DE102018201906A1

DE102018201906A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Fahrzeugbauteils

Info

Publication number: DE102018201906A1
Application number: DE102018201906.1A
Authority: DE
Inventors: Thomas Baranowski; Maik Broda; Markus FRANZEN; Pascal Rebmann
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2018-02-07
Filing date: 2018-02-07
Publication date: 2019-08-08
Also published as: CN110116505A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Fahrzeugbauteils (1), aufweisend die Schritte: Herstellen (100) eines Spritzgussbauteils (2) mit wenigstens einer an einer Oberfläche des Spritzgussbauteils (2) ausgebildeten Vertiefung (3); Einbringen von wenigstens einem Bandabschnitt (4) eines faserverstärkten Kunststoffbands in die Vertiefung (3); und Verschweißen des in die Vertiefung eingefügten Bandabschnitts (4) mit dem Spritzgussbauteil (2). Um die Serienfertigung von Fahrzeugbauteilen (1) hinsichtlich der Fertigungskosten und der Fertigungsqualität zu optimieren, erfolgt das Verschweißen von einer dem Spritzgussbauteil (2) abgewandten Seite des Bandabschnitts (4) aus.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Fahrzeugbauteils, aufweisend die Schritte: Herstellen eines Spritzgussbauteils mit wenigstens einer an einer Oberfläche des Spritzgussbauteils ausgebildeten Vertiefung; Einbringen von wenigstens einem Bandabschnitt eines faserverstärkten Kunststoffbands in die Vertiefung; und Verschweißen des in die Vertiefung eingefügten Bandabschnitts mit dem Spritzgussbauteil.
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen eines Fahrzeugbauteils, aufweisend: wenigstens ein Spritzgießwerkzeug zum Herstellen eines Spritzgussbauteils mit wenigstens einer an einer Oberfläche des Spritzgussbauteils ausgebildeten Vertiefung; wenigstens eine Einrichtung zum Einbringen von wenigstens einem Bandabschnitt eines faserverstärkten Kunststoffbands in die Vertiefung des dem Spritzgießwerkzeug entnommenen Spritzgussbauteils; und wenigstens eine Schweißeinheit zum Halten des Spritzgussbauteils und zum Verschweißen des in die Vertiefung eingefügten Bandabschnitts mit dem gehaltenen Spritzgussbauteil.
Hohe ökologische, ökonomische und politische Anforderungen führen insbesondere im Fahrzeugbau zu einer wachsenden Anwendung von leichtgewichtigen Lösungen in Form von faserverstärkten Spritzgussbauteilen. Es kann erforderlich sein ein Spritzgussbauteil zu verstärken, damit das Spritzgussbauteil den mechanischen Belastungen während seines bestimmungsgemäßen Einsatzes standhalten kann. Dabei sind lediglich lokal faserverstärkte Spritzgussbauteile deutlich kostengünstiger herstellbar als Spritzgussbauteile, die vollständig aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt sind. Zur lokalen Verstärkung kann ein Verstärkungselement an einem Spritzgussbauteil angeordnet werden, das beispielsweise selbst aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt ist. Das Verstärkungselement kann beispielsweise als faserverstärktes Kunststoffband ausgebildet sein, das in einem Matrixwerkstoff aus Kunststoff eingebettete endlose Verstärkungsfasern aufweist. Es sind Anwendungsfälle bekannt, bei denen ein solches Verstärkungselement während der Herstellung eines Spritzgussbauteils mit einem jeweilig verwendeten Spritzgusswerkstoff überspritzt bzw. zumindest teilweise umspritzt wird.
Die größte Herausforderung bei der Verwendung eines Verstärkungselements in Form eines faserverstärkten Kunststoffbands, auch Tape genannt, in Großserienanwendungen ist bei dem Herstellungsprozess von Spritzgussbauteilen gegeben. Das manuelle oder automatisierte Anordnen eines Tapes in einem Spritzgießwerkzeug kann dabei sehr zeitintensiv sein. Hierbei muss ein Roboter oder eine Person das dünne Tape in das Spritzgießwerkzeug anordnen, bevor der Spritzgießprozess gestartet werden kann. Dies führt zu einem ineffektiven Herstellungsprozess, insbesondere aufgrund der manuellen Prozesshandlungen und dem Risiko, dass die erforderlichen Positionierungstoleranzen nicht erreicht werden. Die Verwendung eines Roboters statt einer Person ist effektiver bezüglich des Timings und der Genauigkeit, ist aber kostenintensiver und benötigt mehr Raum.
