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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft ein Strukturbauteil, das insbesondere für den Einsatz
in einem Kraftfahrzeug vorgesehen ist, und ein Verfahren zur Herstellung
eines solchen Strukturbauteils.
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Hintergrund der Erfindung
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In
Kraftfahrzeugen werden auch bei Grundträgern und Montageträgern vermehrt
Kunststoffe eingesetzt, die besondere Anforderungen erfüllen müssen. So
ist darauf zu achten, dass diese Kunststoffbauteile ausreichend
fest und stabil sind, so dass diese als Grundträger dienen können. Im
Vergleich zu Grundträgern
aus metallischen Materialien sind Träger aus einem Kunststoff leichter
und einfacher zu verarbeiten.
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Die
einfachere Verarbeitung und gute Formbarkeit ermöglichen, Strukturbauteile unterschiedlicher
Ausgestaltungen herzustellen, wobei insbesondere Anforderungen hinsichtlich
der Gestaltung berücksichtigt
werden können.
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Zur
Erhöhung
der Festigkeit und Steifigkeit ist bei diesen Kunststoffbauteilen
der Einsatz von Rippen, die angeformt sein können, bekannt. Weiterhin ist
bekannt, Verstärkungen
mit punktueller Kraftverbindung durch Durchspritzpunkte, Ausklinkungen und
Formschlüsse,
wie bspw. Sicken, zum Grundträger
einzubringen.
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Die
dadurch erreichte punktuelle Verbindung zur Kraftübertragung
bewirkt jedoch nur eine verhältnismäßig geringe
Verstärkung
des Bauteils. Es wird daher angestrebt, die Steifigkeit eines Strukturbauteils,
wie bspw. eines Montageträgers,
insbesondere in benötigten
Regionen, zu erhöhen.
Dabei ist es ein Ziel, die Steifigkeit des Strukturbauteils den
Erfordernissen des Fahrzeugs anzupassen und dabei sowenig wie möglich Zusatzgewicht
hinzuzufügen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Strukturbauteil
dient insbesondere für
den Einsatz in einem Kraftfahrzeug. Das Bauteil weist dabei eine
erste Schale und eine zweite Schale auf. Die erste Schale wird auch
als Innen- oder Oberschale und die zweite Schale als Außen- oder
Unterschale bezeichnet. Diese beiden Schalen sind aus einem faserverstärkten, bspw.
thermoplastischen, Kunststoff gefertigt. Hierfür kommt bspw. ein glasfaserverstärkter Kunststoff
in Betracht. Als ebenfalls geeignet haben sich Schalen aus Organo
erwiesen. Unter Organo versteht man dabei einen faserverstärkten, thermoplastischen
Kunststoff. Weiterhin ist in einem Bereich zwischen den beiden Schalen
zumindest teilweise Kunststoff, regelmäßig eine Kunststoffmatrix,
eingebracht, bspw. eingespritzt oder eingefüllt. Dieser Kunststoff kann
PA oder PP sein. Weiterhin kann dieser Kunststoff mit Glasfasern
und/oder Langfasern versehen sein.
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Durch
die Doppelung des Strukturbauteils, das als Obergurt, Vertikalgurt,
Untergurt usw. ausgebildet sein kann, kann die Steifigkeit erhöht werden. In
den Bereich zwischen den Schalen ist eine Kunststoffmatrix eingefüllt bzw.
eingespritzt. Dieser Kunststoff entspricht vorzugsweise dem bei
der Herstellung der Schalen verwendeten Kunststoff. Ebenso kann
ein Kunststoff verwendet werden, der sich mit dem bei den Schalen
verwendeten Kunststoff leicht verbindet. Durch den eingebrachten
Kunststoff erhält man
dann den nötigen
Materialverbund mit der Matrix der Schalen.
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Der
Bereich zwischen den beiden Schalen kann vollständig oder auch nur teilweise,
d. h. abschnitts- bzw. bereichsweise, mit dem eingebrachten Kunststoff
gefüllt
sein.
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In
Ausgestaltung ist zwischen den Schalen ein durch diese umschlossener
und damit nahezu abgeschlossener Raum bzw. Hohlraum gebildet. Dieser ist
dann mit der Kunststoffmatrix gefüllt, die bspw. eingespritzt
wird.
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Insbesondere
bei größeren Querschnitten,
d. h. bei weiteren Abständen
zwischen den beiden Schalen, und auch bei Durchgangslöchern in
den Schalen, bietet es sich an, mindestens eine Hohlform bzw. einen
Einleger in den Bereich zwischen den Schalen, die sogenannte Zwischenlage,
einzubringen. Diese Hohlformen werden dann wie die kleineren Hohlräume, insbesondere
von innen nach außen, gefüllt. Der
gesamte Aufbau hat dann später
einen Matrixverbund bei entsprechender Auslegung.
