DE102015015008A1

DE102015015008A1 - Verbundelement, insbesondere für ein Fahrzeug, sowie Verfahren zum Herstellen eines solchen Verbundelements

Info

Publication number: DE102015015008A1
Application number: DE102015015008.1A
Authority: DE
Inventors: Hubert Bieder; Tobias Blumenstock; Felix Gerster; Benno Stamp
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2015-11-19
Filing date: 2015-11-19
Publication date: 2017-05-24

Abstract

Die Erfindung betrifft Verbundelement (10), insbesondere für ein Fahrzeug, mit einem Sandwichverbund (12), welcher Deckschichten (14, 16) aus faserverstärktem Kunststoff und eine zwischen den Deckschichten (14, 16) angeordnete und mit den Deckschichten (14, 16) verbundene Kernschicht (18) aus einem Kunststoffschaum aufweist, und mit wenigstens einem mit dem Sandwichverbund (12) verbundenen Verbindungselement (30), mittels welchem das Verbundelement (10) mit wenigstens einem weiteren Bauteil verbindbar ist, wobei das Verbindungselement (30) wenigstens einen Grundkörper (32) und wenigstens ein von dem Grundkörper (32) abstehendes Formschlusselement (34) aufweist, welches zum Verbinden des Verbindungselements (30) mit dem Sandwichverbund (12) eine der Deckschichten (14, 16) durchdringt und zumindest formschlüssig mit dem Sandwichverbund (12) zusammenwirkt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verbundelement, insbesondere für ein Fahrzeug, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Verbundelements gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 5.
Ein solches Verbundelement, insbesondere für ein Fahrzeug, sowie ein solches Verfahren zum Herstellen eines solchen Verbundelements sind beispielsweise bereits in der WO 2015/090574 A1 als bekannt zu entnehmen. Das Verbundelement weist einen Sandwichverbund auf, sodass das Verbundelement als Sandwichelement beziehungsweise Sandwichbauteil ausgebildet ist. Bei dem Verbundelement kann es sich um ein fertig hergestelltes Verbundbauteil beziehungsweise Sandwichbauteil oder aber um ein Halbzeug handeln, welches beispielsweise weiterverarbeitet werden kann.
Der Sandwichverbund weist Deckschichten aus faserverstärktem Kunststoff und eine zwischen den Deckschichten angeordnete und mit den Deckschichten verbundene Kernschicht aus einem Kunststoffschaum auf. Dies bedeutet, dass das Verbundelement im Rahmen des Verfahrens zum Herstellen des Verbundelements zumindest aus dem Sandwichverbund hergestellt wird.
Das Verbundelement umfasst ferner wenigstens ein mit dem Sandwichverbund verbundenes Verbindungselement, mittels welchem das Verbundelement mit wenigstens einem weiteren Bauteil, insbesondere des Fahrzeugs, verbindbar ist. Das Verbindungselement wird auch als Anbindungselement oder Anbindungspunkt bezeichnet, an welchem das Verbundelement mit dem weiteren Bauteil verbunden beziehungsweise gekoppelt werden kann.
Ferner offenbart die EP 1 190 180 B1 ein Verfahren zum Verbinden von Körpern mittels thermischem Aufschmelzen eines Verbindungselements, wobei das Verbindungselement mittels einer gerichteten Kraft in mindestens einen der Körper eingepresst wird, während eine mechanische Anregung derart erzeugt wird, dass während des Eindringens des Verbindungselements in den mindestens einen Körper der Vorschub über die gerichtete Kraft und das Aufschmelzen durch die mechanische Anregung aufrechterhalten wird, damit aufgeschmolzenes Material hydraulisch in die Umgebung verdrängt werden kann. Dabei ist es vorgesehen, dass das Verbindungselement mit der gerichteten Kraft vor der mechanischen Anregung durch eine Oberfläche des einen der Körper gestoßen wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verbundelement sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass das Verbindungselement fest und auf kostengünstige Weise mit dem Sandwichverbund verbunden werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verbundelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um ein Verbundelement der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass das Verbindungselement besonders fest und auf besonders kostengünstige Weise mit dem Sandwichverbund verbunden werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Verbindungselement wenigstens einen Grundkörper und wenigstens ein von dem Grundkörper abstehendes Formschlusselement aufweist, welches zum Verbinden des Verbindungselements mit dem Sandwichverbund eine der Deckschichten durchdringt und zumindest formschlüssig mit dem Sandwichverbund zusammenwirkt. Dies bedeutet, dass das Verbindungselement über das Formschlusselement zumindest formschlüssig mit dem Sandwichverbund verbunden ist, da das Formschlusselement zumindest formschlüssig mit dem Sandwichverbund zusammenwirkt. Da das Formschlusselement die eine Deckschicht durchdringt, das heißt durch die eine Deckschicht hindurchragt und dabei beispielsweise zumindest teilweise in die Kernschicht hineinragt, kann eine besonders feste Anbindung des Verbindungselements an den Sandwichverbund realisiert werden. Darüber hinaus ist es möglich, das Verbindungselement auf besonders einfache und somit kostengünstige Weise mit dem Sandwichverbund zu verbinden.
Der Erfindung liegt insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass sich grundsätzlich Kleben zum Verbinden des Verbindungselements mit dem Sandwichverbund anbietet. Es wurde jedoch gefunden, dass das Kleben kostenintensiv ist. Ferner ist es beispielsweise denkbar, das beispielsweise aus einem Kunststoff gebildete Verbindungselement durch Schweißen, insbesondere Reibschweißen, mit dem Sandwichverbund, insbesondere mit der einen Deckschicht, zu verbinden. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass ein Reibschweißverfahren ein aufwendiger und somit kostenintensiver Fertigungsprozess ist. Zudem besteht beim Reibschweißen die Gefahr, dass sich Abzeichnungen auf einer Oberfläche des Sandwichverbunds, insbesondere des fertigen Verbundelements, bilden können. Unter solchen Abzeichnungen sind beispielsweise Unebenheiten der Oberfläche, insbesondere Welligkeiten der Oberfläche, zu verstehen, wobei solche Unebenheiten den optischen Eindruck des Verbundelements beeinträchtigen können. Dies ist insbesondere dann nachteilhaft, wenn das Verbundelement als Verkleidungsteil, insbesondere Innenverkleidungsteil, zum Einsatz kommt, wobei dann die Oberfläche beispielsweise eine Sichtseite bildet. Diese Sichtseite ist beispielsweise von sich im Innenraum des Fahrzeugs aufhaltenden Insassen optisch wahrnehmbar, sodass Abzeichnungen auf der Oberfläche den optischen Eindruck des Verbundelements und somit des Innenraums insgesamt beeinträchtigen. Diese Nachteile können jedoch bei dem erfindungsgemäßen Verbundelement vermieden werden. Dies bedeutet, dass sich eine besonders hohe Oberflächengüte, insbesondere der Sichtseite, realisieren lässt.
Als vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die jeweilige Deckschicht Verstärkungsfasern und eine thermoplastische Matrix aufweist, in welche die Verstärkungsfasern eingebettet sind. Mit anderen Worten ist der faserverstärkte Kunststoff der jeweiligen Deckschicht ein faserverstärkter Thermoplast, wobei dieser Thermoplast vorzugsweise Polypropylen (PP) ist. Die jeweilige Deckschicht ist somit vorzugsweise als thermoplastische faserverstärkte Deckschicht ausgebildet, sodass der faserverstärkte Kunststoff ein Thermoplast ist. Dadurch kann das Gewicht des Verbundelements besonders gering gehalten werden, wobei gleichzeitig vorteilhafte Eigenschaften, insbesondere mechanische Eigenschaften, realisiert werden können.
