WO2019115041A1 - Faserverstärkte fahrzeugkarosserie - Google Patents

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WO2019115041A1
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fiber
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a fiber-reinforced body component for a motor vehicle and a corresponding Ka rosseriekomponente.
  • hybrid components are increasingly used, in particular for bodywork and chassis components, in order to reduce a component weight and thus the total vehicle weight. This reduces fuel consumption and increases vehicle dynamics and vehicle efficiency.
  • a metallic base body with the aid of an additional component made of fiber composite material reinforced at least partially.
  • Such hybrid components are characterized by a lightweight structure, whose crash characteristics and rigidity can be significantly improved with an optimal design compared to purely metallic components.
  • a connection between the metallic base body and the Fa serverbundbauteil is achieved for example by gluing with separate adhesive or riveting.
  • a direct, positive splashing of the plastic is known.
  • a hybrid component in the form of a B pillar of a motor vehicle and its production method are known, for example, from DE 10 2006 058 602 A1.
  • prepregs first of all a stack with pre-impregnated fibrous materials, so-called prepregs, is produced, which is then cut to a desired geometry. Subsequently, the cut pile is preformed into a three-dimensional shape. The preformed stack can then be pressed with a metallic base body.
  • the connection between both materials is realized with the help of an adhesive.
  • Such methods thus require extensive preparation, for example by stacking processes and blanks, as well as exact preforming processes for producing the preformed reinforcing component with sufficiently low tolerances. Only in this way can a subsequent assembly and bonding with the metallic component be carried out reliably and reproducibly in the subsequently required joining step. Due to the manufacturing process usually results in a uniform component thickness for the reinforcing member, so that less loaded and more heavily loaded component areas are reinforced to the same extent. This leads, together with a resulting waste to a high cost of materials in costly fiber material.
  • An object of the invention is therefore to provide a body for a vehicle, which has the highest possible rigidity, the production of which is nevertheless to be as simple and cost-effective as possible.
  • a process sequence for the production is to be simplified and a use of expensive fiber material and cost-intensive tools must be kept as low as possible.
  • a method for producing a fiber-reinforced body component for a motor vehicle wherein the body component has at least one opening, in particular a door opening or a window opening, with at least the following steps:
  • the body component may for example be made in one piece or composed of several individual components, which are fixed, in particular rigid, interconnected.
  • the body component can alone form a body of the vehicle or together with one or more other body components.
  • the vehicle is designed as a passenger car or truck.
  • the body component is not coated, and therefore does not have any additional coating applied to a stock material of the body component.
  • the application of the reinforcing element takes place directly on egg nem formed by the uncoated body component opening frame of the opening.
  • the method may include the following additional step:
  • the body component is coated with the corrosion layer in order to avoid surface corrosion.
  • This additional step takes place either chronologically following the described application of the reinforcing element to the uncoated body component.
  • the additional step of coating the surface of the body component with a corrosion protection layer may be subsequent to the step of providing the body component and prior to applying the reinforcing member. Accordingly, the reinforcing member is applied to an opening frame formed by the coated body component of the opening. In this case, therefore, the reinforcing element is applied to the body component coated with the anti-corrosion layer. In other words, this means that the reinforcing element is deposited on the coated surface of the body component.
  • reinforcing element can be applied to the body component in this way, or the reinforcing element can consist of a plurality of sub-elements arranged side by side and / or one above the other.
  • a non-hardened state is also to be understood as meaning, but by no means concluding, a state which has been softened or a state of melted liquid, or else a state between these two states.
  • Both duroplastic and thermoplastic materials are suitable as the matrix material. This is for the step of applying the reinforcing element in the uncured, viscous state.
  • the uncured state is also referred to as a non-consolidated state. Only in one of the fol lowing steps, the described curing of the matrix and thus the reinforcing element takes place.
  • the curing of the matrix can be cured in any of the described embodiments, for example, by curing at room temperature or at an elevated temperature, in particular in an oven. In the case of a thermoplastic matrix, curing is also referred to as consolidation.
  • the fiber composite material of the reinforcing element comprises a chamfering fiber composite with reinforcing fibers embedded in a matrix, the matrix being present in the uncured, ie in the liquid or viscous state.
  • the reinforcing fibers embedded in the matrix are in this case either partially or completely surrounded by the matrix. Only in a later step, the curing of the matrix and thus the reinforcing element, as will be described in detail below.
  • the reinforcing element is applied to the opening frame.
  • the opening frame is thus a section of the bodywork nents and encloses the opening provided in the body component.
  • the opening frame may be, for example, a door frame or a window frame.
  • the step of applying the reinforcing element may comprise applying the reinforcing element only in sections or around the opening to the opening frame.
  • the reinforcing element is either only arranged locally in a section of the opening frame or is arranged circumferentially around the opening along the opening frame.
  • the reinforcing element is a reinforcing or stiffening and at the same time load-bearing layer, which can be inconspicuously and space-savingly integrated on the body component.
  • the reinforcing element in particular in the case of a circumferential arrangement, based on the operation of a "roll cage" from the motorsport area.
  • the reinforcing element forms a self-contained, circumferential structure, which represents a particularly effective reinforcement for the body component and allows a further significantly increased overall rigidity of the body component.
  • the step of applying an application of the reinforcing element on an opening facing the inside of the opening frame and / or on a comparativelyäu ßere and / or vehicle inside end face of the opening frame include.
  • the inside of the opening frame is in particular a "frame" of the opening frame to understand, so in the case of a door frame, a door frame or in the case of a window frame, a window frame.
  • this is that surface of the opening frame which faces the opening and surrounds or frames it accordingly.
  • the body component is suitable for higher loads or lower load requirements can be placed on the body component, whereby a component weight can be reduced accordingly.
  • a respective thickness of the individual components can be reduced and interpreted as needed.
  • a local thickness of the reinforcing element can be adjusted by locally more or fewer layers of the fiber composite material are applied as needed. This means that the reinforcing element along its extension may have a varying thickness due to a locally different number of layers. This allows an improved lightweight construction with increased strength and Rigidity and savings of material in the individual components such as the reinforcing element.
  • the optional step of coating a surface of the body component with the anticorrosive layer may include coating the surface with a cathodic dip (KTL).
  • KTL cathodic dip
  • the body component can be immersed in a not yet coated state in a corresponding dip. This is particularly suitable for larger body components including a designed as an entire vehicle body body component.
  • the coating step comprises at least partial or complete curing of the anti-corrosion layer which also occurs prior to the step of applying the reinforcing member.
  • the anticorrosion layer is first dried or cured only partially or completely. This can be done, for example, under the influence of heat, in particular by means of appropriate heat radiators or in a suitable oven. Only after the partial or complete curing of the anticorrosion layer is the reinforcing element applied and cured even in a later curing step. For example, the reinforcing element can be applied to the already cooled or by curing still warm body component.
  • a step of co-curing of the corrosion protective layer and the reinforcing element take place subsequent to the step of bringing on the reinforcing element, which is carried out after the coating of the surface of the body component with the anti-corrosion layer.
  • a step of co-curing of the corrosion protective layer and the reinforcing element take place subsequent to the step of bringing on the reinforcing element, which is carried out after the coating of the surface of the body component with the anti-corrosion layer.
  • the step of applying the reinforcing element described above to the respective embodiments may comprise depositing the reinforcing element directly (depending on the particular embodiment) onto the uncoated body component or the corrosion protection layer previously applied to the body component.
  • the reinforcing element is deposited either directly on the body component or directly on the anticorrosion layer of the body component and connected thereto. This can be done in any case, for example, by gluing, wherein as the adhesive ent neither the matrix contained in the fiber composite material or a separate adhesive is used.
