WO2012055516A1 - Verfahren zur herstellung von endlosfaserverstärkten kunststoffhohlformkörpern mit einer thermoplastischen kunststoffmatrix - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von endlosfaserverstärkten Kunststoffhohlformkörpern aus thermoplastischen Kunststoffen sowie ein mit dem Verfahren hergestellter Kunststoffhohlformkörper. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich in einfacher und kostengünstiger Weise ein einstückig ausgebildeter endlosfaserverstärkter Kunststoffhohlformkörper mit einem geschlossenen Profilquerschnitt und einer komplexen Außengeometrie herstellen.
Description
VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON ENDLOSFASERVERSTÄRKTEN KUNSTSTOFFHOHLFORMKÖRPERN MIT EINER THERMOPLASTISCHEN KUNSTSTOFFMATRIX
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von endlosfaserverstärkten Kunststoffhohlformkörpern mit einer thermoplastischen Kunststoffmatrix sowie ein mit dem Verfahren hergestellten Kunststoffhohlformkörper und ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Kunststoffhohlformkörper.
Die Druckschrift DE 603 01 358 T2 offenbart ein Trägerbauteil zum Stoßabfangen für ein Fahrzeug, wobei das Bauteil ein stabförmiges Profil umfasst, welches in einer vertikalen Schnittebene parallel zur Fahrtrichtung des mit dem Bauteil versehenen Fahrzeuges ein C-förmiges Profil aufweist, welches auf seiner hinteren Fläche offen ist. Das Bauteil kann aus Verbundkunststoff durch Abformen, Pressen oder Spritzen hergestellt werden. Einsatz findet thermoplastisches Material, welches durch Fasern, wie Glasfasern oder
Carbonfasern, verstärkt werden kann. Nachteilig an diesem bekannten Stand der Technik ist, dass ein offenes C-Profil gegenüber einem geschlossenen Profil bezüglich des Widerstandsmoments gegen Biegung um den Faktor 3 geringerer Werte aufweist.
Die Druckschrift EP 0 937 611 A1 offenbart einen Biegeträger, welcher durch ein geschlossenes Profil gebildet ist. Das Profil setzt sich hierbei jedoch aus zwei Halbschalen zusammen, die mittels überstehender Flansche zu dem geschlossenen Profil miteinander verbunden werden. Durch den zusätzlichen Fügeschritt ist das Profil in der Herstellung sehr auf- wendig und weist aufgrund der angeformten Flansche zudem ein erhöhtes Gewicht auf.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches eine schnelle und kostengünstige Herstellung eines mechanisch hoch belastbaren, endlosfaserverstärkten Kunststoffhohlformkörpers ermöglicht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von endlosfaserverstärkten Kunststoffhohlformkörpern mit einer thermoplastischen Kunststoffmatrix umfassend die folgenden Schritte: - Bereitstellung eines formstabilen, endlosfaserverstärkten Kunststoffhohlprofils,
- wobei die Verstärkungsfasern des Kunststoffhohlprofils zumindest teilweise von einer thermoplastischen Kunststoffmatrix umgeben sind,
- eine Erwärmung des Kunststoffhohlprofils bis an oder bis über die Erweichungstemperatur der thermoplastischen Kunststoffmatrix des Kunststoffhohlprofils und
- ein Einbringen des Kunststoffhohlprofils in ein die Form des Kunststoffhohlformkörpers definierendes Formwerkzeug erfolgt,
- Aufbringen und/oder Aufrechterhalten eines Innendrucks vorzugsweise über und/oder mittels mindestens eines, mindestens eine endseitige Öffnung des Kunststoffhohlprofils verschließenden Dichtelements, um das Kunststoffhohlprofil gegen die inneren Wandungen oder eine Anlagefläche des geschlossenen oder sich schließenden
Formwerkzeugs zu drücken,
