DE102014226350A1 - Fiber composite material and method for producing a fiber composite module - Google Patents
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Abstract
Faserverbundmodul (400), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, das Faserverbundmodul (400) aufweisend ein Faserverbundbauteil (402) und Befestigungselemente, bei dem die Befestigungselemente Schraubdome (404) sind, und Verfahren zum Herstellen eines derartigen Faserverbundmaduls (400), wobei die Schraubdome (404) jeweils einzeln oder gruppenweise an dem Faserverbundbauteil (402) angeordnet werden.Composite fiber module (400), in particular for a motor vehicle, the fiber composite module (400) comprising a fiber composite component (402) and fastening elements, wherein the fastening elements are screw domes (404), and methods for producing such Faserverbundmaduls (400), wherein the screw domes (404 ) are arranged individually or in groups on the fiber composite component (402).
Description
Die Erfindung betrifft ein Faserverbundmodul, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, das Faserverbundmodul aufweisend ein Faserverbundbauteil und Befestigungselemente. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundmoduls.The invention relates to a fiber composite module, in particular for a motor vehicle, the fiber composite module comprising a fiber composite component and fastening elements. Moreover, the invention relates to a method for producing a fiber composite module.
Aus der
Aus der
Aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Faserverbundmodul baulich und/oder funktional zu verbessern. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde ein eingangs genanntes Verfahren zu verbessern. insbesondere soll eine belastbare Befestigung von Anbauteilen, wie Steuergeräten, Außenhautteilen, Dämmmatten, Kabelbäumen und/oder Hilfshaltern, ermöglicht werden. Insbesondere eine Befestigung sowohl an Bereichen des Faserverbundbauteils, die eine variierende Wandstärke aufweisen, als auch an Bereichen des Faserverbundbauteils, die eine einheitliche Wandstärke aufweisen, ermöglicht werden. Insbesondere soll ein Aufwand, wie Herstellungsaufwand, Zeitaufwand und/oder Kostenaufwand reduziert werden. Insbesondere soll eine Oberflächenvorbehandlung nicht mehr erforderlich sein. Insbesondere soll ein Zeitaufwand zum Aushärten eines Klebstoffes nicht mehr erforderlich sein. Insbesondere soll eine Variantenzahl erforderlicher Befestigungselemente reduziert werden. Insbesondere soll eine Korrosionsstabilität gewährleistet werden. Insbesondere soll eine erforderliche Verbindungsfläche zwischen dem Faserverbundbauteil und einem Befestigungselement reduziert werden.The invention has for its object to improve an initially mentioned fiber composite module structurally and / or functionally. In addition, the invention has the object to improve a method mentioned above. In particular, a strong attachment of attachments, such as control units, body parts, insulation mats, harnesses and / or auxiliary holders should be possible. In particular, a fastening both at areas of the fiber composite component, which have a varying wall thickness, as well as at areas of the fiber composite component, which have a uniform wall thickness, are made possible. In particular, an effort, such as production costs, time and / or cost should be reduced. In particular, surface pretreatment should no longer be necessary. In particular, a time required for curing an adhesive should no longer be required. In particular, a variety of required fasteners to be reduced. In particular, a corrosion stability should be ensured. In particular, a required connection area between the fiber composite component and a fastening element is to be reduced.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einem Faserverbundmodul, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, das Faserverbundmodul aufweisend ein Faserverbundbauteil und Befestigungselemente, bei dem die Befestigungselemente Schraubdome sind.The object is achieved with a fiber composite module, in particular for a motor vehicle, the fiber composite module comprising a fiber composite component and fastening elements, wherein the fastening elements are screw domes.
Das Faserverbundmodul kann zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug dienen. Das Faserverbundmodul kann zur Verwendung als Strukturbauteil eines Kraftfahrzeugs dienen. Das Faserverbundmodul kann als Trägerteil für Anbauelemente und/oder Anbaumodule dienen. Das Kunststoffbauteil kann beispielsweise als Trägerteil für Steuergeräte, Außenhautteile, Dämmmatten, Kabelbäume und/oder Hilfshalter dienen.The fiber composite module may be for use in a motor vehicle. The fiber composite module can serve for use as a structural component of a motor vehicle. The fiber composite module can serve as a carrier part for attachments and / or add-on modules. The plastic component can serve, for example, as a carrier part for control units, outer skin parts, insulating mats, cable harnesses and / or auxiliary holders.
