erhitzt. Dies bedeutet insbesondere, dass das Faserbündel und somit die Verstärkungsfasern und die Kunststofffasern sowie das Substrat erhitzt werden. Beispielsweise wird das Halbzeug mittels einer Vorrichtung erhitzt, wobei es insbesondere denkbar ist, dass die Vorrichtung ein Ofen ist oder umfasst. Somit wird beispielsweise das Halbzeug mittels des Ofens erhitzt. Durch das Erhitzen des Halbzeugs werden die Kunststofffasern zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, geschmolzen. Insbesondere sind die Kunststofffasern zunächst jeweilige Festkörper, wobei es vorzugsweise vorgesehen ist, dass die Verstärkungsfasern und das Substrat zunächst jeweilige Festkörper sind. Durch das Erhitzen der Kunststofffasern werden die Kunststofffasern zumindest teilweise geschmolzen. Dies bedeutet, dass der Kunststoff, aus welchem die Kunststofffasern gebildet sind, zunächst ein Feststoff ist und durch das Erhitzen zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, geschmolzen wird, so dass aus den zunächst festen, beziehungsweise als Festkörper ausgebildeten Kunststofffasern und somit aus den zunächst festen und somit als Festkörper ausgebildeten ersten Kunststoff eine Kunststoffschmelze gebildet wird. Durch das Schmelzen der Kunststofffasern beziehungsweise des ersten Kunststoffs wird eine aus dem ersten Kunststoff gebildete Matrix gebildet, welche insbesondere die zuvor genannte Schmelze ist. Dabei werden Verstärkungsfasern zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, in die Matrix eingebettet, so dass die Verstärkungsfasern außenumfangsseitig zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, von der Matrix umgeben sind.
Bei einem dritten Schritt des Verfahrens, dessen dritter Schritt sich beispielsweise an den zweiten Schritt anschließt, erfolgt ein Erstarren, insbesondere ein Erstarren lassen, der Matrix. Dies bedeutet, dass bei dem dritten Schritt des Verfahrens ein Erstarren der zunächst flüssigen oder Pastösen Matrix, mithin der zunächst flüssigen oder pastösen Schmelze zugelassen wird. Durch das Erstarren der Matrix wird ein eigensteifes, mithin formstabiles Verstärkungselement gebildet, welches die durch das Erstarren eigensteife, mithin als Festkörper ausgebildete Matrix und die in die Matrix eingebetteten Verstärkungsfasern umfasst. Somit wird aus dem biegeschlaffen Halbzeug das eigensteife Verstärkungselement gebildet. Dies bedeutet, dass das Verstärkungselement an sich, das heißt für sich alleine betrachtet, eigensteif, das heißt formstabil ist und somit seine Form beispielsweise wie eine als Festkörper ausgebildete und aus Stahl gebildete Platte beibehält. Das Verstärkungselement kann, muss jedoch nicht notwendiger Weise als ein zumindest im Wesentlichen zweidimensionales Flächenelement ausgebildet sein, sondern kann vorzugsweise eine dreidimensionale und somit von einem Flächenelement unterschiedliche Geometrie aufweisen.
Bei einem sich insbesondere an den dritten Schritt anschließenden, vierten Schritt des Verfahrens wird zumindest ein Teilbereich des Verstärkungselements mit einem zweiten Kunststoff umspritzt, wodurch das, insbesondere eigensteife, Türmodul hergestellt wird. Das Türmodul umfasst somit das mit dem zweiten Kunststoff umspritzte, eigensteife Verstärkungselement, welches dadurch, dass es mit dem Kunststoff umspritzt ist, zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, in den zweiten Kunststoff eingebettet ist. Beispielweise wird das Verstärkungselement mittels eines Spritzgießwerkzeugs mit dem zweiten Kunststoff umspritzt, welcher beispielsweise mittels des Spritzgießwerkzeugs zumindest an den Teilbereich des Verstärkungselements angespritzt wird. Das Spritzgießwerkzeug wird auch als Spritzgusswerkzeug oder Spritzgießmaschine bezeichnet und ist beispielsweise ein Bestandteil der zuvor genannten Vorrichtung oder aber eine zusätzlich zur Vorrichtung vorgesehene, zweite Vorrichtung, welche separat von der ersten Vorrichtung ausgebildet sein kann. Beispielsweise wird das Halbzeug in die Vorrichtung eingebracht und, insbesondere daraufhin, mittels der Vorrichtung erhitzt. Insbesondere daraufhin wird beispielsweise das Verstärkungselement in das Spritzgießwerkzeug eingebracht und mittels des Spritzgießwerkzeugs zumindest teilweise mit dem zweiten Kunststoff umspritzt.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Halbzeug bei dem zweiten Schritt, insbesondere mittels der Vorrichtung, umgeformt wird, insbesondere nach und/oder während des Erhitzens, so dass es vorzugsweise vorgesehen ist, dass bei dem zweiten Schritt das erhitzte Halbzeug, insbesondere mittels der Vorrichtung, umgeformt wird. Beispielweise ist oder umfasst die Vorrichtung eine Presse, mittels welcher das Halbzeug, insbesondere in erhitztem Zustand des Halbzeugs, umgeformt wird.
Durch das Erhitzen des Halbzeugs und das daraus resultierende Einbetten der Verstärkungsfasern in die Matrix und durch das daran anschließende Erstarren der Matrix wird das Verstärkungselement konsolidiert, insbesondere vorkonsolidiert, so dass das Verstärkungselement ein konsolidierter, insbesondere vorkonsolidierter, Körper ist. Das Erstarren der Matrix kann beispielsweise, insbesondere aktiv, bewirkt oder zumindest unterstützt werden, beispielsweise dadurch, dass die Matrix, insbesondere aktiv, gekühlt wird. Hierfür wird beispielsweise das Halbzeug und/oder das Verstärkungselement, insbesondere aktiv, gekühlt, insbesondere nach dem Erhitzen und/oder nach und/oder während des Umformens.