- wobei während dieses Umformvorgangs die Formgebung des Kunststoffhohlformkörpers erfolgt. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass durch eine Bereitstellung eines formstabilen, endlosfaserverstärkten Kunststoffhohlprofils, welches durch Erwärmung erweicht wird und in einem die Form des Kunststoffhohlformkörpers definierenden Formwerkzeug vorzugsweise mittels Innendruckbeaufschlagung gegen die inneren Wandungen oder eine Anlagefläche des geschlossenen oder sich schließenden Formwerkzeugs gedrückt wird, in einfacher und kostengünstiger Weise ein Kunststoffhohlformkörper hergestellt werden kann. Bei einfachen Formgebungsvorgängen (z.B. einer Verbiegung) kann der Innendruck dem umgebenden Atmosphärendruck entsprechen - und in Folge dessen auf ein Dichtelement verzichtet werden. Insbesondere aufgrund der Formstabilität des Kunststoffhohlprofils ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine vereinfachte Handhabung des Kunststoffhohl- profils. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich in einfacher und kostengünstiger Weise ein einstückig ausgebildeter endlosfaserverstärkter Kunststoffhohlformkörper mit einem geschlossenen Profilquerschnitt herstellen. Alternativ zu einer Innendruckbeaufschlagung kann das Kunststoffhohlprofil durch mindestens ein Dichtelement endseitig verschlossen werden und über das Dichtelement bzw. vor Aufbringen des Dichtelementes mit einem inkompressiblen Medium gefüllt werden. Als inkompressible Medien kommen bei-
spielsweise Öle oder partikelförmige Feststoffe wie beispielsweise Sande oder Salze in Frage. Die inkompressiblen Medien sind vorzugsweise so ausgebildet, dass diese nach der Formung des Kunststoffhohlformkörpers aus diesem leicht wieder entfernt werden können. Durch das Einfüllen eines inkompressiblen Mediums kann das Kunststoffhohlprofil dabei in dem Formwerkzeug seine äußere Gestalt d.h. seine in Längsrichtung verlaufende
Querschnittsgeometrie verändern. Die Querschnittsgeometrie des Kunststoffhohlprofils wird dabei zumindest im Wesentlichen nur umgeändert aber nicht vergrößert oder verkleinert. Durch eine Innendruckbeaufschlagung ist es demgegenüber möglich, auch die Außenum- fänge in Längsrichtung des Kunststoffhohlprofils zu verändern, wobei es zu Fließvorgängen innerhalb der Kunststoffmatrix des Kunststoffhohlprofils kommt. Die Innendruckbeaufschlagung kann ebenfalls über ein flüssiges Medium wie ein Öl oder auch durch Wasser oder ein Füllgas (z.B. Luft) erfolgen. Durch die Formgebung des Kunststoffhohlformkörpers innerhalb des Formwerkzeuges lässt sich in vorteilhafter Weise eine Anpassung der Geometrie des Kunststoffhohlprofils bzw. des Kunststoffhohlformkörpers an den im Fahrzeug zur Verfügung stehenden Bauraum individuell realisieren. Hierdurch wird eine optimale Ausnutzung des vorhandenen Bauraumes gewährleistet. Zudem lässt sich durch den Umformvorgang der Kunststoffhohlformkörper gezielt in Bereichen mit einer hohen Belastung im späteren Einsatz durch Geometrieanpassungen (Sicken, Rippen, etc.) zur Aufnahme dieser Belastungen verstärken.
Das Kunststoffhohlprofil kann in Längsrichtung eine gleichbleibende Querschnittsgeometrie und/oder einen gleichbleibenden Außenumfang aufweisen. Ein derartiges Kunststoffhohlprofil kann insbesondere als Kunststoffrohr mit einer kreisförmigen oder rechteckigen oder dreieckigen oder vieleckigen Geometrie ausgebildet sein. Derartige Kunststoffhohlprofile lassen sich in einfacher Weise in einem kontinuierlich arbeitenden Prozess herstellen.
Das Kunststoffhohlprofil kann in Längsrichtung variierende Querschnittsgeometrien und/oder variierende Außenumfänge aufweisen. Die Verwendung eines Kunststoffhohlpro- fils mit in Längsrichtung variierender Querschnittsgeometrie und/oder variierenden Außen- umfängen bietet den Vorteil, dass bereits im Kunststoffhohlprofil eine Endkonturnahe Wandstärke und/oder Außengeometrie vorgegeben werden kann, sodass in dem Formwerkzeug, welches die Endkontur des Kunststoffhohlformkörpers definiert, nurmehr marginale Fließvorgänge der thermoplastischen Kunststoffmatrix des Kunststoffhohlprofils auftreten. So können lokale Faserverschiebungen oder Faserbrüche und Bauteilverzüge mini- miert bzw. ausgeschlossen werden.
