DE102022123495A1

DE102022123495A1 - Verbundbauteil für ein Fahrzeug, Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils sowie Fahrzeug

Info

Publication number: DE102022123495A1
Application number: DE102022123495.9A
Authority: DE
Inventors: Martin Friedrich; Peter Mischke
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2022-09-14
Filing date: 2022-09-14
Publication date: 2024-03-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verbundbauteil (12) für ein Fahrzeug (10), aufweisend wenigstens ein Fahrzeugteil (14) aus einem ersten Werkstoff und ein mit dem Fahrzeug-teil (14) verbundenes Strukturelement (16) aus einem zweiten Werkstoff, wobei das Strukturelement (16) mittels eines generativen Fertigungsverfahrens in einem mit einem Fluid (24) gefüllten Behältnis (26) an das Fahrzeugteil (14) angedruckt ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Verbundbauteils (12) sowie ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Verbundbauteil (12) und/oder einem Verbundbauteil hergestellt mit einem erfindungsgemäßen Verfahren.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verbundbauteil für ein Fahrzeug, aufweisend wenigstens ein Fahrzeugteil aus einem ersten Werkstoff und ein mit dem Fahrzeugteil verbundenes Strukturelement aus einem zweiten Werkstoff. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Verbundbauteils sowie ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Verbundbauteil und/oder mit einem Verbundbauteil hergestellt mit einem erfindungsgemäßen Verfahren.
Im Fahrzeugbau werden zunehmend sogenannte additive Fertigungsverfahren, die auch als Additive Manufacturing (AM), generative Fertigungsverfahren oder 3D-Druckverfahren bezeichnet werden können, eingesetzt, da damit vielfältige Geometrien umgesetzt werden können. Beim additiven Fertigungsverfahren werden Bauteile durch schichtweisen Auftrag eines schmelzbaren Werkstoffs erzeugt. Üblicherweise werden bei der additiven Fertigung als schmelzbare Werkstoffe Metall, insbesondere Aluminium, und Kunststoff eingesetzt.
DE 10 2019 216 738 A1 zeigt ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteilverbunds für ein Fahrzeug, bei dem ein Kernbauteil aus Stahl bereitgestellt wird und wenigstens ein Teil der Oberfläche des Kernbauteils mit wenigstens einer Funktionsschicht aus Keramik beschichtet wird. Anschließend wird ein Andruckbauteil aus Metall mittels 3D-Druck an wenigstens einen Teil der Funktionsschicht zum Herstellen eines Bauteilverbunds angedruckt.
Im Bereich der Kunststoffe kommen typischerweise härteelastische Materialien zum Einsatz; die Herstellung von weichen Bauteilen, beispielsweise Dichtungen aus einem weichen Elastomer, oder einem Schaum sind zumeist limitiert.
US 2021/0178702 A1 und US 2018/0281295 A1 zeigen ein additives Fertigungsverfahren, bei dem weiche Elastomere, wie beispielsweise Silikon oder Schäume, in einem Gelbecken zu komplexen Bauteilen mit guten Oberflächeneigenschaften verarbeitet werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verbundbauteil, ein Verfahren und ein Fahrzeug zu schaffen, die die Flexibilität in der Herstellung von Fahrzeugteilen erhöhen.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verbundbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10 vorgeschlagen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verbundbauteils sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 8.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verbundbauteil für ein Fahrzeug vorgeschlagen. Das Verbundbauteil weist wenigstens ein Fahrzeugteil aus einem ersten Werkstoff und ein mit dem Fahrzeugteil verbundenes Strukturelement aus einem zweiten Werkstoff auf, wobei das Strukturelement mittels eines additiven Fertigungsverfahrens in einem mit einem Fluid gefüllten Behältnis an das Fahrzeugteil angedruckt ist.
Durch das Andrucken eines Strukturelements an ein Fahrzeugteil mittels eines additiven Fertigungsverfahrens in einem mit einem Fluid gefüllten Behältnis können weichelastische Bauteile, beispielsweise Bauteile aus einem Elastomer, wie beispielsweise Silikon, oder einem Schaum, an das Fahrzeugteil direkt ohne zusätzlichen Montageschritt an ein Fahrzeugteil angebracht beziehungsweise angedruckt werden. Dadurch schafft das Verbundbauteil eine erhöhte Flexibilität in der Herstellung von Fahrzeugteilen. Zudem ist das Verbundbauteil leichter und weist eine schlankere Bauweise als vergleichbare Bauteile auf, die aus zwei form- und/oder kraftschlüssig miteinander verbundenen Teilen bestehen.
Ein Fahrzeugteil kann beispielsweise eine Fahrzeugtür, eine Fahrzeugkarosserie oder ein Sitzgrundgerüst für einen Fahrzeugsitz sein.