Mittels der Spritzgussmaschine wird ein Spritzgießen, mithin ein Spritzgussverfahren durchgeführt, bei welchem oder durch welches der zweite Kunststoff, insbesondere in flüssigem Zustand des zweiten Kunststoffs, zumindest an einen Teilbereich des Verstärkungselements angespritzt wird, so dass zumindest der Teilbereich des Verstärkungselements mit dem zweiten Kunststoff, insbesondere in flüssigem Zustand des zweiten Kunststoffs, umspritzt wird. Insbesondere nach dem Umspritzen zumindest des Teilbereichs des Verstärkungselements mit dem zweiten Kunststoff erfolgt ein Erstarren, insbesondere ein Erstarren lassen, des zweiten Kunststoffs, so dass der zweite Kunststoff an sich, das heißt für sich alleine betrachtet, ein eigensteifes und somit Formstabiles Kunststoffteil bildet. Dabei ist zumindest der Teilbereich des Verstärkungselements in das Kunststoffteil eingebettet. Da das Kunststoffteil durch das genannte Spritzgießverfahren hergestellt wird, ist das Kunststoffteil ein Spritzgussteil, wobei das konsolidierte oder vorkonsolidierte Verstärkungselement als Einleger in dem oder in das Spritzgussteil aufgefasst oder verstanden werden kann.
Die Erfindung ermöglicht es insbesondere, eine bedarfsgerechte und gegebenenfalls komplexe Geometrie des Verstärkungselements zu realisieren, welches aus dem durch die Verstärkungsfasern verstärkten, ersten Kunststoff gebildet ist. Hierdurch kann eine hohe Steifigkeit des Verstärkungselements an sich auf bedarfsgerechte Weise realisiert werden. Insbesondere kann das Halbzeug bei dem zweiten Schritt bedarfsgerecht umgeformt werden, so dass eine gegebenenfalls komplexe Geometrie des Verstärkungselements bedarfsgerecht dargestellt werden kann. Da außerdem das Verstärkungselement zumindest teilweise mit dem zweiten Kunststoff umspritzt und somit versehen wird, kann eine bedarfsgerechte und gegebenenfalls komplexe Geometrie des Türmoduls insgesamt realisiert werden, wobei durch Verwendung des Verstärkungselements eine hohe Steifigkeit des Türmoduls insgesamt auf bedarfsgerechte Weise realisiert werden kann. Insbesondere ist es durch Verwendung des Verstärkungselements möglich, eine insbesondere durch die Verstärkungsfasern gebildete Faserverstärkung des Türmoduls entlang von Lastpfaden bedarfsgerecht zu realisieren, die sich beispielsweise bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung wie beispielsweise einem Seitenaufprall ausbilden. In der Folge kann mittels des Türmoduls eine besonders hohe Menge an Energie, insbesondere Unfallenergie, aufgenommen und/oder abgeleitet werden, um auch bei einer hohen unfallbedingten Kraftbeaufschlagung des Türmoduls einen besonders vorteilhaften strukturellen Zusammenhalt des Türmoduls zu gewährleisten. Dadurch können übermäßige Intrusionen in den Innenraum des beispielsweise als Kraftfahrzeug, insbesondere als Kraftwagen und ganz insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildeten Fahrzeugs vermieden werden. Vorzugsweise ist die durch die Verstärkungsfasern gebildete Faserverstärkung eine Endlosfaserverstärkung, so dass es vorzugsweise vorgesehen ist, dass die Verstärkungsfasern als Endlosfasern ausgebildet sind.
Da das Faserbündel separat von dem Substrat ausgebildet ist, kann das Faserbündel bedarfsgerecht, das heißt maßgeschneidert, auf dem Substrat angeordnet werden, um das Verstärkungselement und somit die Faserverstärkung bedarfsgerecht herstellen und insbesondere an wenigstens einen Lastfall und/oder Lastpfad anzupassen. Dieses bedarfsgerechte beziehungsweise maßgeschneiderte Anordnen oder Platzieren des Faserbündels auf dem Substrat wird auch als Tailored Fiber Placement bezeichnet oder erfolgt nach dem so genannten Tailored Fiber Placement (TFP - maßgeschneiderte Faserplatzierung). Insbesondere ist es möglich, insbesondere an sich, das heißt für sich alleine betrachtet, biegeschlaffe Faserbündel entlang wenigstens einer Bahn, insbesondere entlang mehrerer Bahnen, auf dem Substrat, insbesondere auf der genannten Oberfläche des Substrats, anzuordnen, so dass die Faserverstärkung besonders bedarfsgerecht ausgebildet werden kann. Insbesondere ist es vorgesehen, dass das Faserbündel auf dem Substrat, insbesondere auf der Oberfläche, angeordnet wird, während das Substrat, insbesondere während die Oberfläche, eben ist, mithin sich in einer Ebene erstreckt, welche beispielsweise horizontal verläuft.
Die Erfindung geht insbesondere davon aus, dass in herkömmlichen, auch als Türrohbauten bezeichneten Rohbauten von Türen, Aufprallverstärkungen so angeordnet sind, dass unfallbedingte Kräfte, die beispielsweise daraus resultieren, dass bei einem Seitenaufprall eine sich in Fahrzeugquerrichtung nach innen und somit zu dem Innenraum hin bewegende Barriere gegen die Tür prallt, in Fahrzeugsäulen der Karosserie des Fahrzeugs abgeleitet werden, wobei die Tür zwischen den Fahrzeugsäulen angeordnet ist. Eine erste der Fahrzeugsäulen ist somit eine A-Säule, wobei eine zweite der Fahrzeugsäulen beispielsweise eine B-Säule ist. Durch die Erfindung kann nun insbesondere auch dann ein übermäßig frühes, strukturelles Versagen des Türmoduls und somit insbesondere auch dann eine übermäßige Intrusion in den Innenraum vermieden werden, wenn die genannte Barriere ein hohes Gewicht aufweist und/oder mit einer sehr hohen Geschwindigkeit gegen die Tür prallt. Ein weiterer Ausgangspunkt der Erfindung ist, dass das auch Funktionsträger oder Tür-Funktionsträger bezeichnete Türmodul üblicherweise als Träger oder Trägerplattform verwendet wird, derart, dass auch als funktionsrelevante Komponenten bezeichnete Funktionselemente an dem Türmodul befestigt werden beziehungsweise im vollständig hergestellten Zustand des Fahrzeugs befestigt sind. Bei einem der Funktionselemente handelt es sich beispielsweise zumindest um einen Teil eines insbesondere elektrischen Fensterhebers, um eine Fensterscheibe der Tür relativ zu dem Türmodul insbesondere in Fahrzeughochrichtung nach oben und unten hin zu verlagern. Ferner können die Funktionselemente wenigstens einen Lautsprecher und/oder zumindest einen Teil eines Türschlosses umfassen, mittels welchem die Tür in ihrer Schließstellung zu halten und gegen ein unerwünschtes Öffnen zu sichern ist. Um die Funktionselemente an dem Türmodul haltern zu können, ist eine entsprechende Form beziehungsweise Topologie oder Geometrie des Türmoduls wünschenswert. Die Erfindung ermöglicht es nun einerseits, eine besonders vorteilhafte Form beziehungsweise Geometrie des Türmoduls zu realisieren, um an dem Türmodul Funktionselemente wie beispielsweise die zuvor genannten Funktionselemente vorteilhaft haltern zu können. Zum anderen ermöglicht es die Erfindung, eine besonders hohe Steifigkeit des Türmoduls auf bedarfsgerechte Weise zu realisieren, insbesondere derart, dass das Türmodul an die zuvor genannten, unfallbedingten Kräfte beziehungsweise an die daraus resultierenden, infolge der Kräfte ausgebildeten Lastpfade angepasst werden kann. Durch die nahezu frei wählbare Ablage des Hybridgams auf dem Substrat ist neben der lastpfadgerechten Positionierung auch eine Last-proportionale Gestaltung durch lokal variable Querschnitte möglich. Mit anderen Worten ausgedrückt gewährleistet die Erfindung eine bedarfsgerechte Formung oder Formgebung des Verstärkungselements und des zweiten Kunststoffes und somit des Türmoduls insgesamt, insbesondere dadurch, dass das Halbzeug und somit das Verstärkungselement bedarfsgerecht geformt werden können. Andererseits kann insbesondere durch die genannte Faserverstärkung eine vorteilhafte Steifigkeit realisiert werden, so dass ein besonders vorteilhaftes Unfallverhalten des Türmoduls darstellbar ist.