Mindestens ein endseitiger Abschnitt des Kunststoffhohlformkörpers kann als Verbindungselement zu einem weiteren Kunststoffhohlformkörper ausgebildet werden. In vorteilhafter Weise lässt sich ein endseitiger Abschnitt des Kunststoffhohlformkörpers so ausformen, dass er ein Verbindungselement zu einem weiteren Kunststoffhohlformkörper bildet. Durch die Kombination bzw. durch das Verbinden mehrerer erfindungsgemäß hergestellter Kunststoffhohlformkörper lässt sich das Steifigkeitsniveau der Gesamtanordnung der miteinander verbundenen Kunststoffhohlformkörper flexibel einstellen und anpassen. Eine weitere Alternative ist dem erfindungsgemäßen Kunststoffhohlformkörper an dessen Außenwandung in einem Spritzgussverfahren Kunststoffrippen anzuformen um dessen Steifigkeit weiter zu erhöhen. Vorzugsweise weist das Kunststoffmaterial, das die Kunst- stoffrippen bildet eine Kompatibilität zu der thermoplastischen Kunststoffmatrix des Kunst- stoffhohlformkörpers auf.
Das Dichtelement kann während der Durchführung des Verfahrens dauerhaft mit dem Kunststoffhohlformkörpers verbunden werden und als Verbindungselement zu einem weiteren Kunststoffhohlformkörper fungieren. Das Dichtelement kann insbesondere innerhalb des Kunststoffhohlformkörpers verbleiben und als Verbindungselement zu einem weiteren Kunststoffhohlformkörper fungieren. In der Regel weisen die Dichtelemente bereits
Schraubanschlüsse oder anderweitige Anschlusselemente für die Zuleitung von fluiden Medien auf, die für den Fall, dass das Dichtelement innerhalb des Kunststoffhohlformkör- pers verbleibt, in vorteilhafter Weise auch als Verbindungselement zu einem weiteren Kunststoffhohlformkörper fungieren können bzw. genutzt werden können. Die Verbindung der Kunststoffhohlformkörper untereinander kann dabei mittels allgemein bekannter Fügeelemente, wie z.B. Schrauben oder Bolzen, oder mittels stoffschlüssiger Fügeverfahren wie Kleben, Löten oder Schweißen oder mittels kraftschlüssiger oder formschlüssiger Fügeverfahren erfolgen. Die Erwärmung des Kunststoffhohlprofils kann mittels Konvektionserwärmung und/oder mittels Laserstrahlung und/oder mittels Infrarotlichtstrahlung und/oder mittels einer Induktionserwärmung und/oder mittels einer Plasmaquelle und/oder mittels Mikrowellenstrahlung erfolgen.
Die Verstärkungsfasern können durch Mineralfasern, insbesondere Glasfasern oder Basaltfasern und/oder durch Carbonfasern und/oder durch Aramidfasern und/oder durch polyme- re Fasern und/oder durch synthetische Fasern und/oder durch Fasern von nachwachsenden Rohstoffen (z.B. Hanffasern) und/oder durch Metallfasern gebildet sein. Bei Verwen- dung von Metallfasern, aber auch von Metallpartikeln kann in vorteilhafter Weise zur Erwärmung des Kunststoffhohlprofils eine Induktionsquelle wie beispielsweise eine Induktionsspule genutzt werden.
Die thermoplastische Kunststoffmatrix kann Polyamid (PA) und/oder Polypropylen (PP) und/oder Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) und/oder Polyethylen (PE) und/oder vernetztes Polyethylen (PE-X) und/oder thermoplastische Polyurethane (TPE) und/oder
Polybutylenterephthalat (PBT) und/oder Polyphenylensulfid (PES) und/oder
Polyethylenterephthalat (PET) umfassen. Der endlosfaserverstärkte Kunststoffhohlformkörper kann als Bauteil für
Crashmanagementsysteme in Kraftfahrzeugen, als tragendes Bauteil eines Kraftfahrzeug- Karosseriesystems, als Bauteil einer eine Öffnung des Fahrzeugs verschließenden Klappe oder Tür oder allgemein als Kraftfahrzeug-Strukturbauteil oder als Flugzeug-Strukturbauteil ausgebildet sein.
Aufgrund der durch die Endlosfaserverstärkung erzielten hohen Steifigkeit und des hohen Energieabsorptionsvermögens des Kunststoffhohlformkörpers, sowie durch die erfindungsgemäße Möglichkeit den Kunststoffhohlformkörper ideal an vorhandenen Bauraum anpassen zu können, eignet sich der erfindungsgemäße Kunststoffhohlformkörper insbesondere als Bauteil für Crashmanagementsysteme in Kraftfahrzeugen, als tragendes Bauteil eines Kraftfahrzeug-Karosseriesystems, als Bauteil einer eine Öffnung des Fahrzeugs verschließenden Klappe oder Tür, oder allgemein als Kraftfahrzeug- oder Nutzfahrzeug-Strukturbauteil. Aufgrund seines geringen Gewichts bzw. der geringen Dichte der verwendeten Materialien kann der Kunststoffhohlformkörper auch als Flugzeug-Strukturbauteil ausgebildet sein.
