DE-102014104278-B4 - Leichtbauteil mit Strukturteilen und zwischen diesen angeordnetem Verstärkungsteil

Abstract

Leichtbauteil (1) mit einem ersten Strukturteil (2), einem zweiten Strukturteil (3) sowie einem zwischen den beiden Strukturteilen (2, 3) angeordneten Verstärkungsteil (4), wobei das Verstärkungsteil (4) mit mindestens einem der Strukturteile (2) durch einen wärmeexpandierten Strukturschaum (5) verklebt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsteil (4) zusätzlich in wenigstens einem lokalen Bereich (10) formschlüssig mit einem der Strukturteile (2) verbunden ist, wobei das Verstärkungsteil (4) als Hybridbauteil ausgebildet ist und das Verstärkungsteil (4) als Hybridbauteil zumindest in wesentlichen Teilen aus thermoplastischem Kunststoff, der in Teilen mit Endlosfasern und in Teilen mit Kurz- und/oder Langfasern verstärkt ist, gebildet ist.

Inventors

• Markus Nefzger
• Philipp Kellner

Assignees

• DR. ING. H.C. F. PORSCHE AKTIENGESELLSCHAFT

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20140327

Claims (13)

1. Leichtbauteil (1) mit einem ersten Strukturteil (2), einem zweiten Strukturteil (3) sowie einem zwischen den beiden Strukturteilen (2, 3) angeordneten Verstärkungsteil (4), wobei das Verstärkungsteil (4) mit mindestens einem der Strukturteile (2) durch einen wärmeexpandierten Strukturschaum (5) verklebt ist, dadurch gekennzeichnet , dass das Verstärkungsteil (4) zusätzlich in wenigstens einem lokalen Bereich (10) formschlüssig mit einem der Strukturteile (2) verbunden ist, wobei das Verstärkungsteil (4) als Hybridbauteil ausgebildet ist und das Verstärkungsteil (4) als Hybridbauteil zumindest in wesentlichen Teilen aus thermoplastischem Kunststoff, der in Teilen mit Endlosfasern und in Teilen mit Kurz- und/oder Langfasern verstärkt ist, gebildet ist.
2. Leichtbauteil (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass die Strukturteile (2, 3) als Schalenteile ausgebildet sind.
3. Leichtbauteil (1) nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet , dass die Strukturteile (2, 3) mindestens ein Außenschalenteil (2) und mindestens ein Innenschalenteil (3) einer Fahrzeugsäule sind.
4. Leichtbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet , dass das Verstärkungsteil (4) mit mindestens einem der Strukturteile (2) durch einen in einem KTL-(Kathodische Tauchlackierung)-Trocknungsprozess durch Wärme expandierten Strukturschaum (5) verklebt ist.
5. Leichtbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet , dass das Verstärkungsteil (4) in verrippter Bauweise ausgebildet ist.
6. Leichtbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , dadurch gekennzeichnet , dass das Verstärkungsteil (4) und das mit diesem verbundenen Strukturteil (2) insbesondere auf Schub oder in alle Richtungen zueinander fixiert sind.
7. Leichtbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 , dadurch gekennzeichnet , dass das Strukturteil (2), mit dem das Verstärkungsteil (4) formschlüssig verbunden ist, eine Ausnehmung (6) zum Durchtritt des Verstärkungsteils (4) aufweist.
8. Leichtbauteil (1) nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet , dass das Verstärkungsteil (4) im Bereich der Ausnehmung (6) des Strukturteils (2) als Formschlussdom (10) oder als Formschlussdom (10) mit integriertem Distanzelement (11) ausgebildet ist.
9. Leichtbauteil (1) nach Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet , dass der die Ausnehmung (6) durchsetzende Formschlussdom (10) bzw. das die Ausnehmung (6) durchsetzende Distanzelement (11) im Bereich dessen freien Endes (13) verformt ist.
10. Leichtbauteil (1) nach Anspruch 9 , dadurch gekennzeichnet , dass das Strukturteil (2) im Bereich der Ausnehmung (6), auf der Außenseite des Leichtbauteils (1), eine Einprägung (12) aufweist, in die der Formschlussdom (10) bzw. das Distanzelement (11) im Bereich dessen freien Endes (13) verformt ist.
11. Leichtbauteil (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10 , dadurch gekennzeichnet , dass das Verstärkungsteil (4) den Ausnehmungen (6) im Strukturbauteil (2) entsprechende Ausnehmungen (9) aufweist, durch welche kurz- bzw. langfaserverstärkter Kunststoff für die Formschlussdome (10) oder für die Formschlussdome (10) mit integriertem Distanzelement (11) hindurchgespritzt ist.
12. Leichtbauteil (1) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet , dass die Ausnehmungen (9) während des Herstellungsprozesses des Verstärkungsteils (4) durch Verdrängen des endlosfaserverstärkten thermoplastischen Kunststoffes (7) durch Nadeln geschaffen sind.
