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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Hybrid-Seitenschweller für ein Kraftfahrzeug, insbesondere auf einen Hybrid-Seitenschweller mit einem Kunststoffanteil und einem Metallanteil. Unter weiteren Gesichtspunkten bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Kraftfahrzeugkarosserie mit einem Hybrid-Seitenschweller und ein Verfahren zur Herstellung eines Hybrid-Seitenschwellers.
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Typischerweise umfassen die beiden Seitenabschnitte einer Kraftfahrzeugkarosserie eine Dachkante im oberen Bereich der Kraftfahrzeugkarosserie, einen Seitenschweller im unteren Bereich der Kraftfahrzeugkarosserie sowie Säulen, welche die Dachkante und den Seitenschweller verbinden, um ein Gerüst für den Fahrgastraum auszubilden. Die Seitenschweller tragen somit zum Fahrgastraumgerüst bei und bestimmen die Steifigkeit der Kraftfahrzeugkarosserie sowohl während des normalen Gebrauchs als auch bei einem Unfall mit Frontalaufprall, Schrägaufprall oder Seitenaufprall, bei welchen im Allgemeinen der Seitenschweller einer Überlast ausgesetzt wird. Zum Beispiel muss die Verformung des Fahrgastraumgerüsts eines Kraftfahrzeugs, wenn ein anderes Fahrzeug mit dessen Seite kollidiert, auf ein Minimum beschränkt werden, wobei die Verstärkung des Seitenschwellers eine entscheidende Rolle spielt.
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In derzeit hergestellten Kraftfahrzeugen bestehen Seitenschweller typischerweise aus Stahl und werden mit zusätzlichen Teilen wie Crashboxen zur Absorption von Stoßenergie bestückt. Stahl weist zwar die erforderliche Festigkeit und Steifigkeit auf, ist aber außerdem schwer, wodurch er erheblich zum Gesamtgewicht des Kraftfahrzeugs beiträgt. Um Gewicht zu reduzieren, enthalten einige in der letzten Zeit verkaufte Autos Seitenschweller aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen wie Epoxid und Vinylester. Aufgrund der unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften dieser Materialien im Vergleich zu Stahl, können jedoch bestehende Fertigungslinien für Automobilkarosserien nicht mehr verwendet werden oder müssen in komplexer Weise modifiziert werden.
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Während beispielsweise in herkömmlichen Herstellungsverfahren eine Kraftfahrzeugkarosserie mit Seitenschwellern aus Stahl zunächst zu einer sogenannten Rohkarosse zusammengesetzt wird, die anschließend eine Lackierung und Brennen bei einer Temperatur von ca. 190°C durchläuft, können Epoxid oder Vinylester, die nur bis zu einer Temperatur von ca. 120°C stabil sind, aufweisende Seitenschweller nur in einem gesonderten Montagevorgang nach Abschluss des Brennens an der Kraftfahrzeugkarosserie montiert werden und erfordern darüber hinaus einen gesonderten Lackiervorgang unter Verwendung eines nicht eingebrannten Lackes von in der Regel geringerer Haltbarkeit.
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Es besteht somit das Bedürfnis, einen Seitenschweller bereitzustellen, der zugleich ein günstiges Festigkeits-Gewichts-Verhältnis aufweist als auch einfach mit konventionellen Herstellungsverfahren integrierbar ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Die obige Aufgabe wird gelöst durch einen Hybrid-Seitenschweller nach Anspruch 1, durch eine Kraftfahrzeugkarosserie nach Anspruch 7 und durch ein Verfahren zur Herstellung eines Hybrid-Seitenschwellers nach Anspruch 8.