Ein endlosfaserverstärkter Kunststoffhohlformkörper, insbesondere hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, oder ein Kunststoffhohlformkörper nach Anspruch 10 kann mindestens einen endseitigen Abschnitt aufweisen, der als Verbin- dungselement zu einem weiteren Kunststoffhohlformkörper ausgebildet ist. Durch die Integ-
ration bzw. das Vorsehen eines Verbindungselements an mindestens einem endseitigen Abschnitt des Kunststoffhohlformkörpers können in vorteilhafter Weise mehrere oder auch eine Vielzahl von weiteren Kunststoffhohlformkörpern untereinander verbunden werden und so gezielt an das benötigte Steifigkeitsniveau angepasst werden.
Teil der Erfindung ist weiterhin ein Kraftfahrzeug mit einem endlosfaserverstärkten Kunststoff hohlformkörper, insbesondere nach einem der Ansprüche 10 oder 11 , wobei mindestens eine elektrische Leitung und/oder mindestens eine Medienleitung und/oder mindestens eine Datenübertragungsleitung und/oder mindestens eine Steuerleitung des Kraftfahrzeugs innerhalb des Kunststoffhohlformkörpers geführt ist. Hierbei wird in vorteilhafter Weise der durch die hohlförmige Querschnittsgeometrie vorhandene Bauraum innerhalb des Kunst- stoffhohlformkörpers genutzt, um z.B. Kabelbäume oder Glasfaserkabel oder Medienleitungen (z.B. für Wischflüssigkeiten oder Kraftstoffe) platzsparend und vor Umwelteinflüssen geschützt verstauen und/oder durchführen zu können. Zudem lassen sich die elektrischen Leitungen und/oder Medienleitungen und/oder Datenübertragungsleitungen und/oder Steuerleitungen im Fall eines Defekts leicht austauschen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand lediglich Ausführungsbeispiele darstellender Zeichnungen ausführlich erläutert. Gleiche oder funktionsgleiche Elemente werden mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In den Figuren 1 und 2 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von endlosfaserverstärkten Kunststoffhohlformkörpern 1 mit einer thermoplastischen Kunststoffmatrix 4 dargestellt. Zunächst wird ein formstabiles, endlosfaserverstärktes Kunststoffhohlprofil 2 bereitgestellt. In diesem hier gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Kunststoffhohlprofil 2 in Längsrichtung eine gleichbleibende Querschnittsgeometrie Q und einen gleichbleibenden Außenumfang auf. Die kreisförmige Geometrie Q des Kunststoffhohlformkörpers 1 ist als Schnitt ebenfalls dargestellt. Wie in Figur 4 im Detail dargestellt, sind die Verstärkungsfasern 3 des Kunststoffhohlprofils 2 von einer thermoplastischen Kunststoffmatrix 4 umgeben. Die thermoplastische Kunststoffmatrix 4 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch Polyamid gebildet. Als thermoplastische Kunststoffmatrix 4 können alternativ Polypropylen und/oder Acrylnitril-Butadien-Styrol und/oder Polyethylen und/oder vernetztes Polyethylen und/oder thermoplastische Polyurethane und/oder
Polybutylenterephthalat und/oder Polyphenylensulfid und/oder Polyethylenterephthalat ein- gesetzt werden. Die Verstärkungsfasern 3 können durch Mineralfasern, insbesondere Glas-
fasern oder Basaltfasern, und/oder durch Carbonfasern und/oder durch Aramidfasern und/oder durch polymere Fasern und/oder durch synthetische Fasern und/oder durch Fasern von nachwachsenden Rohstoffen (z.B. Hanffasern) und/oder durch Metallfasem gebildet sein. In einem Widerstandsheizofen 20 wird mittels Konvektionserwärmung 21 das Kunststoffhohiprofil 2 bis an oder bis über die Erweichungstemperatur der thermoplastischen Kunststoffmatrix 4 des Kunststoffhohlprofils 2 erwärmt. Alternativ kann die Erwärmung des Kunststoffhohlprofils mittels Laserstrahlung und/oder mittels Infrarotlichtstrahlung und/oder mittels einer Induktionserwärmung und/oder mittels einer Plasmaquelle und/oder mittels Mikrowellenstrahlung erfolgen. Gleichzeitig, vor oder nach der Erwärmung erfolgt ein Verschließen der endseitigen Öffnungen 5, 6 des Kunststoffhohlprofils 2 mittels mindestens eines Dichtelements 