Die US 6 237 509 B1 offenbart eine synthetische Harzpalette mit einer, die Last tragenden, oberen Oberfläche sowie eine gegenüberliegende unteren Oberfläche, wobei die Palette durch ein Verstärkungselement aus einem faserverstärkten Material verstärkt ist, um einer in einer Richtung orthogonal zu diesen Oberflächen wirkenden Biegekraft zu widerstehen. Das Verstärkungselement ist durch Hitze-Verschweißen desselben an der Innenseite einer Nut, die in einer oder beiden Oberflächen ausgeformt ist, angebracht.
Die US 2016/0339821 A1 offenbart einen Fahrzeugsitz mit einem aus Metall hergestellten Sitzrahmen und einem Verstärkungselement, das lokal an einem Abschnitt befestigt ist, in dem eine Spannungskonzentration in dem Sitzrahmen auftritt, wobei das Verstärkungselement so befestigt ist, dass das Verstärkungselement eine Spannung verteilt, und wobei das Verstärkungselement eine relative Dichte besitzt, die kleiner als eine relative Dichte des Sitzrahmens ist.
Die WO 2015/069111 A1 offenbart ein Fahrzeugrad mit einer Felge, wobei die Felge ein Felgenbett aufweist, das ein gewickeltes Band aufweist, das eine faserverstärkte thermoplastische oder duroplastische Polymermatrix aufweist. Zum Herstellen des Fahrzeugrads wird mindestens eine konische Form bereitgestellt, die um eine Drehachse gedreht wird, wobei ein bereitgestelltes Endlosband aus einem faserverstärkten thermoplastischen oder duroplastischen Matrixmaterial in verschiedene Richtungen unter Winkeln zwischen -90 und + 90 Grad in Bezug auf die Drehachse um die sich drehende Form gewickelt wird. Anschließend erfolgt ein Schmelzen und konsekutives Verfestigen oder Konsolidieren oder Aushärten des Polymermatrixmaterials oder ein Verkleben oder Verschweißen des gewickelten Bands, so dass ein kegelstumpfförmiges Felgenbett hergestellt wird.
Die DE 10 2012 213 663 A1 offenbart einen Getriebeträger für ein Kraftfahrzeug, der profiliert geformt ist und an vorbestimmten Stellen eine Anzahl von Einlegeteilen aus Metall aufweist, die zur Getriebe-Befestigung angepasst sind. Der Getriebeträger ist zumindest teilweise aus endlosfaserverstärktem oder quasiendlosfaserverstärktem Kunststoffmaterial, insbesondere aus Organoblech, gefertigt.
Die US 9 302 414 offenbart eine Airbag-Anordnung mit einer Airbag-Platte, die ein entfaltbares Element, das in einem zwischen einer inneren verstärkten Reaktionsplatte und einer äußeren Platte ausgebildeten Hohlraum angeordnet ist, aufweist. Des Weiteren weist die Airbag-Anordnung mindestens einen Verstärkungsstreifen in zumindest einem Abschnitt der Airbag-Platte auf, der mehrere Glasfasern beinhaltet, wobei jede der mehreren Glasfasern einzeln von einer äußeren Deckschicht umschlossen ist und in einer im Wesentlichen parallelen Auslegung platziert ist.
