EP3071395A1 - Faserkunststoffverbundbauteil und verfahren zum herstellen eines faserkunststoffverbundbauteils, insbesondere eines karosseriebauteils für ein kraftfahrzeug - Google Patents

Faserkunststoffverbundbauteil und verfahren zum herstellen eines faserkunststoffverbundbauteils, insbesondere eines karosseriebauteils für ein kraftfahrzeug

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EP3071395A1
EP3071395A1 EP14796021.5A EP14796021A EP3071395A1 EP 3071395 A1 EP3071395 A1 EP 3071395A1 EP 14796021 A EP14796021 A EP 14796021A EP 3071395 A1 EP3071395 A1 EP 3071395A1
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EP
European Patent Office
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fiber
plastic composite
fibers
composite component
preform
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14796021.5A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Schneidewind
Florian Soldner
Markus VALLERIUS
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Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Publication of EP3071395A1 publication Critical patent/EP3071395A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
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    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B29C70/08—Fibrous reinforcements only comprising combinations of different forms of fibrous reinforcements incorporated in matrix material, forming one or more layers, and with or without non-reinforced layers
    • B29C70/081—Combinations of fibres of continuous or substantial length and short fibres
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    • B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/42—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
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    • B29C70/467—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs and impregnating the reinforcements during mould closing
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    • B29C70/68—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts by incorporating or moulding on preformed parts, e.g. inserts or layers, e.g. foam blocks
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60J—WINDOWS, WINDSCREENS, NON-FIXED ROOFS, DOORS, OR SIMILAR DEVICES FOR VEHICLES; REMOVABLE EXTERNAL PROTECTIVE COVERINGS SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLES
    • B60J5/00—Doors
    • B60J5/04—Doors arranged at the vehicle sides
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    • B60J5/0481—Doors arranged at the vehicle sides characterised by the material plastic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
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    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/30—Vehicles, e.g. ships or aircraft, or body parts thereof
    • B29L2031/3005—Body finishings
    • B29L2031/3014—Door linings

Definitions

  • Fiber-plastic composite component in particular a body component for a motor vehicle
  • the present invention relates to a method for producing a fiber-plastic composite component, and in particular to a method for producing a body component for a motor vehicle. Furthermore, the present invention relates to a fiber-reinforced plastic composite component and in particular a
  • Body component for a motor vehicle manufactured by such a method is a body component for a motor vehicle manufactured by such a method.
  • Fiber-reinforced plastic composite components are used in larger quantities, for example in the motor vehicle industry or in the aerospace industry.
  • semi-finished fiber or semi-finished fiber-matrix products also called prepregs. There are several methods to get out of these semi-finished products
  • RTM Resin Transfer Molding
  • fiber-matrix semi-finished products in the form of a mixture of a thermosetting plastic matrix or a thermoplastic
  • Plastic matrix and so-called long fibers which usually have a length of 1 to 50 mm, to use for producing a fiber-reinforced plastic composite component.
  • Such fiber-matrix semi-finished products are available in different
  • Pressing process further processed.
  • Such pressing methods are known as SMC (sheet molding compound) and BMC (bulk molding compound).
  • SMC sheet molding compound
  • BMC bulk molding compound
  • PMC press molding compound
  • This object is achieved by a method for producing a
  • Fiber plastic composite component solved having the features of claim 1. Furthermore, this object is achieved by a fiber-plastic composite component having the features of claim 9. Advantageous developments of the invention are mentioned in the dependent claims.
  • Fiber-reinforced plastic composite component according to the present invention, the following steps:
  • the fiber-reinforced plastic composite component is preferably a body component for a motor vehicle.
  • the preform essentially forms a basic element of the fiber-reinforced plastic composite component and the After production of the fiber-plastic composite component, molding compound essentially forms an integrally molded part of the fiber-reinforced plastic composite component.
  • plastic matrix material in this context includes not only the hydrogen sulfide as it is present in the fibrous composite component produced, but also a
  • Plastic material as present in the fiber composite component produced, reacts.
  • the molding compound consists of the same plastic matrix material, with which the preform is also impregnated, so that an integral connection of the material of the preform and the material of the molding compound is particularly simple and durable.
  • the molding compound it is also possible for the molding compound to use a different plastic matrix material than the material with which the preform is impregnated.
  • Unoriented fibers means that they are present in an undefined random orientation in the molding compound. Unoriented fibers may also be referred to as random fibers.
  • the fiber-reinforced plastic composite component is a component with a in the
  • Substantial planar, in particular three-dimensional, extension may in particular have a plurality of surfaces which are arranged at an angle to one another.
  • Preform and the molding compound such that the molding compound in the preform penetrates and further penetrates into at least one additional recess or in a plurality of additional recesses in the pressing tool.
  • the recess may be formed such that the recess in
  • Anformelement for example, a reinforcing element, in particular a rib, and / or a connecting element for the positive connection of a
  • Insert element forms on the fiber-plastic composite component.
  • the insert element is inserted into the pressing tool prior to the step of pressing the preform and the molding compound, wherein this step is optionally performed before the step applying a molding compound, so that in the step of pressing the preform and the molding compound, the insert element positively can be surrounded by the molding compound.
  • the insert element may be made of a plastic, for example
  • the insert element may have a connection device for attaching attachments.
  • This connecting device may for example have a thread, so that attachments to the
  • Fiber plastic composite component can be screwed.
  • the insert element can also additionally or alternatively a stiffening or
  • a dry semifinished product ie a semifinished product consisting only of fiber
  • Plastic matrix material are made of the continuous fiber.
  • Such a semi-finished product may be a woven fabric, a knitted fabric, a knitted fabric or a scrim.
  • the dry semifinished product is then impregnated with the plastic matrix material and thus forms the preform, which is then pressed together with the molding compound in the pressing tool.
  • the preform is produced in a winding process.
  • a fiber material In the winding process, only one type of fiber, i. a fiber material, are used. Alternatively, for example, two or more different types of fibers may be used. Also in another
  • Endless fiber processing can use only one type of fiber or multiple types of fiber.
  • the plastic matrix material may be a thermoset material.
  • thermoset materials in particular those mentioned above
  • Substance raw materials are used. Examples of such materials
  • thermosetting material are epoxy resin, phenolic resin, vinyl ester resin and / or polyurethane resin.
  • the plastic matrix material may also be
  • thermoplastic material examples include polypropylene, polyethylene, Polyphenyleneiher, Polyphenylensuifid and polyphthalamide.
  • the continuous fibers of the preform may be carbon fibers, glass fibers, aramid fibers, polypropylene fibers, polyethylene fibers and / or natural fibers. If several fiber types
  • a combination of carbon fiber and polypropylene fiber or a combination of carbon fiber and polyethylene fiber is advantageous.
  • the undirected fibers of the molding compound basically the same fibers as in the preform can be used. But it is also possible to use other fibers.
  • Preferred fibers for the molding compound are Carbon fibers, glass fibers, Aramidfasem and / or natural fibers.