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Erfindungsgemäß umfasst der Hybrid-Seitenschweller für ein Automobil ein pultrudiertes Profilteil, das ein endlosfaserverstärktes thermoplastisches Polymer mit einer Wärmeformbeständigkeit von mindestens 200°C aufweist, und ein an einem Endabschnitt des pultrudierten Profilteils befestigtes Anschlussteil, das Stahl aufweist. Die Verstärkungsfasern können beispielsweise Kohlenstofffasern, Glasfasern, Aramidfasern oder dergleichen umfassen. Die Wärmeformbeständigkeit (HDT) ist die Temperatur, bei der eine Polymer- oder Kunststoffprobe sich unter einer vorbestimmten Last verformt. Sie wird durch das in DIN EN ISO 75-1, -2, -3 dargelegte Testverfahren bestimmt.
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Das pultrudierte Profilteil mit Wärmeformbeständigkeit von mindestens 200°C kann mittels eines geeigneten herkömmlichen Pultrusionsverfahrens hergestellt werden. Beispielsweise offenbart die
US 2014 316063 A1 ein geeignetes Verfahren zur Herstellung eines Verbundmaterials, wobei das Verbundmaterial eine Ansammlung von einer oder mehreren synthetischen Verstärkungsfasern aufweist, die mit mindestens einem thermoplastischen Polymer mit einer Glasübergangstemperatur Tg von größer als oder gleich 80°C imprägniert ist. Das Verfahren umfasst: i) einen Schritt des Tränkens der Ansammlung mit einer Vorläuferzusammensetzung in geschmolzenem Zustand (nach Schmelzen), wobei das Tränken bei einer solchen Temperatur ausgeführt wird, dass die Viskosität der Vorläuferzusammensetzung im geschmolzenen Zustand 100 Pa·s nicht überschreitet, wobei die Vorläuferzusammensetzung umfasst: a) mindestens ein Präpolymer P(X)
n des thermoplastischen Polymers, umfassend eine Molekülkette P, die an ihren Enden n identische reaktive funktionelle Gruppen X aufweist, wobei das Präpolymer von teilaromatischer und/oder teilcycloaliphatischer Struktur ist und X eine reaktive funktionelle Gruppe aus: OH, NH
2 oder COOH ist, mit n im Bereich von 1 bis 3, b) wenigstens einen Kettenverlängerer, der durch Y-A-Y mit zwei identischen funktionellen Gruppen Y, die mit mindestens einer der funktionellen Gruppen X reagieren, dargestellt werden kann, ii) einen Schritt der Substanzpolymerisation durch (Poly)Addition des Kettenverlängerers zum Präpolymer im geschmolzenen Zustand, wobei die Substanzpolymerisation durch Polyaddition das thermoplastische Polymer ergibt.
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Weil Seitenschweller von Kraftfahrzeugen eine im Grundsätzlichen längliche Form aufweisen, ermöglicht die Ausbildung des Seitenschwellers unter Einschluss des pultrudierten Profilteils, einen großen Anteil des Seitenschwellers aus dem pultrudierten Profilteil zu bilden, sodass aufgrund des gemeinhin hohen Festigkeits-Masse-Verhältnisses von endlosfaserverstärkten thermoplastischen Polymeren der gesamte Seitenschweller mit einem geringeren Gewicht als ein herkömmlicher Stahl-Seitenschweller entsprechender Stärke bereitgestellt werden kann. Weil der erfindungsgemäße Seitenschweller das Anschlussteil aus Stahl umfasst, können Befestigungseinrichtungen wie Bohrungen, Gewinde usw. zum Befestigen des Seitenschwellers an der Karosserie mit im Wesentlichen der gleichen Gestaltungsfreiheit wie bei herkömmlichen Stahl-Seitenschwellern vorgesehen werden. Aus diesem Grund und weil die Wärmeformbeständigkeit des pultrudierten Profilteils über 190°C liegt, kann der erfindungsgemäße Seitenschweller mit einer Kraftfahrzeugrohkarosse vereinigt werden, d. h. mit einer unlackierten Kraftfahrzeugkarosserie in einem Produktionsstadium, bevor diese einen Lackier- und Lackeinbrennprozess durchläuft, wie er üblicherweise bei einer typischen Brenntemperatur von 190°C durchgeführt wird.