Die unter dem Link http://waset.org/pdf/books/?id=67106&pageNumber=1495 abrufbare Veröffentlichung „Automated Local Reinforcing of Glass Fiber-Injection-Molded Preforms with Carbon Fiber Tapes“ offenbart die Anordnung von Kohlenstofffasertapes an Spritzgussbauteilen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Serienfertigung von Fahrzeugbauteilen hinsichtlich der Fertigungskosten und der Fertigungsqualität zu optimieren.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, bei dem das Verschweißen von einer dem Spritzgussbauteil abgewandten Seite des Bandabschnitts aus erfolgt.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
Erfindungsgemäß wird der Bandabschnitt nach Durchführung eines Spritzgießvorgangs an dem dabei hergestellten Spritzgussbauteil angeordnet und zwar in der Vertiefung an dem Spritzgussbauteil. Hierzu wird das Spritzgussbauteil vorzugsweise zunächst einer Spritzgießform entnommen, wonach der Bandabschnitt in die Vertiefung eingebracht wird. Der Vorgang der Anordnung des Bandabschnitts an dem Spritzgussbauteil und der Vorgang des Verschweißens von Bandabschnitt und Spritzgussbauteil erfolgen also zeitlich und räumlich getrennt von dem Spritzgießvorgang. Hierdurch kann das Verschweißen von Bandabschnitt und Spritzgussbauteil beispielsweise in einen herkömmlichen Schweißprozess integriert werden, der häufig zur Herstellung von baulich komplexen Fahrzeugbauteilen erforderlich ist, und bei dem beispielsweise weitere Bauteile mit dem Spritzgussbauteil verschweißt werden. Dadurch ist kein zusätzlicher Schweißprozess zur Herstellung des Fahrzeugbauteils erforderlich. Im Gegensatz dazu wird bei einem herkömmlichen Herstellungsverfahren für Fahrzeugbauteile ein Bandabschnitt eines faserverstärkten Kunststoffbands üblicherweise vor der Durchführung eines Spritzgießvorgangs innerhalb einer Kavität eines Spritzgießwerkzeugs angeordnet, was relativ aufwändig ist.
Durch das erfindungsgemäße Verschweißen des Bandabschnitts mit dem Spritzgussbauteil von der dem Spritzgussbauteil abgewandten Seite des Bandabschnitts aus kann der Bandabschnitt vor dem Verschweißen wie gewünscht exakt in der Vertiefung positioniert werden und während des Verschweißens in dieser Position verbleiben, in der er durch die Vertiefung gesichert ist, um ein Verlagern des Bandabschnitts während des Verschweißens zu verhindern. Die Vertiefung kann hierbei derart ausgebildet sein, dass der Bandabschnitt in wenigstens einer Dimension formschlüssig in der Vertiefung aufgenommen ist.
Durch die geometrischen Abmessungen der Vertiefung an dem Spritzgussbauteil ist eine genaue und reproduzierbare Positionierung des Bandabschnitts an dem Spritzgussbauteil möglich, da der Bandabschnitt an einer oder mehreren, insbesondere allen, Seiten von der Vertiefung gehalten wird, insbesondere auch während des Verschweißens von Bandabschnitt und Spritzgussbauteil. Dies erhöht die Fertigungsqualität entsprechend hergestellter Fahrzeugbauteile. Hierdurch ist es nicht erforderlich, die Positionierung des Bandabschnitts relativ zu dem Spritzgussbauteil derart aufwändig zu sichern, wie es bei einem herkömmlichen Verfahren notwendig ist, bei dem der Bandabschnitt vor Durchführung des Spritzgießens innerhalb der Kavität des Spritzgießwerkzeugs anzuordnen ist. Dies führt somit gegenüber einem solchen herkömmlichen Verfahren zu einer Minimierung des technologischen Aufwands zur Herstellung des Fahrzeugbauteils, was mit einer Reduzierung von Fertigungskosten verbunden ist. Gemäß der Erfindung muss der Bandabschnitt nach dem Spritzgießprozess lediglich in die am Spritzgussbauteil ausgebildete Vertiefung eingelegt werden, um anschließend auf einfache Art und Weise mit dem Spritzgussbauteil verschweißt werden zu können.
Das Spritzgussbauteil wird aus einem Kunststoffmaterial hergestellt, wobei das Kunststoffmaterial Verstärkungsfasern, beispielsweise Kohlenstofffasern, Glasfasern, Aramidfasern oder dergleichen, enthalten kann. Das zur Herstellung des Spritzgussbauteils verwendete Spritzgießwerkzeug weist die Vertiefung des Spritzgussbauteils als Positivform auf, so dass die Vertiefung des Spritzgussbauteils während des Spritzgießens direkt mit an dem Spritzgussbauteil ausgeformt wird. Das Herstellen des Spritzgussbauteils erfolgt vorzugsweise in einem automatisierten Spritzgießverfahren unter Verwendung eines entsprechenden Spritzgießwerkzeugs. Bei der Herstellung des Spritzgussbauteils können an der Oberfläche des Spritzgussbauteils auch zwei oder mehrere Vertiefungen ausgebildet werden.
Das Einbringen des Bandabschnitts des faserverstärkten Kunststoffbands in die Vertiefung kann manuell oder automatisiert erfolgen. Letzteres kann die Einbringgenauigkeit und deren Reproduzierbarkeit erhöhen. In die Vertiefung können auch zwei oder mehrere Bandabschnitte nebeneinander oder übereinander eingebracht werden.