  • the fibers of the molding compound are advantageously long fibers having a length of 1 mm to 50 mm.
  • a preferred fiber length for the molding compound is 20 mm to 50 mm. But it can also be used short fibers with a length up to 1 mm.
  • the present invention further relates to a fiber-plastic composite component produced by a method as described above.
  • Fiber-reinforced plastic composite component may in particular be a body component for a motor vehicle.
  • the fiber-reinforced plastic composite is preferably an integral, preferably one-piece, body flap support component.
  • the present invention further relates to
  • the base member may also be referred to as the main body since it forms the majority of the fiber-plastic composite component.
  • the basic element forms the basic structure of the fiber-reinforced plastic composite component.
  • the molding element may preferably be a reinforcing element and / or a
  • the insert element is preferably an amplifying device and / or a connecting device for connecting a further component or for connecting the fiber-plastic composite component to a further component.
  • the fiber-reinforced plastic composite component can in particular be a body component, for example a body flap carrier component, in particular an integral, one-piece carrier and / or frame component of a motor vehicle door for a motor vehicle.
  • the body flap support member may have a function determining the rigidity and strength of the body flap.
  • Body shell support member is, the base element, a door frame and / or a door inner panel and / or a window sill and / or a
  • Forming element form a rib for reinforcing the base element.
  • the Anformelement a connecting element for positive connection of a Einlegerelements as a hinge reinforcement and / or Einlegerelements as a lock reinforcement and / or a Einlegerelements for connecting a 9.aufpratltheres and / or a Einlegerelements for connecting a Teraussenhautverstärkung and / or a Einlegerelements in the form to be a window frame.
  • plastic matrix for the base member the materials described above with respect to the continuous fiber plastic matrix may be used. Likewise, the above-mentioned materials for continuous fibers can be used. In addition, as a plastic matrix for the base member, the materials described above with respect to the continuous fiber plastic matrix may be used. Likewise, the above-mentioned materials for continuous fibers can be used. In addition, as a plastic matrix for the base member, the materials described above with respect to the continuous fiber plastic matrix may be used. Likewise, the above-mentioned materials for continuous fibers can be used. In addition, as a plastic matrix for the
  • Anformelement / the molding elements are the plastic matrix used, which is described above in relation to the long fiber plastic matrix. Likewise, the above-mentioned long fiber materials can be used.
  • Method and the fiber-reinforced plastic composite component according to the invention can be combined as much as possible with each other as far as possible.
  • Fig. 1 is a schematic perspective view of an opened pressing tool before pressing a preform and a molding compound according to a first embodiment of the present invention.
  • Fig. 2 is a schematic perspective view of a part of the opened one
  • Crimping tool according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view of the part of the closed one.
  • FIG. 4 is a schematic side cutaway view of an opened one.
  • Crimping tool according to a second embodiment of the present invention.
  • Fig. 5 is a schematic, sectional side view of the closed
  • Fig. 6 is a schematic sectional side view of a
  • Fiber-plastic composite component which, as shown in Figures 4 to 5, has been prepared, according to the second embodiment of the present invention.
  • Fig. 7 is a schematic, side perspective view of a
  • FIG. 8 is a schematic sectional detail view of FIG.
  • FIG. 1 shows a schematic perspective view of an opened one
  • the preform 3 is preferably made in a winding process of an impregnated continuous carbon fiber, on the preform 3 in addition masses 5 are additionally applied or angordnet at several points.
  • the molding compound elements 5, which are provided for molding elements according to the present invention, consist of a mixture of plastic matrix material and long fibers.
  • the long fibers are preferably made of carbon.
  • the preform 3 has a cutout 11 or an opening 11. The left one shown in FIG. 1
  • Press mass element 5 and the right-hand molding mass element 5 shown in FIG. 1 are intended to form stiffening ribs in each case as reinforcing elements.
  • the middle molding compound element 5 is annular and is intended as a connecting element for the positive connection of a not shown in the figure 1
  • the insert element is thereby positioned before the closing of the press tool at the location provided for this purpose within the annular molding compound element 5.
  • the Einlegerlement may for example be formed of metal, which serves as a connection element and / or reinforcing element.
  • As a connecting element there may be mounting holes and / or
  • the molding compound 5 When closing the pressing tool, the molding compound 5 penetrates into recesses 91 provided for this purpose, which are shown in FIGS. 2 and 3, in the upper part 9 of the pressing tool.
  • FIG. 2 shows a partial section of the opened pressing tool with the lower part 7 and the upper part 9.
  • the upper part 9 has the depressions 91, Opposite the recesses 91, a predetermined amount of molding compound 5 is applied to the preform 3.
  • FIG. 3 shows the closed pressing tool of FIG. 2, wherein the molding compound 5 fills the cavity of the recesses 91.
  • the preform 3 according to the first embodiment forms after
  • the molding compound elements 5 form molding elements according to the invention of a long fiber plastic composite material - on the one hand reinforcing elements in the form of ribs and on the other elements for positive connection of the insert element.
  • long fibers in a range of 20 to 50 mm are used.
  • the length of the continuous fibers exceed a multiple of the length of the long fibers and have a usual length for a Wicke I perspectives.
  • the continuous fibers are preferably carbon fibers.
  • the long fibers are also preferably carbon fibers, which may for example come from a recycling process of fiber-reinforced plastic composite components. There are but also any other types of fibers conceivable above mentioned in the general description of the invention. As plastic matrix materials, all the materials mentioned above in the general description of the invention are also conceivable.
  • FIGS. 4 to 6 the principle of the method according to the present invention is explained in addition to a second embodiment, with particular reference to differences from the first embodiment and a description of similarities with the first embodiment is partially omitted.
  • FIG. 4 shows a sectional side view of an opened pressing tool with a lower part 7 and a top part 9.
  • Embodiments are sections with molding compound 5, in other words molding compound elements 5 made of a mixture of long fibers and a
  • the preform 3 as in the first embodiment, consists of an endless fiber impregnated with a plastic matrix.
  • the molding compound 5 is pressed in provided for them depressions 71 in the lower part 7 of the pressing tool. At the same time, an edge of the preform 3 is repressed or reshaped.
  • Fiber-plastic composite component 1 shown in Figure 6, with folded down (the directional indication refers only to the representation in the figure) edges, in other words with a downwardly facing flange, the edges with long fiber reinforced ribs 103 supported or reinforced are.
  • the original preform 3 forms in the finished manufactured
  • Fiber-plastic composite component 1 according to the second embodiment, a base member 101 made of a continuous fiber composite material, which specifies a flat, three-dimensional basic structure of the fiber-plastic composite component 1, while the ribs 103 form Anformemia invention, in particular reinforcing elements, from a long fiber plastic composite material.
  • the Basic element 101 and the ribs 103 are integrally connected to one another and form the one-piece fiber-reinforced plastic composite component 1.