Vorzugsweise wird als der Kunststoff der faserverstärkten Deckschicht ein Thermoplast verwendet, welcher insbesondere Polypropylen (PP) sein kann. Als Verstärkungsfasern der Deckschicht können beispielsweise Natur-, Glas-, und Carbionfasern zum Einsatz kommen. Ferner hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der thermoplastische Kunststoffschaum aus Polyethylenterephtelat (PET) gebildet ist, so dass die Kernschicht als PET-Schaumkern ausgebildet ist. PET ist bei Temperaturen über 140°C in einem erweichten Zustand und kann damit plastisch verformt werden. Erst bei Erreichen des Schmelzpunktes über 250°C beginnt das Aufschmelzen. Während PP bereits bei 160°C schmilzt. Diese Materialkombination ist damit besonders vorteilhaft, da zwischen 160°C und 250°C der Thermoplast der Deckschicht geschmolzen ist und der Kern plastisch verformbar ist, ohne, dass die Schaumstruktur zerstört wird. Damit ergibt sich für den Herstellprozess ein großer möglicher Temperaturbereich. Dies bedeutet, dass während des Fügens der Schaumkern die Kräfte, ausgehend durch das Fügeelement, aufnehmen kann, während die Deckschicht aufgeschmolzen ist.
Bei den Verstärkungsfasern handelt es sich vorzugsweise um Glasfasern, Naturfasern oder Karbonfasern beziehungsweise Kohlefasern, wobei die jeweilige Deckschicht alternativ oder zusätzlich einen Vliesstoff, insbesondere einen Hybrid-Vliesstoff, aufweisen kann, wobei durch diesen Vliesstoff beispielsweise die Verstärkungsfasern gebildet beziehungsweise bereitgestellt sind.
Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass die jeweilige Deckschicht wenigstens ein Organoblech aufweist beziehungsweise wenigstens aus einem Organoblech gebildet ist. Ferner ist es denkbar, dass die jeweilige Deckschicht wenigstens ein Gewebe, insbesondere ein Hybridgewebe, aufweist.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Kunststoffschaum der Kernschicht ein Thermoplast beziehungsweise in thermoplastischer Kunststoffschaum ist. Mit anderen Worten ist der Kunststoffschaum vorzugsweise aus einem Thermoplasten gebildet. Vorzugsweise ist der Kunststoffschaum aus Polyethylenterephthalat (PET) gebildet. Hierdurch können besonders vorteilhafte Eigenschaften des Verbundelements realisiert werden. Ferner kann vorgesehen sein, dass die jeweilige Deckschicht unter Vermittlung wenigstens einer Anbindungsschicht mit der Kernschicht verbunden ist. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass zwischen der jeweiligen Deckschicht und der Kernschicht wenigstens eine Anbindungsschicht vorgesehen ist, mittels welcher die jeweilige Deckschicht mit der Kernschicht verbunden ist. Bei dieser Anbindungsschicht kann es sich um eine Schmelzschicht oder um eine Schicht aus einem reaktiven Klebstoff handeln.
Alternativ kann die Halbzeugherstellung durch Vernadeln erfolgen. Dies empfiehlt sich insbesondere dann, wenn die Deckschicht einen Faserflor und/oder Faservlies umfasst; weiterhin kann die Deckschicht auch eine Anbindungsschicht aus einem Kunststoff umfassen. Faserflor/Faservlies und Kernschicht werden dann verbunden durch Einstechen zumindest einer Nadel in die Kernschicht und den Deckschichten (Faservlies/Faserflor) und anschließendes Herausführen der Nadel aus der Kernschicht und den Deckschichten (Faservlies/Faserflor).
Darüber hinaus ist es denkbar, dass auf wenigstens einer der Deckschichten eine Dekorschicht angeordnet ist, wobei diese Dekorschicht beispielsweise auf einer der Kernschicht abgewandten Seite der entsprechenden Deckschicht angeordnet ist. Die Dekorschicht ist beispielsweise als Textilschicht ausgebildet und/oder kann aus Polyester gebildet sein.
Bei dem erfindungsgemäßen Verbundelement ist es insbesondere möglich, das Verbindungselement besonders fest mit dem Sandwichverbund zu verbinden und dabei unerwünschte, übermäßige Beschädigungen des Sandwichverbunds zu vermeiden, sodass das Verbundelement nach dem Verbinden des Verbindungselements mit dem Sandwichverbund besonders vorteilhafte Eigenschaften aufweist.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Formschlusselement eine schräg zu der einen Deckschicht verlaufende Längserstreckungsrichtung auf und ist dabei entlang der Längserstreckungsrichtung in den Sandwichverbund eingesteckt, insbesondere eingedrückt. Wirken beispielsweise während des Betriebs des Fahrzeug senkrecht zu der einen Deckschicht verlaufende und von der Deckschicht wegweisende Kräfte auf das Verbindungselement, so bleibt das Verbindungselement sicher und fest am Sandwichverbund gehalten und löst sich nicht von dem Sandwichverbund. Damit ist eine besonders feste Anbindung des Verbindungselements an den Sandwichverbund darstellbar.
Zur Realisierung einer besonders festen Verbindung zwischen dem Verbindungselement und dem Sandwichverbund ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das Verbindungselement, insbesondere das Formschlusselement, stoffschlüssig mit dem Sandwichverbund, insbesondere der einen Deckschicht, verbunden ist. Im Rahmen der Herstellung des Verbundelements werden beispielsweise das Verbindungselement, insbesondere das Formschlusselement, sowie die eine Deckschicht zumindest teilweise aufgeschmolzen beziehungsweise angeschmolzen, wodurch sich das Verbindungselement, insbesondere das Formschlusselement, stoffschlüssig mit der einen Deckschicht verbinden kann.
Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das Verbindungselement aus einem Kunststoff gebildet ist. Dadurch kann das Gewicht des Verbundelements gering gehalten werden. Darüber hinaus ist dadurch eine besonders kostengünstige und gleichzeitig feste Verbindung des Verbindungselements mit dem Sandwichverbund darstellbar.
Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 5 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass das Verbindungselement auf besonders einfache Weise sowie besonders fest mit dem Sandwichverbund verbunden werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Verbindungselement wenigstens einen Grundkörper und wenigstens ein von dem Grundkörper abstehendes Formschlusselement aufweist, welches zum Verbinden des Verbindungselements mit dem Sandwichverbund durch eine der Deckschichten gesteckt beziehungsweise gedrückt und dadurch in ein formschlüssiges Zusammenwirken mit dem Sandwichverbund gebracht wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verbundelements sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt.
Dadurch, dass das Formschlusselement in formschlüssiges Zusammenwirken mit dem Sandwichverbund gebracht wird, wirkt das Verbindungselement über das Formschlusselement formschlüssig mit dem Sandwichverbund zusammen, sodass das Verbindungselement über das Formschlusselement zumindest formschlüssig an dem Sandwichverbund gehalten ist. Hierdurch kann eine feste Verbindung zwischen dem Verbindungselement und dem Sandwichverbund auf einfache und kostengünstige Weise realisiert werden.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass das Formschlusselement in erwärmtem Zustand des Formschlusselements und/oder des Sandwichverbunds durch die eine Deckschicht gesteckt, insbesondere gedrückt, wird. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass der Sandwichverbund und/oder das Formschlusselement erwärmt wird. Ferner wird das Formschlusselement durch die eine Deckschicht gesteckt, während die Deckschicht und/oder das Formschlusselement infolge des Erwärmens noch warm ist. Dadurch kann das Formschlusselement auf einfache Weise durch die Deckschicht, insbesondere deren Kunststoff, gesteckt werden.