7, 8. Vor, nach oder während der Erwärmung des Kunststoffhohlprofils 2 erfolgt das Einbringen des Kunststoffhohlprofils 2 in ein die Form des Kunststoffhohlformkörpers 1 definierendes Formwerkzeug 9. Das Formwerkzeug ist in Figur 2 schematisch dargestellt. Im Folgenden wird über die Dichtelemente 7, 8 ein Innendruck aufge- bracht, um das Kunststoffhohiprofil 2 gegen die inneren Wandungen 10 des geschlossenen Formwerkzeugs 9 zu pressen. Hierzu wird über Durchführungen in den Dichtelemente 7, 8 ein Fluid 23 (z.B. Luft oder ein Öl) unter erhöhtem Druck eingebracht. In einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens kann durch Einbringen eines inkompressiblen Mediums in das Kunststoffhohiprofil 2 über die Dichtelemente 7, 8 ein Innendruck innerhalb des Kunst- stoffhohlprofils 2 aufrechterhalten werden, um das Kunststoffhohiprofil 2 gegen die inneren Wandungen 10 des sich schließenden Formwerkzeugs 9 zu drücken oder zu pressen. Bei einfachen Formgebungsvorgängen (z.B. einer Verbiegung) kann der Innendruck dem umgebenden Atmosphärendruck entsprechen - und in Folge dessen auf ein Dichtelement 7, 8 verzichtet werden. Während des Umformvorgangs erfolgt in allen Fällen die Formgebung des Kunststoffhohlformkörpers 1. In Figur 2 sind unten stehend mögliche Querschnittsgeometrien Q', Q", Q'" des Kunststoffhohlformkörpers 1 dargestellt. Der Kunststoffhohlformkörper 1 kann dabei insbesondere Sicken aufweisen, die vorzugsweise nur lokal in dem Kunststoffhohlformkörper ausgebildet sind. Die Figur 3 zeigt mehrere im erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Kunststoffhohlformkörper 1. Die Kunststoffhohlformkörper 1 weisen zumindest bereichsweise
Querschnittsgeometrieänderungen auf, um die Steifigkeit des Kunststoffhohlformkörpers 1 lokal zu erhöhen oder diesen lokal an den vorhandenen Bauraum eines Kraftfahrzeugs anzupassen. Ferner kann der Kunststoffhohlformkörper 1 so ausgeformt werden, dass die- ser sich komplementär an die Außenkontur eines weiteren Bauteils 24 anpasst, welches
mit dem Kunststoffhohlformkörper 1 verbunden werden soll. In Figur 3 ist dies beispielhaft für einen Biegeträger 1 ' dargestellt, welcher mit einem zusätzlichen Prallelement 24 aus einem geschäumten Kunststoffmaterial verbunden ist. Die Figur 5 zeigt analog zu Figur 1 ein in einen Heizofen 20 eingebrachtes Kunststoffhohlprofil 2, welches mit Dichtelementen 7, 8 endseitig verschlossen wird. Die Erwärmung des Kunststoffhohlprofils 2 bis an oder bis über die Erweichungstemperatur der thermoplastischen Kunststoffmatrix 4 des Kunststoffhohlprofils 2 erfolgt ebenfalls mittels einer Konvek- tionserwärmung 21. Alternativ kann die Erwärmung des Kunststoffhohlprofils mittels Laser- Strahlung und/oder mittels Infrarotlichtstrahlung und/oder mittels einer Induktionserwärmung und/oder mittels einer Plasmaquelle und/oder mittels Mikrowellenstrahlung erfolgen. Das Kunststoffhohlprofil 2 weist in Längsrichtung variierende Querschnittsgeometrien und variierende Außenumfänge auf. In vorteilhafter Weise bildet das Kunststoffhohlprofil 2 bereits eine Grobkontur des herzustellenden Kunststoff höh Iformkörpers 1 nach bzw. gibt die- se Grobkontur vor. Analog erfolgt ein Einbringen des Kunststoffhohlprofils 2 in ein die Form des Kunststoffhohlformkörpers 1 definierendes Formwerkzeug 9. Durch Einbringen eines inkompressiblen Mediums in das Kunststoffhohlprofil 2 kann über die Dichtelemente 7, 8 ein Innendruck innerhalb des Kunststoffhohlprofils 2 aufrechterhalten werden, um das Kunststoffhohlprofil 2 gegen die inneren Wandungen 10 des sich schließenden Formwerk- zeugs 9 zu drücken. Aufgrund der bereits vorhandenen Grobkontur des Kunststoffhohlprofils 2 kommt es hierbei zu lokal eng begrenzten Fließvorgängen der thermoplastischen Kunststoffmatrix 4 des Kunststoffhohlprofils 2. In vorteilhafter Weise werden Faserverlagerungen bzw. Faserbrüche und hieraus folgende Verzüge des Kunststoffhohlformkörpers 1 vermieden.