  • FIGS. 7 and 8 While a method for producing a schematically greatly simplified or an abstract fiber-plastic composite component according to the first and the second embodiment is described essentially with reference to Figures 1 to 6, in the following with reference to Figures 7 and 8, a fiber-plastic composite component in the form of a motor vehicle door frame component 1 described according to the third embodiment, wherein the same or similar elements
  • FIG. 7 shows a perspective side view of the motor vehicle door frame component 1 according to the second exemplary embodiment of the present invention.
  • the motor vehicle door frame component 1 can be produced by the method according to the invention described with reference to FIGS. 1 to 6.
  • the automobile door frame member 1 shown in Fig. 7 comprises a main body 101 made of an endless fiber reinforced plastic, i. an endless fiber composite material.
  • the main body 101 has a cutout 11 in the middle. Further, ribs 103 for reinforcing and stiffening of the im in the body 101 at certain, designated locations ribs
  • Motor vehicle door frame component 1 is provided.
  • Forming elements in particular reinforcing elements, according to the present invention, consist of a plastic reinforced with long fibers, i. a long fiber plastic composite material.
  • the ribs 103 extend in a direction transverse to each other, obliquely to each other
  • the vehicle door frame member 1 has an upstanding member 13 to which door hinges can be attached and which may also be referred to as a hinge reinforcement can.
  • the insert element 13 is made of a metallic material, for example steel.
  • the insert element 13 is above projections 105 which
  • the projections 105 like the ribs 103, consist of a plastic reinforced with long fibers.
  • the motor vehicle door frame component 1 has a mirror triangle 15, to which a side mirror can be fastened, and a window sill 17.
  • the mirror triangle 15 may be reinforced with a Anformungelement invention of a reinforced with long fibers plastic.
  • FIG. 8 shows a sectional detail view of FIG. 7.
  • FIG. 8 shows a section along an xy plane A-A-A in FIG. 7 indicated by dashed lines.
  • An xy plane is a plane parallel to one
  • Vehicle longitudinal direction and a vehicle transverse direction in an installed state of the vehicle door frame component 1 in a motor vehicle Vehicle longitudinal direction and a vehicle transverse direction in an installed state of the vehicle door frame component 1 in a motor vehicle.
  • FIG. 8 shows a region of the motor vehicle door frame component 1 in which the insert element 13 is arranged. In particular, it is shown that the
  • Insert member 13 abuts against the base body 101 and is positively connected by the projections 105 with the base 101.
  • the formations 105 embrace an end edge of the insert element 13.
  • the formations 105 can encircling the entire end edge 14 of the insert element 13 or surround the end edge 14 only in sections. Holes may also be formed in the insert element via which the insert 13 is fastened to the base body 101 in a form-fitting manner, alternatively or additionally, by means of the projections 105 which penetrate the holes.
  • the vehicle door frame member 1 according to the third embodiment has no window frame.
  • a window frame may be part of the
  • a window frame may look like a suitable material as Einlegerelement positive fit with the
  • Main body 101 to be connected.
  • Such a complex component according to the third embodiment is usually in the conventional sheet metal construction only from many different items that are joined together in many stages for joining, with a required in a motor vehicle body strength and rigidity represented.
  • the motor vehicle door frame component 1 shown in FIG. 7 can be produced in a single joining step.
  • Fiber-plastic composite construction a low weight of the component with the required strength and rigidity
  • Strengths can be achieved as in the component according to the invention due to the shorter fibers.

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Faserkunststoffverbundbauteils (1), insbesondere eines Karosseriebauteils für ein Kraftfahrzeug, mit den Schritten: - Herstellen eines mit einem Kunststoffmatrixmaterial imprägnierten Vorformlings (3) aus einer Endlosfaser, - Auftragen einer Pressmasse (5) aus dem Kunststoffmatrixmaterial oder einem anderen Kunststoffmatrixmaterial und ungerichteten Fasern auf den Vorformling (3), und - Verpressen des Vorformlings (3) und der Pressmasse (5) in einem Presswerkzeug (7, 9).

Description

Faserkunststoffverbundbauteil und Verfahren zum Herstellen eines
Faserkunststoffverbundbauteils, insbesondere eines Karosseriebauteils für ein Kraftfahrzeug
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Faserkunststoffverbundbauteils und insbesondere auf ein Verfahren zum Herstellen eines Karosseriebauteiis für ein Kraftfahrzeug. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Faserkunststoffverbundbauteil und insbesondere ein
Karosseriebauteil für ein Kraftfahrzeug, das mit einem derartigen Verfahren hergestellt ist.
Faserkunststoffverbundbauteile werden in größeren Stückzahlen beispielsweise in der Kraftfah rzeug ind ustrie oder auch in der Luft- und Raumfahrtindustrie verwendet. Zur industriellen Herstellung von Faserkunststoffverbundbauteilen, bei denen höhere Anforderungen hinsichtlich einer Steifigkeit und Festigkeit des Bauteils gelten, werden aus Endlosfasem hergestellte Faser-Halbzeuge oder Faser-Matrix- Halbzeuge verwendet, die auch Prepregs genannt werden, verwendet. Es gibt verschiedene Verfahren, um aus diesen Halbzeugen
Faserkunststoffverbundbauteile herzustellen. In einem Autoklav-Prozess wird ein Faser-Matrix-Halbzeug unter Druck und Temperatur .gebacken". In einem
Nasspressverfahren werden Faser-Matrix-Halbzeuge in die Bauteilform gepresst. Bei einem Harzinjektionsverfahren wird ein„trockenes" Faser-Halbzeug unter hohem Druck mit der Kunststoffmatrix getränkt und in die entsprechende
Bauteilform gebracht. Ein derartiges Verfahren ist als RTM-Verfahren (Resin- Transfer-Moulding) bekannt.
Darüber hinaus ist es bekannt, Faser-Matrix-Halbzeuge in Form eines Gemisches aus einer duroplastischen Kunststoffmatrix oder einer thermoplastischen
Kunststoffmatrix und sogenannten Langfasern, die üblicherweise eine Länge von 1 bis 50 mm haben, zum Herstellen eines Faserkunststoffverbundbauteils zu verwenden. Derartige Faser-Matrix-Halbzeuge werden in unterschiedlichen
Pressverfahren weiterverarbeitet. Derartige Pressverfahren sind als SMC (sheet molding Compound) und BMC (bulk moulding Compound) bekannt. Als Überbegriff wird hier auch der Ausdruck PMC (press moulding Compound) verwendet.
Bei den SMC und BMC Verfahren können mit vertretbarem Aufwand grundsätzlich leichter Teile mit einer komplexen Geometrie hergestellt werden als bei den
Verfahren, bei denen ein Prep reg mit Endlosfaser verarbeitet wird.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Faserkunststoffverbundbauteils, insbesondere eines Karosseriebauteils für ein Kraftfahrzeug, sowie ein mit dem Verfahren hergestelltes
Faserkunststoffverbundbauteil zu schaffen, das eine hinreichende Steifigkeit und Festigkeit bei einer komplexen Geometrie aufweist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen eines
Faserkunststoffverbundbauteils gelöst, das die Merkmale von Patentanspruch 1 aufweist. Ferner wird diese Aufgabe durch ein Faserkunststoffverbundbauteil gelöst, das die Merkmale von Patentanspruch 9 aufweist. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen genannt.