Das Faserverbundbauteil kann Verstärkungsfasern aufweisen. Das Faserverbundbauteil kann eine Matrixkomponente aufweisen. Die Matrixkomponente kann die Verstärkungsfasern umgeben. Die Verstärkungsfasern können durch Adhäsiv- und/oder Kohäsivkräfte an die Matrixkomponente gebunden sein. Als Verstärkungsfasern können organische Fasern, wie Aramidfasern, Kohlenstofffasern, Polyester-Fasern, Nylon-Fasern, Polyethylen-Fasern, Plexiglas-Fasern, und/oder anorganische Fasern, wie Basaltfasern, Borfasern, Glasfasern, Keramikfasern, Kieselsäurefasern, dienen. Die Matrixkomponente kann eine thermoplastische Matrix aufweisen. Die Matrixkomponente kann Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylensulfid (PPS), Polysulfon (PSU), Polyetherimid (PEI) und/oder Polytetrafluorethen (PTFE) aufweisen. Die Matrixkomponente kann eine duroplastische Matrix aufweisen. Die Matrixkomponente kann Epoxidharz (EP), ungesättigtes Polyesterharz (UP), Vinylesterharz (VE), Phenol-Formaldehydharz (PF), Diallylphthalatharz (DAP), Methacrylatharz (MMA), Polyurethan (PUR) und/oder Aminoharze, wie Melaminharz (MF/MP) oder Harnstoffharz (UF), aufweisen.The fiber composite component may comprise reinforcing fibers. The fiber composite component may comprise a matrix component. The matrix component may surround the reinforcing fibers. The reinforcing fibers may be bonded to the matrix component by adhesive and / or cohesive forces. As the reinforcing fibers, there may be used organic fibers such as aramid fibers, carbon fibers, polyester fibers, nylon fibers, polyethylene fibers, plexiglass fibers, and / or inorganic fibers such as basalt fibers, boron fibers, glass fibers, ceramic fibers, silicic acid fibers. The matrix component may comprise a thermoplastic matrix. The matrix component may include polyetheretherketone (PEEK), polyphenylene sulfide (PPS), polysulfone (PSU), polyetherimide (PEI) and / or polytetrafluoroethene (PTFE). The matrix component may comprise a thermosetting matrix. The Matrix component may include epoxy resin (EP), unsaturated polyester resin (UP), vinyl ester resin (VE), phenol-formaldehyde resin (PF), diallyl phthalate resin (DAP), methacrylate resin (MMA), polyurethane (PUR) and / or amino resins such as melamine resin (MF / MP ) or urea resin (UF).
Das Faserverbundbauteil kann unter Verwendung eines vorimprägnierten Halbzeugs hergestellt sein. Das Faserverbundbauteil kann unter Verwendung eines trockenen Halbzeugs hergestellt sein. Das Faserverbundbauteil kann in einem Autoklavverfahren, Faserspritzverfahren, Pressverfahren, Pultrusionsverfahren, Spritzgießverfahren, Handlaminierverfahren, Harzinjektionsverfahren oder Wickelverfahren hergestellt sein.The fiber composite component may be manufactured using a preimpregnated semifinished product. The fiber composite component can be produced using a dry semifinished product. The fiber composite member may be made by an autoclave method, fiber spraying method, pressing method, pultrusion method, injection molding method, hand lamination method, resin injection method or winding method.
Das Faserverbundbauteil kann wenigstens ein Befestigungselement aufweisen. Das Faserverbundbauteil kann mehrere Befestigungselemente aufweisen. Das Faserverbundbauteil eine Vielzahl von Befestigungselementen aufweisen. Das Faserverbundmodul kann als Befestigungselemente überwiegend Schraubdome aufweisen. Das Faserverbundmodul kann als Befestigungselemente ausschließlich Schraubdome aufweisen.The fiber composite component may have at least one fastening element. The fiber composite component may have a plurality of fastening elements. The fiber composite component having a plurality of fasteners. The fiber composite module can predominantly have screw domes as fastening elements. The fiber composite module can have as fastening elements exclusively screw domes.