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung hat das endlosfaserverstärkte thermoplastische Polymer eine Wärmeformbeständigkeit von mindestens 220°C, was dem Seitenschweller ermöglicht, besonders hohen Belastungen während eines herkömmlichen Lackeinbrennvorgangs zu widerstehen, ohne sich zu verformen. Vorzugsweise hat das endlosfaserverstärkte thermoplastische Polymer eine Wärmeformbeständigkeit von mindestens 230°C.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst das thermoplastische Polymer ein teilaromatisches Polyamid. Teilaromatische Polyamide enthalten aromatische Ringe in ihrer Hauptkette, was ihnen eine besonders hohe mechanische Festigkeit und Wärmebeständigkeit verleiht. Vorzugsweise ist das thermoplastische Polymer ein Polyphthalamid (PPA) oder Hochleistungspolyamid, bei dem 60% oder mehr Mol des Carbonsäureanteils der Wiederholungseinheit in der Polymerkette aus einer Kombination von Terephthalsäure (TPA) und Isophthalsäure (IPA) zusammengesetzt sind.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist das Anschlussteil an das pultrudierte Profilteil geklebt, was eine einfache und zuverlässige Verbindung zwischen dem Anschlussteil und dem pultrudierten Profilteil ermöglicht. An das pultrudierte Profilteil geklebt wird das Anschlussteil vorzugsweise mittels eines einkomponentigen Epoxidklebstoffs, der leicht zu handhaben ist und eine mit einem Lackeinbrennvorgang kompatible besonders hohe Festigkeit und Wärmebeständigkeit aufweist.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst der Hybrid-Seitenschweller ferner mindestens einen Metallbügel, der an dem pultrudierten Profilteil befestigt ist. Dies ermöglicht eine größere Stabilität des pultrudierten Profilteils und die Bereitstellung zusätzlicher Funktionalität wie etwa zur weiteren Verbindung des Seitenschwellers mit der Kraftfahrzeugkarosserie. Vorzugsweise wird der mindestens eine Metallbügel in einen konvexen Profilabschnitt des pultrudierten Profilteils eingeschoben befestigt, was besondere Stabilität und Kompaktheit ermöglicht.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist mindestens ein Crashkörper aus Stahl oder/und einem thermoplastisches Polymer, das endlose oder kurze Verstärkungsfasern enthalten kann, an dem pultrudierten Profilteil befestigt. Dies ermöglicht dem Seitenschweller, im Falle eines Seitenaufpralls des Kraftfahrzeugs besonders effektiv Energie zu absorbieren. Vorzugsweise ist der mindestens eine Crashkörper in einem konvexen Profilabschnitt des pultrudierten Profilteils eingefügt befestigt, was Kompaktheit sowie eine besondere Stabilität des Seitenschwellers während eines Aufpralls ermöglicht.
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Die erfindungsgemäße Kraftfahrzeugkarosserie umfasst zumindest einen Hybrid-Seitenschweller, wie oben beschrieben, und ist mit einer Schicht Lack bedeckt, die bei einer Einbrenntemperatur von mindestens 190°C eingebrannt wurde. Auf diese Weise wird eine hochwertige Lackschicht über die gesamte Fahrzeugkarosserie einschließlich des mindestens einen Seitenschwellers bereitgestellt.