Insbesondere weist ein Verfahren zum Herstellen eines
Faserkunststoffverbundbauteils gemäß der vorliegenden Erfindung folgende Schritte auf:
- Herstellen eines mit einem Ku nststoff m atrixmaterial imprägnierten
Vorformlings aus einer Endlosfaser,
- Auftragen einer Pressmasse aus dem Kunststoffmatrixmaterial oder einem anderen Kunststoffmatrixmaterial und ungerichteten Fasern auf den
Vorformling, und
- Verpressen des Vorformlings und der Pressmasse in einem Presswerkzeug.
Das Faserkunststoffverbundbauteil ist bevorzugt ein Karosseriebauteil für ein Kraftfahrzeug.
Der Vorformling bildet nach dem Herstellen des Faserkunststoffverbundbauteils im Wesentlichen ein Grundelement des Faserkunststoffverbundbauteils und die Pressmasse bildet nach dem Herstellen des Faserkunststoffverbundbauteils im Wesentlichen ein Anformteil des Faserkunststoffverbundbauteils.
Der Ausdruck„imprägniert" bedeutet, dass die Fasern des Vorformlings mit dem Kunststoffmatrixmaterial getränkt sind. Der Begriff Kunststoffmatrixmaterial umfasst in diesem Zusammenhang nicht nur den Ku n ststoffwe rks toff , wie er in dem hergestellten Faserkunststoffverbundbauteil vorliegt, sondern auch ein
Kunststoffvorprodukt, das im Laufe des Herstellprozesses zu dem
Kunststoffwerkstoff, wie er in dem hergestellten Faserkunststoffverbundbauteil vorliegt, reagiert.
Bevorzugt besteht die Pressmasse aus dem gleichen Kunststoffmatrixmaterial, mit dem auch der Vorformling getränkt ist, so dass eine integrale Verbindung des Materials des Vorformlings und des Materials der Pressmasse besonders einfach und dauerhaft ist. Es ist jedoch auch möglich für die Pressmasse ein anderes Kunststoffmatrixmaterial als das Material zu verwenden, mit dem der Vorformling getränkt ist. Ungerichtete Fasern bedeutet, dass diese in einer Undefinierten Wirrlage in der Pressmasse vorliegen. Ungerichtete Fasern können auch als Wirrfasern bezeichnet werden.
Durch das beschriebene Verfahren ist es möglich, ein
Faserkunststoffverbundbauteil zu schaffen, das eine komplexere Geometrie hat, als dies mit einem Nasspressverfahren eines Vorformlings aus einer Endlosfaser oder mit einem in Bezug auf den Stand der Technik erwähnten RTM (Resin-Transfer- Moulding) Verfahren möglich wäre.
Bevorzugt ist das Faserkunststoffverbundbauteil ein Bauteil mit einer im
Wesentlichen flächigen, insbesondere dreidimensionalen, Erstreckung. Das Bauteil kann insbesondere mehrere Flächen, die schräg zueinander angeordnet sind, aufweisen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung erfolgt der Schritt Verpressen des
Vorformlings und der Pressmasse derart, dass die Pressmasse in den Vorformling eindringt und ferner in zumindest eine zusätzliche Vertiefung oder in mehrere zusätzliche Vertiefungen in dem Presswerkzeug eindringt.
Die Vertiefung kann derart ausgebildet sein, dass die Vertiefung in
Zusammenwirkung mit der Pressmasse und dem Schritt Verpressen ein
Anformelement, beispielsweise ein Verstärkungselement, insbesondere eine Rippe, und/oder ein Verbindungselement zur formschlüssigen Anbindung eines
Einlegerelements an das Faserkunststoffverbundbauteil ausbildet.
Hierdurch ist es mit einem einfachen Verfahren mit wenigen Schritten möglich, sehr wirksame Anformelement als Verstärkungen/Versteifung und/oder
Verbindungselemente an dem Faserkunststoffverbundbauteil integral mit dem Faserkunststoffverbundbauteil auszubilden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird vor dem Schritt Verpressen des Vorformlings und der Pressmasse das Einlegerelement in das Presswerkzeug eingelegt, wobei dieser Schritt gegebenenfalls noch vor dem Schritt Auftragen einer Pressmasse durchgeführt wird, so dass in dem Schritt Verpressen des Vorformlings und der Pressmasse das Einlegerelement formschlüssig von der Pressmasse umgeben werden kann.
Das Einlegerelement kann beispielsweise aus einem Kunststoff, einem
Faserkunststoffverbundwerkstoff oder einem metallischen Werkstoff ausgebildet sein. Insbesondere kann das Einlegerelement eine Verbindungseinrichtung zur Befestigung von Anbauteilen aufweisen. Diese Verbindungseinrichtung kann beispielsweise ein Gewinde aufweisen, so dass Anbauteile an das
Faserkunststoffverbundbauteil angeschraubt werden können. Das Einlegerelement kann aber auch zusätzlich oder alternativ eine versteifende oder
festig keitserhöhende Funktion für das Faserkunststoffverbundbauteil aufweisen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren der Vorformling aus einer bereits mit dem Kunststoffmatrixmaterial imprägnierten Endlosfaser hergestellt. Alternativ kann auch zunächst ein trockenes Halbzeug, d.h. ein nur aus Faser bestehendes Halbzeug, das kein Kunststoffmatrixmaterial aufweist, aus der Endlosfaser hergestellt werden. Ein derartiges Halbzeug kann ein Gewebe, ein Gestricke, ein Gewirke oder ein Gelege sein. In einem nachfolgenden Schritt wird dann das trockene Halbzeug mit dem Kunststoffmatrixmaterial getränkt und bildet somit den Vorformling aus, der dann zusammen mit der Pressmasse in dem Presswerkzeug verpresst wird.
Bevorzugt wird der Vorformling in einem Wickelprozess hergestellt.
In dem Wickelprozess kann lediglich eine Faserart, d.h. ein Faserwerkstoff, zum Einsatz kommen. Alternativ können auch beispielsweise zwei oder mehrere unterschiedliche Faserarten verwendet werden. Auch in einem anderen
Verarbeitungsprozess von Endlosfasern kann lediglich eine Faserart oder können mehrere Faserarten zum Einsatz kommen.
Hierdurch können die unterschiedlichen vorteilhaften Eigenschaften von
verschiedenen Faserarten genutzt werden.