  • the matrix is used to connect the reinforcing element to the bodywork component or the anticorrosive layer, then it also has an adhesive effect due to its uncured state, ie liquid or viscous state, and provides a reliable and durable connection after curing (depending on the particular embodiment) to the body component or the corrosion protection layer ago. If, on the other hand, the adhesive forms a bonding layer between the reinforcing element or the matrix and the body component or the anticorrosive layer, this arrangement is also to be understood as a "direct" connection of the elements to be connected in the context of this description despite the bonding layer.
  • the reinforcing fibers may be selected from a group comprising glass fibers, carbon fibers, aramid fibers, plastic fibers, metal fibers and / or natural fibers.
  • the mentioned reinforcing fibers can also be used in any combination with each other.
  • the reinforcing element and, if appropriate, the corrosion protection layer can first be cured and painted only up to a paintable state. Subsequently, the painted body component can be subjected to a (further) heat treatment in order to continue to cure together both the paint and the reinforcing element and optionally the anti-corrosion layer.
  • a curing temperature in the oven promotes hardening of the matrix and enables a higher glass transition temperature than when curing below room temperature, as a result of which even improved mechanical characteristics can be achieved.
  • the reinforcing fibers may be formed as a woven, scrim, braid, knit, unidirectional tapes, ribbons or rovings. Accordingly, each reinforcing element thereof may have one or more superimposed or stacked layers of these half-witness.
  • the step of applying the reinforcing member may include co-applying the matrix and reinforcing fibers, or separately applying the matrix and reinforcing fibers in a number of substeps.
  • the joint application of matrix and reinforcing fibers can take place, for example, in the form of pre-impregnated reinforcing fibers, in particular as so-called "prepregs".
  • a separate application can be carried out by, for example, initially applying matrix to the appropriate location in a first partial step and subsequently applying one or more layers of dry or also preimpregnated reinforcing fibers.
  • additional matrix can be applied on or between the layers of reinforcing fibers in further interposed part steps.
  • the individual layers can preferably be applied to the body component one after the other in order to produce a multilayer construction.
  • a first layer of the reinforcing element (depending on the particular embodiment) is applied either directly to the uncoated body component or otherwise directly to the surface of the body component coated with the anti-corrosion layer.
  • a second layer of the reinforcing element can be deposited on the first layer only in sections or over the entire surface. Afterwards further layers can be applied in the same way if necessary.
  • This layered construction makes it possible to vary a thickness of the reinforcing element from sections, so that the reinforcing element in case of need does not have to have a uniform thickness. Thus, in addition expensive fiber material and component weight can be saved.
  • the step of applying the reinforcing element with the "Automated Fiber Placement” (AFP) method for example, the "Fiber Patch Placement” (abbreviated FPP) method, the” Automated Tape Laying "(short: ATL) method or by means of hand lamination done.
  • AFP Automated Fiber Placement
  • FPP Fiber Patch Placement
  • ATL Automated Tape Laying
  • the reinforcing element may be arranged along a force flow path (also referred to as load path).
  • a force flow path also referred to as load path.
  • all mentioned forms of the reinforcing element or the fiber composite material but in a special way unidirectional fiber composite material, ie tapes or bands with unidirectional fiber orientation, which are arranged along a power flow path are arranged.
  • fiber orientation may be aligned in a circumferential direction of the opening, that is, circumferentially around the opening along the opening frame.
  • the step of providing the body component may comprise a fixed connection of at least two components, in particular a cohesive, non-positive and / or positive connection, preferably by means of gluing and / or welding.
  • a cohesive, non-positive and / or positive connection preferably by means of gluing and / or welding.
  • the corresponding connection can be assisted reinforced and stiffened by means of the applied reinforcing element, so that lower requirements can be made of the fixed connection.
  • the reinforcing element may each be arranged with a portion on a respective surface portion of the following components of the motor vehicle, which surround the respective opening and form the associated opening frame, and thus connect them together in various combinations: an A-pillar, a roof side frame, a B-pillar, a C-pillar, and / or a side sill.
  • the reinforcing element can be made of a single element or of several sub-elements.
  • the plurality of sub-elements can be arranged overlapping each other at least in their edge sections in order to be able to provide a required size of the entire reinforcing element.
  • nodes for example, between the B-pillar and the roof bow and / or between the B-pillar and the sill, reinforce and thus increase the rigidity of the body by a respective reinforcing element or a common, continuous for each compound Reinforcing element is provided.
  • At least one of the components of the body component may be made of a metallic material, in particular steel and / or aluminum, or of a plastic and / or a fiber-reinforced plastic.
  • body components with components are possible, all of which are uniformly manufactured from one of the stated materials, or else the components are manufactured from different materials.
  • a fiber-reinforced body component for a motor vehicle is provided with at least one opening, in particular a door opening or a window opening, wherein on a formed by the body component opening frame of the opening, a reinforcing element made of fiber composite material is applied.
  • the body component is made according to the method described.
  • the reinforcing element can be applied to an uncoated surface portion of the body component.
  • the reinforcing element may be applied to a surface coated with the anti-corrosion layer.
  • Fig. 1 a flowchart of a method according to the description
  • Fig. 2 a fiber-reinforced body component according to the description.
  • FIG. 1 shows a flowchart of a method for producing a fa reinforced body component for a motor vehicle, wherein the Ka rosseriekomponente at least one opening, in particular a Matöff opening or a window opening having.
  • the method according to the illustrated embodiment comprises the following steps:
  • Step a Providing the body component
  • Step b coating a surface of the body component with a corrosion protection layer (optional step),
  • Step c applying a fiber composite reinforcing member having reinforcing fibers embedded in a matrix, the matrix having a non-cured state, and applying the reinforcing member to an opening frame of the opening formed by the (coated) body component.
  • step b is merely optional. It may also account for the step b of the coating at this point and the reinforcing element applied to an uncoated body component who the.
  • the step of applying the reinforcing element comprises an application of the reinforcing element only in sections or around the opening to the opening frame.
  • the step of applying may include applying the reinforcing element to an inner side of the opening frame facing the opening and / or to an outer and / or vehicle-inner side end face of the opening frame.
  • the fiber composite material of the reinforcing element may comprise a fiber-plastic composite with reinforcing fibers embedded in a matrix, the reinforcing fibers being selected from a group comprising glass fibers, carbon fibers, aramid fibers, synthetic fibers, metal fibers. fibers and / or natural fibers are selected.
  • the reinforcing fibers can be in the form of woven fabric, scrim, braid, knitted fabric, unidirectional tapes, ribbons or rovings.
  • the optional step b. the coating can be done, for example, as a coating of the surface with a cathodic dip coating (KTL). According to an embodiment, not shown, this can take place before the application of the reinforcing element in time following this conditions.
  • KTL cathodic dip coating
  • step b. the coating of this also only optional, additional intermediate step b1. the at least partial or complete curing of the corrosion protection layer, which before the step c. the application of the reinforcing element takes place. If this additional step b1 not you 'rchpoint, the following application of the reinforcing element is performed in a non-cured corrosion protective layer.
  • the step c. the application of the reinforcing element comprises a direct deposition of the reinforcing element on the anti-corrosion layer.
  • the optional step b. not provided it may be in the context of step c. the deposition, however, take place directly on the uncoated body component.
  • the step c either a common application of matrix and reinforcing fibers, for example as a prepreg, or a separate application of matrix and reinforcing fibers, wherein the separate application in a number of sub-steps d, c2, ... takes place.
  • a first partial step first a matrix is applied and then the reinforcing fibers are applied to the matrix. Accordingly, further layers of matrix and / or reinforcing fibers can then be applied.
  • step c the application of the reinforcing element with the "Automated Fiber Placement” (AFP) method, the “Fiber Patch Placement” (FPP) method, the “Automated Tape Laying” (ATL) method or by means of hand lamination done.
  • the reinforcing element can be applied to the body component along a force flow path.
