DE102010050874B4

DE102010050874B4 - Kraftfahrzeugstrukturbauteil aus mittels eines Knotenelements verbundenen Halbzeug-Bauteilen und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102010050874B4
Application number: DE102010050874.8A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Eipper Konrad; Dipl.-Ing. Goettker Stephan; Dipl.-Ing. Krüger Jan; Dipl.-Ing. Salkic Asmir
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2010-11-09
Filing date: 2010-11-09
Publication date: 2015-05-21
Anticipated expiration: 2030-11-10
Also published as: DE102010050874A1; WO2012062391A1

Abstract

Kraftfahrzeugstrukturbauteil, das aus zumindest zwei Halbzeug-Bauteilen (1, 1', 1'') aus einem Faser-Kunststoffverbund-Pultrudat besteht, die mittels eines gegossenen Knotenelements (3) verbunden sind, wobei die Halbzeug-Bauteile (1, 1', 1'') zumindest ein ihnen liegendes Hohlvolumen (5) aufweisen, wobei das Knotenelement (3) aus einem Gussmaterial aus einer Aluminium- oder Magnesiumlegierung an zumindest einer Wandung (2, 2') eines Verbindungsendes eines jeden der zumindest zwei zu verbindenden Halbzeug-Bauteile (1, 1', 1'') aus • einem Faser-Kunststoffverbund-Pultrudat formschlüssig angegossen ist, wobei die Halbzeug-Bauteile (1, 1', 1'') außerhalb des Knotenelements (3) frei von Gussmaterial sind, wobei das gegossene Knotenelement in einem Bereich, in dem es an den Verbindungsenden zur Anlage kommt, Durchtrittsöffnungen (8) für Verbindungsstifte aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsende der Halbzeug-Bauteile (1, 1', 1'') korrespondierende Durchtrittsöffnungen (8') zur Aufnahme der Verbindungsstifte aufweist und zur Bildung der Durchtrittsöffnungen (8') im gegossenen Knotenelement (3) eingegossene Einlagen verwendet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeugstrukturbauteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechendes Herstellungsverfahren.
Bislang werden Strukturelemente aus Faserverbund-Kunststoff wie etwa Pultrudate oder Profile zur Bildung eines Kraftfahrzeugstrukturbauteils mit sehr zeitintensiven Fügetechniken, wie etwa dem Kleben und Verschrauben zusammengefügt. Dadurch werden zusätzliches Bauteilgewicht und -kosten erzeugt. Zudem ist es sehr schwierig, die FVK-Strukturelemente maßhaltig zu fügen.
Aus der DE 198 22 731 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Rahmens für ein Fahrzeug bekannt, bei dem Knotenelement und Träger durch Magnetumformen miteinander verbunden werden. Dort werden die Knotenelemente in einem Gussverfahren hergestellt, um Verbindungsflansche für die Träger auszubilden. An den Flanschen liegen Stutzen vor, die durch das Magnetumformen die formschlüssige Verbindung erzeugen.
Die DE 100 26 981 A1 offenbart einen Hohlträger für eine Kraftfahrzeugkarosserie, der so ausgebildet ist, dass auf fertigungstechnisch einfache Weise eine lastspezifische Gestaltung und vor allem deutliche Gewichtsverringerung erzielt werden kann. Der Hohlträger besteht aus einem vorgefertigten, formgebenden Innenprofilteil und einem äußeren, integral mit dem Innenprofilteil vergossenen, Last aufnehmenden Leichtmetall-Gusskörper. Der Leichtmetall-Gusskörper ist zumindest einseitig mit einem innenprofilfreien, gleichzeitig mit dem Innenprofil vergossenen Endabschnitt versehen, der an einem wieder verwendbaren, werkzeugseitigen, das Innenprofilteil beim Gießvorgang fixierenden Formkernstück ausgeformt ist.