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Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens wird das pultrudierte Profilteil mittels reaktiver Pultrusion durch Polyaddition von Kettenverlängerern gebildet. Das heißt, die Pultrusion wird unter Verwendung einer Pultrusionsdüse ausgeführt, in der im geschmolzenen Zustand eines Präpolymers mit einem Kettenverlängerungsmittel, beispielsweise einem Oligomer, eine Polymerisationsreaktion durch Polyaddition durchgeführt wird. Auf diese Weise wird ermöglicht, das fertige pultrudierte Profilteil mit langen Ketten des thermoplastischen Polymers auszubilden, die hohe mechanische Festigkeit verleihen, während zur Pultrusionszeit das Präpolymer im geschmolzenen Zustand mit niedriger Viskosität bereitgestellt werden kann, was eine zuverlässige Benetzung der Verstärkungsfasern und damit eine starke Bindung zwischen dem resultierenden thermoplastischen Polymer und den Verstärkungsfasern ermöglicht. Vorzugsweise umfassen die Kettenverlängerer mindestens einen aromatischen Ring. Hierdurch werden aromatische Ringe in den Molekülhauptketten des thermoplastischen Polymers ermöglicht, die dem thermoplastischen Polymer eine besonders hohe mechanische Festigkeit und Wärmebeständigkeit verleihen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird eine Pultrusionsdüse zur Ausführung der reaktiven Pultrusion auf eine Düsentemperatur zwischen 200°C und 340°C, insbesondere zwischen 200°C und 340°C, geheizt. Dies ermöglicht, die Tränkungs- und Polymerisationsbedingungen zu steuern, um eine niedrige Tränkungsviskosität zu erhalten.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird mindestens ein Crashkörper, der ein faserverstärktes thermoplastisches Polymer aufweist, an dem pultrudierten Profilteil befestigt. Vorzugsweise wird der mindestens eine Crashkörper durch ein Pultrusionsverfahren, insbesondere durch Pullwinding oder Pullbraiding, gebildet, was eine hohe Fähigkeit zum Absorbieren von Aufprallenergie bei geringem Gewicht ermöglicht.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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1 ist eine schematische Vorderansicht einer Pultrusionsvorrichtung, die einen Profilpultrusionsschritt eines Herstellungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung durchführt;
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2 ist ein Explosionsdiagramm eines Kraftfahrzeug-Hybrid-Seitenschwellers gemäß einer Ausführungsform, das einen Montageschritt des Herstellungsverfahrens veranschaulicht;
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3 ist eine Perspektivzeichnung eines Kraftfahrzeug-Hybrid-Seitenschwellers gemäß einer Ausführungsform, der durch den Montageschritt von 2 entsteht;
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4 ist eine schematische Seitenansicht einer den Seitenschweller aus 3 beinhaltenden Kraftfahrzeugkarosserie, gemäß einer Ausführungsform, beim Durchlaufen eines Lacktauchschritts des Herstellungsverfahrens;
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5 ist eine schematische Seitenansicht der Kraftfahrzeugkarosserie aus 4, beim Durchlaufen eines Einbrennlackierschritts des Herstellungsverfahrens; und
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6 ist eine schematische Querschnittansicht eines Seitenschwellers gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung, der in einem Herstellungsverfahren gemäß einer Ausführungsform als Bestandteil einer Kraftfahrzeugkarosserie verbaut wurde.
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Sofern nicht anders angegeben, bezeichnen gleiche Bezugszeichen überall in den Figuren gleiche Elemente.
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
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3 zeigt in einer perspektivischen Ansicht einen Hybrid-Seitenschweller 102 für ein Kraftfahrzeug. Der Hybrid-Seitenschweller 102 ist von länglicher Gestalt und umfasst ein pultrudiertes Profilteil 100, das sich entlang dem Hauptanteil der Gesamtlänge des Hybrid-Seitenschwellers 102 erstreckt. Das Profilteil 100 hat ein Ω-förmiges bzw. hutförmiges Profil und weist ein thermoplastisches Polymer auf, das durch Schichten von Kohlenstofffasern und Glasfasern (nicht dargestellt) verstärkt ist, die sich in Längsrichtung über die gesamte Länge des Profilteils 100 erstrecken. In der vorliegenden Ausführungsform wird für das thermoplastische Polymer als ein Polyphthalamid (PPA), oder Hochleistungspolyamid, angenommen. Das Material des pultrudierten Profilteils 100 weist eine Wärmeformbeständigkeit von 220°C auf.