Unter einem ersten Werkstoff wird ein Werkstoff verstanden, der härter ist als der zweite Werkstoff.
Das zum Andrucken eingesetzte additive Fertigungsverfahren wird als Flüssigdruckverfahren oder Rapid Liquid Print (RLP) bezeichnet. Bei dem Verfahren wird zumindest ein Abschnitt des Fahrzeugteils in ein mit einem Fluid gefüllten Behältnis untergetaucht und an den im Fluid befindlichen Abschnitt des Fahrzeugteils wird ein Strukturelement durch schichtweisen Aufbau angedruckt. Das Behältnis kann ein Druckbecken sein, das als Fluid mit einem Gel befüllt sein kann. Das Gel kann Wasser und Stärke enthalten. Das Drucken kann automatisiert, beispielsweise mittels eines Roboters erfolgen. Durch das Andrucken kann das Strukturelement form-, kraft- und/oder stoffschlüssig mit dem Fahrzeugteil verbunden sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Strukturelement unmittelbar an das Fahrzeugteil angedruckt. Somit kann direkt an das Fahrzeugteil angedruckt werden, ohne geometrisch eingeschränkt, beispielsweise durch Stützstrukturen oder Gravitation zu sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der zweite Werkstoff Silikon, Polyurethan oder Polyamid. Somit können Verbundbauteile mit einem weichelastischen Bauteil, wie beispielsweise Dichtungen aus Silikon oder Fahrzeugpolster aus Polyurethan, erzeugt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der erste Werkstoff ein Metall oder ein Kunststoff. Der erste Werkstoff ist vorzugsweise Aluminium oder ein thermoplastischer Kunststoff, insbesondere ein faserverstärkter thermoplastischer Kunststoff.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist auf das Fahrzeugteil ein Haftvermittler aufgebracht. Dadurch wird eine verbesserte Haftung zwischen dem Strukturelement und dem Fahrzeugteil geschaffen. Vorteilhaft wird der Haftvermittler auf das Fahrzeugteil aufgebracht, insbesondere auf den Abschnitt, an dem das Strukturelement angedruckt werden soll, bevor das Fahrzeugteil in das mit einem Fluid gefüllte untergetaucht wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist wenigstens eine in das Strukturelement integrierte Funktion mitgedruckt. Dadurch wird die Flexibilität in der Herstellung einzelner Elemente erhöht. Beispielsweise können Fahrzeugteile funktionsintegrierter hergestellt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist in das Strukturelement wenigstens ein Lüftungskanal als Funktion eingebracht. Somit ist eine leichtere und schlankere Bauweise bei mindestens gleichem Komfort möglich.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Strukturelement eine Dichtung oder eine Schaumstruktur. Somit ist ein direktes Andrucken von Dichtungselementen an einem Fahrzeugteil, wie beispielsweise einer Fahrzeugtür, oder Schaumstrukturen an einem Fahrzeugteil, wie beispielsweise einem Sitzgrundgerüst, möglich. Bei dem Andrucken wird die Fahrzeugtür oder das Sitzgrundgerüst teilweise oder vollständig in das mit einem Fluid gefüllte Behältnis untergetaucht, und die Weichkomponente, beispielsweise aus Silikon oder Schaum, wird zumindest an einem Abschnitt des Fahrzeugteils angedruckt. Anschließend wird das dadurch erzeugte Verbundbauteil aus dem mit Fluid gefüllte Behältnis entfernt und gereinigt. Dadurch ist es möglich, eine Dichtung oder eine Schaumstruktur direkt auf einem Fahrzeugteil aufzubauen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Verbundbauteils vorgeschlagen. Bei dem Verfahren wird zunächst wenigstens ein Abschnitt eines Fahrzeugteils aus einem ersten Werkstoff in ein mit einem Fluid gefülltes Behältnis untergetaucht. Danach wird ein Strukturelement aus einem zweiten Werkstoff an das Fahrzeugteil mittels eines generativen Fertigungsverfahrens angedruckt, um das Verbundbauteil zu erzeugen. Schließlich wird das Verbundbauteil aus dem mit Fluid gefüllten Behältnis entnommen.
Das Verfahren ermöglicht die automatisierte Fertigung von Verbundbauteilen bestehend aus einem Fahrzeugteil und einer damit verbundenen Komponente aus einem weichelastischen Werkstoff ohne geometrisch eingeschränkt durch, beispielsweise Stützstrukturen oder Gravitation, zu sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Verbundbauteil und/oder einem Verbundbauteil hergestellt mit einem erfindungsgemäßen Verfahren vorgeschlagen.
Nachfolgend werden ein Fahrzeug, Verbundbauteile, ein Verfahren zum Herstellen der Verbundbauteile sowie weitere Merkmale und Vorteile anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, die in den Figuren schematisch dargestellt sind. Hierbei zeigen:

1 ein Fahrzeug mit wenigstens einem Verbundbauteil;
2 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Verbundbauteils gemäß einer ersten Ausführungsform;
3 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung des in 2 dargestellten Verbundbauteils; und
4 eine schematische Darstellung eines Verbundbauteils gemäß einer zweiten Ausführungsform.

In 1 ist ein Fahrzeug 10 dargestellt, das ein in 2 gezeigtes Verbundbauteil 12 aufweist.
In 2 ist eine erste Ausführungsform des Verbundbauteils 12 dargestellt. Das Verbundbauteil 12 weist ein Fahrzeugteil 14 aus einem ersten Werkstoff und ein Strukturelement 16 aus einem zweiten Werkstoff auf.
Das Fahrzeugteil 14 ist vorliegend eine Fahrzeugtür 18 aus Metall, an die das Strukturelement 20 aus einem weichelastischen Werkstoff unmittelbar angebunden ist.
Das Strukturelement 16 ist vorliegend eine Dichtung 20 aus einem elastomeren Werkstoff, wie beispielsweise Silikon. Die Dichtung 20 ist stoffschlüssig mit der Fahrzeugtür 18 verbunden, indem die Dichtung 20 unmittelbar an einen Abschnitt 22 der Fahrzeugtür 18 mittels eines generativen Fertigungsverfahrens angedruckt ist, wie dies im Folgenden noch näher erläutert wird.
Anhand von 3 wird beispielhaft das Andrucken der Dichtung an die Fahrzeugtür 18 erläutert. Hierzu wird die Fahrzeugtür 18 in ein mit einem Fluid 24 gefülltes Behältnis 26 untergetaucht. Das Fluid 24 ist ein Gel 28, das sich in einem als Druckbecken 30 ausgebildeten Behältnis 26 befindet. Anschließend wird im additiven Fertigungsverfahren mittels einer Druckvorrichtung 32 Schicht für Schicht von dem weichelastischen Werkstoff, wie beispielsweise einem Silikon, auf die Fahrzeugtür 18 aufgebracht, bis das in 2 dargestellte Verbundbauteil 12 bestehend aus der Dichtung 20 und der Fahrzeugtür 18 erzeugt ist. Anschließend wird das fertige Verbundbauteil 12 aus dem Druckbecken 30 entnommen und gegebenenfalls gereinigt.
In 4 ist eine zweite Ausführungsform für das Verbundbauteil 12 gezeigt. Das Verbundbauteil 12 weist als Fahrzeugteil 14 ein Sitzgrundgerüst 34 und als Strukturelement 16 eine Schaumstruktur 36 auf. Das Sitzgrundgerüst ist aus Metall und die Schaumstruktur 36 ist aus Polyurethan oder Polyamid, wobei die Schaumstruktur 36 unmittelbar an das Sitzgrundgerüst 24 angedruckt ist.
Das in 4 dargestellte Verbundbauteil 12 wird hergestellt, indem das Sitzgrundgerüst 24 in das mit Gel 28 gefüllte Druckbecken 30 untergetaucht wird und die Schaumstruktur 26 durch schichtweises Aufbringen von Polyurethan oder Polyamid mittels der Druckvorrichtung 32 angedruckt wird. Nach Fertigstellung wird das Verbundbauteil aufweisend das Sitzgrundgerüst 34 und die Schaumstruktur 36 aus dem Druckbecken 30 entnommen und gegebenenfalls gereinigt.
In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann auf das Fahrzeugteil 14 ein Haftvermittler aufgebracht sein, um die Haftung zwischen dem Fahrzeugteil 14 und dem Strukturelement 16 zu verbessern. Vorzugseise wird der Haftvermittler vor dem Untertauchen in das Druckbecken 30 auf das Fahrzeugteil 14 aufgebracht.
Das Verbundbauteil 12 und das Verfahren zeichnen sich dadurch aus, dass Strukturelemente 16 aus einem weichelastischen Werkstoff, wie beispielsweise einem Silikon oder einem Schaum, direkt ohne zusätzlichen Montageschritt an ein Fahrzeugteil 14 angebracht werden können. Dadurch ist es möglich, automatisiert weichelastische Strukturelemente 16 an Fahrzeugteile 14 anzubringen, ohne geometrisch eingeschränkt, beispielsweise durch Stützstrukturen oder Gravitation, zu sein.
Bezugszeichenliste