Die Figur 7 zeigt einen endlosfaserverstärkten Kunststoffhohlformkörper 1 , der als Bauteil einer eine Öffnung eines Kraftfahrzeugs verschließenden Klappe 31 oder Tür 31 ausgebildet ist. Innerhalb des Kunststoffhohlformkörpers 1 ist eine elektrische Leitung 15 und eine Steuerleitung 18 geführt. Die elektrische Leitung 15 und die Steuerleitung 18 treten dabei im Bereich der Klappenaufhängung 32 durch eine Öffnung in den Kunststoffhohlformkör- per 1 ein und sind innerhalb des Kunststoffhohlformkörpers 1 bis zu einem Bereich 33 geführt, welcher schematisch dargestellt ein elektrisch betätigbares Türschloss oder eine Kennzeichenleuchte oder einen Parksensor oder eine Lichtquelle oder eine Rückfahrkamera bildet. Eine weitere elektrische Leitung 5 versorgt die dritte Bremsleuchte 34 mit elektri- scher Energie. Eine elektrische Leitung 15 und eine Medienleitung 16 sind ebenfalls, von
der Klappenaufhängung 32 kommend, innerhalb des Kunststoffhohlformkörpers 1 geführt und versorgen eine Scheibenreinigungsanlage 35 mit elektrischer Energie und mit einer Waschflüssigkeit. Die Klappe 31 weist im Montagezustand sichtseitig eine Verblendung 36, sowie eine Fensteröffnung 35 auf.
Die Figur 8 zeigt einen als Biegeträger ausgebildeten Kunststoffhohlformkörper 1 , welcher über zwei Pralldämpfer 41 mit der Karosserie eines hier nicht näher dargestellten Kraftfahrzeuges verbunden ist. Innerhalb des Kunststoffhohlformkörpers 1 sind Medienleitungen 16 zur Versorgung einer Scheinwerferreinigungsanlage 42, sowie eine Datenübertragungslei- tung 17 und eine Steuerleitung 18, welche die Bordelektronik mit einer Frontkamera 43 verbindet, geführt. Der Biegeträger ist im Montageszustand sichtseitig von einer
Stoßfängerverkleidung 44 verdeckt.
Die Figur 9 zeigt einen erfindungsgemäßen Kunststoffhohlformkörper 1 , welcher einen endseitigen Abschnitt 11 aufweist, der als Verbindungselement 12 zu einem weiteren
Kunststoffhohlformkörper 13 ausgebildet worden ist. Der erste Kunststoffhohlformkörper 1 weist einen mit dem weiteren Kunststoffhohlformkörper 13 komplementären Innendurchmesser und Innenquerschnitt auf, die so aufeinander abgestimmt sind, dass der weitere Kunststoffhohlformkörper 13 in den ersten Kunststoffhohlformkörper 1 eingeschoben wer- den kann. Hierzu ist der Innendurchmesser und die Innengeometrie des ersten Kunststoffhohlformkörpers 1 an die Außengeometrie und den Außenumfang eines Abschnitts 51 des zweiten Kunststoffhohlformkörpers 13 angepasst. Durch das in den Figuren 9b bis 9d dargestellte Einschieben des zweiten Kunststoffhohlformkörpers 13 in den ersten Kunststoffhohlformkörper 1 entsteht ein Formschluss zwischen dem ersten Kunststoffhohlformkör- per 1 und dem zweiten Kunststoffhohlformkörper 13. Zur weiteren Lagefixierung kann ein Fixierelement 52 zwischen den beiden endseitigen Abschnitten 1 , 51 des ersten Kunst- stoffhohlformkörpers 1 und des zweiten Kunststoffhohlformkörpers 13 vorgesehen sein. Das Fixierelement 52 ist durch einen expandierenden Kunststoffschaum gebildet. Alternativ kann das Fixierelement 52 durch eine Klebstoffschicht oder eine Dichtungsmasse oder aus Kunststoff, Metall oder Keramik gebildet sein.