  • a step d. the (common) curing of reinforcing element and corrosion protection layer can be provided. If the reinforcing element has been applied to an uncured or only partially cured corrosion protection layer, joint curing is effected. On the other hand, if the reinforcing element has been applied to an already hardened corrosion protection layer, then in step d. only the reinforcing element on.
  • a paint applied to the reinforced body component and this dried or cured is optionally in a subsequent step e. a paint applied to the reinforced body component and this dried or cured.
  • FIG. 2 shows a first embodiment of a fiber-reinforced body component 10.
  • This may for example be part of a vehicle body or, as shown in FIG. 2, it may be formed as a vehicle body 10.
  • This comprises a plurality of firmly interconnected components 1 1 a ⁇ 1 1 h. Shown are as components 1 1 a-1 1 h, a front frame car 1 1 a and an A-pillar 1 1 b; and a roof bow 1 1 h, and a roof side frame 1 1 c arranged in extension to the A-pillar 1 1 b, which at its rear end into a C-acid 1 1 d.
  • the C-pillar 1 1 d is connected to a trunk frame 1 1 e.
  • the roof side frame 1 1 c is connected to an upper end of a B-pillar 1 1 g, which is attached at a lower end to a side sill 1 1 f.
  • This body component 10 has a surface which is optionally coated with a corrosion protection layer.
  • the fiber-reinforced body component 10 has a plurality of openings 14a-14f in the form of four door openings 14a-d or a plurality of window openings 14e, 14f, wherein on each of the body component 10 formed ⁇ réellesrah men 15a-15d of the respective door opening 14a-14d, a reinforcing element thirteenth (marked in gray) is applied from fiber composite material. This is applied in each case circumferentially on the respective opening frame 15a-15d.
  • the reinforcing elements 13 are arranged on an inner side of the opening frame 15a-15d facing the respective opening.
  • the respective reinforcing element 13 can be provided on an outer side of the vehicle and / or vehicle inside end face of the opening frame 15a-15d.
  • the respective reinforcing element 13 made of fiber composite material is thus arranged across components.
  • a first reinforcing element 13 is arranged on a surface of the A-pillar 11 b, the roof-side frame 11 c of the B pillar 11g, and the side skirts 11f, which form at least the inside of the opening frame, at least in sections.
  • the corresponding reinforcing element 13 is applied to the B-pillar 1 1 g, the roof side frame 1 1 c, the C pillar 11 d and the side sill 1 1 f on a surface forming the inside of the opening frame, at least in sections.
  • the respective reinforcing element 13 extends circumferentially along a complete inner side of the respective door opening 14a-14d and thus ensures a particularly advantageous reinforcement and stiffening of the entire body.
  • the fiber composite material of the respective reinforcing element 13 comprises a fiber-plastic composite with reinforcing fibers embedded in a matrix (merely applied), wherein the reinforcing fibers can be selected from a group comprising glass fibers, carbon fibers, aramid fibers, synthetic fibers, metal fibers and / or natural fibers.
  • the reinforcing fibers of the first reinforcing element 13 may be formed as unidirectional tapes, ribbons or rovings. Alternatively or additionally, however, the reinforcing fiber of the first reinforcing element 13 may also be provided as a woven, scrim, braid or knit fabric.

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Herstellen einer faserverstärkten Karosseriekomponente (10) für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, wobei die Karosseriekomponente (10) mindestens eine Öffnung (14a-14f), insbesondere eine Türöffnung (14a-14d) oder eine Fensteröffnung (14e-14f), aufweist, mit mindestens den folgenden Schritten: Bereitstellen der Karosseriekomponente (10), Aufbringen eines Verstärkungselements (13) aus Faserverbundmaterial mit in einer Matrix eingebetteten Verstärkungsfasern zum Versteifen der Karosseriekomponente (10), wobei die Matrix einen nichtausgehärteten Zustand aufweist, und das Verstärkungselement (13) auf einem von der Karosseriekomponente (10) gebildeten Öffnungsrahmen (15a-15f) der Öffnung aufgebracht wird. Des Weiteren wird eine entsprechende, faserverstärkte Karosseriekomponente (10) bereitgestellt.

Description

Faserverstärkte Fahrzeugkarosserie
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer faserverstärkten Karosseriekomponente für ein Kraftfahrzeug sowie eine entsprechende Ka rosseriekomponente.
Bei der Herstellung von Kraftfahrzeugen finden Hybridbauteile insbesondere für Karosserie- und Fahrwerkbauteile verstärkt Anwendung, um ein Bauteil- gewicht und damit das gesamte Fahrzeuggewicht zu reduzieren. Auf diese Weise lässt sich ein Kraftstoffverbrauch senken und die Fahrdynamik sowie die Fahrzeugeffizienz steigern.
Üblicherweise wird zur Herstellung ein metallischer Grundkörper mit Hilfe eines zusätzlichen Bauteils aus Faserverbundmaterial zumindest bereichsweise verstärkt. Derartige Hybridbauteile zeichnen sich durch eine leichte Struktur aus, deren Crasheigenschaften und Steifigkeit bei optimaler Auslegung gegenüber rein metallischen Bauteilen deutlich verbessert werden können. Eine Verbindung zwischen dem metallischen Grundkörper und dem Fa serverbundbauteil wird beispielsweise durch Verkleben mit separatem Klebstoff oder Vernieten erzielt. Alternativ ist ein direktes, formschlüssiges Verspritzen des Kunststoffs bekannt. Ein Hybridbauteil in Form einer B-Säule eines Kraftfahrzeugs und dessen Herstellungsverfahren sind beispielsweise aus der DE 10 2006 058 602 A1 bekannt. Hierbei wird zunächst ein Stapel mit vorimprägnierten Faserstoffen, sogenannten Prepregs, erstellt, welcher anschließend entsprechend einer gewünschten Geometrie zugeschnitten wird. Nachfolgend wird der zuge- schnittene Stapel zu einer dreidimensionalen Form vorgeformt. Der vorgeformte Stapel kann anschließend mit einem metallischen Grundkörper ver- presst werden. Die Verbindung zwischen beiden Werkstoffen wird mit Hilfe eines Klebstoffs realisiert.
Derartige Verfahren erfordern also eine umfassende Vorbereitung, beispielsweise durch Stapelprozesse und Zuschnitte sowie exakte Vorformpro zesse zur Herstellung des vorgeformten Verstärkungsbauteils mit ausreichend geringen Toleranzen. Nur so kann in dem anschließend erforderlichen Fügeschritt ein späteres Zusammenfügen und Verkleben mit dem metallischen Bauteil zuverlässig und reproduzierbar durchgeführt werden. Aufgrund des Herstellungsprozesses ergibt sich üblicherweise eine einheitliche Bauteildicke für das Verstärkungsbauteil, so dass weniger belastete und stärker belastete Bauteilbereiche in gleichem Maße verstärkt werden. Dies führt zusammen mit einem anfallenden Verschnitt zu einem hohen Materialaufwand an kostenintensivem Fasermaterial.
Ein weiteres Verfahren zum Herstellen einer faserverstärkten Bauteilgruppe ist in der bisher unveröffentlichten Patentanmeldung DE 102017219980.6 der Anmelderin beschrieben.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Karosserie für ein Fahrzeug bereitzustellen, welche eine möglichst hohe Steifigkeit aufweist, wobei deren Herstellung dennoch möglichst einfach und kostengünstig erfolgen soll. Insbesondere soll ein Verfahrensablauf zur Herstellung vereinfacht und ein Einsatz an teurem Fasermaterial und kostenintensivem Werkzeug möglichst gering gehalten werden. Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einer Karosseriekomponente mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den jeweils abhängigen Patentansprüchen.
