EP4648953A1 - Verfahren zur herstellung eines flächigen kunststoffbauteils, insbesondere unterbodenschutzelements eines kraftfahrzeugs, kunststoffbauteil und kraftfahrzeug mit unterbodenschutzelement - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines flächigen kunststoffbauteils, insbesondere unterbodenschutzelements eines kraftfahrzeugs, kunststoffbauteil und kraftfahrzeug mit unterbodenschutzelement

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EP4648953A1
EP4648953A1 EP23821198.1A EP23821198A EP4648953A1 EP 4648953 A1 EP4648953 A1 EP 4648953A1 EP 23821198 A EP23821198 A EP 23821198A EP 4648953 A1 EP4648953 A1 EP 4648953A1
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EP
European Patent Office
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insert element
insert
plastic
molding compound
tool
Prior art date
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Pending
Application number
EP23821198.1A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Julius Rausch
Harri Dittmar
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Audi AG
ElringKlinger AG
Original Assignee
Audi AG
ElringKlinger AG
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Publication date
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    • B29L2031/7146—Battery-cases

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a flat plastic component, in particular an underbody protection element for covering a battery storage unit of a motor vehicle, the method comprising the following steps:
  • Providing at least one insert element made of a plastic and having continuous fibers providing a molding compound volume made of plastic; heating the at least one insert element; heating the molding compound volume; arranging the molding compound volume and the at least one insert element in a compression molding tool that has a tool half facing the insert element, in which a plurality of channel-like depressions are formed; closing the compression molding tool and building up an internal pressure in the compression molding tool.
  • the object underlying the invention is to provide a specific manufacturing method for flat plastic components, in particular for an underbody protection element for a motor vehicle, which enables a stabilizing shaping in a simple manner when forming the molding compound with the inclusion of an insert element.
  • the insert element arranged on the relevant tool half, in particular adjacent to it is draped locally in the area of the cavities, so that the insert element is partially pressed into a relevant cavity of the tool half and deformed with at least partial local reduction of a fiber density of the insert element; and that the internal pressure in the mold is further increased, so that molding compound in the area of the deformed insert element, which is more permeable due to the reduced fiber density, is pressed through the locally at least partially structurally weakened insert element and is distributed in the cavity, in particular along the insert element.
  • Draping usually takes place over the entire length of a cavity, but can also be specifically induced at selected points in the cavity.
  • intersection areas of cavities or depressions are particularly suitable for draping, whereby molding material pressed through in the area of the intersections can then spread out in the cavities or depressions, but is present outside the intersection area on or along the insert element.
  • draping can bring about a greater reduction in fiber density in certain areas than in other areas, so that in those places or areas with the most pronounced reduction in fiber density or fiber volume content, the molding compound flows or passes through the insert element more easily.
  • the molding mass volume can be an unformed molding mass volume that is initially distributed over a surface when the molding tool is closed.
  • the molding mass volume and the at least one insert element can also be provided as prefabricated semi-finished products, for example as plate-like semi-finished products. It is also conceivable that the insert element and the molding mass volume are already connected to one another before being inserted into the molding tool, so that they can be provided together as a prefabricated semi-finished product, in particular as a plate-like semi-finished product.
  • the cavities of the tool half can be designed as point-like and/or channel-like. This makes it possible, for example, to form point-like fastening elements, support sections and/or elongated rib sections.
  • preliminary Air can be sucked out at least temporarily so that a negative pressure prevails in the cavities, which supports the draping of the insert element and the pressing of the molding compound into the cavities. This makes it easier to completely fill the cavities, especially when the molding compound is only pressed through the insert element at certain points, such as the crossing areas of cavities, and the molding compound is to reach the crossing cavities from such a point.
  • the molding compound can be pressed from a first side of the insert element to a second side of the insert element at several structurally weakened passage points (reduced fiber density or reduced fiber volume content) of the insert element, wherein the molding compound is distributed from a structurally weakened passage point on the second side of the insert element in a corresponding cavity or depression of the tool half.
  • several intersection points of cavities can be provided as passage points.
  • a type of rib structure with intersecting rib sections can be created in particular on the insert element, wherein the rib structure is materially connected to the molding compound on the other side of the insert element, in particular at the passage points.
  • a first insert element and a second insert element with a volume of molding compound accommodated between them can be arranged in the molding tool, with the first insert element and the second insert element being brought into direct contact with one another at least in sections during molding, with the molding compound being completely displaced in sections.
  • a peripheral edge of the molded plastic component can be made from the molding compound such that the at least one insert element is arranged within the peripheral edge made of molding compound material. It can also be said that the insert element is embedded all the way around in molded molding compound.
  • the method can also include opening the compression molding tool and removing the finished, formed plastic component, which has several formed plastic elements, in particular ribs and/or fastening elements, made of molding compound material on one side.
  • the ribs present on one side of the insert element are created by the molding compound material pressed through from the other side, which has spread out in the recesses starting from the passage points.
  • the insert element can be a UD tape or an organic sheet or a GMT element.
  • a flat plastic component in particular an underbody protection element for covering a battery storage unit of a motor vehicle, with a fiber-reinforced insert layer and formed plastic structures arranged on two sides of the insert layer, wherein the plastic structure on a first side of the insert layer is a substantially continuous, flat plastic layer, and wherein the plastic structure on a second side of the insert layer has a plurality of protruding, in particular rib-like plastic elements which are integrally formed with the flat plastic layer at a plurality of points through the insert layer and which are arranged outside of these points on the second side of the insert layer.
  • plastic component or underbody protection element can be produced in particular by means of the method described above.
  • the plastic component can have structural features that have already been mentioned above in relation to the method, such as a surrounding edge made of the same plastic as the plastic structures.
  • the battery storage device can be covered by such an underbody protection element, the rib-like plastic elements of which face the battery storage device.