DE 10 2005 050 964 A1 beschreibt ein Strukturteil für eine Karosserie eines Fahrzeugs und Verfahren zu dessen Herstellung, wobei das Strukturteil ein verbessertes Energieabsorptionsverhalten aufweisen soll und dabei relativ leicht ausgebildet werden kann. Dazu weist das Strukturteil, das in einem Gussverfahren einstückig ausgebildet ist, ein integriertes Verstärkungselement auf, das zumindest teilweise aus Verstärkungsfasern ausgebildet ist und positionsgenau in dem Strukturteil angeordnet ist. Die Verstärkungsfasern sind von dem metallischen Material umgossen. Das Herstellungsverfahren umfasst daher das positionsgenaue Einbringen des Verstärkungselements in eine geöffnete Gussform, und nachdem Schließen der Gussform das Eingießen eines metallischen Materials in die Gussform, so dass die Verstärkungsfasern von dem metallischen Material umgossen werden. Aus EP 0 944 472 B1 ist ein Kunststoff-Formteil mit einer thermoplastischen Polymermasse, welche das Formteil bildet und mit einer lasttragenden Struktur, welche in das Formteil integriert und von der thermoplastischen Polymermasse umgeben ist bekannt. Die lasttragende Struktur hat eine Endlosfaser-Verstärkung, welche aus mehreren einzelnen, miteinander verbundenen, hochfesten Strukturelementen besteht. Dabei sind alle Verbindungsstellen zwischen den einzelnen Strukturelementen von der thermoplastischen Polymermasse als Verbindungsbereiche umgeben.
In der DE 198 08 392 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Gussteils aus Leichtmetalllegierung mit Hohlraum offenbart. Das Verfahren sieht vor, dass ein Gießkern zur Bildung des Hohlraums eingegossen bzw. umgossen wird.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es wünschenswert, das wirtschaftliche Fügen von Faserverbundkunststoff-Strukturen untereinander beziehungsweise das Fügen von Faserverbundkunststoff-Strukturen mit Leichmetall-Strukturen bei korrekter Krafteinleitung und Kraftübertragung zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeugstrukturbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Aufgabe der Schaffung eines einfachen Verfahrens zum Verbinden von FVK-Strukturen mittels eines Knotenelements mit einer möglichst geringen Anzahl von Werkzeugen und Fertigungsschritten wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst. Weiterbildungen der Gegenstände und des Verfahrens sind in den Unteransprüchen offenbart.
Eine erste Ausführungsform bezieht sich auf ein Kraftfahrzeugstrukturbauteil, das aus zwei oder mehreren Halbzeug-Bauteilen besteht, die mittels eines gegossenen Knotenelements verbunden sind. Die Halbzeug-Bauteile bestehen aus einem Faser-Kunststoffverbund-Pultrudat, und weisen zumindest ein innen liegendes Hohlvolumen auf. Erfindungsgemäß ist das Knotenelement an zumindest einer Wandung eines Verbindungsendes jedes der zu verbindenden Halbzeug-Bauteile formschlüssig angegossen, während die Halbzeug-Bauteile außerhalb des Knotenelements frei von Gussmaterial sind. Der wesentliche Anteil des Kraftfahrzeugstrukturbauteils wird also durch die FVK-Bauteile gebildet, die einfach über einen an ihren Verbindungsenden angegossenen Knoten gefügt sind.
So können die Vorteile des sehr hohen Fasergehalts und der belastungsgerechten Strukturen der FVK-Bauteile durch Verbindung über einen kostengünstigen Gussknoten unter Ausgleich von Bauteiltoleranzen und Beibehaltung der richtigen Krafteinleitung und Kraftübertragung bei der Herstellung von Kraftfahrzeugstrukturbauteilen genützt werden und erlauben eine Optimierung von Kosten und Leichtbau.
Bei dem Gussmaterial handelt es sich um eine Aluminium- oder Magnesium-Legierung.
Das angegossene Knotenelement kann dabei in einen Hohlraumabschnitt eindringen, der an den Verbindungsenden der Halbzeug-Bauteile vorliegt, alternativ oder zusätzlich kann das Knotenelement eine Außenwandung der Verbindungsenden der Halbzeug-Bauteile umschließen, beziehungsweise dort zur Anlage kommen.