Das Kunststoffmatrixmaterial kann ein duroplastisches Material sein. Bei duroplastischen Materialien können insbesondere vorstehend erwähnte
Ku nststoff vo rp rod u kte zum Einsatz kommen. Beispiele für ein derartiges
duroplastisches Material sind Epoxidharz, Phenolharz, Vinylesterharz und/oder Polyurethanharz. Alternativ kann das Kunststoffmatrixmaterial auch ein
thermoplastisches Material sein. Beispiele für ein derartiges thermoplastisches Material sind Polypropylen, Polyethylen, Polyphenyleneiher, Polyphenylensuifid und Polyphthalamid.
Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung können die Endlosfasern des Vorformlings Kohlenstofffasern, Glasfasern, Aramidfasern, Polypropylenfasern, Polyehtylenfasern und/oder Naturfasern sein. Wenn mehrere Faserarten
miteinander kombiniert werden, so ist eine Kombination aus Kohlenstofffaser und Polypropylenfaser oder eine Kombination aus Kohlenstofffaser und Polyethylenfaser vorteilhaft. Für die ungerichteten Fasern der Pressmasse können grundsätzlich die gleichen Fasern wie in dem Vorformling verwendet werden. Es ist aber auch möglich andere Fasern zu verwenden. Bevorzugte Fasern für die Pressmasse sind Kohlenstofffasern, Glasfasern, Aramidfasem und/oder Naturfasern. Die Fasern der Pressmasse sind vorteilhaft Langfasern, die eine Länge von 1 mm bis 50 mm aufweisen. Eine bevorzugte Faserlänge für die Pressmasse ist 20 mm bis 50 mm. Es können aber auch Kurzfasern mit einer Länge bis zu 1 mm verwendet sein.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf ein Faserkunststoffverbundbauteil, das nach einem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt ist. Das
Faserkunststoffverbundbauteil kann insbesondere ein Karosseriebauteil für ein Kraftfahrzeug sein. Bevorzugt ist das Faserkunststoffverbund auteil ein integrales, bevorzugt einstückiges, Karosserieklappenträgerbauteil.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich des Weiteren auf ein
Faserkunststoffverbundbauteil, das ein Grundelement aufweist, das im
Wesentlichen aus einem Endlosfaserkunststoffverbundwerkstoff ausgebildet ist, an dem zumindest ein Anformelement angeformt ist, wobei das Anformelement aus einem Kurz - und/oder Langfaserkunststoffverbund ausgebildet ist.
Das Grundelement kann auch als Hauptkörper bezeichnet werden, da es den Großteil des Faserkunststoffverbundbauteils bildet. Das Grundelement bildet die Grundstruktur des Faserkunststoffverbundbauteils.
Das Anformelement kann bevorzugt ein Verstärkungselment und/oder ein
Verbindungselement zur formschlüssigen Anbindung eines Einlegerelements an das Grundelement sein.
Das Einlegerelement ist bevorzugt eine Verstärkungseinrichtung und/oder eine Anschlusseinrichtung zur Anbindung eines weiteren Bauteils bzw. zur Anbindung des Faserkunststoffverbundbauteils an ein weiteres Bauteil.
Das Faserkunststoffverbundbauteil kann insbesondere ein Karosseriebauteil, beispielsweise ein Karosserieklappenträgerbauteil, insbesondere ein integrales, einstückiges Träger- und/oder Rahmenbauteil einer Kraftfahrzeugtür für ein Kraftfahrzeug sein. Insbesondere kann das Karosserieklappenträgerbauteil eine die Steifigkeit und Festigkeit der Karosserieklappe bestimmende Funktion haben. Im Falles dass das Faserkunststoffverbundbauteii ein
Karosserieklappenträgerbauteil ist, kann das Grundelement einen Türrahmen und/oder eine Türinnenplatte und/oder eine Fensterbrüstung und/oder ein
Spiegeldreieck und/oder einen Fensterrahmen ausbilden. Ferner kann das
Anformelement eine Rippe zur Verstärkung des Grundelements ausbilden.
Alternativ oder zusätzlich kann das Anformelement ein Verbindungselement zur form schlüssigen Anbindung eines Einlegerelements als eine Scharnierverstärkung und/oder eines Einlegerelements als eine Schlossverstärkung und/oder eines Einlegerelements zur Anbindung eines Seitenaufpratlträgers und/oder eines Einlegerelements zur Anbindung einer Türaussenhautverstärkung und/oder eines Einlegerelements in Form eines Fensterrahmen sein.
Hierdurch kann eine Teilezahl für ein Karosserieklannenträgerbauteil erheblich reduziert sein.
Als Kunststoffmatrix für das Grundelement können die Materialien zum Einsatz kommen, die vorstehend in Bezug auf die Endlosfaserkunststoffmatrix beschrieben sind. Ebenso können die vorstehend erwähnten Materialien für Endlosfasern zum Einsatz kommen. Darüber hinaus kann als Kunststoff matrix für das
Anformelement/die Anformelemente die Kunststoffmatrix zum Einsatz kommen, die vorstehend in Bezug auf die Langfaserkunststoffmatrix beschrieben ist. Ebenso können die vorstehend erwähnten Materialien für Langfasern zum Einsatz kommen.
Die beschriebenen Merkmale der Weiterbildungen des erfindungsgemäßen
Verfahrens und des erfindungsgemäßen Faserkunststoffverbundbauteils können soweit möglich beliebig miteinander kombiniert werden.
Es folgt eine Kurzbeschreibung der Figuren.
Fig. 1 ist eine schematische Perspektivansicht eines geöffneten Presswerkzeugs vor einem Verpressen eines Vorformlings und einer Pressmasse gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Fig. 2 ist eine schematische Perspektivansicht eines Teils des geöffneten
Presswerkzeugs gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 ist eine schematische Perspektivansicht des Teils des geschlossenen
Presswerkzeugs von Fig. 2 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 4 ist eine schematische, geschnittene Seitenansicht eines geöffneten
Presswerkzeugs gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 5 ist eine schematische, geschnittene Seitenansicht des geschlossenen
Presswerkzeugs von Figur 4 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 6 ist eine schematische, geschnittene Seitenansicht eines
Faserkunststoffverbundbauteils, das, wie in Figuren 4 bis 5 gezeigt ist, hergestellt wurde, gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 7 ist eine schematische, perspektivische Seitenansicht eines
Kraftfahrzeugseitentürträgerbauteils gemäß einem dritten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 8 ist eine schematische, geschnittene Detailansicht des
Kraftfahrzeugseitentürträgerbauteils entlang der Ebene A-A-A in Fig. 7 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Nachstehend sind unter Bezugnahme auf die Figuren Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung erläutert. Zunächst ist unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 3 ein Verfahren zum
Herstellen eines Faserkunststoffverbundbauteils gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel beschrieben.