  • Fig. 1 shows a method for producing a flat plastic component using simplified and schematic sectional views in the partial figures A) to D);
  • FIG. 2 In the partial figures A) and B) enlarged sectional views of process steps, in particular a draping of an insert element and a beginning pressing through of molding compound;
  • Fig. 3 is a simplified and schematic sectional view of a plastic component with two insert elements
  • Fig. 4 is a simplified plan view of an underrun protection for a motor vehicle
  • Fig. 5 a simplified and schematic perspective view of rib structures of an underbody protection element
  • Fig. 6 is a simplified and schematic representation of an intersection area of cavities or depressions and a change in fiber direction when draping an insert element.
  • a method 500 is illustrated using simplified and schematic sectional views for producing a flat plastic component, in particular an underbody protection element for a motor vehicle.
  • a first step S501 at least one insert element 10 made of plastic and having continuous fibers is provided.
  • a molding compound volume 12 is also provided.
  • Figure 1 also includes a step S502 for heating the at least one insert element 10 and for heating the molding compound volume 12 made of plastic, which is unformed here by way of example.
  • the insert element 10 and the molding compound volume can also be provided as preformed, in particular plate-like semi-finished products.
  • the molding compound volume 12 and the at least one insert element 10 are arranged in a compression molding tool 14.
  • the compression molding tool has two tool halves 14-1 and 14-2.
  • a plurality of cavities 16, in particular channel-like cavities, are formed.
  • step S504 illustrates closing the compression molding tool 14 and building up an internal pressure in the compression molding tool 14.
  • the molding compound volume 14, which in this example is still unformed is distributed in the compression molding tool 14.
  • the insert element 10 arranged on the relevant tool half 14-2, in particular adjacent to it is locally draped in the area of the cavities 16.
  • the insert element 10 is partially pressed into a relevant cavity 16 of the tool half 14-2 and deformed.
  • the insert element 10 is locally curved in the area of the cavities 16, in particular deformed convexly towards the cavity.
  • Fig. 1 D illustrates a step S506 in which the internal pressure in the mold 14 is further increased so that molding compound 12 in the area of the deformed insert element 10 is pressed through the locally at least partially structurally weakened insert element 10 and is distributed in the particularly channel-like cavity 16 along the insert element 10.
  • a flat plastic component 18 or an underbody protection element has been produced in the compression molding tool 14, which is shown in simplified and schematic form in Fig. 1 E.
  • the flat plastic component 18 thus has a fiber-reinforced insert layer 10.
  • Formed plastic structures 20 are formed on two sides of the insert layer 10.
  • the plastic structure 20-1 on a first, here lower side of the insert layer 10 is an essentially continuous, flat plastic layer 22.
  • the plastic structure 20-2 on a second, here upper side of the insert layer 10 has several protruding, in particular rib-like plastic elements 24, which are integrally formed with the flat plastic layer 22 at several points 26 through the insert layer 10. Outside of these points 26, the plastic elements 24 are arranged on the second side of the insert layer 10.
  • a peripheral edge 28 of the molded plastic component 18 is made of the molding compound, wherein the at least one insert element 10 is arranged within the peripheral edge 28 made of molding compound material.
  • air present in the particularly channel-like cavities 16 can be sucked out during closing (S504) or after closing the compression molding tool 14, so that a negative pressure prevails in the cavities 16, which supports the draping (S505) of the insert element 10 and the pressing of molding compound 12 into the cavities 16.
  • the suction of air is illustrated in Figs. 2A and 2B by a white contour arrow V.
  • FIG. 2A shows a snapshot that corresponds approximately to step S504 in Fig. 1C.
  • an internal pressure is built up in the compression molding tool 14, wherein the molding compound volume 12 is distributed in the compression molding tool 14.
  • the insert element 10 arranged on the relevant tool half 14-2, in particular adjacent to it is locally draped in the region of the cavities 16.
  • the insert element 10 is partially pressed into a relevant cavity 16 of the tool half 14-2 and deformed.
  • the insert element 10 is locally curved in the region of the cavities 16, in particular deformed convexly towards the cavity 16. This draping is carried out with at least partial local reduction of a fiber density or a fiber volume content of the insert element 10.
  • a thickness DE of the insert element 10 is also indicated in Fig. 2A, which can also change due to the draping.
  • Fig. 3 illustrates a simplified sectional view of a plastic component 18 which has an optional structure.
  • a first insert element 10-1 and a second insert element 10-2 with a molding compound volume 12 accommodated therebetween can be arranged in the molding tool 14.
  • the first insert element 10-1 and the second insert element 10-2 are brought into direct contact with one another at least in sections, with the molding compound 12 being completely displaced in sections.
  • This can be referred to as the connecting region 30 of the two insert elements 10-1 and 10-2.
  • the connecting section 30 For the plastic structure 18 with the connecting section 30, reference can also be made to the above description of Fig. 1 E, since the same structural parts have already been described there.
  • the draping of the insert element 10 can be carried out particularly well if the cavity 16 has a sufficiently large clear width so that the insert element 10 is offered sufficient space to be deformed or curved in the direction of the recess 16. It has been shown that a clear width of, for example, 4 to 8 millimeters is sufficient to enable the draping of the insert element 10. If the cavity 16 has a smaller clear width, the deformation of the insert element 10 that occurs during draping is not sufficient to press the molding compound material through the insert element 10, especially in the case of flat plastic components.
  • a cavity 16 does not have to have a sufficient clearance over its entire length. Rather, in a cavity 16 with a length of a few centimeters, the clearance can be chosen to be sufficiently large in a central area so that the molding compound material can be pressed through the draped insert element 10. Starting from this central area, the molding compound material can then be distributed in the cavity 16, even if it has a smaller clearance. The molding compound material pressed through in the central area is then distributed on the insert element 10.
  • Fig. 4 shows, in a simplified and schematic plan view, an underbody protection element 40 as an example of a finished, flat plastic component 18 which has been produced by means of the method 500 described above.
  • the illustration shows the plastic structures 20-2 described above with reference to Fig. 1E, in particular in the form of ribs 24.