Das Verschweißen des in die Vertiefung eingefügten Bandabschnitts mit dem Spritzgussbauteil kann manuell, beispielsweise mittels einer Schweißpistole, oder automatisiert erfolgen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Fahrzeugbauteile verschiedener Gestalt hergestellt werden. Insbesondere können mit dem Verfahren Auskleidungsbauteile hergestellt werden, die zumindest überwiegend aus Kunststoff bestehen.
Das faserverstärkte Kunststoffband kann als flaches Band mit in Bandlängsrichtung unidirektional, mit bidirektional oder mit multidirektional ausgerichteten Verstärkungsfasern ausgebildet sein. Das Kunststoffband kann aus zwei oder mehreren Schichten mit verschiedenen Faserausrichtungen aufgebaut sein. Das Kunststoffband kann einen Polymerwerkstoff aufweisen, in dem die Verstärkungsfasern zumindest teilweise eingebettet sind. Der Polymerwerkstoff kann, insbesondere bezüglich seiner Schmelztemperatur, ähnlich oder gleich der Kunststoffkomponente des Kunststoffmaterials des Spritzgussbauteils sein, so dass sich der Polymerwerkstoff während des Spritzgießens stoffschlüssig mit der Kunststoffkomponente des Kunststoffmaterials verbinden kann. Hierdurch wird ein Ablösen des Bandabschnitts bzw. der Bandabschnitte von dem Spritzgussbauteil zuverlässig verhindert. Die Verstärkungsfasern des Kunststoffbands können beispielsweise Glasfasern, Kohlenstofffasern, Aramidfasern oder andere künstliche oder natürliche Fasern sein.
Das Kunststoffmaterial des Spritzgussbauteils kann beispielsweise eine thermoplastische oder duroplastische Kunststoffkomponente aufweisen oder vollständig aus einem thermoplastischen oder duroplastischen Werkstoff hergestellt werden. Das Kunststoffmaterial kann Verstärkungsfasern oder einen anderen Füllstoff, wie beispielsweise Talkum, enthalten oder nicht. Das Kunststoffmaterial, abgesehen von einem darin eventuell enthaltenen Füllstoff, kann beispielsweise aus Polypropylen, einem Polyamid, Polyoxymethylen, einem Polycarbonat oder einem AcrylnitrilButadien-Styrol-Copolymer hergestellt werden. Zur Faserverstärkung des Kunststoffmaterials kann dieses kurze oder lange Verstärkungsfasern enthalten. Beispielsweise können zur Faserverstärkung Glasfasern, Kohlenstofffasern, Aramidfasern oder andere künstliche oder natürliche Fasern verwendet werden. Das Kunststoffmaterial kann zudem durch einen physikalischen oder chemischen Aufschäumprozess aufgeschäumt sein, um das Gewicht des Spritzgussbauteils zu reduzieren.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt das Verschweißen durch Ultraschallverschweißen. Diese Art der Verschweißung kann gewissermaßen durch den Bandabschnitt hindurch erfolgen, wodurch eine durch Reibung induzierte Erwärmung der miteinander in Kontakt stehenden Kontaktflächen von Bandabschnitt und Boden der Vertiefung des Spritzgussbauteils erfolgt. Das Ultraschallschweißen hat insbesondere den Vorteil, dass die Kontaktflächen von Bandabschnitt und Spritzgussbauteil nicht vor dem Einbringen des Bandabschnitts in die Vertiefung an dem Spritzgussbauteil erwärmt werden müssen, wie es beispielsweise bei einem Heizelementschweißen, Warmgasschweißen und Laserschweißen erforderlich wäre.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass als faserverstärktes Kunststoffband ein zumindest teilweise lasertransparentes Kunststoffband verwendet wird und das Verschweißen durch ein Laserdurchstrahlschweißen erfolgt. Auch diese Art der Verschweißung erfolgt durch den Bandabschnitt hindurch, indem die Laserstrahlen den Bandabschnitt im Wesentlichen ohne nennenswerte Erwärmung durchdringen und dann insbesondere auf den Boden der Vertiefung des Spritzgussbauteils auftreffen, wo die Laserstrahlen unter Wärmeerzeugung absorbiert werden, um das Material des Spritzgussbauteils im Bereich des Bodens der Vertiefung zu schmelzen. Auch das Laserdurchstrahlschweißen hat insbesondere den Vorteil, dass die Kontaktflächen von Bandabschnitt und Spritzgussbauteil nicht vor dem Einbringen des Bandabschnitts in die Vertiefung an dem Spritzgussbauteil erwärmt werden müssen, wie es beispielsweise bei einem Heizelementschweißen, Warmgasschweißen und Laserschweißen erforderlich wäre.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt das Einbringen des Bandabschnitts in die Vertiefung und/oder das Verschweißen automatisiert. Hierdurch können die Fertigungsgenauigkeit und die Reproduzierbarkeit der Einzelfertigung erhöht und eine verkürzte Zykluszeit erreicht werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird bei dem Verschweißen wenigstens ein Schweißpunkt und/oder wenigstens eine Schweißlinie zwischen dem Bandabschnitt und dem Spritzgussbauteil ausgebildet.