Ferner ist vorgesehen, dass das Knotenelement und die Halbzeug-Bauteile Durchtrittsöffnungen für Verbindungsstifte aufweisen. Das Knotenelement hat die Durchtrittsöffnungen in dem Bereich, in dem es an den Verbindungsenden der Halbzeug-Bauteile zur Anlage kommt; entsprechend liegen die Durchtrittsöffnungen der Halbzeug-Bauteile auch an den Verbindungsenden vor und sind mit den Durchtrittsöffnungen des Knotenelements kongruent.
Zur Bildung der Durchtrittsöffnungen im gegossenen Knotenelement werden eingegossene Einlagen verwendet. Dabei kann es sich um Hülsen oder Innengewinde handeln, die beispielsweise aus Metall ausgebildet sind. Damit wird sicher gestellt, dass der Knoten, der ohnehin einen Formschluss mit den Halbzeugen bildet, zusätzlich an dem Halbzeug befestigt werden kann, so dass das gebildete Bauteil im Knotenbereich die gewünschte Stabilität aufweist.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass in einem Bereich, in dem das Knotenelement an die Wandung eines Verbindungsendes angrenzt, eine Kleberaupe vorliegt.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Verbinden von zwei oder mehr Halbzeug-Bauteilen mittels eines Knotenelements bezieht sich auf Halbzeug-Bauteile aus einem Faser-Kunststoffverbund-Pultrudat, das zumindest ein innen liegendes Hohlvolumen aufweist. Das Knotenelement wird aus einem Gussmaterial gebildet. Dazu werden zunächst die zu verbindenden Halbzeug-Bauteile positionsgenau in eine Gussform eingelegt. Es wird dabei jeweils das Verbindungsende der zu verbindenden Halbzeug-Bauteile derart in Bezug zu einer Kavität der Gussform eingelegt, dass das Verbindungsende wenigstens an die Kavität angrenzt. Die Kavität dient zur Ausbildung der Form des Knotenelements.
Hierauf folgt das Schließen der Gussform und das Einbringen des Gussmaterials in die Kavität, wobei eine oder mehrere Wandungen des Verbindungsendes der entsprechenden Halbzeug-Bauteile mit dem Gussmaterial angegossen werden. Durch erstarren Lassen des Gussmaterials zur Ausbildung des Knotenelements bildet sich ein Formschluss zwischen der Wandung der jeweiligen Verbindungsenden und dem Knotenelement. Das erfindungsgemäße Verbindungsverfahren des direkten Angießens einer Knotenstruktur an die FVK-Strukturen senkt die Anzahl der benötigten Werkzeuge sowie die Anzahl der Fertigungsschritte bei der Herstellung komplexer Kraftfahrzeug-Strukturbauteile deutlich. Zudem kann eine auf das Bauteil ausgeübte Kraft besser in die Struktur eingeleitet und weiter übertragen werden und somit der Werkstoff besser ausgenutzt werden.
In einer Ausführungsform ist es auch denkbar, dass sich die Verbindungsenden der zu verbindenden Halbzeug-Bauteile in die Kavität der Gussform hinein erstrecken, so dass das gebildete Knotenelement die Verbindungsenden der zu verbindenden Halbzeug-Bauteile umschließt. Die weiteren Bauteilabschnitte sind erfindungsgemäß frei von Gussmaterial.
In einer Verfahrensvariante, in der das innen liegende Hohlvolumen des Halbzeugs-Bauteils am Verbindungsende offen liegt, so dass das Halbzeug-Bauteil so in oder an der Kavität angeordnet ist, dass das Hohlvolumen in die Kavität mündet und so einen Strömungspfad für das Gussmaterial bereitstellt, wird vor dem Schritt des positionsgenauen Einlegens des Halbzeug-Bauteils eine Gussbarriere in das Hohlvolumen eingebracht, die nahe dem Verbindungsende angeordnet wird und damit ein weiteres Eindringen des Gussmaterials in das Hohlvolumen verhindert. Das Guss-Knotenelement bleibt somit auf den Bereich der Verbindungenden beschränkt. Dort kann ein massiver Abschnitt ausgebildet werden.