  • the ribs 24 can be aligned differently to one another, for example orthogonally or star-shaped.
  • the insert element 10 is illustrated in this view of Fig. 4 as a dotted surface.
  • the ribs 24 protrude from this surface.
  • the insert element 10 is surrounded by a peripheral edge 28, which is made of the same plastic material as the ribs 24.
  • Fig. 5 shows a simplified and schematic perspective view as a section of an underbody protection element 40.
  • the ribs 24 arranged on the insert element 10 can be seen.
  • the draping of the insert element 10 can take place during the method 500 described above, in particular in the intersection areas of the longitudinal and transverse ribs 24I, 24q.
  • the mold half 14-2 described above has correspondingly designed, i.e. intersecting, longitudinal and transverse recesses, wherein the passage points 26 for the molding compound material are created in particular in the intersection areas of the longitudinal and transverse recesses, in which the insert element 10 has sufficient space to deform.
  • FIG. 6A shows the intersection area with non-draped insert element 10 and a course of fibers 10f in the insert element 10, illustrated in simplified form as an orthogonal grid.
  • the fiber density or the fiber volume content is essentially constant in such a state.
  • FIG. 6B shows the insert element 10 after or during draping due to the internal pressure in the mold.
  • the deformation or arching of the insert element 10 under the cavity 16 leads to a lower fiber volume content or a reduced fiber density.
  • a maximum deformation of the insert element 10 occurs in the crossing area, so that the pressing of molding material in this area takes place at lower internal pressure.
  • draping can bring about a greater reduction in fiber density in certain areas, such as an intersection area, than in other areas, so that in those places or areas with the most pronounced reduction in fiber density or fiber volume content, the molding compound flows or passes through the insert element more easily.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren (500) zur Herstellung eines flächigen Kunststoffbauteils (18), insbesondere eines Unterbodenschutzelements (40) zur Abdeckung einer Batteriespeichereinheit eines Kraftfahrzeugs, wobei das Verfahren (500) folgende Schritte umfasst: Bereitstellen (S501) von wenigstens einem Endlosfasern aufweisenden Einlegerelement (10) aus Kunststoff; Bereitstellen (S501) eines Pressmassenvolumens (12) aus Kunststoff; Anordnen (S503) des Pressmassenvolumens (12) und des wenigstens einen Einlegerelements (10) in einem Formpresswerkzeug (14), das eine dem Einlegerelement (10) zugewandte Werkzeughälfte (14-2) aufweist, in der mehrere Kavitäten (16) ausgebildet sind; Schließen (S504) des Formpresswerkzeugs (14) und Aufbauen eines Innendrucks in dem Formpresswerkzeug (14). Dabei ist vorgesehen, dass beim Aufbauen des Innendrucks das an der betreffenden Werkzeughälfte (14-2) angeordnete, insbesondere anliegende Einlegerelement (10) im Bereich der Kavitäten (16) lokal drapiert wird (S505), so dass das Einlegerelement (10) teilweise in eine betreffende Kavität (16) der Werkzeughälfte (14-2) gedrückt und verformt wird unter zumindest teilweiser lokaler Reduktion einer Faserdichte des Einlegerelements (10); und dass der Innendruck in dem Formwerkzeug (14) gesteigert wird, so dass Pressmasse (12) im Bereich des verformten und aufgrund der reduzierten Faserdichte durchlässigeren Einlegerelements (10) durch das lokal zumindest teilweise strukturell geschwächte Einlegerelement (10) hindurch gepresst wird (S506) und in der Kavität (16) insbesondere entlang des Einlegerelements (10) verteilt wird.

Description

Verfahren zur Herstellung eines flächigen Kunststoffbauteils, insbesondere Unterbodenschutzelements eines Kraftfahrzeugs, Kunststoffbauteil und Kraftfahrzeug mit Unterbodenschutzelement
BESCHREIBUNG:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines flächigen Kunststoffbauteils, insbesondere eines Unterbodenschutzelements zur Abdeckung einer Batteriespeichereinheit eines Kraftfahrzeugs, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Bereitstellen von wenigstens einem Endlosfasern aufweisenden Einlegerelement aus einem Kunststoff; Bereitstellen eines Pressmassenvolumens aus Kunststoff; Erwärmen des wenigstens einen Einlegerelements; Erwärmen des Pressmassenvolumens; Anordnen des Pressmassenvolumens und des wenigstens einen Einlegerelements in einem Formpresswerkzeug, das eine dem Einlegerelement zugewandte Werkzeughälfte aufweist, in der mehrere kanalartige Vertiefungen ausgebildet sind; Schließen des Formpresswerkzeugs und Aufbauen eines Innendrucks in dem Formpresswerkzeug.
Aus dem Stand der Technik sind allgemein Verfahren zur Kunststoffumformung bekannt, beispielweise aus folgenden Druckschriften: DE 697 05 777 T2, DE 10 2018 117 888 A1 und DE 692 22 130 T2.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, ein spezifisches Herstellungsverfahren für flächige Kunststoffbauteile, insbesondere für ein Unterbodenschutzelement für ein Kraftfahrzeug, anzugeben, das auf einfache Weise eine stabilisierende Formgebung bei der Umformung der Pressmasse unter Einbezug eines Einlegerelements ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines flächigen Kunststoffbauteils und durch ein flächiges Kunststoffbauteil, insbesonde- re Unterbodenschutzelement, mit den Merkmalen des jeweiligen unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Vorgeschlagen wird also ein Verfahren zur Herstellung eines flächigen Kunststoffbauteils, insbesondere eines Unterbodenschutzelements zur Abdeckung einer Batteriespeichereinheit eines Kraftfahrzeugs, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Bereitstellen von wenigstens einem Endlosfasern aufweisenden Einlegerelement aus Kunststoff;
Bereitstellen eines Pressmassenvolumens aus Kunststoff
Erwärmen des wenigstens einen Einlegerelements;
Erwärmen des Pressmassenvolumens;
Anordnen des Pressmassenvolumens und des wenigstens einen Einlegerelements in einem Formpresswerkzeug, das eine dem Einlegerelement zugewandte Werkzeughälfte aufweist, in der mehrere Kavitäten ausgebildet sind;
Schließen des Formpresswerkzeugs und Aufbauen eines Innendrucks in dem Formpresswerkzeug.