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Der Hybrid-Seitenschweller 102 umfasst ferner ein Anschlussteil 104 aus Stahl, das an einem Endabschnitt 110 des pultrudierten Profilteils 100 unter Verwendung eines einkomponentigen Epoxidklebstoffs (nicht dargestellt) angeklebt ist. In dem Anschlussteil 104 sind Befestigungseinrichtungen wie Löcher und Schlitze zum Verbauen des Hybrid-Seitenschwellers 102 mit einer Kraftfahrzeugkarosserie gebildet. Zusätzlich umfasst der Hybrid-Seitenschweller 102 vier Metallbügel 106, die in einen konvexen Profilabschnitt 111 des Ω-förmigen Profils des pultrudierten Profilteils 100 geklebt sind, um das Profilteil 100 zu stabilisieren und im Falle eines Seitenaufpralls Energie zu absorbieren.
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Unter Bezugnahme auf 1 bis 5 soll als Nächstes ein Verfahren zur Herstellung des Hybrid-Seitenschwellers 102 aus 3 wie auch einer Kraftfahrzeugkarosserie 108 erläutert werden, die den Hybrid-Seitenschweller 102 umfasst.
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1 zeigt in einer schematischen Vorderansicht eine Polyamid-Hochtemperaturpultrusionsvorrichtung 550 zum Herstellen des pultrudierten Profilteils 100 des Hybrid-Seitenschwellers 102. Die Pultrusionsvorrichtung 550 umfasst eine Fasermaterial-Speichereinrichtung 552, in der Fasermaterial für die Schichten der Verstärkungsfasern auf zugehörigen Spulen 501 vorgehalten wird, eine Ausrichtungseinrichtung 554, die das Fasermaterials gemäß der beabsichtigten relativen Anordnung der Verstärkungsfasern innerhalb des herzustellenden pultrudierten Profilteils 100 ausrichtet, eine Vorheizeinrichtung 520, der das Fasermaterial vorheizt, einen beheizten Extruder 604, der eine im Inneren angeordnete Schraubenwelle 602 aufweist und mit einem Fülltrichter 601 verbunden ist, welcher festes Granulat eines zur Bildung eines schmelzflüssigen Vorläufers 510 des thermoplastischen Polymers 512 benötigten Oligomers 606 enthält, eine Pultrusionsdüse 522, die mit einer Heizung 521 ausgestattet ist und ein Innenprofil entsprechend dem gewünschten Außenprofil des herzustellenden pultrudierten Profilteils 100 aufweist, eine Zieheinrichtung 524, die einen aus dem Fasermaterial und thermoplastischem Polymerharz gebildeten Verbundstrang 525 aus der Pultrusionsdüse 522 zieht und damit den Herstellungsprozess antreibt, sowie eine Schneideeinrichtung 526 zum Schneiden des Verbundstrangs 525 in Segmente einer gewünschten Länge des herzustellenden pultrudierten Profilteils 100.
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Zur Betriebsvorbereitung wird das auf den Spulen 501 gelagerte Fasermaterial nacheinander durch die Ausrichtungseinrichtung 554, die Vorheizeinrichtung 520, die Pultrusionsdüse 522, die Zieheinrichtung 524 und die Schneideeinrichtung 526 geführt. Ferner wird der Fülltrichter 601 mit dem Granulat des zur Bildung des thermoplastischen Polymers 512 benötigten Oligomers 606 gefüllt, welches derart ausgewählt wird, dass die einzelnen Oligomere (kurzen Polymere) 606 je mindestens einen aromatischen Ring umfassen. Der Extruder 604 wird auf eine Temperatur erhitzt, die ausreichend hoch ist, um die Oligomere 606 in flüssigem Zustand bereitzustellen, z. B. auf eine Temperatur, die 10 K oder mehr oberhalb der Schmelztemperatur des Granulats des Oligomers 606 liegt.