Die Schraubdome können jeweils aus einem Kunststoff hergestellt sein. Die Schraubdome können aus einem duroplastischen Kunststoff hergestellt sein. Die Schraubdome können beispielsweise aus Polyesterharz (UP) oder Epoxidharz hergestellt sein. Die Schraubdome können aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt sein. Die Schraubdome können beispielsweise aus Polyamid hergestellt sein. Die Schraubdome können jeweils einen Füllstoff aufweisen. Die Schraubdome können jeweils zumindest abschnittsweise faserverstärkt sein. Die Schraubdome können jeweils als Faser-Kunststoff-Verbund hergestellt sein. Die Schraubdome können jeweils organische Fasern, wie Aramidfasern, Kohlenstofffasern, Polyester-Fasern, Nylon-Fasern, Polyethylen-Fasern, Plexiglas-Fasern, und/oder anorganische Fasern, wie Basaltfasern, Borfasern, Glasfasern, Keramikfasern, Kieselsäurefasern, aufweisen. Die Schraubdome können jeweils Kurzfasern, Langfasern und/oder Endlosfasern aufweisen. Die Schraubdome können jeweils in einem Spritzgießverfahren hergestellt sein.The screw domes can each be made of a plastic. The screw domes can be made of a thermosetting plastic. The Schraubdome can be made for example of polyester resin (UP) or epoxy resin. The screw domes can be made of a thermoplastic material. The screw domes may be made of polyamide, for example. The screw domes can each have a filler. The screw domes can each be fiber-reinforced at least in sections. The screw domes can each be made as a fiber-plastic composite. The screw domes may each comprise organic fibers such as aramid fibers, carbon fibers, polyester fibers, nylon fibers, polyethylene fibers, plexiglass fibers, and / or inorganic fibers such as basalt fibers, boron fibers, glass fibers, ceramic fibers, silica fibers. The screw domes may each comprise short fibers, long fibers and / or continuous fibers. The screw domes can each be produced in an injection molding process.
Die Schraubdome können jeweils eine Längsachse aufweisen. Die Schraubdome können jeweils eine hülsenartige Form aufweisen. Die Schraubdome können jeweils eine Innenseite aufweisen. Die Schraubdome können jeweils eine Außenseite aufweisen. Die Schraubdome können jeweils Versteifungsrippen aufweisen. Die Versteifungsrippen können an der Außenseite angeordnet sein. Die Schraubdome können jeweils zwei Enden aufweisen. Die Schraubdome können jeweils ein Kopfende und ein Fußende aufweisen. Die Schraubdome können jeweils beidseitig des Faserverbundbauteils Flansch- oder Hinterschnittabschnitte aufweisen, um die Schraubdome an dem Faserverbundbauteil zu halten. Die Flansch- oder Hinterschnittabschnitte können an dem Kopfende angeordnet sein. Die Versteifungsrippen können an dem Fußende angeordnet sein. Die Innenseite kann zur Aufnahme einer Schraube, beispielsweise einer selbstfurchenden und/oder Kunststoffschraube, dienen. Die Außenseite kann dem Faserverbundbauteil zugeordnet sein. Das Faserverbundbauteil kann flächige Abschnitte aufweisen. Das Faserverbundbauteil kann Ausnehmungen für die Schraubdome aufweisen. Die Schraubdome können in Ausnehmungen des Faserverbundbauteils angeordnet sein. Die Schraubdome können an dem Faserverbundbauteil jeweils verdrehsicher angeordnet sein. Die Ausnehmungen des Faserverbundbauteils und die Schraubdome können jeweils korrespondierende unrunde Querschnitte aufweisen. Die Ausnehmungen des Faserverbundbauteils und die Schraubdome können jeweils korrespondierende ovale oder polygone, beispielsweise viereckige, Querschnitte aufweisen. Die Enden können über das Faserverbundbauteil überstehen. Das kopfseitige Ende kann über eine Vorderseite des Faserverbundbauteils überstehen. Das fußseitige Ende kann über eine Rückseite des Faserverbundbauteils überstehen. Die Schraubdome können an dem Faserverbundbauteil jeweils form- und/oder kraftschlüssig unlösbar angeordnet sein.The screw domes can each have a longitudinal axis. The screw domes can each have a sleeve-like shape. The screw domes can each have an inner side. The screw domes can each have an outer side. The screw domes can each have stiffening ribs. The stiffening ribs may be arranged on the outside. The screw domes can each have two ends. The screw domes may each have a head end and a foot end. The screw domes may each have on both sides of the fiber composite component flange or undercut portions to hold the screw domes on the fiber composite component. The flange or undercut portions may be located at the head end. The stiffening ribs may be arranged at the foot end. The inside can serve to receive a screw, for example a self-tapping and / or plastic screw. The outer side can be assigned to the fiber composite component. The fiber composite component may have flat sections. The fiber composite component can have recesses for the screw domes. The screw domes can be arranged in recesses of the fiber composite component. The screw domes can each be arranged against rotation on the fiber composite component. The recesses of the fiber composite component and the screw domes may each have corresponding non-circular cross-sections. The recesses of the fiber composite component and the screw domes can each have corresponding oval or polygonal, for example quadrangular, cross sections. The ends can overhang the fiber composite component. The head end may protrude beyond a front side of the fiber composite component. The foot-side end can project beyond a rear side of the fiber composite component. The screw domes can each be positively and / or non-detachably arranged on the fiber composite component.