Die obige Aufgabe wird des Weiteren durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst, deren Schweißeinheit derart ausgebildet ist, dass das Verschweißen von einer dem Spritzgussbauteil abgewandten Seite des Bandabschnitts aus durchführbar ist.
Mit der Vorrichtung sind die oben mit Bezug auf das Verfahren genannten Vorteile entsprechend verbunden. Insbesondere kann die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einer der oben genannten Ausgestaltungen oder einer Kombination von wenigstens zwei dieser Ausgestaltungen miteinander verwendet werden.
Das zur Herstellung des Spritzgussbauteils verwendete Spritzgießwerkzeug weist die Vertiefung des Spritzgussbauteils als Positivform auf, so dass die Vertiefung des Spritzgussbauteils während des Spritzgießens direkt mit an dem Spritzgussbauteil ausgeformt wird. Das Spritzgießwerkzeug kann auch zwei oder mehrere entsprechende Positivformen aufweisen.
Die Einrichtung zum Einbringen des Bandabschnitts des faserverstärkten Kunststoffbands in die Vertiefung des dem Spritzgießwerkzeug entnommenen Spritzgussbauteils kann beispielsweise ein Industrieroboter sein. Die Einbringeinrichtung kann wenigstens eine nachfüllbare Bevorratungseinheit zum Bevorraten des faserverstärkten Kunststoffbands aufweisen. Die Bevorratungseinheit bzw. die Einbringeinrichtung kann eingerichtet sein, ein Signal auszugeben, wenn die in der Bevorratungseinheit noch zur Verfügung stehende Kunststoffbandmenge einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet. Die Bevorratungseinheit kann wenigstens eine Halteeinheit und wenigstens eine, auswechselbar an der Halteeinheit angeordnete, abwickelbare Kunststoffbandspule aufweisen. Die Einbringeinrichtung kann zudem wenigstens einen elektrisch ansteuerbaren Antrieb zum Abwickeln der Kunststoffbandspule aufweisen. Der Antrieb ist vorzugsweise ein Elektromotor, mit dem die Kunststoffbandspule um ihre Längsmittelachse gedreht werden kann.
Die Schweißeinheit kann eine Halteeinheit zum Halten des Spritzgussbauteils aufweisen, wobei die Halteeinheit stationär sein kann oder durch einen Abschnitt einer Fertigungsstraße gebildet sein kann. Zum Verschweißen des in die Vertiefung eingefügten Bandabschnitts mit dem gehaltenen Spritzgussbauteil kann die Schweißeinheit einen Industrieroboter mit einer Schweißpistole oder dergleichen aufweisen. Der Schweißroboter kann derart angesteuert werden, dass er das Verschweißen von Bandabschnitt und Spritzgussbauteil von einer dem Spritzgussbauteil abgewandten Seite des Bandabschnitts aus durchführt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann wenigstens eine Ansteuerelektronik zum Ansteuern des Spritzgießwerkzeugs, der Einbringeinrichtung und/oder der Schweißeinheit aufweisen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann insbesondere zur Serienfertigung von Fahrzeugbauteilen in Form von zumindest teilweise faserverstärkten Spritzgussbauteilen verwendet werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Schweißeinheit zum Durchführen eines Ultraschallverschweißverfahrens eingerichtet. Mit dieser Ausgestaltung sind die oben mit Bezug auf die entsprechende Ausgestaltung des Verfahrens genannten Vorteile entsprechend verbunden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Schweißeinheit zum Durchführen eines Laserstrahldurchschweißverfahrens eingerichtet ist, wobei das faserverstärkte Kunststoffband ein zumindest teilweise lasertransparentes Kunststoffband ist. Mit dieser Ausgestaltung sind die oben mit Bezug auf die entsprechende Ausgestaltung des Verfahrens genannten Vorteile entsprechend verbunden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigen

1 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Verfahren,
2 eine schematische Darstellung eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Fahrzeugbauteils in einem ersten Herstellungszustand,
3 eine schematische Darstellung des in 2 gezeigten Fahrzeugbauteils in einem zweiten Herstellungszustand,
4 eine schematische Darstellung des in 2 gezeigten Fahrzeugbauteils in einem dritten Herstellungszustand, und
5 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Vorrichtung.

