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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Bauteils nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, ein Werkzeug zum Herstellen eines faserverstärkten Bauteils nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 9 sowie ein faserverstärktes Bauteil nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 10.
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Ein solches Verfahren sowie ein solches Werkzeug zum Herstellen eines faserverstärkten Bauteils sind der
DE 10 2004 054 228 A1 als bekannt zu entnehmen. Bei dem Verfahren wird ein zumindest teilweise aus Fasern gebildetes Grundbauteil mittels eines Werkzeugs zumindest teilweise gepresst und mittels wenigstens einer Kavität des Werkzeugs in wenigstens einem Teilbereich mit einem Kunststoff versehen. Dazu wird der Kunststoff in die Kavität eingebracht.
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Bei diesem Verfahren wird die Kavität lokal durch das Grundbauteil abgedichtet. Es hat sich gezeigt, dass bei einer sehr hohen Verpressung des Grundbauteils und somit bei einer sehr hohen oder starken Konsolidierung des Grundbauteils eine gute Abdichtung der Kavität realisiert wird. Jedoch ergibt sich dabei der Nachteil, dass eine Teilkonsolidierung nicht möglich ist und, dass durch das starke Verpressen Material des Grundbauteils in die Kavität eindringt und das Versehen des Grundbauteils mit dem Kunststoff behindert.
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Bei demgegenüber weniger starker Verpressen und somit weniger starker Konsolidierung des Grundbauteils wird die Kavität durch das Grundbauteil nicht ausreichend abgedichtet. Dies führt dazu, dass Kunststoff in anderweitige Bereiche als der Teilbereich des Grundbauteils gelangt. Mit anderen Worten wird dann das Grundbauteil in unerwünschten Bereichen mit dem Kunststoff versehen. Um dem entgegenzuwirken, kann der Druck, mit welchem das Grundbauteil mit dem Kunststoff versehen wird, besonders gering eingestellt werden. Damit geht jedoch der Nachteil eines nur sehr geringen Fließwegs des Kunststoffs einher. Durch die relative schwache Verpressung und somit die relativ schwache Konsolidierung wird ein relativ geringer Verzug und ein relativ hohes Flächenträgheitsmoment des zumindest im Wesentlichen flächigen Grundbauteils ermöglicht.
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Des Weiteren ist das Verfahren anfällig für Schwankungen im Flächengewicht des Grundbauteils, und die Oberflächenqualität auf einer dem Teilbereich, in welchem das Grundbauteil mit dem Kunststoff versehen wird, abgewandten Seite ist bei geringen Gewichten des Grundbauteils infolge von Abzeichnungen schlecht.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes, faserverstärktes Bauteil, ein verbessertes Verfahren sowie ein verbessertes Werkzeug zum Herstellen eines faserverstärkten Bauteils bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Werkzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 sowie durch ein faserverstärktes Bauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Zur Vermeidung der eingangs geschilderten Nachteile ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass das Grundbauteil mittels wenigstens eines sich an die Kavität anschließenden Vorsprungs des Werkzeugs in wenigstens einem, sich an den ersten Teilbereich anschließenden, zweiten Teilbereich des Grundbauteils stärker gepresst wird als im ersten und in wenigstens einem, sich an den zweiten Teilbereich anschließenden, weiteren Teilbereich des Grundbauteils. Mit anderen Worten wird das beispielsweise unkonsolidierte oder teilkonsolidierte Grundbauteil lokal, d. h. im zweiten Teilbereich stärker gepresst oder verpresst als in dem ersten Teilbereich, in welchem das Grundbauteil mit dem Kunststoff versehen wird, und als in dem wenigstens einen, vom ersten Teilbereich unterschiedlichen, weiteren Teilbereich des Grundbauteils.