Dabei ist vorgesehen, dass beim Aufbauen des Innendrucks das an der betreffenden Werkzeughälfte angeordnete, insbesondere anliegende Einlegerelement im Bereich der Kavitäten lokal drapiert wird, so dass das Einlegerelement teilweise in eine betreffende Kavität der Werkzeughälfte gedrückt und verformt wird unter zumindest teilweiser lokaler Reduktion einer Faserdichte des Einlegerelements; und dass der Innendruck in dem Formwerkzeug weiter gesteigert wird, so dass Pressmasse im Bereich des verformten und aufgrund der reduzierten Faserdichte durchlässigeren Einlegerelements durch das lokal zumindest teilweise strukturell geschwächte Einlegerelement hindurch gepresst wird und in der Kavität insbesondere entlang des Einlegerelements verteilt wird.
Bei dem Drapieren des Einlegerelements wird es in bestimmten Bereichen unterhalb der in der einen Werkzeughälfte vorgesehenen Kavitäten, die auch Vertiefungen bezeichnete werden können, in Richtung der Kavität verformt bzw. gewölbt. Dabei wird mittels dieser gezielt hervorgerufenen Verformung eine Reduktion des Faservolumengehalts bzw. der Faserdichte erreicht, so dass das Durchströmen oder Durchpressen von Pressmasse erleichtert wird bzw. bei einem geringeren Pressdruck durchgeführt werden kann. Das Drapieren erfolgt dabei üblicherweise auf der gesamten Länge einer Kavität, kann aber auch an ausgewählten Stellen der Kavität gezielt herbeigeführt werden. Beispielweise eigenen sich für das Drapieren insbesondere Kreuzungsbereiche von Kavitäten bzw. Vertiefungen, wobei im Bereich der Kreuzungen durchgepresstes Pressmaterial sich danach in den Kavitäten bzw. Vertiefungen ausbreiten kann, wobei es aber außerhalb des Kreuzungsbereichs auf bzw. entlang des Einlegerelements vorliegt. Mit anderen Worten kann durch das Drapieren in bestimmten Bereichen eine stärkere Reduzierung der Faserdichte herbeigeführt werden als in anderen Bereichen, so dass an denjenigen Stellen oder Bereichen mit der ausgeprägtesten Reduktion der Faserdichte bzw. des Faservolumengehalts die Pressmasse einfacher durch das Einlegerelement hindurch strömt bzw. hindurchtritt.
Das Pressmassenvolumen kann ein ungeformtes Pressmassenvolumen sein, dass beim Schließen der Formpresswerkzeugs zunächst flächig verteilt wird. Alternativ können das Pressmassenvolumen und das wenigstens eine Einlegerelement auch als vorgefertigte Halbzeuge bereitgestellt werden, beispielsweise als plattenartige Halbzeuge. Weiter ist es denkbar, dass das Einlegerelement und das Pressmassenvolumen vor dem Einlegen in das Form- presswerkzeug bereit miteinander verbunden sind, so dass sie gemeinsam als vorgefertigtes Halbzeug bereitgestellt werden können, insbesondere als plattenartiges Halbzeug.
Bei dem Verfahren können die Kavitäten der Werkzeughälfte betreffenden punktartig oder/und kanalartig ausgeführt sein. Hierdurch ist es beispielweise möglich, eher punktartige Befestigungselemente, Stützabschnitte oder/und längliche Rippenabschnitte auszubilden.
Bei dem Verfahren kann bei dem Schließen oder nach dem Schließen des Formpresswerkzeugs in den insbesondere kanalartigen Kavitäten Vorhände- ne Luft zumindest temporär abgesaugt werden, so dass in den Kavitäten ein Unterdrück herrscht, der das Drapieren des Einlegerelements und das Durchpressen von Pressmasse in die Kavitäten unterstützt. Hierdurch wird eine vollständige Füllung der Kavitäten erleichtert, insbesondere auch dann, wenn die Pressmasse nur an bestimmten Stellen, wie etwa den Kreuzungsbereichen von Kavitäten, durch das Einlegerelement durchgepresst wird und ausgehend von einer solchen Stelle, die Pressmasse in die sich kreuzenden Kavitäten gelangen soll.
Bei dem Verfahren kann die Pressmasse ausgehend von einer ersten Seite des Einlegerelements an mehreren strukturell geschwächten Durchtrittstellen (reduzierte Faserdichte bzw. reduzierter Faservolumengehalt) des Einlegerelements auf eine zweite Seite des Einlegerelements durchgepresst werden, wobei die Pressmasse ausgehend von einer strukturell geschwächten Durchtrittsstelle auf der zweiten Seite des Einlegerelements in einer betreffenden Kavität bzw. Vertiefung der Werkzeughälfte verteilt wird. Beispielweise können mehrere Kreuzungsstellen von Kavitäten als Durchtrittsstellen vorgesehen werden. Dabei kann insbesondere auf dem Einlegerelement eine Art Rippenstruktur erzeugt werden mit sich kreuzenden Rippenabschnitten, wobei die Rippenstruktur insbesondere an den Durchtrittsstellen materialschlüssig mit der Pressmasse auf der anderen Seite des Einlegerelements verbunden ist.