In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemä-ßes Verfahren zum Herstellen eines Fahrzeugbauteils in Form eines zumindest teilweise faserverstärkten Spritzgussbauteils.
In Verfahrensschritt 100 wird das Spritzgussbauteil unter Verwendung eines Spritzgießwerkzeugs automatisiert mit wenigstens einer an einer Oberfläche des Spritzgussbauteils ausgebildeten Vertiefung hergestellt. Beispielsweise kann in Verfahrensschritt 100 ein Fahrzeugbauteil hergestellt werden, wie es in 2 gezeigt ist.
In Verfahrensschritt 200 wird wenigstens ein Bandabschnitt eines faserverstärkten Kunststoffbands automatisiert in die Vertiefung eingebracht. Hierdurch kann beispielsweise ein Herstellungszustand des in 2 gezeigten Fahrzeugbauteils herbeigeführt werden, wie er in 3 gezeigt ist.
In Verfahrensschritt 300 wird der in die Vertiefung eingefügte Bandabschnitt automatisiert mit dem Spritzgussbauteil verschweißt. Dieses Verschweißen erfolgt von einer dem Spritzgussbauteil abgewandten Seite des Bandabschnitts aus. Das Verschweißen kann durch Ultraschallverschweißen erfolgen. Alternativ kann als faserverstärktes Kunststoffband ein zumindest teilweise lasertransparentes Kunststoffband verwendet werden und das Verschweißen durch ein Laserdurchstrahlschweißen erfolgen. Bei dem Verschweißen kann wenigstens ein Schweißpunkt und/oder wenigstens eine Schweißlinie zwischen dem Bandabschnitt und dem Spritzgussbauteil ausgebildet werden.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Fahrzeugbauteils 1 in einem ersten Herstellungszustand. Es ist lediglich das Spritzgussbauteil 2 des Fahrzeugbauteils 1 mit einer daran ausgebildeten rechteckigen Vertiefung 3 gezeigt.
3 zeigt eine schematische Darstellung des in 2 gezeigten Fahrzeugbauteils 1 in einem zweiten Herstellungszustand. Der zweite Herstellungszustand geht dadurch aus dem ersten Herstellungszustand hervor, dass ein Bandabschnitt 4 eines nicht gezeigten faserverstärkten Kunststoffbands in die Vertiefung 3 eingefügt worden ist, um formschlüssig in der Vertiefung 3 aufgenommen zu sein.
4 zeigt eine schematische Darstellung des in 2 gezeigten Fahrzeugbauteils 1 in einem dritten Herstellungszustand. In dem dritten Herstellungszustand erfolgt das Verschweißen des Bandabschnitts 4 mit dem Spritzgussbauteil 2 unter Verwendung einer Schweißpistole 5, die zur Durchführung von Ultraschallschweißen oder Laserdurchstrahlschweißen eingerichtet ist und mit der das Verschweißen von einer dem Spritzgussbauteil 2 abgewandten Seite des Bandabschnitts 4 aus erfolgt.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Vorrichtung 6 zum Herstellen eines nicht gezeigten Fahrzeugbauteils in Form eines zumindest teilweise faserverstärkten, nicht gezeigten Spritzgussbauteils.
Die Vorrichtung 6 weist ein Spritzgießwerkzeug 7 zum Herstellen des Spritzgussbauteils mit wenigstens einer an einer Oberfläche des Spritzgussbauteils ausgebildeten, nicht gezeigten Vertiefung auf. Das Spritzgießwerkzeug 7 weist hierzu die Vertiefung als Positivform 8 auf.
Des Weiteren weist die Vorrichtung 6 eine Einrichtung 9 zum Einbringen von wenigstens einem nicht gezeigten Bandabschnitt eines nicht gezeigten faserverstärkten Kunststoffbands in die Vertiefung des dem Spritzgießwerkzeug entnommenen Spritzgussbauteils auf.