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Diese
Hohlformen können
aus Kunststoff und/oder Metall gefertigt sein.
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Das
erfindungsgemäße Strukturbauteil
ist insbesondere als Montageträger
ausgebildet.
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Es
bietet sich an, dass der Kunststoff von innen nach außen in den
Bereich zwischen den beiden Schalen gespritzt ist.
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In
Ausgestaltung sind Kontaktbereiche der beiden Schalen, in der Regel
Randbereiche der beiden Schalen, zumindest ab schnittsweise umspritzt. Auf
diese Weise wird die Festigkeit des gesamten Bauteils erhöht.
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Das
erfindungsgemäße Strukturbauteil kommt
insbesondere als Bauteil in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz. Im
Gegensatz zu bekannten Kunststoffstrukturbauteilen mit einlagigem
Aufbau gestattet das erfindungsgemäße Strukturbauteil, zumindest
in den bevorzugten Ausführungsformen, mehr
Gestaltungs- bzw.
Designfreiheit. Die gute Anpassbarkeit des Bauteils hinsichtlich
seiner Steifigkeit ermöglicht
ein gutes Anpassen an den speziellen Einsatzort.
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Ein
weiterer Vorteil besteht in dem geringeren Gewicht und der Möglichkeit
der zumindest teilweise Standardisierung.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
dient zum Herstellen eines Strukturbauteils, das insbesondere in
einem Kraftfahrzeug, bspw. als Montageträger, zum Einsatz kommt. Dabei
werden zwei Schalen aus einem faserverstärkten Kunststoff, bspw. Organo,
zueinander positioniert und anschließend wird in einen Bereich
zwischen den beiden Schalen zumindest teilweise ein Kunststoff eingebracht,
bspw. eingefüllt oder
eingespritzt. Auf diese Weise werden die beiden Schalen miteinander
verbunden.
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In
Ausgestaltung werden die beiden Schalen so zueinander positioniert,
dass sich zwischen diesen ein abgeschlossener (Hohl)-raum bildet.
Dieser Raum wird dann, zumindest teilweise, mit einer Kunststoffmatrix
ausgefüllt.
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Ist
der beabsichtigte Abstand zwischen den beiden Schalen groß, dann
bietet es sich an, üblicherweise
vor dem Positionieren der beiden Schalen zueinander, zumindest eine
Hohlform anzubringen, die nach Positionieren der beiden Schalen
sich zwischen diesen in dem zu füllenden
Bereich befindet. Hierzu wird die zumindest eine Hohlform vor dem
Positionieren bzw. Aneinanderfügen
der beiden Schalen zunächst
an eine dieser befestigt.
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Diese
Hohlformen, die aus einem Kunststoff und/oder einem Metall gefertigt
sein können,
dienen zur zusätzlichen
Versteifung und ggf. auch zur Begrenzung des mit der Kunststoffmatrix
zu füllenden Raums.
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In
Ausgestaltung wird der einzubringende Kunststoff von innen nach
außen
gespritzt. Hierzu wird bspw. ein Stempel verwendet, der in den Raum zwischen
den beiden Schalen eingeführt
wird. Der Kunststoff füllt
dann zunächst
den Raum zwischen den Schalen oder definierte Bereiche zwischen Schalen,
die bspw. durch die Hohlformen bzw. Einleger festgelegt sind, und
dringt dann durch Öffnungen in
den Schalen nach außen.
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Weiterhin
kann vorgesehen sein, dass Kontaktbereiche der Schalen mindestens
abschnittsweise umspritzt werden.
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Weitere
Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der
Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es
versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Kurzbeschreibung der Erfindung
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Die
Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen
in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter
Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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1 zeigt
eine Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Strukturbauteils
in einer seitlichen Schnittansicht.
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2 zeigt
eine weitere Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Strukturbauteils
in einer seitlichen Schnittansicht.
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3 zeigt
einen Ausschnitt aus 2 während der Herstellung des Strukturbauteils.
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4 zeigt
eine weitere Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Strukturbauteils
in einer Draufsicht, wobei eine Schale weggelassen ist.
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5 zeigt
das Strukturbauteil aus 4 in einer perspektivischen
Ansicht.
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Detaillierte Beschreibung
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In 1 ist
ein Strukturbauteil, insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet,
in einer Schnittdarstellung wiedergegeben. Die Darstellung zeigt
eine erste Schale 12 und eine zweite Schale 14,
die aus Organo hergestellt sind.
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Die
beiden Schalen 12 und 14 sind derart zueinander
positioniert, dass diese in Kontaktbereichen 16 aneinander
gefügt
sind, d. h. ein Kontakt zwischen diesen besteht. Diese Kontaktbereiche 16 sind
die Randbereiche der beiden Schalen 12 und 14.