In einer weiteren Verfahrensausführungsform ist vorgesehen, dass vor dem Einbringen des Gussmaterials in die Kavität eine Fasern aufweisende Preform in der Kavität angeordnet wird. Bei den Fasern kann es sich um Metall-Fasern, Carbon-Fasern, Glasfasern und/oder Textil- insbesondere Aramid-Fasern handeln. Dabei kommt zumindest eine der Wandungen der Verbindungsenden der zu verbindenden Halbzeug-Bauteile an der Preform zur Anlage, die im nachfolgenden Schritt beim Einbringen des Gussmaterials von dem Gussmaterial durchdrungen und/oder umgossen wird. Bei dieser Preform kann es sich um eine einen Formkern, insbesondere um eine einen Sandkern umgebende Faser-Preform handeln. Durch die Preform, die Verstärkungsfasern aufweist, wird das Knotenelement verstärkt.
Auch ohne die Verwendung einer Faser aufweisenden Preform ist es denkbar, dass vor dem Einbringen des Gussmaterials in die Kavität ein Formkern wie etwa ein Sandkern in die Kavität eingebracht wird, um das dort auszubildende Knotenelemente mit einem innen liegenden Hohlraum auszustatten, um weiter dem Leichtbaugedanken Rechnung zu tragen.
Schließlich sieht eine Ausführungsform vor, dass an dem Verbindungsende des Halbzeug-Bauteils Dämme an einer Innewandung bereitgestellt sind, während die Kavität der Gussform derart ausgebildet ist, dass Distanzhalter ausgeformt werden, die eine Form aufweisen, um zwischen zwei Dämmen aufgenommen zu werden, wobei zwischen den Dämmen, in denen kein Distanzhalter aufgenommen wird, Kleberaupen eingebracht werden.
Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt. Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung der Beschreibung und dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Gegenstände oder Teile von Gegenständen, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.
Dabei zeigt:
1a eine Seitenschnittansicht des Fügebereichs zwischen zwei Faserkunststoffverbund-Pultrudaten und einem Gussknotenelement,
1b eine Ansicht entsprechend 1a, jedoch mit einer Faser aufweisenden Preform im Knotenelement,
2 eine perspektivische Draufsicht auf den Fügebereich zwischen einem weiteren FVK-Pultrudat und einem Knotenelement nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
3 eine perspektivische Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform zweier mittels eines Knotenelements verbundener FVK-Strukturen,
4 eine perspektivische Ansicht auf ein Kraftfahrzeug-Strukturbauteil gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, bei dem drei FVK-Strukturen mittels eines Knotenelements verbunden sind,
5 eine perspektivische Ansicht auf drei FVK-Strukturen, die über zwei Knotenelemente verbunden sind,
6 eine perspektivische Schnittansicht durch ein Verbindungsende einer FVK-Struktur mit eingegossenem Knotenelement-Teil, in dem mittels Distanzhalter die Realisierung definierter Kleberaupen zwischen Gussknotenelement und der FVK-Struktur ermöglicht ist.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug-Strukturbauteil besteht aus mehreren, zumindest jedoch aus zwei Halbzeug-Bauteilen und wenigstens einem gegossenen Knotenelement. Bei den verwendeten Halbzeug-Bauteilen kann es sich um ein Faser-Kunststoffverbund-Pultrudat handeln, nachfolgend auch FVK-Struktur genannt, das durch ein innen liegendes Hohlvolumen und durch die kraftflussgerechte Anordnung der Verstärkungsfasern insbesondere der angestrebten Leichtbauweise eines Kraftfahrzeugs entspricht. Zur Fertigung komplexerer Kraftfahrzeugstrukturen müssen mehrere solcher FVK-Strukturen miteinander gefügt werden, eine zeitintensive Klebetechnik erhöht das Bauteilgewicht sowie die Kosten und ist aufgrund der fertigungsbedingten Maßabweichungen der FVK-Strukturen schwierig.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ermöglicht das wirtschaftliche Fügen durch direktes Eingießen der FVK-Strukturen in den Knoten in exakter Positionierung zueinander unter Ausgleich von Bauteilverzügen. Es gewährleistet die korrekte Krafteinleitung und Kraftübertragung. Durch den sehr hohen Fasergehalt der Pultrusionprofile lassen sich mittels dieser vereinfachten Fügetechnik unter maximaler Werkstoffausnutzung und bei konsequentem Leichtbau belastungsgerechte Strukturen realisieren.