Bei dem Verfahren können in dem Formpresswerkzeug ein erstes Einlegelement und ein zweites Einlegerelement mit dazwischen aufgenommenem Pressmassevolumen angeordnet werden, wobei beim Formpressen das erste Einlegerelement und das zweite Einlegerelement zumindest abschnittsweise direkt miteinander in Kontakt gebracht werden unter abschnittsweiser vollständiger Verdrängung der Pressmasse. Hierdurch ist es möglich, dass an dem fertigen Kunststoffbauteil auch Bereiche vorhanden sind, die nur durch die miteinander verbundenen Einlegerelemente gebildet sind, was die Möglichkeiten für die Formgebung bzw. Ausgestaltung erweitert. Bei dem Verfahren kann ein um laufender Rand des geformten Kunststoffbauteils aus der Pressmasse hergestellt sein, derart, dass das wenigstens eine Einlegerelement innerhalb des umlaufenden Randes aus Pressmassenmaterial angeordnet ist. Man kann auch davon sprechen, dass das Einlegerelement umlaufend in umgeformte Pressmasse eingebettet ist.
Das Verfahren kann auch das Öffnen des Formpresswerkzeugs und das Entnehmen des fertigen, umgeformten Kunststoffbauteil umfassen, das einseitig mehrere geformte Kunststoffelemente, insbesondere Rippen oder/und Befestigungselemente, aus Pressmassenmaterial aufweist. Die auf der einen Seite des Einlegerelements vorhandenen Rippen sind dabei durch das von der anderen Seite durchgepresste Pressmassenmaterial entstanden, das sich in den Vertiefungen ausgehend von den Durchtrittsstellen ausgebreitet hat.
Bei dem Verfahren kann das Einlegerelement ein UD-Tape oder ein Organoblech oder ein GMT-Element sein.
Vorgeschlagen wird auch ein flächiges Kunststoffbauteil, insbesondere Unterbodenschutzelement zur Abdeckung einer Batteriespeichereinheit eines Kraftfahrzeugs, mit einer faserverstärkten Einlageschicht und auf zwei Seiten der Einlageschicht angeordneten, umgeformten Kunststoffstrukturen, wobei die Kunststoffstruktur auf einer ersten Seite der Einlageschicht eine im Wesentlichen durchgehende, flächige Kunststoffschicht ist, und wobei die Kunststoffstruktur auf einer zweiten Seite der Einlageschicht mehrere vorstehende, insbesondere rippenartige Kunststoffelemente aufweist, die an mehreren Stellen durch die Einlageschicht hindurch mit der flächigen Kunststoffschicht integral ausgebildet sind und die außerhalb dieser Stellen auf der zweiten Seite der Einlageschicht an-geordnet sind.
Ein solches Kunststoff baute il bzw. Unterbodenschutzelement kann insbesondere mittels des oben beschriebenen Verfahrens hergestellt werden. Ferner kann das Kunststoffbauteil strukturelle Merkmale aufweisen, die oben in Bezug auf das Verfahren bereits erwähnt worden sind, wie beispielweise ein um laufender Rand, der aus dem gleichen Kunststoff hergestellt ist, wie die Kunststoffstrukturen.
Bei einem Kraftfahrzeug mit zumindest teilweise elektrischem Antrieb und einer unterhalb einer Fahrgastzelle angeordneten Batteriespeichereinrichtung kann die Batteriespeichereinrichtung von durch ein solches Unterbodenschutzelement abgedeckt ist, dessen rippenartige Kunststoffelemente der Batteriespeichereinrichtung zugewandt sind.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Figuren. Dabei zeigt:
Fig. 1 ein Verfahren zur Herstellung eines flächigen Kunststoffbauteils anhand vereinfachter und schematischer Schnittdarstellungen in den Teilfiguren A) bis D);
Fig. 2 In den Teilfiguren A) und B) vergrößerte Schnittansichten von Verfahrensschritten, insbesondere ein Drapieren eines Einlegerelements und ein beginnendes Durchpressen von Pressmasse;
Fig. 3 eine vereinfachte und schematische Schnittansicht eines Kunststoffbauteils mit zwei Einlegerelementen;
Fig. 4 eine vereinfachte Draufsicht auf einen Unterfahrschutz für ein Kraftfahrzeug;
Fig. 5 eine vereinfachte und schematische Perspektivdarstellung auf Rippenstrukturen eines Unterbodenschutzelements
Fig. 6 eine vereinfachte und schematische Darstellung eines Kreuzungsbereichs von Kavitäten bzw. Vertiefungen und einer Faserverlaufs- änderung bei einem Drapieren eines Einlegerelements. In Fig. 1 ist in den Teilfiguren A) bis D) anhand vereinfachter und schematischer Schnittansichten ein Verfahren 500 illustriert zur Herstellung von einem flächigen Kunststoffbauteil, insbesondere von einem Unterbodenschutzelement für ein Kraftfahrzeug.
Gemäß Figur 1A erfolgt in einem ersten Schritt S501 ein Bereitstellen von wenigstens einem Endlosfasern aufweisenden Einlegerelement 10 aus Kunststoff. Ferner erfolgt ein Bereitstellen eines Pressmassenvolumens 12. Fig. 1 umfasst auch einen Schritt S502 für das Erwärmen des wenigstens einen Einlegerelements 10 und für das Erwärmen des hier beispielhaft ungeformten Pressmassenvolumens 12 aus Kunststoff. Wie bereits einleitend erwähnt, können das Einlegerelement 10 und das Pressmassenvolumen auch als vorgeformte, insbesondere plattenartige Halbzeuge bereitgestellt werden.
Gemäß einem in Fig. 1 B gezeigte Schritt S503 werden das Pressmassenvolumen 12 und das wenigstens eine Einlegerelement 10 in einem Formpresswerkzeug 14 angeordnet. Das Formpresswerkzeug weist zwei Werkzeughälften 14-1 und 14-2. In der dem Einlegerelement 10 zugewandten Werkzeughälfte 14-2 sind mehrere, insbesondere kanalartige Kavitäten 16 ausgebildet.