10: Fahrzeug
12: Verbundbauteil
14: Fahrzeugteil
16: Strukturelement
18: Fahrzeugtür
20: Dichtung
22: Abschnitt
24: Fluid
26: Behältnis
28: Gel
30: Druckbecken
32: Druckvorrichtung
34: Sitzgrundgerüst
36: Schaumstruktur

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102019216738 A1 [0003]
US 2021/0178702 A1 [0005]
US 2018/0281295 A1 [0005]

Claims

Verbundbauteil (12) für ein Fahrzeug (10), aufweisend wenigstens ein Fahrzeugteil (14) aus einem ersten Werkstoff und ein mit dem Fahrzeugteil (14) verbundenes Strukturelement (16) aus einem zweiten Werkstoff, wobei das Strukturelement (16) mittels eines generativen Fertigungsverfahrens in einem mit einem Fluid (24) gefüllten Behältnis (26) an das Fahrzeugteil (14) angedruckt ist.
Verbundbauteil (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturelement (16) unmittelbar an das Fahrzeugteil (14) angedruckt ist.
Verbundbauteil (12) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Werkstoff Silikon, Polyurethan oder Polyamid ist.
Verbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Werkstoff ein Metall oder ein Kunststoff ist.
Verbundbauteil (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Fahrzeugteil (14) ein Haftvermittler aufgebracht ist.
Verbundbauteil (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine in das Strukturelement (16) integrierte Funktion mitgedruckt ist.
Verbundbauteil (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in das Strukturelement (16) wenigstens ein Lüftungskanal als Funktion eingebracht ist.
Verbundbauteil (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturelement (16) eine Dichtung (20) oder eine Schaumstruktur (26) ist.
Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das folgende Schritte aufweist: a. Untertauchen wenigstens eines Abschnittes eines Fahrzeugteils (14) aus einem ersten Werkstoff in ein mit einem Fluid (24) gefülltes Behältnis (26); b. Andrucken eines Strukturelementes (16) aus einem zweiten Werkstoff an das Fahrzeugteil (14) mittels eines generativen Fertigungsverfahrens, um das Verbundbauteil (12) zu erzeugen; und c. Entnehmen des Verbundbauteils (12) aus dem mit Fluid (24) gefüllten Behältnis (26).
Fahrzeug (10) mit einem Verbundbauteil (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und/oder einem Verbundbauteil (12) hergestellt mit einem Verfahren nach Anspruch 9.