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der zweite Kunststoff dem ersten Kunststoff entspricht. Mit anderen Worten sind der erste Kunststoff und der zweite Kunststoff vorzugsweise der gleiche Kunststoff. Hierdurch kann eine besonders vorteilhafte, bedarfsgerechte Form oder Formgebung des Türmoduls realisiert werden, so dass insbesondere wie bei herkömmlichen Türmodulen Funktionselemente vorteilhaft an dem mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Türmodul gehaltert werden können. Außerdem kann ein besonders vorteilhafter Zusammenhalt zwischen dem aus dem zweiten Kunststoff gebildeten Kunststoffteil und dem Verstärkungselement gewährleistet werden, so dass ein besonders vorteilhaftes Unfallverhalten darstellbar ist.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das Substrat aus einem dritten Kunststoff gebildet ist. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte Form des Verstärkungselements auf besonders bedarfsgerechte Weise realisiert werden, insbesondere dadurch, dass (auch) das Substrat, insbesondere bei dem zweiten Schritt vorteilhaft umgeformt werden kann. Insbesondere kann somit das Substrat durch das Erhitzen vorteilhaft beeinflusst werden, um in der Folge eine besonders vorteilhafte Form des Türmoduls darstellen zu können.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn durch das Erhitzen des Halbzeugs auch das Substrat zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, geschmolzen wird, wodurch die Matrix aus dem ersten Kunststoff und aus dem dritten Kunststoff gebildet wird. Mit anderen Worten, durch das bei dem zweiten Schritt stattfindende Erhitzen des Halbzeugs werden vorzugsweise sowohl die Kunststofffasern als auch das Substrat jeweils zumindest teilweise geschmolzen, so dass vorzugsweise sowohl der erste Kunststoff als auch der dritte Kunststoff jeweils zumindest teilweise geschmolzen wird. In der Folge wird aus dem ersten Kunststoff und dem dritten Kunststoff eine zunächst flüssige Schmelze gebildet, in die die Verstärkungsfasern eingebettet werden. Die Schmelze ist die Matrix oder aus der Schmelze wird die Matrix gebildet, insbesondere dadurch, dass ein Erstarren, insbesondere Erstarren lassen, der Schmelze erfolgt. Hierdurch wird aus der zunächst flüssigen Schmelze die eigensteife Matrix gebildet, in die die Verstärkungsfasern eingebettet sind. Einerseits kann hierdurch eine besonders vorteilhafte Form des Verstärkungselements und somit des Türmoduls insgesamt auf bedarfsgerechte Weise dargestellt werden. Andererseits kann das Türmodul durch das Verstärkungselement vorteilhaft verstärkt werden, so dass ein besonders vorteilhaftes Unfallverhalten des Türmoduls gewährleistet werden kann.
Bei einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der dritte Kunststoff dem ersten Kunststoff und/oder dem zweiten Kunststoff entspricht. Dadurch ein besonders vorteilhafter, struktureller Zusammenhalt des Verstärkungselements gewährleistet werden, so dass ein besonders gutes Unfallverhalten darstellbar ist.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass als dritte Kunststoff ein thermoplastischer Kunststoff, insbesondere Polypropylen (PP), verwendet wird. Dieser Ausführungsform liegt die Erkenntnis zugrunde, dass thermoplastische Kunststoffe besonders vorteilhaft und bedarfsgerecht geformt werden können, so dass eine besonders bedarfsgerechte Formgebung des Verstärkungselements darstellbar ist.
Um das Faserbündel bedarfsgerecht auf dem Substrat anordnen zu können, so dass beispielsweise das Faserbündel auch entlang wenigstens einer sehr komplexen Bahn auf dem Substrat platziert werden kann, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Faserbündelt mittels wenigstens einer separat von dem Faserbündel und separat von dem Substrat ausgebildeten Faser an dem Substrat befestigt wird. Insbesondere wird beispielsweise mittels der Faser eine textile Fertigungstechnik wie beispielsweise Nähen oder Sticken durchgeführt, wobei durch die textile Fertigungstechnik das Faserbündel an dem Substrat befestigt wird. Dadurch können insbesondere bei dem Erhitzen sowie ganz insbesondere bei dem Umformen des Halbzeugs unerwünschte Relativbewegungen zwischen dem Substrat und dem Faserbündel vermieden werden, so dass die genannte Faserverstärkung bedarfsgerecht hergestellt werden kann. Dadurch kann eine besonders hohe und insbesondere gezielt an wenigstens einen oder mehrere Lastfälle angepasste Verstärkung des Türmoduls realisiert werden. Beispielsweise wird die Faser als ein Nähfaden genutzt, mittels welchem das Faserbündel an dem Substrat befestigt beziehungsweise fixiert wird. Beispielsweise wird die Faser als oberer Nähfaden verwendet, wobei beispielsweise zusätzlich zu dem oberen Nähfaden ein unterer Nähfaden verwendet wird, derart, dass das Faserbündel mittels des oberen Nähfadens und des unteren Nähfadens an dem Substrat befestigt wird. Beispielsweise wird das Faserbündel auf einer ersten Seite des Substrats angeordnet, dessen erste Seite von einer zweiten Seite des Substrats abgewandt ist. Der obere Nähfaden wird beispielsweise von der ersten Seite aus insbesondere durch die textile Fertigungstechnik mit dem Substrat verbunden, um dadurch das auf der ersten Seite angeordnete Faserbündel an dem Substrat zu befestigen. Der untere Nähfaden wird beispielsweise auf der zweiten Seite mit dem Substrat und/oder mit dem oberen Nähfaden verbunden, um hierdurch das Faserbündel an dem Substrat zu befestigen. Insbesondere wird das Faserbündel derart an dem Substrat, insbesondere an der Oberfläche, angeordnet, dass das Faserbündel das Substrat, insbesondere die Oberfläche, direkt berührt, mithin direkt an dem Substrat, insbesondere an der Oberfläche, anliegt.