Demnach wird ein Verfahren zum Herstellen einer faserverstärkten Karosseriekomponente für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, wobei die Karosseriekomponente mindestens eine Öffnung, insbesondere eine Türöffnung oder eine Fensteröffnung, aufweist, mit mindestens den folgenden Schritten:
a. Bereitstellen der Karosseriekomponente,
b. Aufbringen eines Verstärkungselements aus Faserverbundmaterial mit in einer Matrix eingebetteten Verstärkungsfasern zum Versteifen der Karosseriekomponente, wobei die Matrix einen nicht-ausgehärteten Zustand aufweist, und das Verstärkungs- element auf einem von der Karosseriekomponente gebildeten Öffnungsrahmen der Öffnung aufgebracht wird.
Die Karosseriekomponente kann beispielsweise einstückig hergestellt oder aus mehreren einzelnen Bauteilen zusammensetzt sein, welche fest, insbesondere starr, miteinander verbunden sind. Selbstverständlich kann die Ka- rosseriekomponente allein eine Karosserie des Fahrzeuges bilden oder ge- meinsam mit einem oder mehreren weiteren Karosseriekomponenten. Zum Beispiel ist das Fahrzeug als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen aus- gebildet.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Karosseriekomponente nicht beschichtet, und weißt dementsprechend keine zusätzliche auf ein Struktrumaterial der Karosseriekomponente aufgebrachte Beschichtung auf. Demenspre- chend erfolgt das Aufbringen des Verstärkungselements unmittelbar auf ei nem von der unbeschichteten Karosseriekomponente gebildeten Öffnungs rahmen der Öffnung. Des Weiteren kann das Verfahren den folgenden zusätzlichen Schritt umfassen:
- Beschichten einer Oberfläche der Karosseriekomponente mit einer Korrosionsschutzschicht.
Hierbei wird die Karosseriekomponente mit der Korrosionsschicht beschich- tet, um eine Oberflächenkorrosion zu vermeiden.
Dieser zusätzliche Schritt erfolgt entweder zeitlich nachfolgend zu dem be- schriebenen Aufbringen des Verstärkungselements auf die unbeschichtete Karosseriekomponente.
Alternativ kann gemäß einer anderen Ausführungsform der zusätzliche Schritt des Beschichtens der Oberfläche der Karosseriekomponente mit einer Korrosionsschutzschicht nachfolgend zu dem Schritt des Bereitstellens der Karosseriekomponente und vor dem Aufbringen des Verstärkungselements erfolgen. Dementsprechend wird das Verstärkungselement auf einem von der beschichteten Karosseriekomponente gebildeten Öffnungsrahmen der Öffnung aufgebracht. Es wird also in diesem Fall das Verstärkungselement auf die mit der Korrosionsschutzschicht beschichtete Karosseriekomponente aufgebracht. Dies bedeutet mit anderen Worten beschrieben, dass das Ver- stärkungselement auf die beschichtete Oberfläche der Karosseriekomponen te abgelegt wird.
In jedem Fall gilt selbstverständlich, dass mehr als nur ein Verstärkungsele ment auf diese Weise auf die Karosseriekomponente aufgebracht werden oder das Verstärkungselement aus mehreren nebeneinander und/oder über einander angeordneten Teilelementen bestehen kann.
Das Aufbringen des Verstärkungselements erfolgt in jeder der beschriebenen Ausführungsformen in einem nicht-ausgehärteten, also einem flüssigen oder zähflüssigen Zustand der Matrix. Hierbei kann die Matrix entweder noch nicht-ausgehärtet sein oder ausgehend von einem ausgehärteten Zustand beziehungsweise einem teilweise ausgehärteten Zustand zurück in den nicht-ausgehärteten Zustand gebracht worden sein. Als nicht-ausgehärteter Zustand ist also im Rahmen dieser Beschreibung außerdem auch - jedoch keinesfalls abschließend - ein wieder erweichter Zustand oder ein schmelze- flüssiger Zustand, oder aber ein Zustand zwischen diesen beiden Zuständen zu verstehen.
Als Matrix-Material eignen sich sowohl duroplastische als auch thermoplasti- sche Werkstoffe. Dieses befindet sich für den Schritt des Aufbringens des Verstärkungselements in dem nicht-ausgehärteten, zähflüssigen Zustand. Im Falle einer thermoplastischen Matrix wird der nicht-ausgehärtete Zustand auch als nicht-konsolidierter Zustand bezeichnet. Erst in einem der nachfol genden Schritte erfolgt die beschriebene Aushärtung der Matrix und damit des Verstärkungselements. Die Aushärtung der Matrix kann in jeder der beschriebenen Ausführungsformen zum Beispiel durch Aushärten bei Raumtemperatur oder bei einer erhöhten Temperatur, insbesondere in einem Ofen, ausgehärtet werden. Im Falle einer thermoplastischen Matrix wird das Aushärten auch als Konsolidieren bezeichnet.
Jedenfalls umfasst das Faserverbundmaterial des Verstärkungselements einen Fase r- Ku nststoff- Verbu nd mit in einer Matrix eingebetteten Verstärkungsfasern, wobei die Matrix in dem nicht-ausgehärteten, also in dem flüssigen oder zähflüssigen Zustand vorliegt. Die in der Matrix eingebetteten Verstärkungsfasern sind hierbei entweder teilweise oder vollständig mit der Matrix umgeben. Erst in einem späteren Schritt erfolgt das Aushärten der Matrix und damit des Verstärkungselements, wie nachfolgend noch im Detail beschrieben wird.
In jedem Fall wird das Verstärkungselement auf dem Öffnungsrahmen aufgebracht. Der Öffnungsrahmen ist somit ein Abschnitt der Karosseriekompo- nente und umschließt die in der Karosseriekomponente vorgesehene Öff- nung. Der Öffnungsrahmen kann beispielsweise ein Türrahmen oder ein Fensterrahmen sein.
Zum Beispiel kann der Schritt des Aufbringens des Verstärkungselements ein lediglich abschnittsweises oder ein um die Öffnung umlaufendes Aufbrin- gen des Verstärkungselements auf den Öffnungsrahmen umfassen. Dementsprechend ist das Verstärkungselement entweder lediglich lokal in einem Abschnitt des Öffnungsrahmens angeordnet oder ist entlang des Öffnungsrahmens umlaufend um die Öffnung angeordnet. In jedem Fall stellt das Ver- stärkungselement eine verstärkende beziehungsweise versteifende und zugleich lasttragende Schicht dar, welche sich unauffällig und platzsparend an der Karosseriekomponente integrieren lässt. Von der Wirkungsweise ist das Verstärkungselement, insbesondere im Falle einer umlaufenden Anordnung, an die Wirkungsweise eines„Überrollkäfigs“ aus dem Motorsportbereich angelehnt.
Im Falle einer umlaufenden Anordnung bildet das Verstärkungselement eine in sich geschlossene, umlaufende Struktur, die eine besonders wirkungsvolle Verstärkung für die Karosseriekomponente darstellt und eine nochmals deutlich gesteigerte Gesamtsteifigkeit der Karosseriekomponente ermöglicht.
Zum Beispiel kann der Schritt des Aufbringens ein Aufbringen des Verstärkungselements auf eine der Öffnung zugewandte Innenseite des Öffnungs rahmens und/oder auf eine fahrzeugäu ßere und/oder fahrzeuginnenseitige Stirnfläche des Öffnungsrahmens umfassen. Als Innenseite des Öffnungsrahmens ist insbesondere eine„Zarge“ des Öffnungsrahmens zu verstehen, also im Falle eines Türrahmens eine Tür-Zarge beziehungsweise im Falle eines Fensterrahmens eine Fenster-Zarge. In jedem Fall handelt es sich hierbei um diejenige Oberfläche des Öffnungsrahmens, welche der Öffnung zugewandt ist und diese entsprechend umrandet beziehungsweise umrahmt. Die genannten Stirnflächen, also die fahrzeugaußenseitige und die fahrzeuginnenseitige Stirnfläche, werden entsprechend durch die zu den entspre chenden Seiten an die Innenseite anschließenden Stirnflächen gebildet. Auf- grund geometrischer Ausgestaltungen, können sowohl die Innenseite als auch die Stirnseiten mehrstufig ausgeführt sein.