Außerdem wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst mit einem Verfahren zum Herstellen eines derartigen Faserverbundmoduls, wobei die Schraubdome jeweils einzeln oder gruppenweise an dem Faserverbundbauteil angeordnet werden. Die Schraubdome können zunächst an dem Faserverbundbauteil auf Einzelteilebene angeordnet werden. Mehrere Faserverbundmodule können nachfolgend miteinander verbunden werden. Alle Schraubdome können gemeinsam in einem einzigen Prozess an dem Faserverbundbauteil angeordnet werden. Die Schraubdome können automatisiert an dem Faserverbundbauteil angeordnet werden. Die Schraubdome können mithilfe eines Industrieroboters an dem Faserverbundbauteil angeordnet werden. Die Schraubdome können mithilfe eines Zangenwerkzeugs an dem Faserverbundbauteil angeordnet werden. Die Schraubdome können jeweils unter elastischer und/oder plastischer Umformung an dem Faserverbundbauteil angeordnet werden. Das Zangenwerkzeug kann öffen- und schließbar sein. Das Zangenwerkzeug kann beheizbar sein. Die Schraubdome können jeweils an dem Faserverbundbauteil hergestellt werden. Die Schraubdome können jeweils an das Faserverbundbauteil angespritzt werden.In addition, the object underlying the invention is achieved with a method for producing such a fiber composite module, wherein the screw domes are arranged individually or in groups on the fiber composite component. The screw domes can first be arranged on the fiber composite component at the component level. Several fiber composite modules can be subsequently interconnected. All the screw domes can be arranged together in a single process on the fiber composite component. The screw domes can be arranged automatically on the fiber composite component. The screw domes can be arranged on the fiber composite component by means of an industrial robot. The screw domes can be arranged on the fiber composite component by means of a pair of pliers tools. The screw domes can be arranged in each case with elastic and / or plastic deformation of the fiber composite component. The pliers tool can be opened and closed. The pliers tool can be heated. The screw domes can each be made on the fiber composite component. The screw domes can each be molded onto the fiber composite component.
Zusammenfassend und mit anderen Worten dargestellt ergeben sich somit durch die Erfindung unter anderem Spritzgussdome durch CFK. Es können lokale faserverstärkte Kunststoff-Spritzgussschraubdome anstelle von Halteleisten und Blindnietmuttern eingesetzt werden. Spritzgusselemente könnten entweder einzeln, robotergeführt über eine Zangenlösung oder gesamthaft in einem Prozessschritt auf Einzelbauteilebene aufgebracht werden. In summary, in other words, the invention provides, among other things, injection molding domes by CFRP. Local fiber-reinforced plastic injection-molded screw domes can be used instead of retaining strips and blind rivet nuts. Injection molding elements could be applied either individually, robotically guided via a pliers solution or as a whole in a single-component process step.