Mittels der Faser kann das Faserbündel durch das Substrat fixiert werden, so dass eine bedarfsgerechte Anordnung des Faserbündels realisiert werden kann. Mit anderen Worten kann das Faserbündel bedarfsgerecht entlang einer auch gegebenenfalls komplexen Bahn an dem Substrat angeordnet werden, so dass die Faserverstärkung bedarfsgerecht ausgebildet werden kann.
Um das Türmodul mittels der Verstärkungsfasern gezielt und bedarfsgerecht versteifen oder aussteifen zu können, so dass ein besonders vorteilhaftes Unfallverhalten realisiert werden kann, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das auf das Substrat aufgebrachte und an dem Substrat befestigte Faserbündel ein Netz mit mehreren, zumindest teilweise voneinander beabstandeten Längenbereichen bildet. Da beispielsweise das Faserbündel mittels TFP auf dem Substrat angeordnet und an dem Substrat befestigt wird, wird das Netz beispielsweise auch als TFP-Netz bezeichnet.
Um eine besonders hohe Steifigkeit des Verstärkungselements und somit des Türmoduls auf besonders bedarfsgerechte Weise realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass wenigstens ein Verstärkungsfasern aus dem ersten Werkstoff und Kunststofffasern aus dem Kunststoff aufweisendes, separat von dem Faserbündel und separat von dem Substrat ausgebildetes, zweites Faserbündel auf das Substrat aufgebracht und an dem Substrat befestigt wird, wodurch das das Substrat und die an dem Substrat befestigten Faserbündel umfassende, biegeschlaffe Halbzeug gebildet wird. Die vorherigen und folgenden Ausführungen zu dem ersten Faserbündel sind ohne weiteres auch auf das zweite Faserbündel übertragbar und umgekehrt. Dabei bilden die auf das Substrat aufgebrachten und an dem Substrat befestigten Faserbündel ein Netz mit mehreren, zumindest teilweise voneinander beabstandeten Längenbereichen, wodurch die zuvor genannte Faserverstärkung gezielt und bedarfsgerecht ausgebildet werden kann.
Bei dem Erhitzen des Halbzeugs wird das genannte Netz erhitzt. Wird beispielsweise das Halbzeug, insbesondere in erhitztem Zustand, umgeformt, so wird das Netz umgeformt. Dadurch kann eine besonders bedarfsgerechte Geometrie des Verstärkungselements und in der Folge des Türmoduls auf einfach Weise dargestellt werden. Da die Matrix aushärtet, wird aus dem Netz ein eigensteifes und vorzugsweise dreidimensionales Skelett gebildet, welches insbesondere dann, wenn es nicht etwa als ein Flächenelement ausgebildet ist, sondern einem zumindest im Wesentlichen dreidimensionale Geometrie aufweist, auch als 3D-Skelett bezeichnet wird. Insbesondere ist das Skelett das Verstärkungselement, wobei mittels des Skeletts eine besonders hohe Steifigkeit des Türmoduls realisiert werden kann. Insbesondere können durch die Längenbereiche Lastpfade gezielt ausgebildet werden. Mit anderen Worten können beispielsweise über die Lastpfade und unfallbedingte Kräfte gezielt aufgenommen und abgeleitet werden, so dass ein besonders vorteilhaftes Unfallverhalten darstellbar ist.
Die zuvor genannte Bahn, entlang welcher das Faserbündel auf dem Substrat angeordnet wird, ist beispielsweise in zumindest einem Teilbereich geradlinig. Ferner ist denkbar, dass die genannte Bahn zumindest in einem Teilbereich bogenförmig ausgebildet ist.
Um ein besonders vorteilhaftes Unfallverhalten des Türmoduls realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass wenigstens einer der Längenbereiche zumindest teilweise bogenförmig verläuft. Als ferner besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn wenigstens einer der Längenbereiche zumindest teilweise geradlinig verläuft. Hierdurch können insbesondere unfallbedingte Kräfte bedarfsgerecht aufgenommen und abgeleitet werden. Als weiterhin besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn sich die Längenbereiche von einem gemeinsamen Ausgangspunkt, in welchem sich die Längenbereiche berühren, voneinander weg erstrecken, wodurch eine besonders vorteilhafte und gezielte Führung von unfallbedingten Kräften dargestellt werden kann. Um eine besonders hohe Steifigkeit des Türmoduls realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Längenbereiche wenigstens einen geschlossenen Hohlquerschnitt bilden.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das Verstärkungselement vollumfänglich mit dem zweiten Kunststoff umspritzt und somit vollumfänglich in den zweiten Kunststoff eingebettet wird. Hierdurch kann eine besonders vorteilhafte, außenumfangsseitige Geometrie des Türmoduls dargestellt werden, so dass die zuvor genannten Funktionselemente vorteilhaft an dem Türmodul befestigt werden können.
Um eine besonders vorteilhafte Form beziehungsweise Geometrie des Türmoduls realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass als der erste Kunststoff und/oder der zweite Kunststoff ein thermoplastischer Kunststoff, insbesondere Polypropylen (PP), verwendet wird.
Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der Werkstoff Glas ist, so dass als die Verstärkungsfasern Glasfasern verwendet werden. Dadurch kann auf besonders bedarfsgerechte Weise eine besonders hohe Steifigkeit des Türmoduls realisiert werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer Tür für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wird die Tür aus einem Türmodul hergestellt, welches durch ein erfindungsgemäßes Verfahren hergestellt wird. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Türmoduls sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen der Tür anzusehen und umgekehrt. Vorzugsweise ist die Tür eine Seitentür des Fahrzeugs.