In einer alternativen Ausführungsform wird das kalte Formschlusselement (34) in die erwärmte Deckschicht (14) gesteckt und sich so nach dem Erkalten der Deckschicht (14) verbindet.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die eine Deckschicht in zumindest einem Bereich durchtrennt, indem das Formschlusselement in dem Bereich durch die eine Deckschicht gesteckt wird. Dies bedeutet, dass durch das Stecken des Formschlusselements durch die eine Deckschicht ein Durchtrennen der einen Deckschicht erfolgt, sodass die Deckschicht mittels des Formschlusselements durchtrennt wird. Dadurch können zusätzliche Arbeitsschritte, in deren Rahmen in der einen Deckschicht eine Durchstecköffnung für das Formschlusselement ausgebildet wird, vermieden werden, sodass das Verbindungselement auf zeit- und kostengünstige Weise mit dem Sandwichverbund verbunden werden kann.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das Formschlusselement eine schräg zu der einen Deckschicht, insbesondere deren Oberfläche, verlaufende Längserstreckungsrichtung aufweist und entlang der Längserstreckungsrichtung und somit schräg zu der einen Deckschicht in den Sandwichverbund eingesteckt wird. Dadurch kann das Verbindungselement besonders fest mit dem Sandwichverbund verbunden werden. Darüber hinaus kann dadurch beispielsweise vermieden werden, dass – wenn senkrecht zu der einen Deckschicht beziehungsweise deren Oberfläche verlaufende Kräfte, welche von der einen Deckschicht weggerichtet sind, auf das Verbindungselement wirken – sich das Verbindungselement von der einen Deckschicht beziehungsweise dem Sandwichverbund insgesamt löst.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das Verbindungselement wenigstens ein von dem Grundkörper abstehendes zweites Formschlusselement auf, welches zum Verbinden des Verbindungselements mit dem Sandwichverbund durch die eine Deckschicht gesteckt und dadurch in ein formschlüssiges Zusammenwirken mit dem Sandwichverbund gebracht wird. Dabei sind die Formschlusselemente, insbesondere ihre Längserstreckungsrichtungen, gegenläufig ausgebildet. Im Rahmen des Verfahrens werden die Formschlusselemente aufeinander zu bewegt, um die Formschlusselemente durch die eine Deckschicht zu stecken. Hierdurch kann eine besonders feste Anbindung des Verbindungselements an den Sandwichverbund realisiert werden, sodass das Verbindungselement sicher und fest auch dann an dem Sandwichverbund gehalten bleibt, wenn auf das Verbindungselement in unterschiedliche Richtungen wirkende und dabei von der einen Deckschicht weggerichtete Kräfte wirken.
Um dabei das Verbindungselement auf besonders einfache Weise mit dem Sandwichverbund zu verbinden, ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das erste Formschlusselement an einem ersten Grundkörperteil des Grundkörpers und das zweite Formschlusselement an einem gelenkig mit dem ersten Grundkörperteil verbundenen, zweiten Grundkörperteil des Grundkörpers gehalten ist. Im Rahmen des Verfahrens werden die Formschlusselemente aufeinander zu bewegt, indem die Grundkörperteile aufeinander zu bewegt und dadurch miteinander verrastet werden. Mit anderen Worten werden die Grundkörperteile miteinander verrastet, sodass die Grundkörperteile und somit die Formschlusselemente in einer gewünschten Stellung beziehungsweise Position gehalten werden. Durch das Verrasten der Grundkörperteile werden diese in der gewünschten Position gegen etwaige auf die Grundkörperteile wirkende Rückstellkräfte beziehungsweise Rückstellmomente gehalten, sodass die Formschlusselemente sicher in dem Sandwichverbund verbleiben und formschlüssig mit diesem zusammenwirken.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
1 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Herstellen eines Verbundelements, welches einen Sandwichverbund und ein Verbindungselement mit wenigstens einem Grundkörper und wenigstens einem von dem Grundkörper abstehenden Formschlusselement aufweist, das zum Verbinden des Verbindungselements mit dem Sandwichverbund eine Deckschicht des Sandwichverbunds durchdringt und zumindest formschlüssig mit dem Sandwichverbund zusammenwirkt;
2 eine schematische Darstellung eines Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform;
3 eine schematische Darstellung des Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform;
4 eine schematische Darstellung des Verfahrens gemäß einer dritten Ausführungsform;
5 eine schematische Darstellung des Verfahrens gemäß einer vierten Ausführungsform;
6 eine schematische Darstellung des Verfahrens gemäß einer fünften Ausführungsform; und
7 eine schematische Seitenansicht des Verbindungselements, welches bei dem Verfahren gemäß der fünften Ausführungsform zum Einsatz kommt.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Verfahren zum Herstellen eines im Ganzen mit 10 bezeichneten Verbundelements, insbesondere für ein Fahrzeug, beispielsweise einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen. Das Verbundelement 10 ist beispielsweise ein fertig hergestelltes Bauteil, welches zum Herstellen des Fahrzeugs verwendet wird. Alternativ dazu ist es denkbar, dass das Verbundelement 10 ein Halbzeug ist, welches weiter verarbeitet wird, um dann beispielsweise aus dem Halbzeug ein Bauteil des Fahrzeugs herzustellen.
Das Verbundelement 10 weist einen Sandwichverbund 12 auf, wodurch beispielsweise das Gewicht des Verbundelements 10 besonders gering gehalten werden kann. Dies bedeutet, dass das Verbundelement 10 zumindest aus dem Sandwichverbund 12 hergestellt ist beziehungsweise wird. Der Sandwichverbund 12 ist ein so genanntes Mikrosandwich, aus welchem das Verbundelement 10 zumindest teilweise hergestellt ist. Der Sandwichverbund 12 umfasst dabei eine erste Deckschicht 14 sowie eine zweite Deckschicht 16, welche in zumindest teilweiser, insbesondere zumindest überwiegender oder vollständiger, Überdeckung mit der ersten Deckschicht 14 angeordnet ist. Die jeweilige Deckschicht 14 beziehungsweise 16 ist aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet und umfasst somit eine aus einem Kunststoff gebildete Matrix sowie Verstärkungsfasern, welche in die Matrix eingebettet sind. Bei dem Kunststoff, aus welchem die Matrix gebildet ist, handelt es sich beispielsweise um einen Thermoplasten, sodass die jeweilige Deckschicht 14 beziehungsweise 16 als thermoplastische faserverstärkte Deckschicht ausgebildet ist. Insbesondere ist die Matrix aus Polypropylen (PP) gebildet.
Der Sandwichverbund 12 weist ferner eine Kernschicht 18 auf, welche zwischen den Deckschichten 14 und 16 angeordnet ist. Dabei sind die Deckschichten 14 und 16 mit der zwischen diesen angeordneten Kernschicht 18 verbunden. Die Kernschicht 18 ist dabei aus einem Kunststoffschaum beziehungsweise einem Polymerschaum gebildet, sodass die Kernschicht 18 als Polymerschaumkern ausgebildet ist. Vorzugsweise ist die Kernschicht 18 aus PET gebildet.
In der in 1 veranschaulichten Ausführungsform umfasst der Sandwichverbund 12 ferner optional vorgesehene Anbindungsschichten 20 und 22, wobei die Anbindungsschicht 20 zwischen der Kernschicht 18 und der Deckschicht 14 und die Anbindungsschicht 22 zwischen der Deckschicht 16 und der Kernschicht 18 angeordnet ist. Dabei sind die Deckschichten 14 und 16 über die Anbindungsschichten 20 und 22 mit der Kernschicht 18 verbunden. Dies bedeutet, dass die Deckschicht 14 unter Vermittlung der Anbindungsschicht 20 mit der Kernschicht 18 verbunden ist, wobei die Deckschicht 16 unter Vermittlung der Anbindungsschicht 22 mit der Kernschicht 18 verbunden ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass die jeweiligen Deckschichten 14 und 16 über die Anbindungsschichten 20 und 22 stoffschlüssig und/oder formschlüssig mit der Kernschicht 18 verbunden sind. Die Anbindungsschichten 20 und 22 sind optional vorgesehen und können demzufolge auch entfallen. Beispielsweise ist die jeweilige Anbindungsschicht 20 beziehungsweise 22 als Schmelzsschicht oder aus einem reaktiven Klebstoff gebildet.