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So kann in dem zweiten, sich an den ersten Teilbereich anschließenden Teilbereich eine sehr hohe Dichtfunktion erzielt werden, so dass der Kunststoff in dem gewünschten, ersten Teilbereich verbleibt und nicht etwa in den zweiten Teilbereich sowie in andere Teilbereiche des Grundbauteils unkontrolliert und unerwünschterweise gelangen kann. Gleichzeitig ist es möglich, das Grundbauteil in dem wenigstens einen weiteren Teilbereich nicht oder mit einem nur sehr geringen Grad zu konsolidieren, da der Grad oder die Stärke des Pressens mittels des Werkzeugs in dem weiteren Teilbereich trotz der Realisierung des demgegenüber starken Pressens und der damit starken Abdichtung in dem zweiten Teilbereich gering gehalten werden kann. Darüber hinaus können Abzeichnungen auf der Oberfläche des Grundbauteils vermieden oder sehr gering gehalten werden, da das Grundbauteil lediglich im zweiten Teilbereich relativ stark gepresst, in den anderen Teilbereichen weniger stark gepresst wird und somit Material des Grundbauteils nicht oder nur sehr geringfügig in die Kavität gepresst wird.
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Zur Realisierung einer besonders vorteilhaften Abdichtung des ersten Teilbereichs ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Grundbauteil mittels des um die Kavität vollständig umlaufenden Vorsprungs im zweiten Teilbereich gepresst wird. Mit anderen Worten umgibt der Vorsprung den ersten Teilbereich bzw. die Kavität in Umfangsrichtung der Kavität vollständig, so dass der Kunststoff im gewünschten, ersten Teilbereich verbleibt und nicht in anderweitige Teilbereiche gelangen kann.
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Vorzugsweise wird als Grundbauteil ein Textil verwendet. Dadurch kann das faserverstärkte Bauteil besonders dünnwandig ausgebildet werden. Insbesondere können so Wandstärken von 1 mm oder geringer mit einem sehr hohen Faseranteil erzielt werden.
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Vorzugsweise ist das Grundbauteil aus ersten Fasern eines ersten Werkstoffs und zumindest aus zweiten Fasern eines vom ersten Werkstoff unterschiedlichen, zweiten Werkstoffs gebildet. Bei dem Grundbauteil handelt es sich somit um ein Hybridfasergrundbauteil, welches aus wenigstens zwei Faserarten unterschiedlicher Werkstoffe gebildet ist. Dadurch kann das faserverstärkte Bauteil mit einer besonders geringen Wandstärke ausgebildet werden und weist somit ein geringes Gewicht, jedoch eine sehr hohe Steifigkeit auf.
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Insbesondere kann es sich bei dem Grundbauteil um ein Hybridvlies oder ein Hybridgewebe handeln, welches mittels des Werkzeugs vorzugsweise im Rahmen eines Spritzgussverfahrens mit dem Kunststoff angespritzt, insbesondere hinterspritzt, wird.
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Durch Versehen des Grundbauteils mit dem Kunststoff können Funktionen bzw. Funktionsteile an das Grundbauteil angeformt, insbesondere angespritzt, werden. Bei dem Funktionsteil handelt es sich beispielsweise um eine Rippe, insbesondere eine Versteifungsrippe zum Aussteifen des faserverstärkten Bauteils. Ebenso kann es sich um einen Dom, einen Retainer und/oder dergleichen handeln. Durch das Anspritzen, insbesondere Hinterspritzen, des Grundbauteils lassen sich besonders geringe Wandstärken von unter 1 mm mit einem sehr hohem Faseranteil realisieren.
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Durch die starke Verpressung des Grundbauteils im zweiten Teilbereich und einer demgegenüber geringeren Verpressung im ersten und im weiteren Teilbereich, wodurch dort geringere Konsolidierungsgrade erzielt werden, kann der Kunststoff mit einem sehr hohen Druck, insbesondere Spritzdruck, an das Grundbauteil angeformt werden, woraus lange und somit vorteilhafte Fließwege resultieren. Darüber hinaus ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch besonders stabil gegenüber Schwankungen von Verarbeitungsparametern und Halbzeugeigenschaften des Grundbauteils, wie z. B. gegenüber der Dicke des Grundbauteils.
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Das Grundbauteil wird beispielsweise derart gepresst, dass zwei einander gegenüber angeordnete Werkzeughälften des Werkzeugs aufeinander zu bewegt werden, wobei das Grundbauteil zwischen den Werkzeughälften angeordnet ist. Da im ersten Teilbereich die Kavität vorgesehen ist, wird das Grundbauteil im ersten Teilbereich beispielsweise nicht gepresst. Im weiteren Teilbereich wird das Grundbauteil beispielsweise mittels der Werkzeughälften gepresst, jedoch schwächer als im zweiten Teilbereich mittels des Vorsprungs, über welchen das Werkzeug bzw. die Werkzeughälften weiter in das Grundbauteil eindringen kann als im weiteren Teilbereich.