1a zeigt den Verbindungsbereich eines Kraftfahrzeug-Strukturbauteils, in dem ein FVK-Pultrudat mittels eines Gussknotens 3 näherungsweise im Winkel mit einem weiteren FVK-Pultrudat 1' zusammengefügt ist. Von den FVK-Pultrudaten 1, 1' sind lediglich die Verbindungsenden dargestellt, die durch das Knotenelement 3 umgossen sind. Der Hauptanteil der FVK-Profile liegt jedoch (figurativ nicht dargestellt) außerhalb des umhüllenden Gussknotens 3. Auf diese Weise wird das Kraftfahrzeug-Strukturbauteil mit optimaler Festigkeit bei größtmöglicher Gewichtseinsparung bereitgestellt.
Bei dem Gussmaterial handelt es sich um eine eine Aluminium- oder Magnesium-Legierung. Da lediglich die Verbindungsenden der FVK-Strukturen 1, 1' angegossen werden, ist der Temperatureintrag in das FVK-Profil geringer, als wenn das FVK-Pultrudat vollständig umgossen wird. Um eine gute Bindung zwischen FVK-Pultrudaten 1, 1' und dem Gussknoten 3 zu gewährleisten, ist es denkbar, die FVK-Profile 1, 1' beispielsweise mit zusätzlichen Faserwicklungen 10 auszustatten, die den Profilen 1, 1' an der Außenwand 2 eine gewisse Rauhigkeit verleihen.
Alternativ kann an der Außenwand 2 eine haftungsunterstützende Beschichtung vorgesehen sein.
Da die Halbzeug-Bauteile 1, 1' faserverstärkt sind, müssen sie trotz ihres innen liegenden Hohlvolumens 5 während des Gussvorgangs nicht mit Innendruck beaufschlagt werden. Allerdings ist es günstig, vor dem Gussprozess eine Gussbarriere 4 nahe dem Verbindungsende in dem Hohlvolumen 5 anzuordnen, um das Gussmaterial nur bis zu einem gewissen Grad in das innen liegende Hohlvolumen 5 entlang der Innenwandung 2' eindringen zu lassen und somit einen besonders guten Formschluss bereitzustellen und um das unerwünschte Ausgießen des Halbzeug-Bauteils 1, 1' zu verhindern.
Denkbar sind allerdings auch Varianten, bei denen das FVK-Pultrudat in diesem Fügebereich massiv oder zumindest mit dickerer Wandstärke ausgebildet ist, um dem Druckgussprozess besser standhalten zu können oder um eine Gussbarriere zu bilden.
1b zeigt eine Fügestelle zweier FVK-Pultrudate 1, 1' mittels eines Knotenelements 3, die im Wesentlichen der aus 1a entspricht, allerdings liegt hier eine Verstärkung des Gussknotens 3 mit einer Faserpreform 6 vor.
Bei den Fasern kann es sich um Metallfasern, Carbon-Fasern, Glas-Fasern, Aramid- oder anderen gängigen Verstärkungsfasern handeln. Bei der Preform 6 kann es sich um eine vorgefertigte, beispielsweise auf einen Sandkern kraftschlussgerecht aufgewickelte Textil-Preform 6 handeln, die zusammen mit den FVK-Pultrudaten 1, 1' in eine Gussform zur Bildung des Knotenelements 3 eingelegt wird, so dass nicht nur die Verbindungsendbereiche des FVK-Pultrudats 1, 1', sondern auch die Textil-Preform 6 von dem Aluminium- oder Magnesium-Gussmaterial umgossen wird.