Alternativ kann die Halbzeugherstellung durch Vernadeln erfolgen. Dies empfiehlt sich insbesondere dann, wenn die Deckschicht einen Faserflor und/oder Faservlies umfasst; weiterhin kann die Deckschicht auch eine Anbindungsschicht aus einem Kunststoff umfassen. Faserflor/Faservlies und Kernschicht werden dann verbunden durch Einstechen zumindest einer Nadel in die Kernschicht und den Deckschichten (Faservlies/Faserflor) und anschließendes Herausführen der Nadel aus der Kernschicht und den Deckschichten (Faservlies/Faserflor).
Durch den Einsatz des Sandwichverbunds 12 weist das Verbundelement 10 eine Sandwichstruktur auf, wodurch beispielsweise im Vergleich zu monolithischen Aufbauten ein vorteilhaftes Unfallverhalten realisiert werden kann. Der Sandwichverbund 12 ist ein Mikrosandwich, durch welches eine besonders hohe Oberflächengüte des Verbundelements 10 realisiert werden kann. Dies ist der Fall, da beispielsweise unerwünschte Abzeichnungen auf jeweiligen, der Kernschicht 18 abgewandten Oberflächen 24 und 26 der Deckschichten 14 und 16 vermieden werden können. Dabei ist die Deckschicht 14 auf einer der Deckschicht 16 abgewandten, ersten Seite der Kernschicht 18 angeordnet, wobei die Deckschicht 16 auf einer der Deckschicht 14 abgewandten, zweiten Seite der Kernschicht 18 angeordnet ist.
Die optional vorgesehenen Anbindungsschichten 20 und 22 sind Bestandteile des Sandwichverbunds 12, welcher somit die Anbindungsschichten 20 und 22 umfasst. Ferner ist optional eine Dekorschicht 28 des Verbundelements 10 vorgesehen, wobei die Dekorschicht 28 ebenfalls Bestandteil des Sandwichverbundes 12 sein kann. Vorliegend ist die Dekorschicht 28 auf der Deckschicht 16 und dabei auf einer der Kernschicht 18 abgewandten Seite der Deckschicht 16 angeordnet, wobei die Dekorschicht 28 beispielsweise direkt auf der Deckschicht 16 angeordnet ist. Der Sandwichverbund 12 ist aufseiten der Deckschicht 16 mittels der Dekorschicht 28 kaschiert, das heißt verkleidet.
Das Verbundelement 10 kommt beispielsweise als Verkleidungsteil, insbesondere Innenverkleidungsteil, zum Einsatz, und ist somit im fertig hergestellten Zustand des Fahrzeugs zumindest teilweise im Innenraum des Fahrzeugs angeordnet. Dadurch bildet beispielsweise die Dekorschicht 28, insbesondere eine der Deckschicht abgewandte Oberfläche der Dekorschicht 28, eine so genannte Sichtseite, welche von sich im Innenraum aufhaltenden Insassen des Fahrzeugs optisch wahrnehmbar ist. Da Abzeichnungen auf der Oberfläche 26 vermieden werden können, können auch unerwünschte Abzeichnungen auf der genannten Sichtseite vermieden werden, sodass eine besonders hohe Oberflächengüte und ein besonders vorteilhafter optischer Eindruck des Verbundelements 10 realisiert werden können.
Um das Verbundelement 10 beispielsweise auf einfache und kostengünstige Weise montieren zu können, sodass eine kostengünstige Herstellung des Fahrzeugs insgesamt darstellbar ist, umfasst das Verbundelement 10 wenigstens ein Verbindungselement 30, welches in 1 im Verhältnis zu dem Sandwichverbund 12 dargestellt ist. Das Verbindungselement 30 wird auch als Anbindungselement, Anbindungspunkt oder Fügeteil bezeichnet, da der Sandwichverbund 12 mittels des Verbindungselements 30 mit wenigstens einem weiteren Bauteil des Fahrzeugs verbindbar ist. Beispielsweise ist es denkbar, das Verbundelement 10 über das Verbindungselement 30 an dem weiteren Bauteil zu montieren, sodass das Verbundelement 10 insgesamt besonders einfach montiert und somit verbaut werden kann.
Um nun das Verbindungselement 30 auf besonders einfache Weise sowie besonders fest mit dem Sandwichverbund 12 zu verbinden, weist das vorwiegend aus einem Kunststoff gebildete Verbindungselement 30 einen Grundkörper 32 sowie eine Mehrzahl von Formschlusselementen 34 auf, welche von dem Grundkörper 32 abstehen und – wie im Folgenden noch genauer erläutert wird – als Rasthaken fungieren. Dabei sind die Formschlusselemente 34 (Rasthaken) einstückig mit dem Grundkörper 32 ausgebildet.
Das Verbindungselement 30 weist ferner eine Kontaktfläche 36 zu dem Sandwichverbund 12 auf. Dies bedeutet, dass das Verbindungselement 30 im Rahmen der Herstellung des Verbundelements 10 über die Kontaktfläche 36 in Kontakt mit dem Sandwichverbund 12, insbesondere der Deckschicht 14, gebracht beziehungsweise bewegt wird. Das Verbindungselement 30 weist die Formschlusselemente 34 somit an der Kontaktfläche 36 auf.
Bei einem ersten Schritt S1 des Verfahrens werden der Sandwichverbund 12 und das Verbindungselement 30 in ihrem jeweiligen, bereits hergestellten Zustand bereitgestellt. Dies bedeutet, dass das Verbindungselement 30 und der Sandwichverbund bereits hergestellt sind, bevor sie miteinander verbunden werden. Bei einem zweiten Schritt S2 wird das Verbindungselement 30 in eine Verbindungsrichtung relativ zu dem Sandwichverbund 12 auf diesen zu bewegt, wobei diese Verbindungsrichtung in 1 durch einen Richtungspfeil 38 veranschaulicht ist. Die Verbindungsrichtung wird auch als Fügerichtung, Durchstoßrichtung oder Einpressrichtung bezeichnet.
Im Rahmen des zweiten Schritts wird – indem das Verbindungselement 30 in die Verbindungsrichtung relativ zum Sandwichverbund 12 bewegt wird – das jeweilige Formschlusselement 34 durch die Deckschicht 14 gesteckt und dadurch in formschlüssiges Zusammenwirken mit dem Sandwichverbund 12 gebracht. Dabei ist aus 1 erkennbar, dass die Verbindungsrichtung schräg zur Deckschicht 14, insbesondere zur Oberfläche 24, durch welche die Formschlusselemente 34 gesteckt werden, verläuft. Dabei weist das jeweilige Formschlusselement 34 eine Längserstreckungsrichtung auf, in die das jeweilige Formschlusselement 34 vom Grundkörper 32 absteht. Dabei verläuft die Längserstreckungsrichtung schräg zu der Deckschicht 14, insbesondere zu deren Oberfläche 24, wobei die Längserstreckungsrichtung zumindest im Wesentlichen parallel zur Verbindungsrichtung verläuft. Dies bedeutet, dass das jeweilige Formschlusselement 34 entlang seiner Längserstreckungsrichtung in den Sandwichverbund 12 eingesteckt und dabei durch die Deckschicht 14 gesteckt, insbesondere gedrückt beziehungsweise gestoßen, wird. Der Vorgang des Verbindens des Verbindungselements 30 mit dem Sandwichverbund 12 ist somit ein Fügeprozess, bei welchem die Rasthaken in den Sandwichverbund 12 eingeführt werden.
Hierbei ist die Verbindungsrichtung (Fügerichtung) zumindest im Wesentlichen parallel zu den Rasthaken. Im Rahmen des Fügeprozesses durchstechen die Rasthaken zumindest die Deckschicht 14 des Sandwichverbunds 12. Dadurch verhaken sich die Formschlusselemente 34 und somit das Verbindungselement 30 insgesamt in dem Sandwichverbund 12, sodass das Verbindungselement 30 – gegebenenfalls aus einer in eine der Verbindungsrichtung entgegengesetzten Richtung – nicht mehr von dem Sandwichverbund 12 ablösbar ist. Insgesamt ist erkennbar, dass das Verbindungselement 30 über die Formschlusselemente 34 formschlüssig mit dem Sandwichverbund 12 verbunden wird. Dabei wird die Deckschicht 14 mittels des jeweiligen Formschlusselements 34 in einem jeweiligen Bereich durchtrennt, indem das jeweilige Formschlusselement 34 in dem jeweiligen Bereich durch die Deckschicht 14 gesteckt beziehungsweise gedrückt oder gestoßen wird. Ein voriges Durchtrennen der Deckschicht 14 ist somit nicht erforderlich, sodass das Verbindungselement 30 zeit- und kostengünstig mit dem Sandwichverbund 12 verbunden werden kann.