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Um einen Pultrusionsschritt zum Herstellen des pultrudierten Profilteils 100 in Gang zu setzen, wird das Fasermaterial kontinuierlich oder intermittierend von der Zieheinrichtung 524 aus der Pultrusionsdüse 522 herausgezogen, was den Abzug von Fasermaterial in entsprechenden Mengen aus der Speichereinrichtung 552 zur Folge hat. Nach erfolgter Ausrichtung in der Ausrichtungseinrichtung 554 wird das Fasermaterial vorgeheizt, während es die Vorheizeinrichtung 520 passiert, um mit einer erhöhten Temperatur in die Pultrusionsdüse 522 einzutreten. Gleichzeitig wird Granulat des Oligomers 606 aus dem Fülltrichter 601 in den Extruder 604 eingeführt, wo es aufgeschmolzen wird und einen geschmolzenen Vorläufer 510 bildet, der in die Pultrusionsdüse 522 an einer Position nahe deren Eingang 560 eingespeist wird, in den das Fasermaterial durch die Wirkung der Zieheinrichtung 524 eingezogen wird. Vorzugsweise erfolgen das Aufschmelzen und der Transport des geschmolzenen Vorläufers 510 zur Pultrusionsdüse 522 bei einer ausreichend niedrigen Temperatur, um weitere Polymerisation der Oligomere 606 in einem signifikanten Ausmaß zu verhindern und auf diese Weise eine niedrige Viskosität, die in der vorliegenden Ausführungsform als 2 Pa·s betragend angenommen wird, des geschmolzenen Vorläufers 510 aufrechtzuerhalten.
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Beim Eintritt in die Pultrusionsdüse 522 tränkt der geschmolzene Vorläufer 510 das Fasermaterial, wobei er aufgrund seiner geringen Viskosität selbst in winzige Hohlräume zwischen den Fasern eindringt und die Oberfläche der Fasern gründlich benetzt. Während die Zieheinrichtung 524 das Fasermaterial mit dem geschmolzenen Vorläufer 510, von dem die Fasern durchtränkt sind, weiter durch die Pultrusionsdüse 522 zieht, hält die Heizung 521 ein Temperaturprofil innerhalb der Pultrusionsdüse 522 aufrecht, das den geschmolzenen Vorläufer 510 veranlasst, entlang dem Pfad des getränkten Fasermaterials durch die Pultrusionsdüse 522 durch Polyaddition von Oligomeren 606 vollständig zu polymerisieren, wobei die Polymerisation, da das Fasermaterial in der Vorheizeinrichtung 520 vorgeheizt wurde, zuerst in der Nähe der Oberfläche der Fasern beginnt. In der vorliegenden Ausführungsform wird angenommen, dass eine Düsentemperatur von 350°C entlang dem Pfad des imprägnierten Fasermaterials durch die Pultrusionsdüse 522 aufrechterhalten wird, um die Polymerisation durch Polyaddition der Oligomere 606 innerhalb einer Polymerisationszeit von 30 s zu ermöglichen. Als Ergebnis verlässt ein Verbundstrang 525 mit der Zusammensetzung und dem Profil des herzustellenden pultrudierten Profilteils 100 fortlaufend die Pultrusionsdüse 522 an deren Ausgang 561, wo er durch die Schneideeinrichtung 526 zerschnitten wird, um sich wiederholend das pultrudierte Profilteil werden 100 bereitzustellen.
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Die Oligomere 606, aus denen der geschmolzene Vorläufer 510 zu bilden ist, können auf verschiedene Weise präpariert werden, vorausgesetzt, dass während ihres Transports als geschmolzener Vorläufer 510 in geschmolzenem Zustand keine Polymerisation geschieht und der geschmolzene Vorläufer 510 in der Lage ist, nach Eintritt in die Pultrusionsdüse 522 durch Polyaddition der Oligomere 606 eine in-situ-Polymerisation zu einem thermoplastischen Polymerharz zu durchlaufen, sodass sich ein Verbundstrang 525 mit einer gewünschten Wärmeformbeständigkeit von mindestens 200°C, in der vorliegenden Ausführungsform als 220°C angenommen, ergibt. Zum Beispiel können wie in der vorliegenden Ausführungsform Oligomere zur Bildung eines Polyphthalamids (PPA) oder Hochleistungspolyamids ausgewählt werden. In alternativen Ausführungsformen des Herstellungsverfahrens können zur Bildung des geschmolzenen Vorläufers mehr als zwei Komponenten, wie z. B. ein Präpolymer und ein auf das Präpolymer zu polyaddierender Kettenverlängerer, gemischt werden.