Die Figur 10 zeigt in Figur 10a zunächst das Verschließen einer endseitigen Öffnung 5 eines Kunststoffhohlprofils 2 mittels mindestens eines Dichtelements 7. Während der Formgebung des Kunststoffhohlformkörpers 1 in dem Formwerkzeug 9 wird das Dichtelement 7 mit dem Kunststoffhohlformkörper 1 verpresst, sodass das Dichtelement 7 innerhalb des Kunststoffhohlformkörpers 1 verbleibt und als Verbindungselement 14 zu einem weiteren
Kunststoffhohlformkörper 13 fungieren kann. Alternativ ist es selbstredend möglich und im Rahmen der Erfindung, dass das Dichtelement 7 nicht in das Kunststoffhohlprofil 2 eingesteckt und verpresst wird, sondern von außen auf das Kunststoffhohlprofil 2 aufgesteckt und verpresst wird. Ferner kann anstelle eines Verpressens auch ein Verkleben des Dicht- elements 7 mit dem Kunststoffhohlprofil 2 erfolgen. In den Figuren 10b bis 10d ist schematisch dargestellt, wie ein zweiter Kunststoffhohlformkörper 13 in das Verbindungselement 14 eingefügt, und somit der erste Kunststoffhohlformkörper 1 und der zweite Kunst- stoffhohlformkörper 13 miteinander verbunden werden. Die Verbindung des Dichtelements 7 mit dem zweiten Kunststoffhohlformkörper 13 kann über eine stoffschlüssige Ver- bindung, wie z.B. eine Verklebung, aber auch durch eine formschlüssige oder kraftschlüssige Verbindung, wie z.B. Schrauben oder Klemmen, erfolgen. In einer vorteilhaften Ausführungsform weist auch der zweite Kunststoffhohlformkörper 13 ein als Verbindungselement dienendes Dichtelement auf, welches ein komplementäres Fügelement (z.B. ein Schraubgewinde) zu dem Dichtelement 7 bzw. Verbindungselement 14 des ersten Kunst- stoffhohlformkörpers 1 aufweist, sodass durch ein einfaches Einschrauben des Verbindungselements 14 des erste Kunststoffhohlformkörper 1 in das weitere Verbindungselement des weiteren Kunststoffhohlformkörper 13 die beiden Kunststoffhohlformkörper 1 , 13 miteinander verbunden werden können. Die Figur 11 zeigt einen erfindungsgemäßen Kunststoffhohlformkörper 1 , welcher einen endseitigen Abschnitt 11 aufweist, der als Verbindungselement 12 zu einem weiteren Kunststoffhohlformkörper 13 ausgebildet worden ist. Der erste Kunststoffhohlformkörper 1 weist einen mit dem weiteren Kunststoffhohlformkörper 13 komplementären Innendurchmesser und Innenquerschnitt auf, die so aufeinander abgestimmt sind, dass der weitere Kunststoffhohlformkörper 13 in den ersten Kunststoffhohlformkörper 1 eingeschoben werden kann. Hierzu ist der Innendurchmesser und die Innengeometrie des ersten Kunststoffhohlformkörpers 1 an die Außengeometrie und den Außenumfang eines Abschnitts 51 des zweiten Kunststoffhohlformkörpers 13 angepasst. Durch das in den Figuren 11 b bis 1 1d dargestellte Einschieben des zweiten Kunststoffhohlformkörpers 13 in den ersten Kunst- stoffhohlformkörper 1 entsteht ein Formschluss zwischen dem ersten Kunststoffhohlformkörper 1 und dem zweiten Kunststoffhohlformkörper 3. Zur weiteren Lagefixierung ist ein Fixierelement 52 zwischen den beiden endseitigen Abschnitten 11 , 51 des ersten Kunststoffhohlformkörpers 1 und des zweiten Kunststoffhohlformkörpers 13 vorgesehen. Das Fixierelement 52 ist als eine Klebstoffschicht ausgebildet.