Bei einem dritten Schritt S3 ist das Verbinden des Verbindungselements 30 mit dem Sandwichverbund 12 abgeschlossen, und das Verbindungselement 30 ist sicher am Sandwichverbund 12 gehalten. Dabei ist in 1 durch einen durchgestrichenen Kraftpfeil F eine auf das Verbindungselement 30 wirkende Kraft veranschaulicht, die zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Deckschicht 14, insbesondere zur Oberfläche 24, wirkt. Da die Kraft senkrecht zur Oberfläche 24 wirkt, die Verbindungsrichtung und die Längserstreckungsrichtung jedoch schräg zur Oberfläche 24 verlaufen, bleibt das Verbindungselement 30 sicher am Sandwichverbund 12 gehalten.
Um die Formschlusselemente 34 durch die Deckschicht 14 zu stecken, wird das Verbindungselement 30 mit einer Kraft, insbesondere einer Druckkraft, beaufschlagt, welche auf das Verbindungselement 30 in Formrichtung der hakenförmigen Formschlusselemente 34 wirkt. Mittels dieser Kraft werden die Formschlusselemente 34 in den Sandwichverbund eingepresst.
2 zeigt das Verfahren zum Herstellen des Verbundelements 10 gemäß einer ersten Ausführungsform. Bei einem ersten Schritt S1 des Verfahrens erfolgt eine Halbzeugbereitstellung. Im Rahmen des ersten Schritts S1 wird die Kernschicht 18 als Endlosmaterial bereitgestellt und in eine durch einen Richtungspfeil 40 veranschaulichte Vorderrichtung gefördert. Auch die jeweiligen Deckschichten 14 und 16 werden als Endlosmaterialien bereitgestellt, welche zunächst auf jeweiligen Rollen 42 und 44 aufgewickelt sind. Die Endlosmaterialien der Deckschichten 14 und 16 werden von den Rollen 42 und 44 abgewickelt und dabei auf die Kernschicht 18 aufgebracht. Auch die Anbindungsschichten 20 und 22 werden als Endlosmaterialien bereitgestellt, die auf jeweiligen Rollen 46 und 48 aufgewickelt sind. Die Anbindungsschichten 20 und 22 beziehungsweise die Endlosmaterialien der Anbindungsschichten 20 und 22 werden von den Rollen 46 und 48 abgewickelt und dabei auf die Kernschicht 18 aufgebracht, wobei die Anbindungsschichten 20 und 22 zwischen der Kernschicht 18 und den jeweiligen Deckschichten 14 und 16 angeordnet werden.
Ebenso ist es vorstellbar die einzelnen Halbzeuge konvektioniert, beispielsweise als Platinen, dem Prozess zuzuführen.
An den ersten Schritt S1 schließt sich ein zweiter Schritt S2 an, bei welchem ein Konfektionieren erfolgt. Aus 2 ist erkennbar, dass nach dem Aufbringen der Deckschichten 14 und 16 und der Anbindungsschichten 20 und 22 auf die Kernschicht 18 auch der Sandwichverbund 12, welcher die Kernschicht 18, die Deckschichten 14 und 16 und die optional vorgesehenen Anbindungsschichten 20 und 22 umfasst, zunächst als Endlosmaterial vorliegt. Im Rahmen des Konfektionierens werden von dem Endlosmaterial des Sandwichverbunds 12 jeweilige Teilstücke mittels eines Werkzeugs 50 abgetrennt, sodass der Sandwichverbund 12 als eigenes Halbzeug bereitgestellt wird.
Die Deckschichten 14 und 16, die Kernschicht 18 und die Anbindungsschichten 20 und 22 stellen jeweilige Schichten des Sandwichverbunds 12 dar, wobei diese jeweiligen Schichten im ersten Schritt S1 beispielsweise sortiert und bei dem zweiten Schritt S2 konfektioniert werden.
Alternativ kann die Halbzeugherstellung durch Vernadeln erfolgen. Dies empfiehlt sich insbesondere dann, wenn die Deckschicht einen Faserflor und/oder Faservlies umfasst; weiterhin kann die Deckschicht auch eine Anbindungsschicht aus einem Kunststoff umfassen. Faserflor/Faservlies und Kernschicht werden dann verbunden durch Einstechen zumindest einer Nadel in die Kernschicht und den Deckschichten (Faservlies/Faserflor) und anschließendes Herausführen der Nadel aus der Kernschicht und den Deckschichten (Faservlies/Faserflor).
Bei einem auf den zweiten Schritt S2 folgenden, dritten Schritt S3 wird der konfektionierte Sandwichverbund 12 in einem als Aufheizwerkzeug ausgebildeten Werkzeug 52 angeordnet. Die Schichten sind aufeinander gestapelte Sandwichlagen, wobei der Sandwichverbund 12 beziehungsweise die gestapelten Sandwichlagen bei dem dritten Schritt S3 konvektiv und/oder konduktiv und/oder durch Wärmestrahlung mittels des Werkzeugs 52 erhitzt wird beziehungsweise werden. Hierdurch werden beispielsweise die Deckschichten 14 und 16 beziehungsweise die beispielsweise durch Schmelzfolien gebildeten Anbindungsschichten 20 und 22 zumindest teilweise aufgeschmolzen und dabei in einen plastischen Zustand überführt. Dies bedeutet, dass der konfektionierte Sandwichverbund 12 mittels des Werkzeugs 52 erwärmt beziehungsweise aufgeheizt wird.
Bei einem auf den dritten Schritt S3 folgenden, vierten Schritt S4 wird der erwärmte Sandwichverbund 12 mittels eines Werkzeugs 54 umgeformt. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der erwärmte Sandwichverbund 12 im Rahmen des vierten Schritts S4 mittels des Werkzeugs 54 beschnitten wird. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der erwärmte Sandwichverbund 12 im Rahmen des vierten Schritts S4 mittels des Werkzeugs 54 gepresst beziehungsweise verpresst wird, sodass die Schichten verpresst werden und ein besonders fester Zusammenhalt der Schichten realisiert werden kann. Insbesondere ist es vorgesehen, dass das beim dritten Schritt S3 erwärmte Halbzeug beim vierten Schritt S4 in dem Werkzeug 54 umgeformt, abgekühlt und gegebenenfalls beschnitten wird. Insbesondere ist es im Rahmen des vierten Schritts S4 vorgesehen, dass ein erstes Werkzeugteil 56 des Werkzeugs 54 auf ein korrespondierendes zweites Werkzeugteil 58 des Werkzeugs 54 zu bewegt wird.
Dabei ist das Verbindungselement 30 in das als Umformwerkzeug ausgebildete Werkzeug 54, insbesondere in das Werkzeugteil 56, eingelegt. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Verbindungselement 30 am Werkzeugteil 56 gehalten und mit diesem mitbewegbar ist. Das Bewegen des Werkzeugteils 56 in Richtung des Werkzeugteils 58 wird auch als Schließen des Werkzeugs 54 bezeichnet. Da das Verbindungselement 30 am Werkzeugteil 56 gehalten ist, wird das Verbindungselement 30 beim Schließen des Werkzeugs 54 in die erhitzten und dadurch erweichten Schichten des Sandwichverbunds 12 eingedrückt, derart, dass die Formschlusselemente 34 zumindest die Deckschicht 14 durchstechen und in die Kernschicht 18 eindringen. Insbesondere wird mittels des Werkzeugteils 56 die zuvor beschriebene Bewegung des Verbindungselements 30 in die in 2 durch den Richtungspfeil 38 veranschaulichte Verbindungsrichtung bewirkt.