Schließlich betrifft die Erfindung ein Türmodul für eine Tür eines Fahrzeugs. Um Funktionselemente vorteilhaft an dem Türmodul befestigen sowie ein vorteilhaftes Unfallverhalten des Türmoduls realisieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Türmodul wenigstens ein vorkonsolidiertes Verstärkungselement aufweist, welches aus wenigstens einem auf ein Substrat aufgebrachten Faserstrang mit Verstärkungsfasern aus einem Werkstoff und Kunststofffasern aus einem von dem Werkstoff unterschiedlichen, ersten Kunststoff hergestellt und zumindest teilweise mit einem zweiten Kunststoff umspritzt ist, wodurch das Verstärkungselement zumindest teilweise in den zweiten Kunststoff eingebettet ist. Vorteile und vorteilhaftes Ausgestaltungen des jeweiligen, erfindungsgemäßen Verfahrens sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Türmoduls anzusehen und umgekehrt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnung.
Dabei zeigt:

1 eine schematische Seitenansicht eines Türmoduls für eine Tür eines Fahrzeugs;
2 ausschnittsweise eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Herstellen des Türmoduls;
3 eine schematische Querschnittsansicht eines Faserbündels, aus welchem das Türmodul hergestellt wird;
4 eine schematische Seitenansicht eines Halbzeugs, aus welchem das Türmodul hergestellt wird;
5 eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung zum erhitzen des Halbzeugs;
6 eine schematische Seitenansicht eines Verstärkungselements, aus welchem das Türmodul hergestellt wird;
7 ausschnittsweise eine weitere schematische Darstellung des Verfahrens zum Herstellen des Türmoduls.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht ein Türmodul für eine auch als Fahrzeugtür bezeichnete Tür eines Fahrzeugs. Dies bedeutet, dass die Tür in ihrem vollständig hergestellten Zustand das Türmodul 10 aufweist. Das Fahrzeug ist vorzugsweise als Kraftfahrzeug, insbesondere als Kraftwagen und ganz insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildet und weist eine insbesondere als selbsttragende Karosserie ausgebildete Karosserie auf, durch die der auch als Fahrgastzelle oder Fahrgastraum bezeichnete Innenraum des Fahrzeugs gebildet ist. Die Karosserie weist wenigstens eine Türöffnung auf, welcher die Tür zugeordnet ist. Insbesondere ist die Türöffnung eine seitliche Türöffnung, so dass die Tür vorzugsweise als eine Seitentür ausgebildet ist. Die Tür ist bewegbar an der Karosserie gehalten und kann somit relativ zu der Karosserie zwischen einer Schließstellung und wenigstens einer Offenstellung bewegt, insbesondere verschwenkt, werden. In der Schließstellung ist durch die Tür zumindest ein Teilbereich der Türöffnung verschlossen. In der Offenstellung gibt die Tür zumindest den Teilbereich frei.
Das Türmodul 10 ist ein Funktionsträger und wird als Funktionsträger genutzt. Dies bedeutet, dass in vollständig hergestelltem Zustand der Tür Funktionselemente an dem Türmodul 10 befestigt sind. Die Funktionselemente sind separat vom Türmodul 10 ausgebildet und zumindest mittelbar, insbesondere direkt, an dem Türmodul 10 gehalten. Ein erstes der Funktionselemente ist beispielsweise zumindest ein Teil eines Türschlosses, mittels welchem die Tür in der Schließstellung relativ zu der Karosserie gesichert werden kann. Ein zweites der Funktionselemente ist beispielsweise zumindest ein Teil eines insbesondere elektrischen Fensterhebers, mittels welchem beispielsweise ein insbesondere als Seitenfenster ausgebildetes Türfenster der Tür insbesondere in Fahrzeughochrichtung relativ zu dem Türmodul 10 verlagert werden kann.
2 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Darstellung ein Verfahren zum Herstellen des Türmoduls 10. Durch das Verfahren kann einerseits eine besonders vorteilhafte, außenumfangsseitige Form oder Geometrie des Türmoduls 10 realisiert werden, so dass die Funktionselemente besonders vorteilhaft an dem Türmodul 10 befestigt, das heißt gehalten werden können. Andererseits kann durch das Verfahren eine besonders bedarfsgerechte und hohe Steifigkeit des Türmoduls 10 realisiert werden, so dass ein besonders vorteilhaftes Unfallverhalten realisiert werden kann.
Bei dem Verfahren wird wenigstens oder genau eine auch als Roving bezeichnetes Faserbündel 12 auf ein separat von dem Faserbündel 12 ausgebildetes Substrat 14 aufgebracht, wobei das Substrat 14 auch als Träger, Trägermaterial oder Grundmaterial bezeichnet wird, das Aufbringen des Faserbündels 12 auf das Substrat 14 umfasst insbesondere, dass das Faserbündel 12, insbesondere direkt, an dem Substrat 14 angeordnet wird. Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Faserbündel 12 derart auf dem Substrat 14 angeordnet, dass das Faserbündel 12, insbesondere direkt, an einer Oberfläche 16 des Substrats 14 angeordnet wird, insbesondere während das Substrat 14, insbesondere zur Oberfläche 16 eben ist, mithin sich in einer Ebene erstreckt, welche beispielsweise horizontal verläuft. Aus 2 ist erkennbar, dass die Oberfläche 16 eine erste Oberfläche des Substrats 14 ist, dessen erste Oberfläche 16 auf einer ersten Seite 18 des Substrats 14 angeordnet ist. Das Substrat 14 weist eine von der ersten Seite 18 abgewandte, zweite Seite 20 auf, auf welcher beispielsweise das Substrat 14 eine zweite Oberfläche 22 aufweist.
3 zeigt das Faserbündel 12 in einer schematischen Querschnittsansicht. Aus 3 ist besonders gut erkennbar, dass das Faserbündel 12 direkt an der Oberfläche 16 des Substrats 14 angeordnet wird, so dass das Faserbündel 12 die Oberfläche 16 und somit das Substrat 14 direkt berührt. Außerdem ist aus 3 besonders gut erkennbar, dass das Faserbündel 12 erste Fasern 24 und zweite Fasern 26 aufweist. Die ersten Fasern 24 sind Verstärkungsfasern, welche aus einem Werkstoff gebildet sind. Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Werkstoff Glas, so dass bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel die Verstärkungsfasern (erste Fasern 24) als Glasfasern ausgebildet sind. Die zweiten Fasern 26 sind Kunststofffasern, welche aus einem von dem Werkstoff unterschiedlichen, ersten Kunststoff gebildet sind. Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem ersten Kunststoff um Polypropylen (PP). Bei dem
Bei dem Verfahren wird das Faserbündel 12 an dem Substrat 14 befestigt, wodurch aus dem Substrat 14 und dem Faserbündel 12 ein das Substrat 14 und das an dem Substrat 14 befestigte Faserbündel 12 umfassendes Halbzeug 28 (4) gebildet wird.