Figur 1 zeigt eine schematische Perspektivansicht eines geöffneten
Presswerkzeugs mit einem Unterteil 7und einem Oberteil 9. Auf das Unterteil 7 ist ein Vorformling 3 gelegt. Der Vorformling 3 ist bevorzugt in einem Wickelprozess aus einer imprägnierten Endloskohlenstofffaser hergestellt, Auf dem Vorformling 3 sind an mehreren Stellen zusätzlich Pressmasseelemente 5 aufgebracht bzw. angordnet. Die Pressmasseelemente 5, die für Anformelemente gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen sind, bestehen aus einem Gemisch aus Kunststoffmatrixmaterial und Langfasern. Die Langfasern bestehen bevorzugt aus Kohlenstoff. Ferner ist in Figur 1 zu sehen, dass der Vorformling 3 einen Ausschnitt i 1 bzw. eine Öffnung 11 aufweist. Das in der Figur 1 gezeigte linke
Pressmasseelement 5 und das in der Figur 1 gezeigte rechte Pressmasseelement 5 sollen jeweils als Verstärkungslemente Versteifungsrippen bilden. Das mittlere Pressmasseelement 5 ist ringförmig ausgebildet und soll als Verbindungselement zur formschlüssigen Anbindung eines in der Figur 1 nicht gezeigten
Einlegerelements dienen. Das Einlegerelement wird dabei vor dem Schließen des Pressewerkzeugs an dem hierfür vorgesehenen Ort innerhalb des ringförmigen Pressmasseelements 5 positioniert. Das Einlegerlement kann beispielsweise aus Metall ausgebildet sein, das als Anschlusselement und/oder Verstärkungselement dient. Ais Anschlusselement kann es Befestigungslöcher und/oder
Befestigungsvorsprünge aufweisen. Als Verstärkungselement erhöht es lokal eine Festigkeit und/oder Steifigkeit des mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergesfeilten Faserkunststoffverbundbauteils.
Bei einem Schließen des Presswerkzeugs dringt die Pressmasse 5 in hierfür vorgesehene Vertiefungen 91 , die in Figur 2 und 3 gezeigt sind, in dem Oberteil 9 des Presswerkzeugs ein.
In Figur 2 ist ein Teilabschnitt des geöffneten Presswerkzeugs mit dem Unterteil 7 und dem Oberteil 9 gezeigt. Das Oberteil 9 weist die Vertiefungen 91 auf, Gegenüberliegend den Vertiefungen 91 ist auf dem Vorformling 3 eine vorbestimmte Menge an Pressmasse 5 aufgebracht.
Beim Schließen des Presswerkzeugs wird dabei die Pressmasse 5 zum Einen in den Vorformling 3 eingedrückt und zum Anderen weicht das Material in die
Vertiefungen 91 aus. Nach diesem Grundprinzip können unterschiedlichste
Anformungen, wie die verstehend erwähnten Verstärkungselemente, beispielsweise Verstärkungsrippen, an einem Faserkunststoffverbundbauteil ausgebildet werden. In Figur 3 ist das geschlossene Presswerkzeug von Figur 2 gezeigt, wobei die Pressmasse 5 den Hohlraum der Vertiefungen 91 ausfüllt.
Bei einem Öffnen des Presswerkzeugs hat das dabei entstandene
Kunststofffaserverbundbauteil mit Langfasern verstärkte, den Vertiefungen 91 entsprechende, Verstärkungsrippen.
Zur Anbindung des nicht gezeigten Einlegerelements sind nicht gezeigte
Vertiefungen vorgesehen. Diese Vertiefungen sind derart vorgesehen, dass die Pressmasse 5 beim Schließen des Presswerkzeugs formschlüssig um Kanten des Einlegerelements gepresst wird.
Der Vorformling 3 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel bildet nach dem
Herstellprozess des Faserkunststoffverbundbauteils ein Grundelement aus
Endlosfaserkunststoffverbundwerkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Pressmasseelemente 5 bilden erfindungsgemäße Anformelemente aus einem Langfaserkunststoffverbundwerkstoff - zum Einen Verstärkungselemente in Form von Rippen und zum Anderen Elemente zur formschlüssigen Anbindung des Einlegerelements.
Bevorzugt sind gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel Langfasern in einem Bereich von 20 bis 50 mm verwendet. Die Länge der Endlosfasern übersteigen ein Vielfaches der Länge der Langfasern und haben eine für einen Wicke Iprozess übliche Länge. Die Endlosfasern sind bevorzugt Kohlenstofffasern. Die Langfasern sind ebenfalls bevorzugt Kohlenstofffasern, wobei diese beispielsweise aus einem Recycling prozess von Faserkunststoffverbundbauteilen stammen können. Es sind aber auch jegliche anderen Faserarten denkbar, die vorstehend in der allgemeinen Beschreibung der Erfindung erwähnt sind. Als Kunststoffmatrixmaterialen sind ebenso alle vorstehend in der allgemeinen Beschreibung der Erfindung erwähnten Materialien denkbar.
Unter Bezugnahme auf die Figuren 4 bis 6 ist das Prinzip des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung an einem zweiten Ausführungsbeispiel ergänzend erläutert, wobei insbesondere auf Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel eingegangen wird und eine Beschreibung von Gemeinsamkeiten mit dem ersten Ausführungsbeispiel teilweise weggelassen ist.
In Figur 4 ist eine geschnittene Seitenansicht eines geöffneten Presswerkzeugs mit einem Unterteil 7 und einem Oberteil 9 gezeigt. In dem zweiten
Ausführungsbeispiel sind Abschnitte mit Pressmasse 5, mit anderen Worten Pressmasseelemente 5 aus einem Gemisch aus Langfasern und einem
Kunststoffmatrixmaterial, an einer Unterseite eines Vorformlings 3 aufgebracht. Der Vorformling 3 besteht ebenso wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel aus einer mit einer Kunststoffmatrix imprägnierten Endlosfaser. Bei einem Schließen des
Presswerkzeugs, wie in Figur 5 gezeigt ist, wird die Pressmasse 5 in für sie vorgesehene Vertiefungen 71 in dem Unterteil 7 des Presswerkzeugs eingedrückt. Gleichzeitig wird ein Rand des Vorformlings 3 umgedrückt bzw. umgeformt.
Bei dem in Figur 4 und Figur 5 gezeigten Vorgang entsteht ein
Faserkunststoffverbundbauteil 1 , das in Figur 6 gezeigt ist, mit nach unten (die Richtungsangabe bezieht sich lediglich auf die Darstellung in der Figur) geklappten Rändern, mit anderen Worten mit einem nach unten weisenden Flansch, wobei die Ränder mit langfaserverstärkten Rippen 103 abgestützt bzw. verstärkt sind. Der ursprüngliche Vorformling 3 bildet bei dem fertig hergestellten
Faserkunststoffverbundbauteil 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ein Grundelement 101 aus einem Endlosfaserkunststoffverbundwerkstoff, das eine flächige, dreidimensionale Grundstruktur des Faserkunststoffverbundbauteils 1 vorgibt, während die Rippen 103 erfindungsgemäße Anformelemente, insbesondere Verstärkungselemente, aus einem Langfaserkunststoffverbundwerkstoff bilden. Das Grundelement 101 und die Rippen 103 sind dabei integral miteinander verbunden und bilden das einstückige Faserkunststoffverbundbauteil 1.