13. Leichtbauteil (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10 , dadurch gekennzeichnet , dass kurz- bzw. langfaserverstärkter Kunststoff für die Formschlussdome (10) oder für die Formschlussdome (10) mit integriertem Distanzelement (11) direkt durch das Verstärkungsteil (4) hindurchgespritzt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Leichtbauteil mit einem ersten Strukturteil, einem zweiten Strukturteil sowie einem zwischen den beiden Strukturteilen angeordneten Verstärkungsteil, wobei das Verstärkungsteil mit mindestens einem der Strukturteile durch einen wärmeexpandierten Strukturschaum verklebt ist. Ein derartiges Leichtbauteil, das vorzugsweise bei einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs, insbesondere bei einer Fahrzeugsäule Verwendung findet, ist aus der DE 10 2009 051460 A1 bekannt. Bei diesem Leichtbauteil sind die beiden aus Stahlblech bestehenden Strukturteile miteinander verschweißt und das innerhalb der Strukturteile angeordnete, über Halter lagegenau positionierte Verstärkungsteil mittels eines durch Temperaturbeaufschlagung aushärtbaren Strukturklebers mit den Strukturteilen verklebt. Im weiteren Fertigungsablauf wird der Strukturkleber in einem Lackierofen eines mehrstufigen Lackierprozesses mit Temperatur beaufschlagt und härtet aus, insbesondere nach einer kathodischen Tauchlackierung (KTL). In der DE 10 2010 023 073 A1 ist ein Strukturteil einer Fahrzeugkarosserie beschrieben, mit einem Formteil aus Metall und einem Verstärkungsteil aus Kunststoff, welches abschnittsweise eine mit dem Formteil korrespondierende Formgebung aufweist und zur strukturellen Verstärkung des Formteils zumindest abschnittsweise mit diesem verbunden ist. In der DE 10 2007 022 385 A1 ist ein Hybridbauteil beschrieben, welches ein Hohlbauteil in Form einer Schale sowie ein Kunststoffeinlegebauteil aufweist, wobei das Kunststoffeinlegebauteil Verbindungselemente in Form von Schnappverbindungselementen aufweist, die in Verbindungselementen im Hohlbauteil in Form von Rastöffnungen fixiert werden können. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Leichtbauteil der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass die stoffschlüssige Strukturschaumverbindung eine hohe Leistungsfähigkeit besitzt. Gelöst wird die Aufgabe durch ein Leichtbauteil, das gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildet ist. Bei dem erfindungsgemäßen Leichtbauteil ist somit vorgesehen, dass das Verstärkungsteil nicht nur mit mindestens einem der Strukturteile durch den expandierten Strukturschaum verklebt ist, sondern dass das Verstärkungsteil zusätzlich in wenigstens einem lokalen Bereich formschlüssig mit einem der Strukturteile verbunden ist. Durch diesen unterstützenden Formschlussbereich bzw. durch mehrere unterstützende Formschlussbereiche wird die Leistungsfähigkeit der stoffschlüssigen Strukturschaumverbindung erhöht. Das jeweilige Strukturteil bzw. die Strukturteile sind vorzugsweise als Schalenteile ausgebildet. Insbesondere sind die Strukturteile mindestens ein Außenschalenteil und mindestens ein Innenschalenteil einer Fahrzeugsäule. Die Fahrzeugsäule ist in Schalenbauweise gefertigt und besteht demnach mindestens aus einem oder mehreren Bauteilen auf der Innenschalenseite und mindestens einem Außenschalenbauteil sowie dem zwischen den beiden Schalenteilen angeordneten Verstärkungsteil. Die Strukturteile, insbesondere die Schalenteile der Säule, sind vorzugsweise aus faserverstärktem Kunststoff, Leichtmetall oder Stahl gefertigt. Als baulich besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn das Verstärkungsteil in verrippter Bauweise ausgebildet ist. Eine besonders hohe Festigkeit des Verstärkungsteils lässt sich erreichen, wenn dieses als Hybridbauteil ausgebildet ist. Dieses zeichnet sich zudem durch ein geringes Gewicht aus. Insbesondere ist das Verstärkungsteil als Hybridbauteil zumindest in wesentlichen Teilen aus thermoplastischem Kunststoff, der in Teilen mit Endlosfasern und in Teilen mit Kurz- und/oder Langfasern verstärkt ist, gebildet. Vorzugsweise ist das Verstärkungsteil mit mindestens einem der Strukturteile durch einen in einem KTL (Kathodische Tauchlackierung)-Trocknungsprozess durch Wärme expandierten Strukturschaum verklebt. Die formschlüssige Verbindung von Verstärkungsteil und Strukturteil kann auf unterschiedliche Art und Weise gestaltet sein. So können das Verstärkungsteil und das Strukturteil insbesondere auf Schub zueinander fixiert werden. Alternativ kann die formschlüssige Verbindung so gestaltet sein, dass die beiden Bauteile in allen Richtungen zueinander fixiert sind. Es ist insbesondere vorgesehen, dass das Strukturteil, mit dem das Verstärkungsteil formschlüssig verbunden ist, eine Ausnehmung zum Durchtritt des Verstärkungsteils aufweist. Hierdurch lässt sich auf besonders einfache Art und Weise die formschlüssige Verbindung der Bauteile erreichen. Die Ausnehmung ist insbesondere als Loch oder Durchgang im Strukturteil gestaltet. Es liegt durchaus im Rahmen der Erfindung, dass das Verstärkungsteil mit mehreren Strukturteilen formschlüssig verbunden ist. Das Verstärkungsteil kann im Bereich der Ausnehmung des Strukturteils unterschiedlich gestaltet sein, insbesondere als Formschlussdom oder als Formschlussdom mit integriertem Distanzelement. Insbesondere wird vor Expansion des Strukturschaums mittels des Dist