Das Faserbündel 12 wird beispielsweise von einem insbesondere als Spule ausgebildeten Faservorrat bereitgestellt, insbesondere derart, dass das Faserbündel 12 von dem Faservorrat, insbesondere von der Spule, abgewickelt wird. Dies ist in 2 durch einen Pfeil 30 veranschaulicht. Verwendet wird auch ein separat von dem Faserbündel 12 und separat von dem Substrat 14 ausgebildetes Führungselement 32, welches auch als Faserführung oder Faserzuführung bezeichnet wird. Beispielsweise wird da Faserbündel 12 mittels des Führungselements 32 relativ zu dem Substrat 14 geführt. Beispielsweise ist oder umfasst das Führungselement 32 ein Rohr, durch welches das Faserbündel 12 hindurchgeführt wird, wodurch das Faserbündel 12, während es auf das Substrat 14 aufgebracht wird, relativ zu dem Substrat 14 geführt wird. Beispielsweise wird das Führungselement 32 relativ zu dem Substrat 14 und/oder das Substrat 14 relativ zu dem Führungselement 32 bewegt, um beispielsweise hierdurch das Faserbündel 12 entlang einer Bahn auf das Substrat 14 aufzubringen, insbesondere direkt an dem Substrat 14 anzuordnen. Hierdurch kann beispielsweise die Bahn wenigstens zwei schräg oder senkrecht zueinander verlaufende Längenbereiche und/oder wenigstens einen oder bogenförmigen Längenbereich aufweisen, so dass das Faserbündel 12 beispielsweise dann, wenn es auf das Substrat 14 aufgebracht und an dem Substrat 14 befestigt ist, wenigstens zwei schräg oder senkrecht zueinander verlaufende Längenbereiche und/oder wenigstens einen bogenförmig verlaufenden Längenbereich aufweist. Diesbezüglich veranschaulichen in 2 Pfeile 34 Bewegungen des Substrats 14.
Beispielsweise wird das Faserbündel 12 bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel mittels einer maßgeschneiderten Faserplatzierung (tailored fiber placement - TFP) auf das Substrat 14 aufgebracht und an dem Substrat 14 befestigt. Hierbei wird beispielsweise das Faserbündel 12 auf das Substrat 14 aufgebracht und durch Nähen oder Sticken an dem Substrat 14 befestigt, mithin beispielsweise mit dem Substrat 14 vernäht. Hierfür wird eine einfach auch als Nadel bezeichnete Nähnadel 36 verwendet, mittels welcher das Nähen beziehungsweise Sticken durchgeführt wird. Verwendet wird auch ein erster Nähfaden 38 als Oberfaden, mittels welchem das Faserbündel 12 an dem Substrat 14 befestigt wird. Beispielsweise wird auch ein zweiter Nähfaden als Unterfaden verwendet, welcher in den Fig. nicht erkennbar ist und beispielsweise auf der Seite 20 angeordnet ist. Es ist erkennbar, dass das Führungselement 32 beziehungsweise dessen Rohr beispielsweise vor der Nähnadel 36 positioniert ist.
Beispielsweise bewegen sich das Führungselement 32 und das Substrat 14, insbesondere schrittweise, synchron relativ zur Nähnadel 36, insbesondere zu deren Position, um einen Zickzack-Stich relativ zur Nähnadel 36, insbesondere relativ zu deren Position, auszuführen, so dass das Faserbündel 12 mittels des Zickzackstiches an dem Substrat 14 befestigt wird. Die Nadel führt Stiche aus, bei denen die Nähnadel 36 durch das Substrat 14 hindurchsticht. Bei dem jeweiligen Stich wird beispielsweise der Oberfaden durch das Substrat 14 insbesondere von der Seite 18 hin zu der Seite 20 bewegt, insbesondere gezogen, und um eine durch den Unterfaden gebildete Unterfadenspule geschlungen, wodurch ein doppelter Rückstich ausgeführt werden kann. Hierdurch wird das Faserbündel 12 an dem Substrat 14 befestigt.
4 zeigt das Halbzeug 28 in einer schematischen Seitenansicht. Das Halbzeug 28 umfasst das Substrat 14 und das an dem Substrat 14 befestigte Faserbündel 12. Aus 4 ist besonders gut erkennbar, dass das auf das Substrat 14 aufgebrachte und mit dem Substrat 14 befestigte Faserbündel 12. Aus 4 ist besonders gut erkennbar, dass das auf das Substrat 14 aufgebtrachte und mit dem Substrat 14 befestigte Faserbündel 12 ein Netz 40 mit mehreren, zumindest teilweise voneinander beabstandeten Längenbereichen L bildet. Bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel verlaufen die Längenbereiche L, insbesondere vollständig, geradlinig. Außerdem erstrecken sich zumindest einige der Längenbereiche L von einem jeweiligen, gemeinsamen Ausgangspunkt P, insbesondere stern- oder strahlenförmig, weg, wobei sich diese Längenbereiche L voneinander wegerstrecken. Außerdem bilden zumindest einige Längenbereiche L geschlossene Hohlquerschnitte H, insbesondere in der zuvor genannten Ebene betrachtet.
Aus 5 ist erkennbar, dass das Halbzeug 28 in einer Vorrichtung 42 angeordnet wird. Insbesondere wird das Halbzeug 28 in die Vorrichtung 42 eingebracht. Mittels der Vorrichtung 42 wird das Halbzeug 28 erhitzt, wodurch die Kunststofffasern (zweite Fasern 26) und somit der erste Kunststoff, aus dem Kunststofffasern gebildet sind, zumindest teilweise geschmolzen werden. Dadurch bilden die Kunststofffasern, mithin der erste Kunststoff eine zunächst flüssige Matrix, in welche die Verstärkungsfasern zumindest teilweise eingebettet werden. Insbesondere ist es denkbar, dass die Vorrichtung 42 eine Presse aufweist oder es wird eine zusätzlich zu der Vorrichtung 42 vorgesehene, separat von der Vorrichtung 42 ausgebildete Presse verwendet. Mittels der Presse wird das erhitzte Halbzeug 28 beispielsweise umgeformt und dadurch konsolidiert, insbesondere vorkonsolidiert. Insbesondere wird mittels der Presse das Halbzeug 28 umgeformt, während das Halbzeug 28 erhitzt, und/oder warmgehalten wird, und/oder mittels der Presse wird das Halbzeug 28 nach dem Erhitzen des Halbzeugs 28 umgeformt. Insbesondere ist es vorgesehen, dass mittels der Presse das Halbzeug 28 in erhitztem Zustand des Halbzeugs 28 umgeformt wird, welches mittels der Vorrichtung 42 in den erhitzten Zustand gebracht wird. Erkennbar in 5 sind Heizelemente 44 der Vorrichtung 42, wobei das Halbzeug 28 mittels der Heizelemente 44 erhitzt wird.