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Zur Erfindung gehört auch ein Werkzeug zum Herstellen eines faserverstärkten Bauteils, mit wenigstens zwei Werkzeugteilen, mittels welchen ein zumindest teilweise aus Fasern gebildetes Grundbauteil zumindest teilweise zu pressen ist. Dabei weist wenigstens eines der Werkzeugteile eine Kavität auf, mittels welcher das Grundbauteil in wenigstens einem Teilbereich mit einem Kunststoff zu versehen ist. Dazu ist der Kunststoff in die Kavität einbringbar.
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Zur Realisierung einer verbesserten Herstellung des faserverstärkten Bauteils ist erfindungsgemäß zumindest ein sich an die Kavität anschließender Vorsprung des entsprechenden, die Kavität aufweisenden Werkzeugteils vorgesehen. Mittels des Vorsprungs ist das Grundbauteil in wenigstens einem, sich an den ersten Teilbereich anschließenden, zweiten Teilbereich des Grundbauteils stärker zu pressen als im ersten und in wenigstens einem, sich an den zweiten Teilbereich anschließenden, weiteren Teilbereich des Grundbauteils. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Werkzeugs anzusehen und umgekehrt.
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Die Teilbereiche des Grundbauteils entsprechen dabei zumindest im Wesentlichen korrespondierenden Teilbereichen des die Kavität aufweisenden Werkzeugteils. Dies bedeutet, dass die Kavität im ersten Teilbereich des Werkzeugteils angeordnet ist, während der Vorsprung im sich an den ersten Teilbereich und somit an die Kavität anschließenden, zweiten Teilbereich angeordnet ist. An den zweiten Teilbereich schließt sich wenigstens der weitere Teilbereich des entsprechenden Werkzeugteils bzw. des Werkzeugs an, welcher gegenüber dem Vorsprung zurückversetzt ist.
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Dadurch ist es möglich, dass das die Kavität aufweisende Werkzeugteil das Grundbauteil im zweiten Teilbereich stärker presst, insbesondere zusammenpresst, als im ersten Teilbereich (im Bereich der Kavität) und als im weiteren Teilbereich. Daraus resultieren die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren geschilderten Vorteile.
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Da das Werkzeugteil im ersten Teilbereich die Kavität aufweist, wird das Grundbauteil im ersten Teilbereich beispielsweise nicht gepresst. Da der weitere Teilbereich gegenüber dem zweiten Teilbereich zurückversetzt ist, wird das Grundbauteil mittels des Werkzeugs im weiteren Teilbereich weniger stark gepresst als im zweiten Teilbereich, wodurch das Grundbauteil im weiteren Teilbereich nur sehr schwach konsolidiert werden kann.
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So ist es einerseits möglich, den ersten Teilbereich und somit die Kavität durch die starke Verpressung abzudichten, so dass der Kunststoff nicht in unerwünschte Teilbereiche gelangen kann. Andererseits ist es möglich, insbesondere im weiteren Teilbereich sehr geringe Konsolidierungsgrade zu realisieren. Ferner kann der Kunststoff mit einem besonders hohen Druck verarbeitet werden, was zu sehr langen Fließwegen führt.
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Zur Erfindung gehört ferner ein faserverstärktes Bauteil, mit einem zumindest teilweise aus Fasern gebildeten Grundbauteil, welches zumindest teilweise gepresst und in wenigstens einem Teilbereich mit einem Kunststoff versehen ist.
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Um eine verbesserte Herstellung des faserverstärkten Bauteils darzustellen, ist vorgesehen, dass das Grundbauteil in wenigstens einem, sich an den ersten Teilbereich anschließenden, zweiten Teilbereich des Grundbauteils stärker gepresst ist als im ersten und in wenigstens einem, sich an den zweiten Teilbereich anschließenden, weiteren Teilbereich des Grundbauteils. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Werkzeugs sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Bauteils anzusehen und umgekehrt.
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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 Fig. 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.