An den vierten Schritt S4 schließt sich ein fünfter Schritt S5 an, in dessen Rahmen das Verbundelement 10, insbesondere der Sandwichverbund 12, abkühlt. Nach Abkühlen des Sandwichverbunds 12 sind die Deckschichten 14 und 16 erstarrt und das als Anbindungselement ausgebildete Verbindungselement 30 ist in den Sandwichverbund 12 formschlüssig verrastet. Je nach gewähltem Material des Verbindungselements 30 kann zusätzlich eine stoffschlüssige Verbindung des Verbindungselements 30, insbesondere der Formschlusselemente 34, mit dem zuerst geschmolzenen Thermoplastanteil zumindest der Deckschicht 14 und/oder Kernschicht 18 stattfinden. Dies bedeutet, dass das Verbindungselement 30 zumindest formschlüssig mit dem Sandwichverbund 12 verbunden wird und optional auch stoffschlüssig verbunden werden kann. Dadurch kann das Verbindungselement 30 besonders einfach, kostengünstig und fest an den Sandwichverbund 12 mit der als thermoplastischer Schaumkern ausgebildeten Kernschicht 18 angebunden werden. In der Folge kann auf eine Klebeverbindung und/oder auf einen aufwendigen Reibschweißprozess verzichtet werden.
Bei der in 2 veranschaulichten ersten Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Fügen beziehungsweise Verbinden des Verbindungselements 30 mittels des Sandwichverbunds 12 während der Herstellung des Verbundelements 10, insbesondere während der Umformung des Sandwichverbunds 12.
Anhand von 3 ist eine zweite Ausführungsform des Verfahrens veranschaulicht, wobei im Rahmen der zweiten Ausführungsform das Verbindungselement 30 mit dem Sandwichverbund 12 nach dessen Umformung und Erstarrung verbunden wird. Der Sandwichverbund 12 ist für das Verbindungselement 30 ein Trägermaterial, welches bei der zweiten Ausführungsform des Verfahrens im umgeformten und erstarrten Zustand bereitgestellt wird.
In einem ersten Schritt S1 wird der Sandwichverbund 12, insbesondere mittels Konvektion und/oder Konduktion und/oder Wärmestrahlung lokal erhitzt, sodass zumindest die obere Deckschicht 14 an- oder aufschmilzt. In einem sich an den ersten Schritt S1 anschließenden zweiten Schritt S2 wird das Verbindungselement 30 entlang der Verbindungsrichtung des Richtungspfeils 38 in den Sandwichverbund 12 eingedrückt, sodass die als Rastelemente fungierenden Formschlusselemente 34 zumindest die Deckschicht 14 durchstechen beziehungsweise durchstoßen. Nach dem Abkühlen des Sandwichverbunds 12 sind die Deckschichten 14 und 16 erstarrt und das Verbindungselement 30 ist mit dem Sandwichverbund 12 formschlüssig verrastet. Je nach gewähltem Material des Verbindungselements 30 findet zusätzlich eine stoffschlüssige Verbindung des Verbindungselements 30 mit dem zuerst geschmolzenen Thermoplastanteil zumindest der Deckschicht 14 statt. 4 zeigt eine dritte Ausführungsform des Verfahrens, bei welchem der Sandwichverbund 12 nach dessen Umformen und Erstarren mit dem Verbindungselement 30 verbunden wird. Somit wird der Sandwichverbund 12 als Trägermaterial auch bei der dritten Ausführungsform im umgeformten und erstarrten Zustand bereitgestellt.
Bei einem ersten Schritt S1 wird das Verbindungselement 30 auf eine Temperatur erhitzt. Diese Temperatur ist größer als die Schmelztemperatur der Matrix, insbesondere des Thermoplastanteils, der Deckschicht 14. Dabei ist das Material des Verbindungselements 30 beispielsweise so zu wählen, dass das Verbindungselement 30 der genannten Temperatur standhalten kann, ohne zu degradieren. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Erweichungstemperatur des Verbindungselements 30 größer als die Temperatur ist, auf welche das Verbindungselement 30 erhitzt wird. Das Verbindungselement 30 wird dabei derart erhitzt, dass die als Zähne ausgebildeten Formschlusselemente 34 nicht angeschmolzen werden, sondern lediglich die Oberfläche in einen plastischen Zustand gebracht knapp unterhalb ihrer Schmelztemperatur wird. Anschließend wird das Verbindungselement 30 in den Sandwichverbund 12 auf die beschriebene Weise eingedrückt, wobei der Thermoplastanteil der Deckschicht 14 durch die Wärme der Formschlusselemente 34 an- oder aufgeschmolzen wird und die Formschlusselemente 34 des Verbindungselements 30 die Deckschicht 14 durchstechen.
Dies erfolgt in einem zweiten Schritt S2. Nach dem Abkühlen des Verbindungselements 30 und des Sandwichverbunds 12 sind die Deckschichten 14 und 16 erstarrt und das Verbindungselement 30 ist formschlüssig im Sandwichverbund 12 verrastet. Je nach gewähltem Material des Verbindungselements 30 findet zusätzlich eine stoffschlüssige Verbindung des Verbindungselements 30 mit dem zuerst geschmolzenen Thermoplastanteil der Deckschicht 14 statt.
5 zeigt eine vierte Ausführungsform des Verfahrens. Ferner ist aus 1 bis 4 eine erste Ausführungsform des Verbindungselements 30 erkennbar, wobei in 5 eine zweite Ausführungsform des Verbindungselements 30 erkennbar ist.
Bei der zweiten Ausführungsform weist das Verbindungselement 30 die Formschlusselemente 34 als erste Formschlusselemente auf. Ferner weist das Verbindungselement 30 zweite Formschlusselemente 60, welche ebenfalls als Rasthaken bzw. Rastelemente fungieren. Auch die zweiten Formschlusselemente 60 stehen von dem Grundkörper 32 des Verbindungselements 30 ab. Auch die zweiten Formschlusselemente 60 werden zum Verbinden des Verbindungselements 30 mittels Sandwichverbund 12 durch die Deckschicht 14 gesteckt und dadurch in formschlüssiges Zusammenwirken mit dem Sandwichverbund 12 gebracht. Aus 5 ist erkennbar, dass die Formschlusselemente 60 gegenläufig zu den Formschlusselementen 34 ausgebildet sind. Dabei weisen die Formschlusselemente 34 ihre erste Längserstreckungsrichtung und die Formschlusselemente 60 eine zweite Längserstreckungsrichtung auf, wobei diese Längserstreckungsrichtungen schräg zueinander verlaufen. Dabei erstrecken sich die Formschlusselemente 34 und 60 von dem Grundkörper 32 weg aufeinander zu.
Um die Formschlusselemente 60 durch die Deckschicht 14 zu stecken, werden die Formschlusselemente 60 in eine schräg zur Deckschicht 14, insbesondere zur Oberfläche 24, verlaufende Verbindungsrichtung bewegt, welche in 5 durch einen Richtungspfeil 62 veranschaulicht ist. Aus 5 ist ferner erkennbar, dass die durch die Richtungspfeile 38 und 62 veranschaulichten Verbindungsrichtungen schräg zueinander und dabei aufeinander zu verlaufen. Dabei verläuft die durch den Richtungspfeil 62 veranschaulichte, zweite Verbindungsrichtung zumindest im Wesentlichen parallel zu der jeweiligen Längserstreckungsrichtung des jeweiligen zweiten Formschlusselements 60.