Die Gussform ist mit einer Kavität ausgestattet, die der Form des zu bildenden Knotens entspricht. Bei den in 1a und 1b dargestellten Knotenelementen 3' werden die FVK-Pultrudate in die Kavität der Gussform hineinreichen, sodass sie entsprechend umgossen werden können. Dabei können die FVK-Pultrudate während des Gussvorgangs fixiert werden, dies kann über entsprechende Werkzeugteile oder beispielsweise durch ein Formkernstück geschehen, das gleichzeitig die Gussbarriere darstellt.
2 zeigt ein alternatives Knotenelement 3, das nicht um das Verbindungsende des FVK-Pultrudats herum gegossen ist, sondern quasi einen Zapfen bildend sich in eine durch die Innenwandung 2' begrenzte Ausnehmung des FVK-Pultrudats hinein erstreckt.
Diese Ausnehmung kann durch eine Gussbarriere 4 begrenzt sein, die beispielsweise auch durch einen Klebstoff geschaffen sein kann. Um die Verbindung zwischen dem FVK-Pultrudat 1 und dem Knoten 3 zu verstärken, können sowohl das FVK-Pultrudat 1, 1' als auch das Knotenelement 3 korrespondierende Durchtrittsöffnungen 8, 8' aufweisen, in die sich Stifte bzw. Schrauben einführen lassen. Die Durchtrittsöffnungen 8' am FVK-Pultrudat 1, 1' können dabei mit radial und konzentrisch um die Durchtrittsöffnung 8' angeordneten Verstärkungsstrukturen versehen sein, die eine Unterbrechung des Kraftflusses im FVK-Pultrudat 1, 1' durch die Durchtrittsöffnungen 8' unterbinden und im Bereich der Durchtrittsöffnungen verstärken.
3 zeigt eine weitere alternative Fügelinie zwischen Knotenelement 3 und FVK-Pultrudat 1, 1', hier stellt sich die Verbindungswandung 2 stufenförmig dar. Auch hier sind Durchtrittsöffnungen 8 im Knotenelement 3 und hier nicht zu sehende Durchtrittsöffnungen im FVK-Pultrudat 1, 1' vorgesehen, um die Verbindung zu verstärken. Generell ist es auch denkbar, dass der Kontaktbereich zwischen Knotenelement 3 und der Wandung 2 des FVK-Pultrudats mit einem Klebstoff versehen wird.
4 zeigt einen Ausschnitt eines Kraftfahrzeug-Strukturbauteils, bei dem drei Halbzeug-Bauteile 1, 1', 1'' eines Knotenelements 3 verbunden sind. Hier findet der Formschluss zwischen den jeweiligen FVK-Pultrudaten 1, 1', 1'' und dem Knotenelement über einen sich von dem Knotenelement 3 erstreckenden zapfenförmigen Abschnitt statt, der sich in eine durch die Innenwandung 2' begrenzte Ausnehmung des jeweiligen Pultrudats 1, 1', 1'' erstreckt.
Das Faserverbund-Kunststoff-Pultrudat kann, wie gezeigt, mit 0°, 90° und ±45° abgelegte Fasern ausweisen, während um die Durchtrittsöffnungen 8', in denen Schrauben 11 angeordnet werden können, radiale und umfänglich konzentrische Faserverstärkungsstrukturen vorgesehen sind. Auch hier kann zur Begrenzung der Ausnehmung in dem FVK-Pultrudat eine Gussbarriere 4, die auch aus Klebstoff sein kann, vorgesehen sein.
5 zeigt drei FVK-Pultrudat-Strukturen 1, 1', 1'' von denen jeweils zwei mittels eines Knotenelements 3 verbunden sind. Die Knotenelemente 3 lassen dabei eine beliebige, gewinkelte Anordnung der verschiedenen FVK-Pultrudate zueinander zu, und können daher auch selbst in ihrer Ausgestaltung unterschiedlich ausgeführt sein und beispielsweise zur Gewichtseinsparung Hohlräume 12 oder Stege 13 zur Anbindung weiterer Strukturen aufweisen. An den Kontaktstellen zwischen den jeweiligen FVK-Pultrudaten 1, 1', 1'' und den Knoten 3 ist eine Kleberaupe 9 vorgesehen. Auch ist zur Sicherung der Verbindung hier eine Verschraubung 11 im Fügebereich vorgesehen.