Gegenüber herkömmlichen lokalen Verstärkungen einzelner Bauteile, die lediglich lokal bauteilverstärkend wirken und dementsprechend auf das jewei- lige, einzelne Bauteil beschränkt sind, kann auf diese Weise zusätzlich zu der lokalen Verstärkung außerdem eine Versteifung der gesamten Karosseriekomponente bewirkt werden. Entsprechend eignet sich die Karosserie komponente entsprechend für höhere Belastungen oder es können geringere Lastanforderungen an die Karosseriekomponente gestellt werden, wodurch ein Bauteilgewicht entsprechend reduziert werden kann.
Bei dem beschriebenen Verfahren erfolgt also ein Urformen beziehungswei- se Umformen des Verstärkungselements (also die Herstellung und Formgebung des Verstärkungselements) erst durch das Aufbringen· auf die Karosse riekomponente. Ein vorgelagerter Fertigungsprozess zum Vorformen kann demnach entfallen. Entsprechend kann auf teure Vorformwerkzeuge verzich- tet und ein Fügeprozess deutlich vereinfacht werden.
Aufgrund der lokalen Verstärkung und Versteifung der Karosseriekomponen- te kann im Gegenzug eine jeweilige Dicke der einzelnen Bauteile reduziert und bedarfsgerecht ausgelegt werden. Außerdem kann optional beim Auf bringen des Verstärkungselements eine lokale Dicke des Verstärkungselements angepasst werden, indem je nach Bedarf lokal mehr oder weniger Lagen des Faserverbundmaterials aufgebracht werden. Dies bedeutet, dass das Verstärkungselement entlang seiner Erstreckung eine variierende Dicke aufgrund einer lokal unterschiedlichen Lagenanzahl aufweisen kann. Dies ermöglicht einen verbesserten Leichtbau mit einer erhöhten Festigkeit und Steifigkeit sowie Einsparungen von Material bei den einzelnen Bauteilen so wie dem Verstärkungselement.
Zum Beispiel kann der optionale Schritt des Beschichtens einer Oberfläche der Karosseriekomponente mit der Korrosionsschutzschicht ein Beschichten der Oberfläche mit einer Kathodischen Tauchlackierung (KTL) umfassen. Hierbei kann die Karosseriekomponente in einem noch nicht beschichteten Zustand in ein entsprechendes Tauchbad getaucht werden. Dies eignet sich insbesondere für größere Karosseriekomponenten einschließlich einer als ganze Fahrzeugkarosserie ausgeführte Karosseriekomponente.
Wird der Schritt des Beschichtens vor dem Aufbringen des Verstärkungsele- ments durchgeführt, so ist es möglich, dass der Schritt des Beschichtens ein zumindest teilweises oder vollständiges Aushärten der Korrosionsschutz- schicht umfasst, welcher ebenfalls vor dem Schritt des Aufbringens des Verstärkungselements erfolgt. Dies bedeutet, dass die Korrosionsschutzschicht nach dem Schritt des Beschichtens zunächst lediglich teilweise oder vollständig getrocknet beziehungsweise ausgehärtet wird. Dies kann beispielsweise unter Hitzeeinwirkung erfolgen, insbesondere mittels entsprechender Wärmestrahler oder in einem geeigneten Ofen. Erst nach dem teilweisen oder vollständigen Aushärten der Korrosionsschutzschicht wird das Verstär kungselement aufgebracht und selbst in einem späteren Aushärtungsschritt ausgehärtet. Beispielsweise kann das Verstärkungselement auf die bereits abgekühlte oder durch das Aushärten noch warme Karosseriekomponente aufgebracht werden.
Alternativ hierzu oder zusätzlich kann nachfolgend zu dem Schritt des Auf bringens des Verstärkungselements, welcher nach dem Beschichten der Oberfläche der Karosseriekomponente mit der Korrosionsschutzschicht durchgeführt wird, ein Schritt des gemeinsamen Aushärtens der Korrosions schutzschicht und des Verstärkungselements erfolgen. Dies bedeutet, dass die Korrosionsschicht während des Aufbringens des Verstärkungselements noch nicht oder noch nicht vollständig ausgehärtet ist. In diesen Fällen kann die noch nicht (teilweise) oder noch nicht vollständig ausgehärtete Korrosionsschutzschicht gemeinsam mit dem aufgebrachten, ebenfalls noch nicht ausgehärteten Verstärkungselement ausgehärtet werden.
Vorzugsweise kann der voranstehend zu den jeweiligen Ausführungsformen beschriebene Schritt des Aufbringens des Verstärkungselements ein direktes Ablegen des Verstärkungselements (abhängig von der jeweiligen Ausführungsform) auf die unbeschichtete Karosseriekomponente oder die zuvor auf die Karosseriekomponente aufgebrachte Korrosionsschutzschicht umfassen. Dies bedeutet, dass das Verstärkungselement entweder unmittelbar auf der Karosseriekomponente oder unmittelbar auf der Korrosionsschutzschicht der Karosseriekomponente abgelegt und mit dieser verbunden wird. Dies kann in jedem Fall beispielsweise durch Verkleben erfolgen, wobei als Klebstoff ent weder die in dem Faserverbundmaterial enthaltene Matrix oder ein separater Klebstoff eingesetzt wird.
Wird die Matrix zur Verbindung des Verstärkungselements mit der Karosse riekomponente beziehungsweise der Korrosionsschutzschicht eingesetzt, so wirkt diese aufgrund ihres nicht-ausgehärteten, also flüssigen oder zähflüssi gen Zustands ebenfalls anhaftend und stellt nach einer Aushärtung (abhängig von der jeweiligen Ausführungsform) eine zuverlässige und haltbare Verbindung zu der Karosseriekomponente beziehungsweise der Korrosionsschutzschicht her. Bildet dagegen der Klebstoff eine Verbindungsschicht zwischen dem Verstärkungselement beziehungsweise der Matrix und der Karosseriekomponente beziehungsweise der Korrosionsschutzschicht, so ist auch diese Anordnung im Rahmen dieser Beschreibung trotz der Verbin dungsschicht als„direkte“ Verbindung der zu verbindenden Elemente zu verstehen.
In jedem Fall wird auf diese Weise eine vorgelagerte Herstellung einer Vor form vermieden, welche ansonsten in zusätzlichen Prozessschritten vorberei- tet und anschließend mit der Karosseriekomponente verbunden werden müsste. Zusätzlich kann mit Hilfe des direkten Ablegens ein Materialeinsatz minimiert werden, indem nur dort ein Verstärkungselement aufgebracht wird, wo es erforderlich ist und somit eine Größe entsprechend ohne Verschnitt angepasst werden.
Beispielsweise können die Verstärkungsfasern aus einer Gruppe umfassend Glasfasern, Kohlefasern, Aramidfasern, Kunststofffasern, Metallfasern und/oder Naturfasern ausgewählt sein. Selbstverständlich können die ge- nannten Verstärkungsfasern auch in beliebigen Kombinationen miteinander verwendet werden.
Soll die Karosseriekomponente einer zusätzlichen Lackierung unterzogen werden, so kann das Verstärkungselement und gegebenenfalls die Korrosi- onsschutzschicht zunächst lediglich bis zu einem lackierbaren Zustand ausgehärtet und lackiert werden. Anschließend kann die lackierte Karosserie komponente einer (weiteren) Wärmebehandlung unterzogen werden, um sowohl den Lack als auch das Verstärkungselement sowie gegebenenfalls die Korrosionsschutzschicht gemeinsam weiter auszuhärten.