Im Folgenden ist ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren 7 und 8 beschrieben. Während unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 6 im Wesentlichen ein Verfahren zum Herstellen eines schematisch stark vereinfachten bzw. eines abstrakten Faserkunststoffverbundbauteils gemäß dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, ist im Folgenden unter Bezugnahme auf Figuren 7 und 8 ein Faserkunststoffverbundbauteil in Form eines Kraftfahrzeugtürrahmenbauteils 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel beschrieben, wobei für ähnliche oder vergleichbare Elemente gleiche
Bezugszeichen wie in den vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispielen verwendet sind.
In Figur 7 ist eine perspektivische Seitenansicht des Kraftfahrzeugiürrahmenbauteils 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Kraftfahrzeugtürrahmenbauteil 1 kann mit dem unter Bezugnahme auf Figuren 1 bis 6 beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sein.
Das in Figur 7 gezeigt Kraftfahrzeugtürrahmenbauteil 1 weist einen Grundkörper bzw. Hauptkörper 101 aus einem mit Endlosfasern verstärktem Kunststoff auf, d.h. einem Endlosfaserkunstoffverbundwerkstoff. Der Grundkörper 101 weist in der Mitte einen Ausschnitt 11 auf. Ferner sind an dem Grundkörper 101 an bestimmten, dafür vorgesehenen Stellen Rippen 103 zur Verstärkung und Versteifung des im
Wesentlichen dreidimensionalen, flächigen Grundkörpers 101 des
Kraftfahrzeugtürrahmenbauteils 1 vorgesehen. Die Rippen 103, die
Anformelemente, insbesondere Verstärkungselemente, gemäß der vorliegenden Erfindung bilden, bestehen aus einem mit Langfasern verstärktem Kunststoff, d.h. einem Langfaserkunststoffverbundwerkstoff. Insbesondere verlaufen die Rippen 103 in eine Richtung quer zu aneinander angrenzenden, schräg zueinander
verlaufenden Flächen (analog zu den Rippen 103 des zweiten
Ausführungsbeispiels), so dass die Flächen zueinander versteift sind. Ferner hat das Kraftfahrzeugtürrahmenbauteil 1 ein Etniegerelement 13, an dem Türscharniere befestigt werden können und das auch als Scharnierverstärkung bezeichnet sein kann. Das Einlegerelement 13 ist aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise Stahl, ausgeführt. Das Einlegerelement 13 ist über Anformungen 105, die
Anformelemente, insbesondereVerbindungselemente, gemäß, der vorliegenden Erfindung bilden, formschlüssig an dem Grundkörper 101 angebracht bzw. mit dem Grundkörper 101 verbunden. Die Anformungen 105 bestehen ebenso wie die Rippen 103 aus einem mit Langfasern verstärktem Kunststoff, Außerdem weist das Kraftfahrzeugtürrahmenbauteil 1 ein Spiegeldreieck 15, an dem ein Seitenspiegel befestigt werden kann, sowie eine Fensterbrüstung 17 auf. Das Spiegeldreieck 15 kann mit einem erfindungsgemäßen Anformungelement aus einem mit Langfasern verstärktem Kunststoff verstärkt sein.
In Figur 8 ist eine geschnittene Detailansicht von Figur 7 gezeigt. Insbesondere zeigt die Figur 8 einen Schnitt entlang einer mit gestrichelten Linien angedeuteten xy-Ebene A-A-A in Fig 7. Eine xy-Ebene ist eine Ebene parallel zu einer
Fahrzeuglängsrichtung und einer Fahrzeugquerrichtung in einem eingebauten Zustand des Kraftfahrzeugtürrahmenbauteils 1 in einem Kraftfahrzeug.
Figur 8 zeigt einen Bereich des Kraftfahrzeugtürrahmenbauteils 1 , in dem das Einlegerlement 13 angeordnet ist. Insbesondere ist gezeigt, dass das
Einlegerelement 13 an dem Grundkörper 101 anliegt und durch die Anformungen 105 formschlüssig mit dem Grundkörper 101 verbunden ist. Die Anformungen 105 umgreifen eine Endkante des Einlegerelements 13. Insbesondere können die Anformungen 105 die gesamte Endkante 14 des Einlegerelements 13 umlaufend umgreifen oder die Endkante 14 lediglich abschnittsweise umgreifen. Es können auch Löcher in dem Einlegerelement ausgebildet sein über die der Einleger 13 alternativ oder zusätzlich mittels der Anformungen 105, die die Löcher durchdringen, formschlüssig an dem Grundkörper 101 befestigt sind.
Bei dem dritten Ausführungsbetspiel können die Materialien zum Einsatz kommen, die bereits im Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel genannt sind.
Das Kraftfahrzeugtürrahmenbauteil 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel hat keinen Fensterrahmen. Alternativ kann ein Fensterrahmen ein Teil des
Grundkörpers 101 sein. In einerweiteren Alternative, kann ein Fensterrahmen aus einem geeigneten Werkstoff als Einlegerelement formschlüssig mit dem
Grundkörper 101 verbunden sein.
Ein derartiges komplexes Bauteil gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, ist in der herkömmlichen Blechbauweise normalerweise nur aus vielen verschiedenen Einzelteilen, die in vielen Fügeschritten aneinander gefügt werden, mit einer bei einer Kraftfahrzeugkarosserie erforderlichen Festigkeit und Steifigkeit darstellbar. Das in Fig. 7 gezeigt Kraftfahrzeugtürrahmenbauteils 1 ist demgegenüber in einem einzigen Fügeschritt herstellbar. Ferner ermöglicht die erfindungsgemäße
Faserkunststoffverbundbauweise ein geringes Gewicht des Bauteils bei der erforderlichen Festigkeit und Steifigkeit,
Würde eine derartiges Kraftfahrzeugtürrahmenbauteil lediglich in einem
herkömmlichen Nasspressverfahren oder einem RTM-Verfahren hergestellt sein, wären zusätzliche nachträglich anzubringende Verstärkungselement und Anbauteile notwendig, wofür weitere Fügeschritte erforderlich sind.
Würde das Kraftfahrzeugtürrahmenbauteil lediglich mit einem BMC oder SMC- Verfahren hergestellt sein, könnten insgesamt nicht die Steifigkeiten und
Festigkeiten wie bei dem erfindungsgemäßen Bauteil aufgrund der kürzeren Fasern erzielt werden.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Herstellen eines Faserkunststoffverbund bauteils (1 ), insbesondere eines Karosseriebauteils für ein Kraftfahrzeug, mit den Schritten:
- Herstellen eines mit einem Kunststoffmatrixmaterial imprägnierten
Vorformlings (3) aus einer Endlosfaser,
- Auftragen einer Pressmasse (5) aus dem Kunststoffmatrixmaterial oder einem anderen Kunststoffmatrixmaterial und ungerichteten Fasern auf den Vorformling (3), und
- Verpressen des Vorformlings (3) und der Pressmasse (5) in einem
Presswerkzeug (7, 9).