Claims
Verfahren zur Herstellung von endlosfaserverstärkten Kunststoffhohlformkörpern (1) mit einer thermoplastischen Kunststoffmatrix (4), umfassend die folgenden Schritte:
- Bereitstellung eines formstabilen, endlosfaserverstärkten Kunststoffhohlprofils
(2),
- wobei die Verstärkungsfasern
(3) des Kunststoffhohlprofils (2) zumindest teilweise von einer thermoplastischen Kunststoffmatrix (4) umgeben sind,
- eine Erwärmung des Kunststoffhohlprofils (2) bis an oder bis über die Erweichungstemperatur der thermoplastischen Kunststoffmatrix (4) des Kunststoffhohlprofils (2) und
- ein Einbringen des Kunststoffhohlprofils (2) in ein die Form des Kunststoffhohlformkörpers (1) definierendes Formwerkzeug (9) erfolgt,
- Aufbringen und/oder Aufrechterhalten eines Innendrucks vorzugsweise über
und/oder mittels mindestens eines, mindestens eine endseitige Öffnung (5, 6) des Kunststoffhohlprofils (2) verschließenden Dichtelements (7, 8), um das Kunststoffhohlprofil (2) gegen die inneren Wandungen (10) oder eine Anlagefläche (10) des geschlossenen oder sich schließenden Formwerkzeugs (9) zu drücken,
- wobei während dieses Umformvorgangs die Formgebung des Kunststoffhohlform- körpers (1) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffhohlprofil (2) in Längsrichtung eine gleichbleibende Querschnittsgeometrie und/oder einen gleichbleibende Außenumfang aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffhohlprofil (2) in Längsrichtung variierende Querschnittsgeometrien und/oder variierende Außenum- fänge aufweist.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein endseitiger Abschnitt (11 , 51) des Kunststoffhohlformkörpers (1) als Verbindungselement (12) zu einem weiteren Kunststoffhohlformkörper (13) ausgebildet wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (7, 8) während der Durchführung des Verfahrens dauerhaft mit dem Kunststoffhohlformkörpers (1) verbunden wird und als Verbindungselement (14) zu einem weiteren Kunststoffhohlformkörper (13) fungiert.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung des Kunststoffhohlprofils (2) mittels Konvektionserwärmung und/oder mittels Laserstrahlung und/oder mittels Infrarotlichtstrahlung und/oder mittels einer Induktionserwärmung und/oder mittels einer Plasmaquelle und/oder mittels Mikrowellenstrahlung erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern (3) durch Mineralfasern, insbesondere Glasfasern oder Basaltfasern, und/oder durch Carbonfasern und/oder durch Aramidfasern und/oder durch polymere Fasern und/oder durch synthetische Fasern und/oder durch Fasern von nachwachsenden Rohstoffen und/oder durch Metallfasern gebildet sind.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermoplastische Kunststoffmatrix (4) Polyamid (PA), und/oder Polypropylen (PP), und/oder Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), und/oder Polyethylen (PE), und/oder ver- netztes Polyethylen (PE-X), und/oder thermoplastische Polyurethane (TPE), und/oder Polybutylenterephthalat (PBT) und/oder Polyphenylensulfid (PES) und/oder
Polyethylenterephthalat (PET) umfasst.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der endlosfaserverstärkte Kunststoffhohlformkörper (1) als Bauteil für Crashmanagementsysteme in Kraftfahrzeugen, als Biegeträger, als tragendes Bauteil eines Kraftfahrzeug-Karosseriesystems, als Bauteil einer eine Öffnung eines Kraftfahrzeugs verschließenden Klappe (31) oder
Tür, oder allgemein als Kraftfahrzeug-Strukturbauteil oder als Flugzeug-Strukturbauteil ausgebildet ist.
10. Endlosfaserverstärkter Kunststoffhohlformkörper (1), insbesondere hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffhohlformkörper (1) als Bauteil für Crashmanagementsysteme in Kraftfahrzeugen, als tragendes Bauteil eines Kraftfahrzeug-Karosseriesystems, als Bauteil einer eine Öffnung eines Kraftfahrzeugs verschließenden Klappe (31) oder Tür, oder allgemein als Kraftfahrzeug-Strukturbauteil oder als Flugzeug-Strukturbauteil ausgebildet ist.
11. Endlosfaserverstärkter Kunststoffhohlformkörper (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein endseitiger Abschnitt (11) des Kunststoffhohlformkörpers (1) als Verbindungselement (12) zu einem weiteren Kunststoffhohlformkör- per (13) ausgebildet ist.
12. Kraftfahrzeug mit einem endlosfaserverstärkten Kunststoffhohlformkörper (1) nach einem der Ansprüche 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine elektrische Leitung (15) und/oder mindestens eine Medienleitung (16) und/oder mindestens eine Datenübertragungsleitung (17) und/oder mindestens eine Steuerleitung (18) des Kraftfahrzeuges innerhalb des Kunststoffhohlformkörpers (1) geführt ist.
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