Die zunächst flüssige Matrix ist somit eine zunächst flüssige Schmelze, die dadurch gebildet wird, dass die Kunststofffasern, mithin der erste Kunststoff geschmolzen wird. Die zunächst flüssige Schmelze, mithin die zunächst flüssige Matrix erstarrt. Mit anderen Worten wird insbesondere nach dem Erhitzen des Halbzeugs 28 und ganz insbesondere nach dem Umformen des Halbzeugs 28 ein Erstarren der zunächst flüssigen Matrix zugelassen, durchgeführt oder bewirkt, wodurch ein in 6 in einer schematischen Seitenansicht gezeigtes, eigensteifes Verstärkungselement 46 gebildet wird. Das Verstärkungselement 46 umfasst die erstarrte und somit ausgehärtete Matrix und die in die Matrix eingebetteten Verstärkungsfasern. Außerdem ist aus 6 erkennbar, dass dadurch, dass das Halbzeug 28 erhitzt und umgeformt wird und dadurch, dass die Matrix erstarrt, aus dem Netz 40, welches biegeschlaff ist, ein eigensteifes und beispielsweise zumindest im Wesentlichen dreidimensionales Skelett 48 gebildet wird, welches das Verstärkungselement 46 ist oder zumindest ein Teil des Verstärkungselement 46 ist.
Aus 7 ist erkennbar, dass zumindest ein Teilbereich des Verstärkungselements 46 und somit des Skeletts 48 mit einem zweiten Kunststoff 50 umspritzt wird, wodurch das eigensteife Türmodul 10 hergestellt wird. Das eigensteife Verstärkungselement 46 wird in ein Spritzgusswerkzeug 52 angeordnet, insbesondere derart, dass das Verstärkungselement 46 in das Spritzgusswerkzeug 52 eingelegt wird. Mittels des Spritzgusswerkzeugs 52 wird ein Spritzgießverfahren durchgeführt, bei dem oder durch das der zweite Kunststoff 50 an das Verstärkungselement 46 angespritzt wird, so dass das Verstärkungselement 46 zumindest teilweise mit dem zweiten Kunststoff 50 umspritzt wird. Bei dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, dass das Verstärkungselement 46 vollumfänglich mit dem zweiten Kunststoff 50 umspritzt und somit vollumfänglich in den zweiten Kunststoff 50 eingebettet wird. Durch das zuvor beschriebene Einbetten der Verstärkungsfasern in die Matrix wird das Verstärkungselement 46 konsolidiert und insbesondere vorkonsolidiert, wodurch das Skelett 48, welches auch als Skelett-Struktur bezeichnet wird, gebildet wird. Das Verstärkungselement 46 und somit das Skelett 48 werden in das Spritzgusswerkzeug 52 eingelegt und mittels des Spritzgusswerkzeugs 52, insbesondere vollumfänglich, mit dem zweiten Kunststoff 50 umspritzt. Die Verstärkungsfasern bilden eine Faserverstärkung des Verstärkungselements 46 und insbesondere des Türmoduls 10. Vorzugsweise sind die Verstärkungsfasern Endlosfasern, so dass die Faserverstärkung vorzugsweise als eine Endlosfaserverstärkung ausgebildet ist.
Festzuhalten bleibt, dass die Hauptlastpfade des Türmoduls 10 beziehungsweise im Türmodul 10 - vorzugsweise mittels Endlosfasern - durch das Verstärkungselement 46 verstärkt werden.
Vorzugsweise sind der erst Kunststoff und der zweite Kunststoff 50 der gleiche Kunststoff, wobei es vorzugsweise vorgesehen ist, dass der erste Kunststoff und der zweite Kunststoff ein thermoplastischer Kunststoff, insbesondere Polypropylen (PP) sind. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das Substrat 14 aus einem dritten Kunststoff gebildet ist, welcher vorzugsweise dem ersten Kunststoff und dem zweiten Kunststoff entspricht. Somit ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der dritte Kunststoff ein thermoplastischer Kunststoff, insbesondere Polypropylen (PP), ist. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass durch das Erhitzen des Halbzeugs 28 auch das Substrat 14 beziehungsweise dessen dritter Kunststoff zumindest teilweise geschmolzen wird, wodurch die Matrix aus dem ersten Kunststoff und aus dem dritten Kunststoff gebildet wird. Insbesondere ist das Skelett 48 derart ausgebildet, dass zwischen den umgeformten Längenbereichen L des Skeletts 48 nichts als Luft, mithin nichts als mit Luft gefüllte Hohlräume angeordnet sind. Durch das Umspritzen des Skeletts 48 mit dem Kunstsoff 50 werden beispielsweise die Hohlräume zwischen den ungeformten Längenbereichen L des Skeletts 48 mit dem zweiten Kunststoff 50, insbesondere vollständig, gefüllt, wodurch eine besonders hohe Steifigkeit des Türmoduls 10 realisiert werden kann. Der zweite Kunststoff 50 wird beispielsweise in zunächst flüssigem Zustand des zweiten Kunststoffs 50 an das Skelett 48, mithin an das Verstärkungselement 46 angespritzt. Darauf erstarrt beispielsweise der zweite Kunststoff 50, so dass aus dem zweiten Kunststoff 50 ein eigensteifes Kunststoffteil 54 gebildet wird. Dabei ist das Verstärkungselement 46 beziehungsweise das Skelett 48 in das Kunststoffteil 54 eingebettet. Das Verstärkungselement 46 beziehungsweise das Skelett 48 ist sozusagen ein Einleger oder Einlegeteil, das in das Spritzgusswerkzeug 52 eingelegt und, insbesondere vollständig, in dem Kunststoff 50 beziehungsweise in das Kunststoffteil 54 eingebettet wird. Hierdurch kann auf bedarfsgerechte Weise eine besonders hohe Steifigkeit des Türmoduls 10 dargestellt werden. Das Kunststoffteil 54 wird durch das Spritzgießverfahren hergestellt, welches mittels des Spritzgusswerkzeugs 52 durchgeführt wird. Somit ist das Kunststoffteil 54 ein Spritzgussteil, so dass das Türmodul 10 insgesamt ein Spritzguss-Modul, insbesondere ein Polypropylen-Spritzguss-Modul (PP-Spritzguss-Modul) ist.