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2 zeigt einen nachfolgenden Seitenschweller-Montageschritt des Verfahrens zur Herstellung des Hybrid-Seitenschwellers 102. In dem Montageschritt wird das Anschlussteil 104 aus Stahl unter Verwendung eines einkomponentigen Epoxidklebstoffs (nicht gezeigt) an einen Endabschnitt 110 des pultrudierten Profilteils 100 geklebt. Weiterhin werden die vier Metallbügel 106 mit Hilfe des einkomponentigen Epoxidklebstoffs in den konvexen Profilabschnitt 111 des Profils des pultrudierten Profilteils geklebt. Der sich durch den Montageschritt von 2 ergebende Hybrid-Seitenschweller 102 ist in 3 dargestellt.
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Nachdem die Herstellung des Hybrid-Seitenschwellers 102 abgeschlossen ist, wird der Hybrid-Seitenschwellers 102 mit zusätzlichen Teilen zu einer in 4 gezeigten Kraftfahrzeugkarosserie 108 zusammengebaut, wobei von den Befestigungseinrichtungen im Anschlussteil 104 und/oder in einem oder mehreren der Metallbügel 106 Gebrauch gemacht wird. Beispielsweise können das Anschlussteil 104 und/oder einer oder mehrere der Metallbügel 106 an andere Teile der Kraftfahrzeugkarosserie 108 angeschweißt oder -geschraubt werden. 4 zeigt die Kraftfahrzeugkarosserie 108, die sich durch den Kraftfahrzeugkarosserie-Montageschritt ergibt, während diese einen späteren Lacktauchschritt des Verfahrens zur Herstellung der Kraftfahrzeugkarosserie durchläuft. Im Lacktauchschritt wird die Kraftfahrzeugkarosserie 108 einschließlich des Hybrid-Seitenschwellers 102 in einen Lackbehälter 700 abgesenkt, um sie in einen in dem Lackbehälter 700 enthaltenen flüssigen Lack 112 einzutauchen. Nach vollständigem Eintauchen wird die Kraftfahrzeugkarosserie 108 aus dem Lackbehälter 700 gezogen.
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5 ist eine schematische Seitenansicht der Kraftfahrzeugkarosserie 108 aus 4, während diese einen nachfolgenden Lackeinbrennschritt des Herstellungsverfahrens durchläuft. Im Lackeinbrennschritt wird die mit Lack 112 bedeckte Kraftfahrzeugkarosserie 108 in einem Einbrennofen 702 angeordnet, in welchem eine vorgeschriebene Einbrenntemperatur von 190°C für eine vorgeschriebene Einbrenndauer aufrechterhalten wird.
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6 ist eine schematische Querschnittansicht eines weiteren Hybrid-Seitenschwellers 102 in einem als Teil einer Kraftfahrzeugkarosserie 108 eingebauten Zustand, mit einem gleichfalls gezeigten Abschnitt einer geschlossenen Fahrzeugtür 116. 6 stellt nur einen Abschnitt der Kraftfahrzeugkarosserie 108 in der Nähe des Hybrid-Seitenschwellers 102 dar. Während das pultrudierte Profilteil 100 des Hybrid-Seitenschwellers 102 einen im Wesentlichen Ω-förmigen Querschnitt wie in der Ausführungsform von 3 aufweist, ist in dem Querschnitt zusätzlich ein hohler Profilabschnitt 706 gebildet, der von einer Außenwand 103 desselben in den konvexen Profilabschnitt 111 ragt und einen internen rechteckigen Hohlraum 704 umschließt. In der vorliegenden Ausführungsform verleiht die geschlossene Ausbildung des hohlen Profilabschnitts 706 dem Hybrid-Seitenschweller 100 eine größere Trägheit und Torsionsfestigkeit, um so eine hohe Gesamtleistung des Hybrid-Seitenschwellers 102 zu ermöglichen.