6 zeigt eine besondere Ausführungsform der Verbindung zwischen Knotenelement 3 und FVK-Pultrudat 1, mit dem sich eine definierte Kleberraupe 9 zwischen dem Knotenelement 3 und der FVK-Struktur 1 mit Hilfe von Distanzhaltern 7, 7' realisieren lässt. An der Innenwandung 2' des FVK-Profils 1 sind dabei Dämme 7 bereitgestellt, die als Distanzhalter dienen, während der eingegossene Knoten 3 mit vorliegend vier Distanzhaltern 7' eingegossen wird, die jeweils zwischen zwei Dämmen aufgenommen werden. Zwischen den übrigen Dämmen 7 wird die Kleberaupe 9 eingebracht.
Schließlich ist es denkbar, dass das Knotenelement eine Faserverstärkung umfasst, die ebenfalls ein Faser-Verbund-Kunststoffpultrudat mit Faserrichtungen in 0°, 90°, ±45°, ±60° etc. quasi-isotrop aufweist. Dort können selbstverständlich auch Lochverstärkungen, radial und konzentrisch kreisförmig um die Durchtrittsöffnungen vorgesehen sein. Diese Preform wird zusammen mit den pultrudierten Halbzeug-Bauteilen in die Kavität der Gussform eingelegt und durch ein Gussmaterial auf die beschriebene Weise umgossen.
Zur Bildung eines Hohlraums im Knotenelement, um den Knoten leichter zu gestalten, kann ein entfernbarer Formkern, beispielsweise ein Sandkern, verwendet werden.
Damit stellt der erfindungsgemäße Gegenstand ein wirtschaftlich gefügtes Kraftfahrzeugstrukturbauteil aus Faserverbundkunststoff-Strukturen bereit, das dem Leichtbaugedanken genügt und dennoch eine korrekter Krafteinleitung und Kraftübertragung ermöglicht.

Claims

Kraftfahrzeugstrukturbauteil, das aus zumindest zwei Halbzeug-Bauteilen (1, 1', 1'') aus einem Faser-Kunststoffverbund-Pultrudat besteht, die mittels eines gegossenen Knotenelements (3) verbunden sind, wobei die Halbzeug-Bauteile (1, 1', 1'') zumindest ein ihnen liegendes Hohlvolumen (5) aufweisen, wobei das Knotenelement (3) aus einem Gussmaterial aus einer Aluminium- oder Magnesiumlegierung an zumindest einer Wandung (2, 2') eines Verbindungsendes eines jeden der zumindest zwei zu verbindenden Halbzeug-Bauteile (1, 1', 1'') aus • einem Faser-Kunststoffverbund-Pultrudat formschlüssig angegossen ist, wobei die Halbzeug-Bauteile (1, 1', 1'') außerhalb des Knotenelements (3) frei von Gussmaterial sind, wobei das gegossene Knotenelement in einem Bereich, in dem es an den Verbindungsenden zur Anlage kommt, Durchtrittsöffnungen (8) für Verbindungsstifte aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsende der Halbzeug-Bauteile (1, 1', 1'') korrespondierende Durchtrittsöffnungen (8') zur Aufnahme der Verbindungsstifte aufweist und zur Bildung der Durchtrittsöffnungen (8') im gegossenen Knotenelement (3) eingegossene Einlagen verwendet werden.
Kraftfahrzeugstrukturbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Knotenelement (3) in an den Verbindungsenden der Halbzeug-Bauteile (1, 1', 1) vorliegenden Hohlraumabschnitten und/oder um eine Wandung der Verbindungsenden der Halbzeug-Bauteile (1, 1', 1'') zur Anlage kommt.
Kraftfahrzeugstrukturbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Kleberaupe (9) in einem Bereich zwischen dem gegossenen Knotenelement (3) und der Wandung (2, 2') eines der Verbindungsenden vorgesehen ist.
Verfahren zum Verbinden von zumindest zwei Halbzeug-Bauteilen (1, 1', 1'') aus einem Faser-Kunststoffverbund-Pultrudat, mittels eines Knotenelements (3) aus einem Gussmaterial, zu einem Kraftfahrzeugstrukturbauteil, wobei die Halbzeug-Bauteile (1, 1', 1'') zumindest ein innen liegendes Hohlvolumen (5) aufweisen, umfassend die Schritte a) Einlegen der zu verbindenden Halbzeug-Bauteile (1, 1', 1'') positionsgenau in eine Gussform, wobei jeweils ein Verbindungsende der zu verbindenden Halbzeug-Bauteile (1, 1', 1'') zumindest an eine Kavität der Gussform angrenzt, wobei die Kavität eine Form zur Ausbildung des Knotenelements (3) bereitstellt, b) Schließen der Gussform, c) Einbringen des Gussmaterials aus einer Aluminium- oder Magnesiumlegierung in die Kavität, wobei zumindest an eine Wandung (2, 2') des Verbindungsendes der zu verbindenden Halbzeug-Bauteile (1, 1', 1'') aus einem Faser-Kunststoffverbund-Pultrudat das Gussmaterial angegossen wird, d) erstarren Lassen des Gussmaterials, wobei sich das Knotenelement (3) ausbildet und wobei ein Formschluss zwischen der Wandung (2, 2') und dem Knotenelement (3) bereitgestellt wird, wobei das gegossene Knotenelement in einem Bereich, in dem es an den Verbindungsenden zur Anlage kommt, Durchtrittsöffnungen (8) und das Verbindungsende der Halbzeug-Bauteile (1, 1', 1'') korrespondierende Durchtrittsöffnungen (8') aufweist, durch welche Stifte oder Schrauben eingeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung der Durchtrittsöffnungen im gegossenen Knotenelement Einlagen aus Hülsen oder Innengewinden eingegossen werden.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei sich die Verbindungsenden der zu verbindenden Halbzeug-Bauteile (1, 1', 1'') in die Kavität der Gussform hinein erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei zumindest ein Halbzeug-Bauteil (1, 1, 1'') mit innen liegendem Hohlvolumen (5) so in oder an der Kavität angeordnet ist, dass sich das Hohlvolumen (5) in die Kavität erstreckt und einen Strömungspfad für das Gussmaterial bereitstellt, umfassend die Schritte – vor Schritt a), dem positionsgenauen Einlegen des Halbzeug-Bauteils (1, 1', 1'') mit innen liegendem Hohlvolumen (5), Einbringen einer Gussbarriere (4) in das Hohlvolumen (5) nahe dem Verbindungsende.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6 umfassend die Schritte – vor Schritt b), vor dem Einbringen des Gussmaterials in die Kavität, Anordnen einer Faser aufweisenden Preform (6) in der Kavität, wobei zumindest eine der Wandungen (2, 2') der Verbindungsenden der zu verbindenden Halbzeug-Bauteile (1, 1', 1'') an der Preform (6) zur Anlage kommt, – und wobei in Schritt c) ferner die Preform (6) von dem Gussmaterial durchdrungen und/oder umgossen wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Preform (6) einen Formkern umgibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6 umfassend die Schritte – vor Schritt b), vordem Einbringen des Gussmaterials in die Kavität, Einlegen eines Formkerns in die Kavität.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6 wobei an dem Verbindungsende des Halbzeug-Bauteils (1, 1', 1'') an einer Innenwandung eine Mehrzahl von Dämmen (7) bereitgestellt ist, und wobei die Kavität der Gussform eine Form zur Bereitstellung von Distanzhaltern (7') aufweist, wobei ein Distanzhalter (7') eine Form aufweist, um zwischen zwei Dämmen (7) aufgenommen zu werden, und wobei zwischen den Dämmen (7) an dem Verbindungsende Kleberaupen (9) bereitgestellt werden.