Da vorzugsweise der erste Kunststoff, der zweite Kunststoff und der dritte Kunststoff gleich sind, kann eine besonders vorteilhafte Form des Türmoduls 10 auf besonders bedarfsgerechte Weise realisiert werden. Ferner ist erkennbar, dass das Netz 40 zunächst biegeschlaff, das heißt formlabil ist. Durch das beschriebene Konsolidieren, insbesondere Vorkonsolidieren, wird aus dem biegeschlaffen Netz 40 das eigensteife Skelett 48 gebildet, welches insbesondere dadurch, dass das Halbzeug 28 und somit das Netz 40 umgeformt wird, nicht etwa als ein zumindest im Wesentlichen zweidimensionales Flächenelement, sondern beispielsweise als eine dreidimensionale Struktur und somit als ein dreidimensionales Skelett ausgebildet wird. Insbesondere erfolgt das Erstarren der Matrix derart oder das Erstarren der Matrix wird derart zugelassen, durchgeführt oder bewirkt, dass die Matrix nach dem Schmelzen des ersten Kunststoffs beziehungsweise der Kunststofffasern abkühlt. Insbesondere kühlt die Matrix beziehungsweise der erste Kunststoff ab, während das Halbzeug 28 umgeformt wird, so dass beispielsweise die Matrix beziehungsweise der erste Kunststoff in der Presse abkühlt. Hierdurch wird aus dem biegeschlaffen Netz 40 das eigensteife und zumindest im Wesentlichen dreidimensionale Skelett 48 gebildet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2020074450 A1 [0002]
US 20040134593 A1 [0002]
DE 102011003747 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Türmoduls (10) für eine Tür eines Fahrzeugs, gekennzeichnet durch die Schritte: - Aufbringen wenigstens eines Verstärkungsfasern (24) aus einem Werkstoff und Kunststofffasern (26) aus einem von dem Werkstoff unterschiedlichen, ersten Kunststoff aufweisenden Faserbündels (12) auf ein separat von dem Faserbündel (12) ausgebildetes Substrat (14), an welchem das Faserbündel (12) befestigt wird, wodurch ein das Substrat (14) und das an dem Substrat (14) befestigte Faserbündel (12) umfassendes, biegeschlaffes Halbzeug (28) gebildet wird; - Erhitzen des Halbzeugs (28), wodurch die Kunststofffasern (26) zumindest teilweise geschmolzen werden und dadurch eine aus dem ersten Kunststoff gebildete Matrix bilden, in welche die Verstärkungsfasern (24) zumindest teilweise eingebettet werden; - Erstarren der Matrix, wodurch ein eigensteifes Verstärkungselement (46) gebildet wird; und - Umspritzen zumindest eines Teilbereiches des Verstärkungselements (46) mit einem zweiten Kunststoff (50), wodurch das Türmodul (10) hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kunststoff (50) dem ersten Kunststoff entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (14) aus einem dritten Kunststoff gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Erhitzen des Halbzeugs (28) auch das Substrat (14) zumindest teilweise geschmolzen wird, wodurch die Matrix aus dem ersten Kunststoff und aus dem dritten Kunststoff gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Kunststoff dem ersten Kunststoff und/oder dem zweiten Kunststoff (50) entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als der dritte Kunststoff ein thermoplastischer Kunststoff verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Faserbündel (12) mittels wenigstens einer separat von dem Faserbündel (12) und separat von dem Substrat (14) ausgebildeten Faser (38) an dem Substrat (12) befestigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das auf das Substrat (14) aufgebrachte und an dem Substrat (14) befestigte Faserbündel (12) ein Netz (40) mit mehreren, zumindest teilweise voneinander beabstandeten Längenbereichen (L) bildet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Verstärkungsfasern aus dem Werkstoff und Kunststofffasern aus dem Kunststoff aufweisendes, separat von dem Faserbündel (12) und separat von dem Substrat (14) ausgebildetes, zweites Faserbündel auf das Substrat (14) aufgebracht und an dem Substrat (14) befestigt wird, wodurch das das Substrat (14) und die an dem Substrat (14) befestigten Faserbündel (12) umfassende, biegeschlaffe Halbzeug (28) gebildet wird, wobei die auf das Substrat (14) aufgebrachten und an dem Substrat (14) befestigten Faserbündel (12) ein Netz mit mehreren, zumindest teilweise voneinander beabstandeten Längenbereichen bilden.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass: - wenigstens einer der Längenbereiche (L) zumindest teilweise bogenförmig verläuft; und/oder - wenigstens einer der Längenbereiche (L) zumindest teilweise geradlinig verläuft; und/oder - sich die Längenbereiche (L) von einem gemeinsamen Ausgangspunkt (P), in welchem sich die Längenbereiche (L) berühren, wegerstrecken; und/oder - die Längenbereiche (L) wenigstens einen geschlossenen Hohlquerschnitt (H) bilden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (46) teilweise, vorzugsweise vollumfänglich, mit dem zweiten Kunststoff (50) umspritzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als der erste Kunststoff und/oder der zweite Kunststoff (50) ein thermoplastischer Kunststoff verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff Glas ist, so dass als die Verstärkungsfasern (24) Glasfasern verwendet werden.
Verfahren zum Herstellen einer Tür für ein Fahrzeug, bei welchem die Tür aus einem Türmodul (10) hergestellt wird, welches durch ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt wird.
Türmodul für eine Tür eines Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass das Türmodul (10) wenigstens ein vorkonsolidiertes Verstärkungselement (46) aufweist, welches aus wenigstens einem auf ein Substrat (14) aufgebrachten Faserbündel (12) mit Verstärkungsfasern (24) aus einem Werkstoff und Kunststofffasern (26) aus einem von dem Werkstoff unterschiedlichen, ersten Kunststoff hergestellt und zumindest teilweise mit einem zweiten Kunststoff (50) umspritzt ist.