Bei der Aushärtung in einem Ofen kann eine vollständige Aushärtung des Verstärkungselements beziehungsweise der Matrix stattfinden. Hierbei begünstigt eine Aushärtetemperatur im Ofen die Aushärtung der Matrix und ermöglicht eine höhere Glasübergangstemperatur als bei einer Aushärtung unter Raumtemperatur, wodurch nochmals verbesserte mechanische Kennwerte erzielbar sind.
Des Weiteren können die Verstärkungsfasern als Gewebe, Gelege, Geflecht, Gestrick, unidirektionale Tapes, Bänder oder Rovings ausgebildet sein. Ent- sprechend kann jedes Verstärkungselement hiervon eine oder mehrere übereinander angeordnete beziehungsweise gestapelte Lagen dieser Halb zeuge aufweisen. Der Schritt des Aufbringens des Verstärkungselements kann ein gemeinsa mes Aufbringen von Matrix und Verstärkungsfasern, oder ein separates Aufbringen von Matrix und Verstärkungsfasern in einer Anzahl von Teilschritten umfassen. Das gemeinsame Aufbringen von Matrix und Verstärkungsfasern kann beispielsweise in Form von vorimprägnierten Verstärku ngsf ase rn , insbesondere als sogenannte„Prepregs“, erfolgen. Alternativ kann ein separater Auftrag erfolgen, indem beispielsweise in einem ersten Teilschritt zunächst Matrix auf die entsprechende Stelle aufgebracht wird und anschließend eine oder mehrere Lagen von trockenen oder ebenfalls vorimprägnierten Verstärkungsfasern. Je nach Bedarf können in weiteren zwischengeordneten Teil schritten weitere Matrix auf beziehungsweise zwischen die Lagen der Verstärkungsfasern aufgebracht werden.
In beiden Fällen können zur Erzeugung eines mehrlagigen Aufbaus vorzugsweise die einzelnen Lagen nacheinander auf die Karosseriekomponente aufgebracht werden. Also wird in einem ersten Schritt eine erste Lage des Verstärkungselements (abhängig von der jeweiligen Ausführungsform) unmittelbar entweder auf die unbeschichtete Karosseriekomponente oder andernfalls unmittelbar auf die mit der Korrosionsschutzschicht beschichtete Oberfläche der Karosseriekomponente aufgebracht. In einem späteren Schritt kann auf die erste Lage lediglich abschnittsweise oder vollflächig eine zweite Lage des Verstärkungselements abgelegt werden. Im Anschluss können bei Bedarf weitere Lagen in gleicher Weise aufgetragen werden. Dieser lagenweise Aufbau ermöglicht es, eine Dicke des Verstärkungselements ab schnittsweise zu variieren, so dass das Verstärkungselement im Bedarfsfall keine einheitliche Dicke aufweisen muss. So kann zusätzlich teures Fasermaterial und Bauteilgewicht eingespart werden.
Zum Beispiel kann der Schritt des Aufbringens des Verstärkungselements mit dem „Automated Fiber Placement“ (kurz: AFP) Verfahren, dem „Fiber Patch Placement“ (kurz: FPP) Verfahren, dem „Automated Tape Laying“ (kurz: ATL) Verfahren oder mittels Handlaminierens erfolgen.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Verstärku ngselement entlang eines Kraftflusspfades (auch als Lastpfad bezeichnet) angeordnet sein. Hierzu eignen sich grundsätzlich alle genannten Formen des Verstärkungselements beziehungsweise des Faserverbundmaterials, in besonderer Weise jedoch unidirektionales Faserverbundmaterial, also Tapes beziehungsweise Bänder mit unidirektionaler Faserausrichtung, die entlang eines Kraftflusspfades erstreckt angeordnet werden. Zum Beispiel kann eine Faserausrichtung in einer Umfangsrichtung der Öffnung, also umlaufend um die Öffnung entlang des Öffnungsrahmens, ausgerichtet sein.
Außerdem kann der Schritt des Bereitstellens der Karosseriekomponente ein festes Verbinden mindestens zweier Bauteile umfassen, insbesondere ein stoffschlüssiges, kraftschlüssiges und/oder formschlüssiges Verbinden, vor zugsweise mittels Kleben und/oder Schweißen. Somit kann die entsprechende Verbindung mit Hilfe des aufgebrachten Verstärkungselements unterstützend verstärkt und versteift werden, so dass geringere Anforderungen an die feste Verbindung gestellt werden können.
Zum Beispiel kann das Verstärkungselement mit jeweils einem Abschnitt auf einem jeweiligen Oberflächenabschnitt der folgenden Bauteile des Kraftfahr zeugs angeordnet sein, welche die jeweilige Öffnung umgeben und den zugehörigen Öffnungsrahmen bilden, und diese somit in verschiedenen Kombinationen miteinander verbinden: eine A-Säule, einen Dachseitenrahmen, eine B-Säule, eine C-Säule, und/oder einen Seitenschweller.
Auf diese Weise ist es möglich im Bedarfsfall eine Verstärkung beispielswei- se einer Türöffnung einer Fahrzeugkarosserie bereitzustellen, indem das Verstärkungselement auf einer jeweiligen Oberfläche der A-Säule, des Dachseitenrahmens, der B-Säule und des Seitenschwellers aufgebracht wird. Zur Verstärkung einer Türöffnung einer Fond-Türöffnung ist das entsprechende Verstärkungselement beispielsweise auf den jeweiligen Oberflä- chen der B-Säule, des Dachseitenrahmens, der C-Säule und des Seiten- schwellers aufgebracht. Selbstverständlich können auch andere Öffnungen, wie beispielsweise Fensteröffnungen oder andere Türöffnungen auf diese Weise verstärkt werden.
Hierbei, aber auch grundsätzlich für alle Ausführungsformen, kann beispiels- weise das Verstärkungselement aus einem einzelnen Element oder aus mehreren Teilelementen ausgeführt sein. Beispielsweise können die mehreren Teilelemente zumindest in ihren Randabschnitten miteinander überlappend angeordnet werden, um eine erforderliche Größe des gesamten Ver- stärkungselements bereitstellen zu können.
Ebenso lassen sich Knotenpunkte, beispielsweise zwischen der B-Säule und dem Dachspriegel und/oder zwischen der B-Säule und dem Schweller, verstärken und somit eine Steifigkeit der Karosserie erhöhen, indem für jede Verbindung jeweils ein Verstärkungselement oder für beide Verbindungen ein gemeinsames, durchgängiges Verstärkungselement vorgesehen wird.
Außerdem kann zumindest eines der Bauteile der Karosseriekomponente aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere Stahl und/oder Aluminium, oder aus einem Kunststoff und/oder einem faserverstärkten Kunststoff gefertigt sein. Entsprechend sind also Karosseriekomponenten mit Bauteilen mög- lich, die alle einheitlich aus einem der genannten Materialien gefertigt sind, oder aber die Bauteile aus unterschiedlichen Werkstoffen fertigt sind.
Des Weiteren wird eine faserverstärkte Karosseriekomponente für ein Kraft fahrzeug bereitgestellt, mit mindestens einer Öffnung, insbesondere einer Türöffnung oder einer Fensteröffnung, wobei auf einem von der Karosseriekomponente gebildeten Öffnungsrahmen der Öffnung ein Verstärkungselement aus Faserverbund material aufgebracht ist. Vorzugsweise ist die Karosseriekomponente gemäß dem beschriebenen Verfahren hergestellt.
Hierbei kann das Verstärkungselement auf einem unbeschichteten Oberflä- chenabschnitt der Karosseriekomponente aufgebracht sein. Alternativ kann das Verstärkungselement auf einer mit der Korrosionsschutzschicht beschichteten Oberfläche aufgebracht sein.
Mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens beziehungsweise der beschriebenen Karosseriekomponente kann eine deutliche Steifigkeitserhöhung erzielt wer den. Dies ermöglicht entweder eine Erhöhung der Gesamtsteifigkeit der Karosseriekomponente oder einer Fahrzeugkarosserie im Hinblick auf besondere Anforderungen. So kann mit dem beschriebenen Verfahren eine Art„Über rollkäfig“ unauffällig und insbesondere platzsparend vorgesehen werden, so- dass auch eine Art„Überrollkäfig“ im Sinne einer„Sicherheitszelle“ realisiert werden kann. Dies eignet sich nicht nur für Motorsportanwendungen sondern beispielsweise auch für Fahrzeugderivate, die eine Steif igkeitsanpassu ng erfordern. Auf aufwendige und platzraubende Konstruktionen im Fahrzeuginnenraum kann entsprechend verzichtet werden. Ebenso kann die verbesser- te Steifigkeit aber auch zur Einsparung von Material der Karosseriekomponente und damit zu einem verbesserten Leichtbau genutzt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 : ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß der Beschreibung, und
Fig. 2: eine faserverstärkte Karosseriekomponente gemäß der Beschreibung.
Fig. 1 zeigt ein Flussdiagramm zu einem Verfahren zum Herstellen einer fa serverstärkten Karosseriekomponente für ein Kraftfahrzeug, wobei die Ka- rosseriekomponente mindestens eine Öffnung, insbesondere eine Türöff nung oder eine Fensteröffnung, aufweist. Das Verfahren umfasst gemäß der dargestellten Ausführungsform die folgenden Schritte:
Schritt a.: Bereitstellen der Karosseriekomponente,
Schritt b.: Beschichten einer Oberfläche der Karosseriekomponente mit einer Korrosionsschutzschicht (optionaler Schritt),
Schritt c.: Aufbringen eines Verstärkungselements aus Faserverbundmaterial mit in einer Matrix eingebetteten Verstärku ngsfasern , wobei die Matrix einen nicht-ausgehärteten Zustand aufweist, und das Verstärkungselement auf einem von der (beschichteten) Karosseriekomponente gebildeten Öffnungsrahmen der Öffnung aufgebracht wird.
Hierbei ist der Schritt b lediglich optional zu verstehen. Es kann ebenso der Schritt b des Beschichtens an dieser Stelle entfallen und das Verstärkungselement auf eine unbeschichtete Karosseriekomponente aufgebracht wer den.
In jedem Fall ist es möglich, dass der Schritt des Aufbringens des Verstärkungselements ein lediglich abschnittsweises oder ein um die Öffnung um- laufendes Aufbringen des Verstärkungseiements auf den Öffnungsrahmen umfasst.
Außerdem kann der Schritt des Aufbringens ein Aufbringen des Verstärkungselements auf eine der Öffnung zugewandte Innenseite des Öffnungs- rahmens und/oder auf eine fahrzeugäußere und/oder fahrzeuginnenseitige Stirnfläche des Öffnungsrahmens umfassen.
Vorzugsweise kann das Faserverbundmaterial des Verstärkungselements einen Faser-Kunststoff-Verbund mit in einer Matrix eingebetteten Verstärkungsfasern umfassen, wobei die Verstärkungsfasern aus einer Gruppe um fassend Glasfasern, Kohlefasern, Aramidfasern, Kunststofffasern, Metallfa- sern und/oder Naturfasern ausgewählt sind. Die Verstärkungsfasern können hierzu als Gewebe, Gelege, Geflecht, Gestrick, unidirektionale Tapes, Bän- der oder Rovings ausgebildet sein.
Der optionale Schritt b. des Beschichtens kann beispielsweise als Beschichten der Oberfläche mit einer Kathodischen Tauchlackierung (KTL) erfolgen. Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsform kann dieser statt vor dem Aufbringen des Verstärkungselements zeitlich nachfolgend zu diesem erfol gen.
Des Weiteren kann der optionale Schritt b. des Beschichtens einen hierzu ebenfalls lediglich optionalen, zusätzlichen Zwischenschritt b1 . des zumindest teilweisen oder vollständigen Aushärtens der Korrosionsschutzschicht umfassen, welcher vor dem Schritt c. des Aufbringens des Verstärkungsele- ments erfolgt. Wird dieser Zusatzschritt b1 nicht du'rchgeführt, erfolgt das folgende Aufbringen des Verstärkungselements auf eine nicht ausgehärtete Korrosionsschutzschicht.
Vorzugsweise kann der Schritt c. des Aufbringens des Verstärkungselements ein direktes Ablegen des Verstärkungselements auf die Korrosionsschutzschicht umfassen. Ist der optionale Schritt b. nicht vorgesehen, so kann im Rahmen des Schritts c. das Ablegen dagegen unmittelbar auf die unbe schichtete Karosseriekomponente erfolgen.
Jedenfalls kann zum Beispiel der Schritt c. entweder ein gemeinsames Aufbringen von Matrix und Verstärkungsfasern, zum Beispiel als Prepreg, oder ein separates Aufbringen von Matrix und Verstärkungsfasern umfassen, wobei das separate Aufbringen in einer Anzahl von Teilschritten d , c2,... erfolgt. Beispielsweise kann in einem ersten Teilschritt zunächst eine Matrix aufgebracht und anschließend die Verstärkungsfasern auf die Matrix aufge- bracht werden. Entsprechend können anschließend weitere Lagen Matrix und/oder Verstärkungsfasern aufgebracht werden. Selbstverständlich können auch beim gemeinsamen Aufbringen von Matrix und Verstärkungsfasern mehrere Lagen in aufeinanderfolgenden Teilschritten d , c2, ... aufgebracht werden.
Zum Beispiel kann der Schritt c. des Aufbringens des Verstärkungselements mit dem„Automated Fiber Placement“ (AFP) Verfahren, dem„Fiber Patch Placement“ (FPP) Verfahren, dem„Automated Tape Laying“ (ATL) Verfahren oder mittels Handlaminierens erfolgen. Vorzugsweise kann das Verstärkungselement entlang eines Kraftflusspfades auf die Karosseriekomponente aufgebracht werden.
Ebenfalls optional kann gemäß der dargesteiiten Ausführungsform im An schluss an den Schritt c. ein Schritt d. des (gemeinsamen) Aushärtens von Verstärkungselement und Korrosionsschutzschicht vorgesehen sein. Wurde das Verstärkungselement auf eine nicht oder nur teilweise ausgehärtete Korrosionsschutzschicht aufgebracht, so wird ein gemeinsames Aushärten bewirkt. Wurde das Verstärkungselement dagegen auf eine bereits ausgehärtete Korrosionsschutzschicht aufgebracht, so härtet im Schritt d. lediglich das Verstärkungselement weiter aus.
Des Weiteren kann optional in einem nachfolgenden Schritt e. ein Lack auf die verstärkte Karosseriekomponente aufgebracht und dieser getrocknet beziehungsweise ausgehärtet werden.
Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform einer faserverstärkten Karosseriekomponente 10. Diese kann beispielsweise Teil einer Fahrzeugkarosserie oder aber, wie in Fig.2 dargestellt, als Fahrzeugkarosserie 10 ausgebildet sein. Diese umfasst mehrere fest miteinander verbundene Bauteile 1 1 a~1 1 h. Dargestellt sind als Bauteile 1 1 a-1 1 h ein Vorderrahmenwagen 1 1 a und eine A-Säule 1 1 b; sowie ein Dachspriegel 1 1 h, und ein in Verlängerung zur A- Säule 1 1 b angeordneter Dachseitenrahmen 1 1 c, der an seinem hinteren En- de in eine C-Säu!e 1 1 d übergeht. Die C-Säule 1 1 d ist mit einem Kofferraum rahmen 1 1 e verbunden. Zusätzlich ist der Dachseitenrahmen 1 1 c mit einem oberen Ende einer B-Säule 1 1 g verbunden, welche an einem unteren Ende an einem Seitenschweller 1 1 f befestigt ist.