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Dabei dienen 1 und 2 zur Erläuterung des Hintergrunds der Erfindung.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht eines Werkzeugs zum Herstellen eines faserverstärkten Bauteils, mittels welchem ein Grundbauteil teilweise gepresst und teilweise mit einem Kunststoff versehen wird, wobei im Rahmen des Verfahrens zum Herstellen des faserverstärkten Bauteils das Grundbauteil mittels des Werkzeugs stark gepresst wird;
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2 ausschnittsweise eine weitere schematische Schnittansicht des Werkzeugs gemäß 1, wobei das Grundbauteil im Rahmen des Verfahrens zum Herstellen des faserverstärkten Bauteils im Vergleich zu 1 weniger stark gepresst wird;
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3 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht eines Werkzeugs zum Herstellen eines faserverstärkten Bauteils, mittels welchem ein Grundbauteil in einen ersten Teilbereich mit einem Kunststoff versehen wird und mittels welchem das Grundbauteil in sich an den ersten Teilbereich anschließenden, zweiten Teilbereichen stärker gepresst wird als im ersten und als in sich an die zweiten Teilbereiche anschließenden, weiteren Teilbereichen des Grundbauteils; und
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4 ausschnittsweise eine weitere schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform des Werkzeugs gemäß 3.
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1 zeigt ein Werkzeug 10 zur Durchführung eines Verfahrens zum Herstellen eines faserverstärkten Bauteils. Bei dem faserverstärkten Bauteil handelt es sich beispielsweise um ein Verkleidungsteil, insbesondere ein Innenverkleidungsteil, für einen beispielsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagen.
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Das Werkzeug 10 umfasst ein erstes Werkzeugteil 12 sowie ein zweites Werkzeugteil 14, welche einander gegenüber angeordnet sind und welche aufeinander zu und voneinander weg bewegbar sind.
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Zum Herstellen des faserverstärkten Bauteils werden die Werkzeugteile 12, 14 zunächst voneinander weg bewegt, d. h. geöffnet. Anschließend wird ein Grundbauteil 16 zumindest bereichsweise in das Werkzeug 10 eingelegt und somit zumindest bereichsweise zwischen den Werkzeugteilen 12, 14 angeordnet.
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Das Grundbauteil 16 ist aus Fasern gebildet. Das Grundbauteil 16 ist beispielsweise aus ersten Fasern eines ersten Werkstoffs und aus zweiten Fasern eines vom ersten Werkstoff unterschiedlichen, zweiten Werkstoffs gebildet. Bei dem Grundbauteil 16 kann es sich somit um ein Hybridvlies oder ein Hybridgewebe handeln.
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Wie 1 zu entnehmen ist, weist das erste Werkzeugteil 12 wenigstens eine Kavität 18 auf, mittels welcher das Grundbauteil 16 in einem ersten Teilbereich 22 mit einem Kunststoff 20 zu versehen ist. Das faserverstärkte Bauteil ist somit aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet.
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Zum Herstellen des faserverstärkten Bauteils werden – nachdem das Grundbauteil 16 zwischen den Werkzeugteilen 12, 14 angeordnet ist – aufeinander zu bewegt, d. h. geschlossen. Dadurch wird das unkonsolidierte oder teilkonsolidierte Grundbauteil 16 in sich an den ersten Teilbereich 22 anschließenden, zweiten Teilbereichen 24 gepresst. Vorliegend wird ein relativ starker Pressendruck eingestellt, so dass das Grundbauteil 16 mittels der Werkzeugteile 12, 14 stark verpresst wird.
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Wie anhand von 1 erkennbar ist, führt dies jedoch dazu, dass Material des Grundbauteils 16 teilweise in die Kavität 18 eindringt und dadurch das Versehen des Grundbauteils 16 mit dem Kunststoff 20 behindert. Zwar ist dadurch eine sehr gute Abdichtung der Kavität 18 realisiert, so dass der Kunststoff 20 nicht in die zweiten Teilbereiche 24 gelangt, jedoch geht mit dem hohen Pressendruck eine sehr hohe Konsolidierung, d. h. ein sehr hoher Konsolidierungsgrad des Grundbauteils 16 in den zweiten Teilbereichen 24 einher.