In Fig. 1 C) ist als Schritt S504 ein Schließen des Formpresswerkzeugs 14 und Aufbauen eines Innendrucks in dem Formpresswerkzeug 14 illustriert. Beim Aufbauen des Innendrucks wird das in diesem Beispiel noch ungeformte Pressmassenvolumen 14 im Formpresswerkzeug 14 verteilt. Ferner wird gemäß einem Schritt S505 das an der betreffenden Werkzeughälfte 14-2 angeordnete, insbesondere anliegende Einlegerelement 10 im Bereich der Kavitäten 16 lokal drapiert. Dabei wird das Einlegerelement 10 teilweise in eine betreffende Kavität 16 der Werkzeughälfte 14-2 gedrückt und verformt. Insbesondere wird das Einlegerelement 10 lokal im Bereich der Kavitäten 16 gewölbt, insbesondere konvex zu der Kavität hin verformt.
Fig. 1 D illustriert einen Schritt S506 bei dem der Innendruck in dem Formwerkzeug 14 weiter gesteigert wird, so dass Pressmasse 12 im Bereich des verformten Einlegerelements 10 durch das lokal zumindest teilweise strukturell geschwächte Einlegerelement 10 hindurch gepresst wird und in der insbesondere kanalartigen Kavität 16 entlang des Einlegerelements 10 verteilt wird.
Entsprechend ist in dem Formpresswerkzeug 14 ein flächiges Kunststoffbauteil 18 bzw. ein Unterbodenschutzelement hergestellt worden, das in Fig. 1 E vereinfacht und schematisch dargestellt ist. Das flächige Kunststoffbauteil 18 weist somit eine faserverstärkte Einlageschicht 10 auf. Auf zwei Seiten der Einlageschicht 10 sind umgeformten Kunststoffstrukturen 20 ausgebildet. Dabei ist die Kunststoffstruktur 20-1 auf einer ersten, hier unteren Seite der Einlageschicht 10 eine im Wesentlichen durchgehende, flächige Kunststoffschicht 22. Die Kunststoffstruktur 20-2 auf einer zweiten, hier oberen Seite der Einlageschicht 10 weist mehrere vorstehende, insbesondere rippenartige Kunststoffelemente 24 auf, die an mehreren Stellen 26 durch die Einlageschicht 10 hindurch mit der flächigen Kunststoffschicht 22 integral ausgebildet sind. Außerhalb dieser Stellen 26 sind die Kunststoffelemente 24 auf der zweiten Seite der Einlageschicht 10 angeordnet.
Ein umlaufender Rand 28 des geformten Kunststoffbauteils 18 ist aus der Pressmasse hergestellt, wobei das wenigstens eine Einlegerelement 10 innerhalb des um laufenden Randes 28 aus Pressmassenmaterial angeordnet ist.
Gemäß einem optionalen Schritt S507 kann bei dem Schließen (S504) oder nach dem Schließen des Formpresswerkzeugs 14 in den insbesondere kanalartigen Kavitäten 16 vorhandene Luft abgesaugt werden, so dass in den Kavitäten 16 ein Unterdrück herrscht, der das Drapieren (S505) des Einlegerelements 10 und das Durchpressen von Pressmasse 12 in die Kavitäten 16 unterstützt. Das Absaugen von Luft ist in den Fig. 2A und 2B durch einen weißen Konturpfeil V illustriert.
In Fig. 2 ist vereinfacht und schematisch das Drapieren des Einlegerelements 10 im Bereich einer Vertiefung 16 der Werkzeughälfte 14-2 illustriert. Dabei zeigt die Fig. 2A eine Momentaufnahme, die etwa dem Schritt S504 der Fig. 1C entspricht. Wie bereits oben erläutert, wird ein Innendruck in dem Formpresswerkzeug 14 aufgebaut, wobei das Pressmassenvolumen 12 im Formpresswerkzeug 14 verteilt wird. Ferner wird gemäß dem Schritt S504 das an der betreffenden Werkzeughälfte 14-2 angeordnete, insbesondere anliegende Einlegerelement 10 im Bereich der Kavitäten 16 lokal drapiert. Wie aus der Ansicht der Fig. 2A ersichtlich, wird dabei das Einlegerelement 10 teilweise in eine betreffende Kavität 16 der Werkzeughälfte 14-2 gedrückt und verformt. Insbesondere wird das Einlegerelement 10 lokal im Bereich der Kavitäten 16 gewölbt, insbesondere konvex zu der Kavität 16 hin verformt. Dieses Drapieren erfolgt unter zumindest teilweiser lokaler Reduktion einer Faserdichte bzw. eines Faservolumengehalts des Einlegerelements 10. Rein illustrativ ist in Fig. 2A noch eine Dicke DE des Einlegerelements 10 angegeben, die sich aufgrund des Drapierens auch verändern kann.
Beim Drapieren des Einlegerelements 10 im Bereich einer Kavität 16 können Fasern 10f des Einlegerelements 10 verformt und aus ihrer ursprünglichen Lage in einem im Wesentlichen ebenen Einlegerelement 10 verdrängt werden. Hierdurch entstehen lokal eine oder mehrere strukturell geschwächten Durchtrittstellen 26 an dem Einlegerelement 10. Entsprechend kann an diesen Durchtrittsstellen 26 die Pressmasse 12 auf eine zweite Seite des Einlegerelements 10 durchgepresst wird, wobei die Pressmasse 12 ausgehend von einer strukturell geschwächten Durchtrittsstelle 26 auf der zweiten Seite des Einlegerelements in der betreffenden Kavität 16 der Werkzeughälfte 14- 2 verteilt wird. Dies kann auch als Schritt S506 des Verfahrens verstanden werden, was vereinfacht in der Fig. 2B gezeigt ist.