Mit der Erfindung wird eine belastbare Befestigung von Anbauteilen, wie Steuergeräten, Außenhautteilen, Dämmmatten, Kabelbäumen und/oder Hilfshaltern, ermöglicht. Eine Befestigung sowohl an Bereichen des Faserverbundbauteils, die eine variierende Wandstärke aufweisen, als auch an Bereichen des Faserverbundbauteils, die eine einheitliche Wandstärke aufweisen, wird ermöglicht. En Aufwand, wie Herstellungsaufwand, Zeitaufwand und/oder Kostenaufwand wird reduziert. Eine Oberflächenvorbehandlung ist nicht mehr erforderlich. Ein Zeitaufwand zum Aushärten eines Klebstoffes ist nicht mehr erforderlich. Eine Variantenzahl erforderlicher Befestigungselemente ist reduziert. Eine Korrosionsstabilität ist gewährleistet. Eine erforderliche Verbindungsfläche zwischen dem Faserverbundbauteil und einem Befestigungselement kann reduziert werden.With the invention, a resilient attachment of attachments, such as controllers, body parts, insulation mats, harnesses and / or auxiliary holders, allows. An attachment both to areas of the fiber composite component, which have a varying wall thickness, as well as to areas of the fiber composite component, which have a uniform wall thickness, is made possible. En effort, such as manufacturing costs, time and / or cost is reduced. Surface pretreatment is no longer required. A time required to cure an adhesive is no longer required. A number of required fasteners is reduced. Corrosion stability is guaranteed. A required bonding area between the fiber composite component and a fastener can be reduced.
Es ergeben sich insbesondere folgende Vorteile: Vereinheitlichung der Befestigungselemente; kein Einsatz von Klebstoffen und den damit einhergehenden Schwierigkeiten wie dem Kriechen bei hohen Temperaturen unter statischen Lasten; keine Haftungsprobleme des Klebstoffs auf dem Faserverbundbauteil; die Kraft wird durch das Befestigungselement mit Hilfe eines Form- und Kraftschlusses übertragen; bei entsprechender Anlagentechnik kein einzelner Setzprozess; Vereinfachter Logistikprozess durch Granulatlieferung. Vorteile hinsichtlich Blindnietmuttern: keine zusätzliche Korrosionsschutzmaßnahme auf Seite einer anzubindenden Peripherie; günstigeres Element; kein manueller Setzprozess. Vorteile hinsichtlich geklebter Halteleisten: günstigere Verbindungselemente; vereinfachter Logistikprozess durch Granulatlieferung; Entfall eines maximalen Verarbeitungszeitraums aufgrund einer Haltbarkeit eines halteleistenseitigen Haftvermittlers; günstigerer Setzprozess; geringerer Bauraumbedarf; klassische Auslegung.In particular, the following advantages result: Unification of the fastening elements; no use of adhesives and the associated difficulties such as creeping at high temperatures under static loads; no adhesion problems of the adhesive on the fiber composite component; the force is transmitted through the fastener by means of a positive and a frictional connection; with appropriate system technology, no single setting process; Simplified logistics process through granule delivery. Advantages regarding blind rivet nuts: no additional corrosion protection measure on the side of a peripheral to be connected; cheaper element; no manual setting process. Advantages with regard to glued retaining strips: cheaper connecting elements; simplified logistics process through granule delivery; Elimination of a maximum processing period due to shelf life of a tie bar side tie; cheaper setting process; less space required; classic design.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher beschrieben. Aus dieser Beschreibung ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile.Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to figures. From this description, further features and advantages.
Es zeigen schematisch und beispielhaft:They show schematically and by way of example:
Das Faserverbundbauteil
Der Schraubdom
Der Schraubdom
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100100
- FaserverbundmodulFiber composite module
- 102102
- FaserverbundbauteilFiber composite component
- 104104
- Schraubdomscrew boss
- 106106
- Längsachselongitudinal axis
- 108108
- Innenseiteinside
- 110110
- Außenseiteoutside
- 112112
- Kopfendehead
- 114114
- Fußendefoot
- 116116
- Flanschabschnittflange
- 118118
- Flanschabschnittflange
- 120120
- Vorderseitefront
- 122122
- Rückseiteback
- 200200
- FaserverbundbauteilFiber composite component
- 202202
- viereckiges Lochsquare hole
- 204204
- FaserverbundbauteilFiber composite component
- 206206
- ovales Lochoval hole
- 300300
- FaserverbundbauteilFiber composite component
- 302302
- Bohrerdrill
- 304304
- StufenbohrerStep drills
- 306306
- konischer Bohrerconical drill
- 400400
- FaserverbundmodulFiber composite module
- 402402
- FaserverbundbauteilFiber composite component
- 404404
- Schraubdomscrew boss
- 406406
- Versteifungsrippestiffening rib
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102012210597 A1 [0002] DE 102012210597 A1 [0002]
- DE 102013209097 A1 [0003] DE 102013209097 A1 [0003]
- DE 102013209634 A1 [0004] DE 102013209634 A1 [0004]
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