Der Grundkörper 32 weist einen ersten Grundkörperteil 64 und einen zweiten Grundkörperteil 66 auf, wobei die Formschlusselemente 34 vom Grundkörperteil 64 und die Formschlusselemente 60 vom Grundkörperteil 66 abstehen. Die Formschlusselemente 60 können einstückig mit dem Grundkörperteil 66 ausgebildet sein, wobei die Grundkörperteile 64 und 66 einstückig miteinander ausgebildet sein können beziehungsweise einstückig miteinander ausgebildet sind. Dabei sind die Grundkörperteile 64 und 66 gelenkig miteinander verbunden und dabei um eine Schwenkachse 68 relativ zueinander verschwenkbar. Die Schwenkachse 68 ist vorliegend durch eine lokale Materialschwächung durch Querschnittsverjüngung des Grundkörpers 32 gebildet. Im Bereich dieser lokalen Materialschwächung weist der Grundkörper 32 eine geringere Wanddicke als in sich an die lokale Materialschwächung anschließenden Teilbereichen auf. Beispielsweise ist durch diese lokale Materialschwächung ein Filmscharnier gebildet, durch welches die Schwenkachse 68 gebildet ist.
Die Formschlusselemente 60 werden auf die Formschlusselemente 34 zu bewegt, indem die Grundkörperteile 64 und 66 aufeinander zu bewegt werden. Hierzu werden die Grundkörperteile 64 und 66 um die Schwenkachse 68 relativ zueinander verschwenkt beziehungsweise aufeinander zu verschwenkt. Durch dieses Verschwenken der Grundkörperteile 64 und 66 werden die Formschlusselemente 34 in die erste Verbindungsrichtung und die zweiten Formschlusselemente 60 in die zweite Verbindungsrichtung bewegt, so dass die Formschlusselemente 34 und 60 die Deckschicht 14 durchstechen und in den Sandwichverbund 12 eindringen. Dadurch wirken die Formschlusselemente 34 und 60 formschlüssig mit dem Sandwichverbund 12 zusammen.
Somit wirken die Formschlusselemente 34 und 60 als gegenläufige Rasthaken. Das insgesamt einstückig ausgebildete Verbindungselement 30 ist aus einem zumindest teilweise elastisch verformbaren Material gebildet. Beim Fügen des Verbindungselements 30 mit dem Sandwichverbund 12 wird das Verbindungselement 30 zuerst auf dem Sandwichverbund 12 aufgesetzt. Anschließend wird eine Normalkraft auf das Verbindungselement 30 aufgebracht, wobei diese Normalkraft in Richtung der Deckschicht 14 wirkt und beispielsweise zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Deckschicht 14, insbesondere senkrecht zur Oberfläche 24, wirkt. Mittels dieser Normalkraft werden die Rasthaken (Formschlusselemente 34 und 60) zumindest durch die Deckschicht 14 hindurchgedrückt. Zusätzlich wird ein Drehmoment M auf das Verbindungselement 30 ausgeübt. Mittels des Drehmoments M wird das Verbindungselement 30 verformt, insbesondere elastisch verformt, so dass die Rasthaken entlang ihrer jeweiligen Längserstreckungsrichtung in den Sandwichverbund 12 eingedrückt werden. Die Gegenläufigkeit der Rasthaken verhindert, dass das Verbindungselement 30 in seinem gefügten Zustand entgegen der Verbindungsrichtung der jeweiligen Rasthaken gelöst werden kann.
Darüber hinaus weisen die Grundkörperteile 64 und 66 jeweilige Rastelemente 70 und 72 auf, welche beispielsweise als Rasthaken ausgebildet sind. Durch das Bewegen der Grundkörperteile 64 und 66 aufeinander zu verrasten die Rastelemente 70 und 72 miteinander. Durch dieses Verrasten der Rastelemente 70 und 72 während des Fügevorgangs wird ein Öffnen des Verbindungselements 30 im gefügten Zustand verhindert. Unter dem Öffnen ist zu Verstehen, dass sich die Grundkörperteile 64 und 66 voneinander wegbewegen. Dies kann durch das Verrasten der Rastelemente 70 und 72 verhindert werden. Insgesamt ist erkennbar, dass die Rastelemente 70 und 72 dadurch miteinander verrastet werden, dass die Grundkörperteile 64 und 66 aufeinander zu bewegt werden.
Durch das Verrasten der Rastelemente 70 und 72 sind die Grundkörperteile 64 und 66 beispielsweise gegen etwaige, auf die Grundkörperteile 64 und 66 wirkende Rückstellkräfte und beispielsweise gegen um die Schwenkachse 68 wirkende Rückstellmomente in einer gewünschten Stellung beziehungsweise Position gesichert, so dass sich das Verbindungselement 30 nicht vom Sandwichverbund lösen kann. Der Fügevorgang kann im Herstellungsprozess des Verbundelements 10 stattfinden. In diesem Fall wird das Verbindungselement 30 beispielsweise bei dem Umformen des Sandwichverbunds 12 in das Umformwerkzeug eingebracht. Da der Sandwichverbund 12 in erwärmten Zustand mittels des Werkzeugs 54 umgeformt wird, wird das Umformen auch als Thermoformprozess bezeichnet.
Eines der Werkzeugteile 56 und 58 weist dabei beispielsweise eine Aufnahmevorrichtung auf, in welche das Verbindungselement 30 eingelegt wird. Diese Aufnahmevorrichtung ist derart gestaltet, dass das Verbindungselement 30 beim Schließen des Werkzeugs 54 in den Sandwichverbund 12 eingedrückt wird. Zusätzlich wird das oben beschriebene Drehmoment M zum Verrasten des Verbindungselements 30, insbesondere der Grundkörperteile 64 und 66, aufgebracht.
6 zeigt eine fünfte Ausführungsform des Verfahrens, wobei aus 6 und 7 eine dritte Ausführungsform des Verbindungselements 30 erkennbar ist. Bei der zweiten Ausführungsform sind die Rastelemente 70 und 72 auf einander zugewandten Seiten der Grundkörperteile 64 und 66 angeordnet. Im Gegensatz dazu ist bei der dritten Ausführungsform vorgesehen, dass die Rastelemente 70 und 72 aufeinander abgewandten Seiten der Grundkörperteile 64 und 66 angeordnet sind. Bei der zweiten Ausführungsform werden die Rastelemente 70 und 72 miteinander verrastet. Im Gegensatz dazu ist es bei der dritten Ausführungsform vorgesehen, dass die Rastelemente 70 und 72 mit einem zusätzlichen Sicherungselement 77 verrastet werden, um das Verbindungselement 30, insbesondere die Grundkörperteile 64 und 66 dadurch in der gewünschten Stellung zu sichern.
Die im Zusammenhang mit der zweiten Ausführungsform des Verbindungselements 30 beschriebene Normalkraft sowie das beschriebene Drehmoment M werden bei der fünften Ausführungsform des Verfahrens mittels des Sicherungselements 77 auf das Verbindungselement 30 ausgeübt, indem das Sicherungselement 77 auf das Verbindungselement 30 aufgedrückt wird. Aus 6 ist erkennbar, dass das Sicherungselement 77 ein zusätzlich zum Verbindungselement 30 vorgesehenes und separat davon ausgebildetes Bauteil ist, welches vorliegend als Hülse ausgebildet ist. Beim Aufdrücken der Hülse auf das Verbindungselement 30 stülpt sich die Hülse über das Verbindungselement 30 und biegt das Verbindungselement 30 zu. Darunter ist zu verstehen, dass die Grundkörperteile 64 und 66 aufeinander zu bewegt, insbesondere aufeinander zu geschwenkt werden. Die Grundkörperteile 64 und 66 können mit zusätzlichen Grundkörperteilen auch rotationssymetrisch angeordnet sein. Dabei werden die Rasthaken des Verbindungselements 30 in den Sandwichverbund 12 eingedrückt. Die Hülse weist ihrerseits Rastelemente in Form von Rasthaken 74 und 76 auf, welche mit den Rastelementen 70 und 72 des Verbindungselements 30 verrasten. Hierdurch lässt sich die Hülse nicht mehr vom Verbindungselement 30 lösen. Zudem kann sich das Verbindungselement 30 nicht mehr zurückbiegen. Der Fügevorgang kann während der Herstellung des Verbundelements 10 stattfinden. In diesem Fall wird das Verbindungselement 30 beim Thermoformprozess in das Umformwerkzeug eingebracht. Eines der Werkzeugzeile 56 und 58 weist hierfür eine Aufnahmevorrichtung auf, in welche das Verbindungselement 30 eingelegt wird. Die Aufnahmevorrichtung ähnelt in ihrer Geometrie der Hülse, verfügt jedoch nicht über Rasthaken, so dass sich das Verbindungselement 30 wieder aus dem Werkzeugteil, in das das Verbindungselement 30 eingelegt wurde, lösen lässt. Die Aufnahmevorrichtung ist derart ausgestaltet, dass das Verbindungselement 30 beim Schließen des Werkzeugs 54 in den Sandwichverbund 12 eingedrückt wird. Zusätzlich wird das oben beschriebene Drehmoment zum Verrasten des Verbindungselements 30 mit sich selbst aufgebracht. Dabei ist es denkbar, dass das Verbindungselement 30 mit der Hülse an dem entsprechenden Werkzeugteil angebracht wird, wobei eine Lösbarkeit der Hülse aus dem Werkzeug 54 sicherzustellen ist.