Diese Karosseriekomponente 10 weist eine Oberfläche auf, die optional mit einer Korrosionsschutzschicht beschichtet ist. Zudem weist die faserverstärkte Karosseriekomponente 10 mehrere Öffnungen 14a-14f in Form von vier Türöffnungen 14a-d oder mehreren Fensteröffnungen 14e,14f auf, wobei jeweils auf einem von der Karosseriekomponente 10 gebildeten Öffnungsrah men 15a-15d der jeweiligen Türöffnung 14a-14d ein Verstärkungselement 13 (grau markiert) aus Faserverbundmaterial aufgebracht ist. Dieses ist jeweils umlaufend auf dem jeweiligen Öffnungsrahmen 15a-15d aufgebracht. Insbesondere sind die Verstärkungselemente 13 auf einer der jeweiligen Öffnung zugewandten Innenseite des Öffnungsrahmens 15a-15d angeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann das jeweilige Verstärkungselement 13 auf einer fahrzeugäußeren und/oder fahrzeuginnenseitigen Stirnfläche des Öffnungs rahmens 15a-15d vorgesehen werden.
Das jeweilige Verstärkungselement 13 aus Faserverbundmaterial ist somit bauteilübergreifend angeordnet. So ist ein erstes Verstärkungselement 13 auf einer jeweils die Innenseite des Öffnungsrahmens zumindest abschnitts- weise bildenden Oberfläche der A-Säule 1 1 b, des Dachseitenrahmens 1 1 c der B-Säule 1 1 g und des Seitenschwellers 1 1 f angeordnet. Für die Fond- Türöffnung ist das entsprechende Verstärkungseiement 13 auf einer jeweils die Innenseite des Öffnungsrahmens zumindest abschnittsweise bildenden Oberfläche auf der B-Säule 1 1 g, des Dachseitenrahmens 1 1 c, der C-Säule 11 d und des Seitenschwellers 1 1 f aufgebracht.
Somit erstreckt sich das jeweilige Verstärkungselement 13 umlaufend entlang einer vollständigen Innenseite der jeweiligen Türöffnung 14a-14d und sorgt somit für eine besonders vorteilhafte Verstärkung und Versteifung der ganzen Karosserie.
Das Faserverbundmaterial des jeweiligen Verstärkungselements 13 umfasst einen Faser-Kunststoff-Verbund mit in einer Matrix eingebetteten Verstär- kungsfasern (lediglich angedeütet), wobei die Verstärkungsfasern aus einer Gruppe umfassend Glasfasern, Kohlefasern, Aramidfasern, Kunststofffasern, Metallfasern und/oder Naturfasern ausgewählt sein können. Zum Beispiel können die Verstärkungsfasern des ersten Verstärkungselements 13 als un- idirektionale Tapes, Bänder oder Rovings ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich können die Verstärkungsfaser des ersten Verstärkungselements 13 aber auch als Gewebe, Gelege, Geflecht oder Gestrick vorgesehen wer den.

Claims

Patentansprüche:
1 . Verfahren zum Herstellen einer faserverstärkten Karosseriekompo nente (10) für ein Kraftfahrzeug, wobei die Karosseriekomponente (10) mindestens eine Öffnung (14a-14f), insbesondere eine Türöffnung (14a-14d) oder eine Fensteröffnung(14e,14f), aufweist, mit min- destens den folgenden Schritten:
a. Bereitstellen der Karosseriekomponente (10),
b. Aufbringen eines Verstärkungselements (13) aus Faserver bundmaterial mit in einer Matrix eingebetteten Verstärkungsfa- sern zum Versteifen der Karösseriekomponente (10), wobei die Matrix einen nicht-ausgehärteten Zustand aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (13) auf ei nem von der Karosseriekomponente (10) gebildeten Öffnungsrahmen (15a-15f) der Öffnung (10) aufgebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Aufbringens des Verstärkungselements (13) ein lediglich abschnittsweises oder ein um die Öffnung (14a-14f) umlaufendes Aufbringen des Verstärkungselements (13) auf den Öffnungsrahmen (15a-15f) umfasst.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Aufbringens ein Aufbringen des Verstärkungselements (13) auf eine der Öffnung (14a-14f) zugewandte Innenseite des Öffnungs- rahmenes (15a-15f) und/oder auf eine fahrzeugäußere und/oder fahr- zeuginnenseitige Stirnfläche des Öffnungsrahmens (15a-15f) umfasst.
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch ge kennzeichnet, dass das Verfahren vor oder nachfolgend zu dem Schritt des Aufbringens des Verstärkungselements außerdem einen zusätzlichen Schritt des Beschichten einer Oberfläche der Karosserie komponente (10) mit einer Korrosionsschutzschicht umfasst, insbe sondere mit einer Kathodischen Tauchlackierung (KTL).
5. Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Beschichtens ein zumindest teilweises oder vollständiges Aushärten der Korrosionsschutzschicht umfasst, welcher vor dem Schritt des Aufbringens des Verstärkungselements (13) erfolgt.
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 5 dadurch ge kennzeichnet, dass nachfolgend zu dem Schritt des Aufbringens des Verstärkungselements (13) ein Schritt des gemeinsamen Aushärtens der Korrosionsschutzschicht und des Verstärkungselements (13) erfolgt.
7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Aufbringens des Verstärkungselements (13) ein direktes Ablegen des Verstärkungselements (13) auf die Karosseriekomponente oder die Korrosionsschutzschicht umfasst.
8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch ge kennzeichnet, dass das Faserverbundmaterial des Verstärkungsele- ments (13) einen Faser-Kunststoff-Verbund mit in einer Matrix eingebetteten Verstärkungsfasern umfasst, wobei die Verstärkungsfasern aus einer Gruppe umfassend Glasfasern, Kohlefasern, Aramidfasern, Kunststofffasern, Metallfasern und/oder Naturfasern ausgewählt sind.
9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch ge kennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern als Gewebe, Gelege, Geflecht, Gestrick, unidirektionale Tapes, Bänder oder Rovings ausgebil det sind.
10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Aufbringens des Verstärkungselements (13) ein gemeinsames Aufbringen von Matrix und Verstär kungsfasern, oder ein separates Aufbringen von Matrix und Verstär kungsfasern in einer Anzahl von Teilschritten umfasst.
1 1 . Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Aufbringens des Verstärkungselements (13) mit dem„Automated Fiber Placement“ (AFP) Verfahren, dem„Fiber Patch Placement“ (FPP) Verfahren, dem„Automated Tape Laying“ (ATL) Verfahren oder mittels Handlaminierens erfolgt.
12. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 1 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (13) entlang eines Kraftflusspfades angeordnet ist.
13. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Karosseriekomponente (10) zumindest abschnittsweise aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere Stahl und/oder Aluminium, oder aus einem Kunststoff und/oder einem faserverstärkter Kunststoff ge- fertigt ist.
14. Faserverstärkte Karosseriekomponente (10), für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einer Öffnung (14a-14f), insbesondere einer Türöffnung (14a-14d) oder einer Fensteröffnung (14e,14f), wobei auf einem von der Karosseriekomponente (10) gebildeten Öffnungsrahmen (15a-15f) der Öffnung (14a-14f) ein Verstärkungselement . (13) aus Faserverbundmaterial zum Versteifen der Karosseriekomponente (10) aufge- bracht ist.
15. Faserverstärkte Karosseriekomponente (10) nach Anspruch 14, wobei die Karosseriekomponente (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 hergestellt ist.
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