Zudem weist die Vorrichtung 6 eine Schweißeinheit 10 zum Halten des Spritzgussbauteils und zum Verschweißen des in die Vertiefung eingefügten Bandabschnitts mit dem gehaltenen Spritzgussbauteil auf. Die Schweißeinheit 10 ist derart ausgebildet, dass das Verschweißen von einer dem Spritzgussbauteil abgewandten Seite des Bandabschnitts aus durchführbar ist. Die Schweißeinheit 10 ist zum Durchführen eines Ultraschallverschweißverfahrens eingerichtet. Alternativ ist die Schweißeinheit 10 zum Durchführen eines Laserstrahldurchschweißverfahrens eingerichtet, wobei das faserverstärkte Kunststoffband ein zumindest teilweise lasertransparentes Kunststoffband ist.
Ferner weist die Vorrichtung 6 eine Ansteuerelektronik 11 zum Ansteuern des Spritzgießwerkzeugs, der Einrichtung 9 und der Schweißeinheit 10 auf.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeugbauteil
2: Spritzgussbauteil
3: Vertiefung
4: Bandabschnitt
5: Schweißpistole
6: Vorrichtung
7: Spritzgießwerkzeug
8: Positivform von 7
9: Einrichtung
10: Schweißeinheit
11: Ansteuerelektronik
100: Verfahrensschritt (Herstellen)
200: Verfahrensschritt (Einbringen)
300: Verfahrensschritt (Verschweißen)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6237509 B1 [0005]
US 2016/0339821 A1 [0006]
WO 2015/069111 A1 [0007]
DE 102012213663 A1 [0008]
US 9302414 [0009]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Fahrzeugbauteils (1), aufweisend die Schritte: - Herstellen (100) eines Spritzgussbauteils (2) mit wenigstens einer an einer Oberfläche des Spritzgussbauteils (2) ausgebildeten Vertiefung (3); - Einbringen von wenigstens einem Bandabschnitt (4) eines faserverstärkten Kunststoffbands in die Vertiefung (3); und - Verschweißen des in die Vertiefung eingefügten Bandabschnitts (4) mit dem Spritzgussbauteil (2); dadurch gekennzeichnet, dass das Verschweißen von einer dem Spritzgussbauteil (2) abgewandten Seite des Bandabschnitts (4) aus erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschweißen durch Ultraschallverschweißen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als faserverstärktes Kunststoffband ein zumindest teilweise lasertransparentes Kunststoffband verwendet wird und das Verschweißen durch ein Laserdurchstrahlschweißen erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen des Bandabschnitts (4) in die Vertiefung und/oder das Verschweißen automatisiert erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Verschweißen wenigstens ein Schweißpunkt und/oder wenigstens eine Schweißlinie zwischen dem Bandabschnitt (4) und dem Spritzgussbauteil (2) ausgebildet wird.
Vorrichtung (6) zum Herstellen eines Fahrzeugbauteils (1) insbesondere eingerichtet zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend: - wenigstens ein Spritzgießwerkzeug (7) zum Herstellen eines Spritzgussbauteils (2) mit wenigstens einer an einer Oberfläche des Spritzgussbauteils (2) ausgebildeten Vertiefung (3); - wenigstens eine Einrichtung (9) zum Einbringen von wenigstens einem Bandabschnitt (4) eines faserverstärkten Kunststoffbands in die Vertiefung (3) des dem Spritzgießwerkzeug (7) entnommenen Spritzgussbauteils (2); und - wenigstens eine Schweißeinheit (10) zum Halten des Spritzgussbauteils (2) und zum Verschweißen des in die Vertiefung (3) eingefügten Bandabschnitts (4) mit dem gehaltenen Spritzgussbauteil (2); dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißeinheit (10) derart ausgebildet ist, dass das Verschweißen von einer dem Spritzgussbauteil (2) abgewandten Seite des Bandabschnitts (4) aus durchführbar ist.
Vorrichtung (6) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißeinheit (10) zum Durchführen eines Ultraschallverschweißverfahrens eingerichtet ist.
Vorrichtung (6) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißeinheit (10) zum Durchführen eines Laserstrahldurchschweißverfahrens eingerichtet ist, wobei das faserverstärkte Kunststoffband ein zumindest teilweise lasertransparentes Kunststoffband ist.