Auf diese Weise bildet sich zwischen den beiden Schalen 12 und 14 bedingt
durch die besondere Ausgestaltung dieser mit einer angenäherten Tellerform
ein Bereich 18, der in diesem Fall als abgeschlossener Raum
ausgebildet ist. Der Bereich 18 ist in dieser Ausführung vollständig mit
Kunststoff bzw. einer Kunststoffmatrix ausgefüllt, so dass sich ein massiver Körper bildet,
der ausgezeichnete Eigenschaften hinsichtlich Steifigkeit und Festigkeit
aufweist.
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Es
ist darauf zu achten, dass der für
das Ausfüllen
des Bereichs vorgesehene Kunststoff mit dem in der Kunststoffmatrix
der Schalen 12 und 14 verwendeten Kunststoff übereinstimmt
oder sich mit diesem gut verbindet.
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In 2 ist
eine weiter Ausführungsform
des Strukturbauteils dargestellt, das insgesamt mit der Bezugsziffer 30 versehen
ist. Dieses Strukturbauteil 30 umfasst eine erste Schale 32 und
eine zweite Schale 34, die symmetrisch zueinander angeordnet sind.
An Kontaktbereichen 36 sind die Schalen 32 und 34 umspritzt.
Diese Umspritzung unterstützt
die sichere Verbindung zwischen den beiden Schalen 32 und 34 und
bewirkt eine zusätzliche
Steifigkeit des Strukturbauteils 30.
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Zwischen
den beiden Schalen 32 und 34 ist ein Bereich 38 ausgebildet,
der teilweise mit Kunststoff gefüllt
ist. Die mit Kunststoff gefüllten
Gebiete 40 und 42 sind dabei schraffiert dargestellt.
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Weiterhin
zeigt die Darstellung einander gegenüberliegend zwei Öffnungen 44 in
den Schalen 32 und 34, die eine Zone 46 festlegen,
die zusammen mit einer Hohlform 48 die ausgefüllten Gebiete 40 und 42 begrenzen.
Dabei ist zu beachten, dass die Hohlform 48 zwischen den
beiden Schalen 32 und 34 verläuft und so sicherstellt, dass
kein Kunststoff in dafür
nicht vorgesehene Bereiche gelangt.
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3 verdeutlicht
den Vorgang des Ausfüllens
der Gebiete 40 und 42, wobei nur ein Ausschnitt der 3,
und zwar der Ausschnitt zwischen den beiden Linien 50 dargestellt
ist.
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Wiederum
sind die beiden Schalen 32 und 34 zu erkennen
und der zwischen diesen gebildete Bereich 38. In die Zone 46 der 3 ist
ein Stempel 54 eingeführt,
der zum Einspritzen des Kunststoffs dient. Dabei wird von innen
nach außen
gespritzt. Somit bildet sich die Kunststoffmatrix in den Gebieten 40 und 42,
begrenzt durch den Stempel 54 und die Hohlform 48.
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In 4 ist
ein weiteres Strukturbauteil 60 in einer Draufsicht dargestellt,
wobei nur eine Schale 62 gezeigt ist. Zu erkennen ist der
Kontaktbereich 62 bzw. Randbereich der Schale 62,
der nach Aneinanderfügen
mit einer weiteren Schale eine Berührungsfläche definiert.
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Zentral
ist auf der Schale 62 eine Hohlform 66 angeordnet,
in diesem Fall eine Kuchenform, angeordnet, die üblicherweise fest mit der Schale 62 verbunden
ist und aus einem Kunststoff und/oder einem Metall gefertigt sein
kann. Mit dieser Hohlform werden nach Zusammenfügen der beiden Schalen 62 die
Bereiche zum Ausfüllen
festgelegt.
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Hierzu
weist die Hohlform 66 eine zentralen Bereich 68 zum
Einführen
eines (nicht dargestellten) Stempels auf. Die Hohlform 66 hat
dabei eine Wandung 70, die einen Hohlraum 72 umschließt, der
mit dem Kunststoff ausgefüllt
wird. Da die Wandung 70 zwischen der Schale 62 und
der korrespondierenden Schale verläuft, wird über den eingespritzten Kunststoff
eine Verbindung zwischen der Schale 62 und der korrespondierenden
Schale geschaffen, so dass diese sicher miteinander verbunden sind.
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In 5 ist
das Strukturbauteil 60 aus 4 in einer
perspektivischen Gesamtansicht wiedergegeben. Die Hohlform 66 ist
zentral auf der Schale 62 angeordnet und dient zur Versteifung
und zum Festlegen des ausgespritzten Gebiets. Somit wird der Bereich
zwischen den Schalen 62 nicht vollständig mit Kunststoff gefüllt.
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Weiterhin
zeigt die Darstellung, dass die Schale in den Kontaktbereichen 64 umspritzt
ist.