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2 veranschaulicht die Durchführung des Verfahrens gemäß 1 mit einem demgegenüber geringeren Pressendruck. Dadurch wird das Grundbauteil 16 in den zweiten Teilbereichen 24 weniger stark konsolidiert. Jedoch ist die Kavität 18 mittels des Grundbauteils 16 nicht stark genug abgedichtet, so dass der Kunststoff 20 unerwünschterweise auch in die zweiten Teilbereiche 24 gelangen kann und nicht lediglich im ersten Teilbereich 22 verbleibt. Da das Grundbauteil 16 mittels eines Spritzgussverfahrens mit dem Kunststoff 20 versehen, d. h. angespritzt wird, wird dieser Effekt auch als Überspritzen bezeichnet.
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3 zeigt nun eine Möglichkeit, einerseits die Kavität 18 sehr gut abzudichten und andererseits eine unerwünscht starke Konsolidierung mit einem unerwünscht hohen Konsolidierungsgrad des Grundbauteils 16 zu vermeiden. Wie 3 zu entnehmen ist, schließt sich an die Kavität 18 des ersten Werkzeugteils 12 ein in Umfangsrichtung der Kavität 18 vollständig um die Kavität 18 umlaufender Vorsprung 26 an. Mittels des Vorsprungs 26 wird das Grundbauteil 16 in sehr kleinen, sich an den ersten Teilbereich 22 anschließenden, zweiten Teilbereichen 24 stärker gepresst als im ersten Teilbereich 22 und als in sich an die zweiten Teilbereiche 24 anschließenden, weiteren Teilbereichen 28 des Grundbauteils 16. Dadurch kann die Kavität 18 sehr gut abgedichtet werden, so dass der Kunststoff 20 nicht in die Teilbereiche 24, 28 gelangen kann, sondern im ersten Teilbereich 22 verbleibt. Gleichzeitig kann das Pressen und somit der Konsolidierungsgrad des Grundbauteils 16 in den weiteren Teilbereichen 28 gering gehalten werden, so dass das Grundbauteil 16, insbesondere dessen Material, nicht oder nur sehr geringfügig in die Kavität 18 eindringt und das Versehen des Grundbauteils 16 mit dem Kunststoff 20 nicht behindert.
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Da das erste Werkzeugteil 12 in den weiteren Teilbereichen 28 gegenüber dem Vorsprung 26 in den zweiten Teilbereichen 24 zurückversetzt ist, wird das Grundbauteil 16 in den weiteren Teilbereichen 28 zwar erwünschterweise gepresst und somit konsolidiert, wobei dieses Pressen jedoch wesentlich schwächer erfolgt als in den zweiten Teilbereichen 24.
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4 zeigt eine weitere Ausführungsform des Werkzeugs 10 gemäß 3. Auch das Werkzeug 10 gemäß 4 ermöglicht in den zweiten Teilbereichen 24 eine lokal sehr starke Verpressung des Grundbauteils 16 entlang des mit Kunststoff anzuspritzenden, ersten Teilbereichs 22, so dass hier eine sehr hohe Dichtfunktion erreicht werden kann. Ferner ist es möglich, das Grundbauteil 16 insbesondere in den weiteren Teilbereichen 28 auch nur mit geringen Konsolidierungsgraden zu konsolidieren.
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Wie 4 zu entnehmen ist, geht die Kavität über eine um die Kavität 18 umlaufende Fase 30 in den Vorsprung 26 über. Durch die Fase 30 wird erreicht, dass Abzeichnungen an der Oberfläche des Grundbauteils 16 vermieden oder zumindest gering gehalten werden, da Material des Grundbauteils 16 nicht oder nur sehr geringfügig in die Kavität 18 gepresst wird.
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Durch den Kunststoff 20 wird das Grundbauteil 16 vorliegend mit einer Rippe versehen, welche beispielsweise zum Aussteifen des Grundbauteils 16 und somit des faserverstärkten Bauteils dient. Das Grundbauteil 16 wird dabei mit dem Kunststoff 20 angespritzt, insbesondere hinterspritzt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Werkzeug
- 12
- erstes Werkzeugteil
- 14
- zweites Werkzeugteil
- 16
- Grundbauteil
- 18
- Kavität
- 20
- Kunststoff
- 22
- erster Teilbereich
- 24
- zweiter Teilbereich
- 26
- Vorsprung
- 28
- weiterer Teilbereich
- 30
- Fase
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004054228 A1 [0002]