Fig. 3 illustriert in einer vereinfachten Schnittansicht ein Kunststoffbauteil 18, das einen optionalen Aufbau aufweist. Gemäß dieser Option können zu Beginn des Verfahrens 500 in das Formpresswerkzeug 14 ein erstes Einlegerelement 10-1 und ein zweites Einlegerelement 10-2 mit dazwischen aufgenommenem Pressmassevolumen 12 angeordnet werden. Wobei beim Formpressen, das oben unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 beschrieben worden ist, das erste Einlegerelement 10-1 und das zweite Einlegerelement 10-2 zumindest abschnittsweise direkt miteinander in Kontakt gebracht werden unter abschnittsweiser vollständiger Verdrängung der Pressmasse 12. Dies kann als Verbindungsbereich 30 der beiden Einlegerelemente 10-1 und 10-2 bezeichnet werden. Für das Kunststoff baute il 18 mit dem Verbindungsabschnitt 30 kann im Übrigen auch auf die obige Beschreibung der Fig. 1 E Bezug genommen werden, da dort bereits gleiche strukturelle Teile beschrieben worden sind.
Das Drapieren des Einlegerelements 10 kann besonderes gut erfolgen, wenn die Kavität 16 eine ausreichend große lichte Weite aufweist, so dass dem Einlegerelement 10 ausreichend Raum geboten ist, um in Richtung der Vertiefung 16 verformt bzw. gewölbt zu werden. Es hat sich gezeigt, dass eine lichte Weite von beispielsweise 4 bis 8 Millimetern ausreicht, um das Drapieren des Einlegeelements 10 zu ermöglichen. Weist die Kavität 16 eine geringere lichte Weite auf, reicht die beim Drapieren auftretende Verformung des Einlegerelements 10 nicht aus, um speziell bei flächigen Kunststoffbauteilen das Pressmassenmaterial durch das Einlegerelement 10 durchzupressen.
Es wird darauf hingewiesen, dass eine Kavität 16 nicht auf ihrer gesamten Länge eine ausreichende lichte Weite aufweisen muss. Vielmehr kann bei einer Kavität 16 mit einer Länge von einigen Zentimetern in einem mittigen Bereich die lichte Weite ausreichend groß gewählt werden, so dass dort das Pressmassenmaterial durch das drapierte Einlegerelement 10 gepresst werden kann. Ausgehend von diesem mittigen Bereich kann das Pressmassen- material dann in der Kavität 16 verteilt werden, auch wenn diese eine kleinere lichte Weite aufweist. Dabei verteilt sich das im mittigen Bereich durchgepresste Pressmassenmaterial dann auf dem Einlegerelement 10.
Fig. 4 zeigt in einer vereinfachten und schematischen Draufsicht ein Unterbodenschutzelement 40 als Beispiel eines fertigen, flächigen Kunststoffbauteils 18, das mittels des oben beschriebenen Verfahrens 500 hergestellt worden ist. Aus der Darstellung sind die oben unter Bezugnahme auf die Fig. 1 E beschriebenen Kunststoffstrukturen 20-2 ersichtlich, insbesondere in Form von Rippen 24. Die Rippen 24 können dabei unterschiedlich zueinander ausgerichtet sein, beispielweise orthogonal oder sternförmig. Das Einlegerelement 10 ist in dieser Ansicht der Fig. 4 als punktierte Fläche illustriert. Die Rippen 24 stehen von dieser Fläche vor. Das Einlegerelement 10 ist von einem umlaufenden Rand 28 eingefasst, der aus dem gleichen Kunststoffmaterial hergestellt ist wie die Rippen 24.
Aus der Fig. 5 ist eine vereinfachte und schematische Perspektivansicht als Ausschnitt eines Unterbodenschutzelements 40 gezeigt. Ersichtlich sind die Rippen 24, die auf dem Einlegerelement 10 angeordnet sind. Bei einer derartigen Struktur mit Längsrippen 24I und Querrippen 24q kann das Drapieren des Einlegerelements 10 während des oben beschriebenen Verfahrens 500 insbesondere in den Kreuzungsbereichen der Längs- und Querrippen 24I, 24q erfolgen. Um derartige Rippenstrukturen herstellen zu können, weist die oben beschriebene Formwerkzeughälfte 14-2 entsprechend ausgebildete, also sich kreuzende Läng- und Quervertiefungen aus, wobei die Durchtrittsstellen 26 für das Pressmassenmaterial insbesondere in den Kreuzungsbereichen von Längs- und Quervertiefungen hervorgerufen werden, in denen das Einlegerelement 10 ausreichend Raum hat, sich zu verformen.
Ein solcher Kreuzungsbereich einer Längsvertiefung 161 und einer Quervertiefung 16q ist vereinfacht in der Fig. 6 dargestellt. Die Ansicht der Fig. 6A zeigt den Kreuzungsbereich mit nicht drapiertem Einlegerelement 10 und einem vereinfacht als orthogonalem Gitter illustrierten Verlauf von Fasern 10f in dem Einlegerelement 10. Die Faserdichte bzw. der Faservolumengehalt ist in einem solchen Zustand im Wesentlichen konstant.
Die Ansicht der Fig. 6B zeigt das Einlegerelement 10 nach bzw. während dem Drapieren aufgrund des Innendrucks im Formwerkzeug. Das Verformen bzw. Wölben des Einlegerelements 10 unter der Kavität 16 führt zu einem niedrigeren Faservolumengehalt bzw. eine reduzierten Faserdichte. Im Kreuzungsbereich tritt eine maximale Verformung des Einlegerelements 10 auf, so dass das Durchpressen von Pressmassenmaterial in diesem Bereich bei geringerem Innendruck erfolgt.