Verfahren nach Patentanspruch 1 , wobei der Schritt Verpressen derart erfolgt, dass die Pressmasse (5) in den Vorformling (3) eindringt und ferner in eine Vertiefung (71 , 91 ) in dem Presswerkzeug (7, 9) eindringt.
Verfahren nach Patentanspruch 2, wobei die Vertiefung (71 , 91 ) in
Zusammenwirkung mit der Pressmasse (5) und dem Schritt Verpressen ein Anformelement (103, 105), beispielsweise ein Verstärkungselement, insbesondere eine Rippe (103), und/oder ein Verbindungselement (105) zur formschlüssigen Anbindung eines Einlegerelements (13) an das Faserkunststoffverbundbauteil (1) ausbildet.
4. Verfahren nach Patentanspruch 3, wobei vor dem Schritt Verpressen das Einlegerelement (13) in das Presswerkzeug (7, 9) eingelegt wird, das in dem Schritt Verpressen formschlüssig von der Pressmasse (5) umgeben wird.
5. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, wobei der
Vorform ling (3) aus einer bereits mit dem Ku n ststoff matrixm ate ria I imprägnierten Endlosfaser hergestellt wird und/oder ein trockenes
Halbzeug, insbesondere ein Gewebe, ein Gestricke, ein Gewirke oder ein Gelege, bestehend aus der Endlosfaser hergestellt wird und dieses in einem nachfolgenden Schritt mit dem Kunststoffmatrixmaterial imprägniert wird.
6. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, wobei der
Vorformling (3) in einem Wickeiprozess hergestellt wird, wobei lediglich eine Faserart oder zumindest zwei unterschiedliche Faserarten verwendet werden.
7. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, wobei das
Kunststoffmatrixmaterial des Vorformlings (3) und/oder der Pressmasse (5) ein duroplastisches Material, insbesondere auf der Grundlage von
Epoxidharz, Phenolharz, Vinylesterharz und/oder Polyurethanharz, oder ein thermoplastisches Material, insbesondere auf der Grundlage von
Polypropylen, Polyethylen, Polyphenylenether, Polyphenylensuifid und/oder Polyphthalamid, ist.
8. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, wobei die
Endlosfasern des Vorformlings (3) Kohlenstofffasern, Glasfasern,
Aramidfasern, Polypropylenfasern, Polyethylenfasern und/oder Naturfasern sind, und/oder wobei die ungerichteten Fasern der Pressmasse (5) Kohlenstofffasern, Glasfasern, Aramidfasern und/oder Naturfasern, deren Länge insbesondere in einem Langfaserbereich, bevorzugt 20 mm bis 50 mm Faserlänge, liegt, sind.
9. Faserkunststoffverbund bauteil, das nach einem Verfahren nach einem der
Patentansprüche 1 bis 8 hergestellt ist, wobei das
Faserkunststoffverbundbauteil ein Karosseriebauteil für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein integrales, insbesondere einstückiges,
Karosserieklappenträgerbauteil (1 ), ist, das durch einen integralen Verbund aus dem aus dem Vorformling ausgebildeten Grundelement (101 ) aus einem Endlosfaserkunststoffverbund und dem aus der Pressmasse ausgebildeten Anformelement (103, 105) aus Kurz- und/oder
Langfaserkunststoffverbund ausgebildet ist. 0. Faserkunststoffverbundbauteil nach Patentanspruch 9, wobei das
Anformelement ein Verstärkungselement zur Verstärkung des
Grundelements und/oder ein Verbindungselement (105) zur
formschlüssigen Anbindung eines Einlegerelements (13) an das
Grundelement (101 ) ist.
11. Faserkunststoffverbundbauteil nach Patentanspruch 11 , wobei das
Karosserieklappenträgerbauteil ein integrales, einstückiges Trägerund/oder Rahmenbauteil einer Kraftfahrzeugtür ist, wobei das
Grundelement (101 ) einen Türrahmen und/oder eine Türinnenplatte und/oder eine Fensterbrüstung und/oder ein Spiegeldreieck und/oder einen Fensterrahmen ausbildet, und/oder wobei das Anformelement eine Rippe (103) zur Verstärkung des Grundelements (101 ) ist, und/oder wobei das Anformelement ein Verbindungselement (105) zur formschlüssigen Anbindung eines Einlegerelements (13) als eine Scharnierverstärkung und/oder eines Einlegerelements als eine Schlossverstärkung und/oder eines Einlegerelements zur Anbindung eines Seitenaufprallträgers und/oder eines Einlegerelements zur Anbindung einer
Türaussenhautverstärkung und/oder eines Einlegerelements in Form eines Fensterrahmen ist. .
12. Faserkunststoffverbundbauteil, insbesondere ein Karosseriebauteil für ein
Kraftfahrzeug, mit einem Grundelement (101), das aus einem
Endlosfaserkunststoffverbundwerkstoff ausgebildet Ist, wobei an dem Grundelement (101 ) zumindest ein Anformelement (103, 105) integral angeformt ist, wobei das Anformelement (103, 105) aus einem Kurz- und/oder Langfaserkunststoffverbundwerkstoff ausgebildet ist.
13. Faserkunststoffverbundbauteil nach Patentanspruch 12, wobei das
Anformelement ein Verstärkungselment(103) und/oder ein
Verbindungselement (105) zur formschlüssigen Anbindung eines
Einlegerelements (13) an das Grundelement (101 ) ist.
14. Faserkunststoffverbundbauteil nach Patentanspruch 13, wobei das
Einlegerelement (13) eine Verstärkungseinrichtung und/oder eine
Anschlusseinrichtung zur Anbindung eines weiteren Bauteils ist.
15. Faserkunststoffverbundbauteil nach einem der Patentansprüche 12 bis 14, wobei das Karosseriebauteil ein integrales, insbesondere einstückiges, Karosserieklappenträgerbauteil (1 ), ist.
16. Faserkunststoffverbundbauteil nach Patentanspruch 15, wobei das
Karosserieklappenträgerbauteil ein integrales, einstückiges Trägerund/oder Rahmenbauteil einer Kraftfahrzeugtür ist, wobei das
Grundelement (101 ) einen Türrahmen und/oder eine Türinnenplatte und/oder eine Fensterbrüstung und/oder ein Spiegeldreieck und/oder einen Fensterrahmen ausbildet, und/oder wobei das Anformelement eine Rippe (103) zur Verstärkung des Grundelements (101) ist, und/oder wobei das Anformelement ein Verbindungselement (105) zur formschlüssigen Anbindung eines Einlegerelements (13) als eine Scharnierverstärkung und/oder eines Einlegerelements als eine Schlossverstärkung und/oder eines Einlegerelements zur Anbindung eines Seitenaufprallträgers und/oder eines Einlegerelements zur Anbindung einer
Türaussenhautverstärkung und/oder eines Einlegerelements in Form eines Fensterrahmen ist.
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