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Der Hybrid-Seitenschweller 102 ist an einem Ω-Profilstahlträger 710 der Kraftfahrzeugkarosserie 108 befestigt, indem Fußabschnitte 708 des pultrudierten Profilteils 100 des Hybrid-Seitenschwellers 102, unter Verwendung z. B. von einkomponentigem Epoxidklebstoff, mit Fußabschnitten 709 des Ω-Profilstahlträgers 710 derart verklebt wurden, dass der konvexe Profilabschnitt 111 des pultrudierten Profilteil 100 sich mit einem entgegengesetzten konvexen Profilabschnitt 711 des Ω-Profilstahlträgers 710 zu einem gemeinsamen Innenraum 111, 711 vereinigt. Der Ω-Profilstahlträger 710 ist wiederum durch Schweißen mit weiteren Stahlteilen 712 der Kraftfahrzeugkarosserie 108 verbunden. Eine obere Seitenwand 716 des pultrudierten Profilteils 716 bildet eine obere Oberfläche des Hybrid-Seitenschwellers 102, die in einem kompletten Kraftfahrzeug einer Bodenfläche der Fahrzeugtür 116 in geschlossenem Zustand gegenüberliegt.
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Ferner ist ein zylinderförmiger Crashkörper 114, der durch Pullwinding oder Pullbraiding aus einem endlosfaserverstärkten thermoplastischen Polymer mit einer Wärmeformbeständigkeit von mindestens 200°C separat hergestellt wird, derart mit dem hohlen Profilabschnitt 706 und der Außenwand 103 des konvexen Profilabschnitts 111 des pultrudierten Profilteils 100 des Hybrid-Seitenschwellers 102 verklebt, dass er sich von der Außenwand 103 des pultrudierten Profilteils 100 des Hybrid-Seitenschwellers 102 fast bis zu einer gegenüberliegenden Innenwand 713 des Ω-Profilstahlträgers 710 erstreckt, wo nur ein kleiner Spalt 714 verbleibt. Erleidet das Kraftfahrzeug einen Seitenaufprall, so absorbiert der Crashkörper 114 Aufprallenergie, indem er sich allmählich verformt, wenn die Außenwand 103 des pultrudierten Profilteils 100 des Hybrid-Seitenschwellers 102 in Richtung der Innenwand 713 des Ω-Profilstahlträgers 710 gedrückt wird.
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Die zylindrische Gestalt des Crashkörpers 114 kann einen kreisförmigen Querschnitt, einen rechteckigen Querschnitt, einen elliptischen Querschnitt oder dergleichen aufweisen. Weiterhin ist der Crashkörper ist nicht auf eine zylindrische Form beschränkt, sondern kann auch z. B. mit mehreren Hohlräumen gebildet sein, die sich parallel durch den Innenraum 111, 711 erstrecken. In alternativen Ausführungsformen kann der Crashkörper 114 auch aus einem Metall wie Stahl oder durch Spritzgießen aus einem thermoplastischen Polymer hergestellt werden, mit oder ohne zugesetzte Glasfasern kurzer Länge. Das Spritzgießen kann getrennt von dem pultrudierten Profilteil 100 durchgeführt werden, oder als ein Überformungsschritt, bei dem der Crashkörper 114 angebracht und an Ort und Stelle als überformtes Element auf dem pultrudierten Profilteil 100 gebildet wird.
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Außerdem können Elemente des Hybrid-Seitenschwellers 102 aus 6 mit Elementen der oben beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden, ohne die Erfindung zu verlassen. So können beispielsweise Crashkörper 114 in einem pultrudierten Profilteil 100 mit einfachem Ω-förmigem Querschnitt angebracht werden, oder Metallbügel 106 können in einem pultrudierten Profilteil 100 wie in 6 gezeigt befestigt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN EN ISO 75-1 [0007]
- -2 [0007]
- -3 [0007]