Mit anderen Worten kann durch das Drapieren in bestimmten Bereichen, wie beispielweise einem Kreuzungsbereich, eine stärkere Reduzierung der Faserdichte herbeigeführt werden als in anderen Bereichen, so dass an denjenigen Stellen oder Bereichen mit der ausgeprägtesten Reduktion der Faserdichte bzw. des Faservolumengehalts die Pressmasse einfacher durch das Einlegerelement hindurch strömt bzw. hindurchtritt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:
1 . Verfahren (500) zur Herstellung eines flächigen Kunststoffbauteils (18), insbesondere eines Unterbodenschutzelements (40) zur Abdeckung einer Batteriespeichereinheit eines Kraftfahrzeugs, wobei das Verfahren (500) folgende Schritte umfasst:
Bereitstellen (S501 ) von wenigstens einem Endlosfasern aufweisenden Einlegerelement (10) aus Kunststoff;
Bereitstellen (S501 ) eines Pressmassenvolumens (12) aus Kunststoff; Erwärmen (S502) des wenigstens einen Einlegerelements (10); Erwärmen (S502) des Pressmassenvolumens (12);
Anordnen (S503) des Pressmassenvolumens (12) und des wenigstens einen Einlegerelements (10) in einem Formpresswerkzeug (14), das eine dem Einlegerelement (10) zugewandte Werkzeughälfte (14-2) aufweist, in der mehrere Kavitäten (16) ausgebildet sind;
Schließen (S504) des Formpresswerkzeugs (14) und Aufbauen eines Innendrucks in dem Formpresswerkzeug (14); dadurch gekennzeichnet, dass beim Aufbauen des Innendrucks das an der betreffenden Werkzeughälfte (14-2) angeordnete, insbesondere anliegende Einlegerelement (10) im Bereich der Kavitäten (16) lokal drapiert wird (S505), so dass das Einlegerelement (10) teilweise in eine betreffende Kavität (16) der Werkzeughälfte (14-2) gedrückt und verformt wird unter zumindest teilweiser lokaler Reduktion einer Faserdichte des Einlegerelements (10); Steigern des Innendrucks in dem Formwerkzeug (14) so dass Pressmasse (12) im Bereich des verformten und aufgrund der reduzierten Faserdichte durchlässigeren Einlegerelements (10) durch das lokal zumindest teilweise strukturell geschwächte Einlegerelement (10) hindurch gepresst wird (S506) und in der Kavität (16) insbesondere entlang des Einlegerelements (10) verteilt wird.
2. Verfahren (500) nach Anspruch 1 , wobei die Kavitäten (16) der betreffenden Werkzeughälfte (14-2) punktartig oder/und kanalartig ausgeführt sind.
3. Verfahren (500) nach Anspruch 1 oder 2, wobei bei dem Schließen (S504) oder nach dem Schließen (S504) des Formpresswerkzeugs (14) in den insbesondere kanalartigen Kavitäten (16) vorhandene Luft abgesaugt wird (S507), so dass in den Kavitäten (16) ein Unterdrück herrscht, der das Drapieren des Einlegerelements (10) und das Durchpressen von Pressmasse(12) in die Kavitäten (16) unterstützt.
4. Verfahren (500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Pressmasse (12) ausgehend von einer ersten Seite des Einlegerelements (10) an mehreren strukturell geschwächten Durchtrittsstellen (26) des Einlegerelements (10) auf eine zweite Seite des Einlegerelements (10) durchgepresst wird (S506), wobei die Pressmasse (12) ausgehend von einer strukturell geschwächten Durchtrittsstelle (26) auf der zweiten Seite des Einlegerelements (10) in einer betreffenden Kavität (16) der Werkzeughälfte (14-2) verteilt wird.
5. Verfahren (500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in das Formpresswerkzeug (14) eine erstes Einlegerelement (10-1 ) und ein zweites Einlegerelement (10-2) mit dazwischen aufgenommenem Pressmassevolumen (12) angeordnet werden und wobei beim Formpressen das erste Einlegerelement (10-1 ) und das zweite Einlegerelement (10-2) zumindest abschnittsweise direkt miteinander in Kontakt gebracht werden unter abschnittsweiser vollständiger Verdrängung der Pressmasse (12).
6. Verfahren (500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein umlaufender Rand (28) des geformten Kunststoffbauteils (18) aus der Pressmasse (12) hergestellt ist, derart, dass das wenigstens eine Einlegerelement (10) innerhalb des umlaufenden Randes (28) aus Press- massenmaterial (12) angeordnet ist.
7. Verfahren (500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend das Öffnen des Formpresswerkzeugs (14) und das Ent- nehmen des fertigen, umgeformten Kunststoffbauteils (18), das einseitig mehrere geformte Kunststoffelemente (24), insbesondere Rippen (24) oder/und Befestigungselemente, aus Pressmassenmaterial (12) aufweist.
8. Verfahren (500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Einlegerelement (10) ein UD-Tape oder ein Organoblech oder ein GMT- Element ist.
9. Flächiges Kunststoffbauteil (18), insbesondere Unterbodenschutzelement (40) zur Abdeckung einer Batteriespeichereinheit eines Kraftfahrzeugs, mit einer faserverstärkten Einlageschicht (10) und auf zwei Seiten der Einlageschicht (10) angeordneten, umgeformten Kunststoffstrukturen (20-1 , 20-2), wobei die Kunststoffstruktur (20-1 ) auf einer ersten Seite der Einlageschicht (10) eine im Wesentlichen durchgehende, flächige Kunststoffschicht (22) ist, und wobei die Kunststoffstruktur (20-2) auf einer zweiten Seite der Einlageschicht (10) mehrere vorstehende, insbesondere rippenartige Kunststoffelemente (24) aufweist, die an mehreren Stellen (26) durch die Einlageschicht (10) hindurch mit der flächigen Kunststoffschicht (22) integral ausgebildet sind und die außerhalb dieser Stellen (26) auf der zweiten Seite der Einlageschicht (10) angeordnet sind.
10. Kraftfahrzeug mit zumindest teilweise elektrischem Antrieb und einer unterhalb einer Fahrgastzelle angeordneten Batteriespeichereinrichtung, wobei die Batteriespeichereinrichtung durch ein Unterbodenschutzelement (40) gemäß Anspruch 9 abgedeckt ist, dessen rippenartige Kunststoffelemente (24) der Batteriespeichereinrichtung zugewandt sind.
EP23821198.1A 2023-01-10 2023-12-06 Verfahren zur herstellung eines flächigen kunststoffbauteils, insbesondere unterbodenschutzelements eines kraftfahrzeugs, kunststoffbauteil und kraftfahrzeug mit unterbodenschutzelement Pending EP4648953A1 (de)

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