7 zeigt das Verbindungselement 30 gemäß der dritten Ausführungsform sowie die Hülse in einer schematischen Schnittansicht. Aus 7 ist erkennbar, dass die Hülse (Sicherungselement 77) einen Schlitz 78 aufweist und somit fakultativ geschlitzt ausgebildet ist, so dass das Sicherungselement 77, insbesondere elastisch verformbar ist und über die Rasthaken 74 und 76 mit den Rastelementen 70 und 72 verrasten kann.
Zur Realisierung einer vorteilhaften Positionierung des Verbindungselements 30 kann dies eine umlaufende Fase 80 aufweisen. Die Fase 80 ist beispielsweise ebenfalls im Werkzeug abgebildet und sorgt beim Schließen des Werkzeugs 54 für eine Zentrierung des Verbindungselements 30.
Darüber hinaus weist das Verbindungselement 30 wenigstens einen oder mehrere Rasthaken 82 auf, welche gegenüber den übrigen Formschlusselementen 34 und 60 länger ausgebildet sind. Mit anderen Worten überragen die Rasthaken 82 die anderen Formschlusselemente 34 und 60. Die Anzahl der Rasthaken 82 ist wesentlich geringer als die Anzahl der Formschlusselemente 34 und 60. Die Rasthaken 82 stechen – da sie länger als die Formschlusselemente 34 und 60 ausgebildet sind – vor den Formschlusselementen 34 und 60, das heißt zuerst in den Sandwichverbund 12 ein, wodurch das Verbindungselement 30 beim Schließen des Werkzeugs 54 nicht über die Oberfläche 24 des Sandwichverbunds gleiten kann und sich die restlichen Rasthaken im Sandwichverbund 12 verhaken. Die Rasthaken 82 sind somit gegenüber den Formschlusselementen 34 und 60 größere oder längere Haken, welche beispielsweise als Opferelemente ausgeführt werden können, so dass die Rasthaken 82 nach Erfüllung ihrer Aufgabe abbrechen. Diese Aufgabe besteht in der Sicherstellung der Verrastung des Verbindungselements 30. Alternativ zu der in 6 und 7 gezeigten dritten Ausführungsform, bei welcher das Verbindungselement 30 mittels der Hülse gefügt beziehungsweise mit der Hülse überstülpt wird, kann das als rundes Verbindungselement 30 über Verrastungen entsprechend dem Verbindungselement gemäß 5 verfügen. Beim Fügevorgang rasten diese und das Verbindungselement 30 lässt sich nicht mehr lösen. Das Verbindungselement 30 benötigt kein zweites, zusätzliches Element mehr und kann mit funktionalen Elementen wie beispielsweise Kabelhalterungen ausgestaltet sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2015/090574 A1 [0002]
EP 1190180 B1 [0005]

Claims

Verbundelement (10), insbesondere für ein Fahrzeug, mit einem Sandwichverbund (12), welcher Deckschichten (14, 16) aus faserverstärktem Kunststoff und eine zwischen den Deckschichten (14, 16) angeordnete und mit den Deckschichten (14, 16) verbundene Kernschicht (18) aus einem Kunststoffschaum aufweist, und mit wenigstens einem mit dem Sandwichverbund (12) verbundenen Verbindungselement (30), mittels welchem das Verbundelement (10) mit wenigstens einem weiteren Bauteil verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (30) wenigstens einen Grundkörper (32) und wenigstens ein von dem Grundkörper (32) abstehendes Formschlusselement (34) aufweist, welches zum Verbinden des Verbindungselements (30) mit dem Sandwichverbund (12) mindestens eine der Deckschichten (14, 16) durchdringt und formschlüssig mit dem Sandwichverbund (12) zusammenwirkt.
Verbundelement (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Formschlusselement (34) eine schräg zu der einen Deckschicht (14) verlaufende Längserstreckungsrichtung aufweist und entlang der Längserstreckungsrichtung in den Sandwichverbund (12) eingesteckt ist.
Verbundelement (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (30), insbesondere das Formschlusselement (34) zusätzlich zum Formschluss auch stoffschlüssig mit dem Sandwichverbund (12), insbesondere der einen Deckschicht (14), verbunden ist.
Verbundelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (30) aus einem Kunststoff gebildet ist.
Verfahren zum Herstellen eines Verbundelements (10), insbesondere für ein Fahrzeug, bei welchem bei welchem das Verbundelement (10) zumindest aus einem Sandwichverbund (12), welcher Deckschichten (14, 16) aus faserverstärktem Kunststoff und eine zwischen den Deckschichten (14, 16) angeordnete Kernschicht (18) aus einem Kunststoffschaum aufweist, hergestellt wird, wobei der Sandwichverbund (12) mit wenigstens einem Verbindungselement (30) verbunden wird, mittels welchem das Verbundelement (10) mit wenigstens einem weiteren Bauteil verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (30) wenigstens einen Grundkörper (32) und wenigstens ein von dem Grundkörper (32) abstehendes Formschlusselement (34) aufweist, welches zum Verbinden des Verbindungselements (30) mit dem Sandwichverbund (12) durch eine der Deckschichten (14, 16) gesteckt und dadurch in formschlüssiges Zusammenwirken mit dem Sandwichverbund (12) gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Formschlusselement (34) in erwärmtem Zustand des Formschlusselements (34) und/oder des Sandwichverbunds (12) durch die eine Deckschicht (14) gesteckt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das kalte Formschlusselement (34) in die erwärmte Deckschicht (14) gesteckt wird.
Verfahren nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Deckschicht (14) in zumindest einem Bereich durchtrennt wird, indem das Formschlusselement (34) in dem Bereich durch die eine Deckschicht (14) gesteckt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Formschlusselement (34) eine schräg zu der einen Deckschicht (14) verlaufende Längserstreckungsrichtung aufweist und entlang der Längserstreckungsrichtung in den Sandwichverbund (12) eingesteckt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Verbindungselement (30) wenigstens ein von dem Grundkörper (32) abstehendes zweites Formschlusselement (60) aufweist, welches zum Verbinden des Verbindungselements (30) mit dem Sandwichverbund (12) durch die eine Deckschicht (14) gesteckt und dadurch in formschlüssiges Zusammenwirken mit dem Sandwichverbund (12) gebracht wird, wobei die Formschlusselemente (34, 60) gegenläufig ausgebildet sind und aufeinander zu bewegt werden, um die Formschlusselemente (34, 60) durch die eine Deckschicht (14) zu stecken.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Formschlusselement (34) an einem ersten Grundkörperteil (64) des Grundkörpers (32) und das zweite Formschlusselement (60) an einem gelenkig mit dem ersten Grundkörperteil (64) verbundenen, zweiten Grundkörperteil (66) des Grundkörpers (32) gehalten ist, wobei die Formschlusselemente (34, 60) aufeinander zu bewegt werden, indem die Grundkörperteile (64, 66) aufeinander zu bewegt und dadurch miteinander verrastet werden.