KRAFTWAGEN

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, insbesondere eines Kraftfahrzeugbauteils, sowie eine Fahrzeugtür für einen Kraftwagen.

Stand der Technik

Eine Formgebung eines Kraftfahrzeugbauteils mit Naturfasern kann von einer Streckgrenze und Formbarkeit der jeweiligen Naturfaser eingeschränkt sein. Es können gewisse konstruktive Verhältnismäßigkeiten und somit Einschränkungen einzuhalten sein, die einen Einsatz von Naturfasermaterialien im Gegensatz zu Kunststoffmaterialien begrenzen.

Beschreibung der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen besonders umfangreichen Einsatz von Fasern umfassenden Bauteilen insbesondere in Kraftfahrzeugen zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, insbesondere eines Kraftfahrzeugbauteils, bei welchem eine Fasermatte bereitgestellt wird. In einem weiteren Schritt des Verfahrens ist es vorgesehen, dass die Fasermatte an wenigstens einer vorgegebenen Stelle mit einer Schwächung versehen wird. Das bedeutet, dass eine gezielte Schwächung der Fasermatte an der wenigstens einen vorgegebenen Stelle vorgesehen wird. Unter der Schwächung ist insbesondere zu verstehen, dass eine Stabilität der Fasermatte an der wenigstens einen vorgegebenen Stelle reduziert wird. Bei dem Verfahren ist es weiterhin vorgesehen, dass ein Erwärmen der Fasermatte und ein Umformen der Fasermatte mittels eines Umformwerkzeugs zu dem Bauteil, insbesondere dem Kraftfahrzeugbauteil, erfolgt. Durch den Umformvorgang wird die Fasermatte an der wenigstens einen geschwächten Stelle zum Versagen gebracht. Zusätzlich zu dem Umformen kann das Erwärmen und/oder das Schwächen der Fasermatte mittels des Umformwerkzeugs erfolgen. Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Schwächung der Fasermatte mittels des Umformwerkzeugs vor dem Erwärmen und dem anschließenden Umformen der Fasermatte erfolgt. Alternativ kann die Fasermatte erst erwärmt, dann geschwächt und dann umgeformt werden. Weiterhin ist es möglich, dass die Fasermatte erst umgeformt und dann erwärmt wird. Hierbei kann die Schwächung vor oder nach dem Umformen erfolgen. Die Schritte Schwächen, Erwärmen und Umformen können somit in ihrer Reihenfolge angepasst werden. Von diesen Schritten kann wenigstens der Umformschritt in dem Umformwerkzeug erfolgen. Zusätzlich kann das Erwärmen und/oder das Schwächen der Fasermatte mittels des Umformwerkzeugs erfolgen. Aufgrund der Erwärmung der Fasermatte schmelzen zumindest einige der Fasern der Fasermatte zumindest bereichsweise an beziehungsweise auf. Hierdurch können mehrere der Fasern der Fasermatte miteinander verschmolzen werden. Nach dem Umformen kann die Fasermatte auskühlen, wodurch die angeschmolzenen beziehungsweise aufgeschmolzenen Fasern aushärten.

Unter dem Versagen der Fasermatte an der wenigstens einen geschwächten Stelle ist insbesondere ein Materialversagen zu verstehen, bei welchem eine Stabilität der Fasermatte an der wenigstens einen geschwächten Stelle im Rahmen des Versagens absinkt. Insbesondere kann unter einem Versagen ein Aufreißen der Fasermatte beziehungsweise ein Aufweiten von im Rahmen der Schwächung vorgesehenen Öffnungen der Fasermatte verstanden werden. Bei dem Verfahren ist es somit vorgesehen, dass die Fasermatte durch das gezielte Schwächen an den vorgegebenen geschwächten Stellen beim Umformen versagt, wodurch ein Versagen an zu den geschwächten Stellen unterschiedlichen Stellen der Fasermatte vermieden werden kann. Hierdurch kann eine besonders hohe Komplexität einer Geometrie des die Fasern umfassenden Bauteils, insbesondere des Kraftfahrzeugbauteils umgesetzt werden. Das aus der Fasermatte bereitgestellte Bauteil, insbesondere Kraftfahrzeugbauteil kann somit Bereiche mit besonders kleinen Radien und/oder kantigen Übergängen und/oder scharfen Kontursprüngen aufweisen. Für einen Einsatz des Kraftfahrzeugbauteils in einem Kraftfahrzeug kann das durch das Umformen der Fasermatte bereitgestellte Kraftfahrzeugbauteil wenigstens einem weiteren Bearbeitungsschritt unterzogen werden. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass für das Bereitstellen der Schwächung die Fasermatte an der wenigstens einen Stelle geschlitzt und/oder perforiert und/oder eingeschnitten wird. Unter dem Schlitzen der Fasermatte ist zu verstehen, dass ein die Fasermatte vollständig durchdringender Schlitz in die Fasermatte eingebracht wird. Unter dem Perforieren der Fasermatte ist zu verstehen, dass wenigstens eine zumindest im Wesentlichen runde Durchgangsöffnung in die Fasermatte eingebracht wird, welche die Fasermatte vollständig durchdringt. Unter dem Einschneiden der Fasermatte ist zu verstehen, dass einzelne Faserschichten der Fasermatte durchtrennt werden, die Fasermatte jedoch nicht vollständig von dem Schnitt durchdrungen wird. Es kann somit ein Anritzen der Fasermatte erfolgen. Über ein jeweiliges Auswählen der Art der Schwächung kann das in Folge des Umformens resultierende Versagen der Fasermatte an den jeweiligen Stellen gezielt beeinflusst werden. Insbesondere kann über die Wahl der jeweiligen Schwächung ein Einreißen beziehungsweise ein Aufreißen der Fasermatte in Folge des Umformens als Versagen ausgelöst werden beziehungsweise über die jeweilige Auswahl der Schwächung beeinflusst werden, wie weit beziehungsweise wie stark die Fasermatte in Folge des Umform Vorgangs beim Versagen aufreißt beziehungsweise sich aufweitet. Über das Auswählen der jeweiligen Art der Schwächung kann durch das Beeinflussen des Versagens der Fasermatte bei dem Umformen eine Entlastung von zu den geschwächten Stellen unterschiedlichen Bereichen der Fasermatte erreicht werden. Durch diese gezielte Entlastung der zu den geschwächten Stellen unterschiedlichen Bereiche wird das Umsetzen komplizierter Geometrien des Bauteils, insbesondere des Kraftfahrzeugbauteils vereinfacht.

In weiterer Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass als die Fasermatte eine Fasermatte mit Naturfasern bereitgestellt wird. Das bedeutet, dass die Fasermatte zumindest Naturfasern umfasst. Optional kann die Fasermatte weitere Fasern umfassen. Um ein besonders gutes Aufschmelzen jeweiliger Fasern der Fasermatte zu ermöglichen, kann es vorgesehen sein, dass die Fasermatte Polymerfasern umfasst. Hierbei können die Naturfasern als Polymerfasern ausgebildet sein oder zusätzliche Fasern zu den Naturfasern in der Fasermatte vorgesehen sein, welche als Polymerfasern ausgebildet sind. Alternativ oder zusätzlich zu den Naturfasern kann die Fasermatte Glasfasern und/oder Carbonfasern und/oder Stofffasern umfassen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Fasermatte bereitgestellt wird, welche zusätzliche zu den Naturfasern Kunststofffasern umfasst. Die Kunststofffasern können insbesondere aus einem Duroplasten oder aus einem Thermoplasten bereitgestellt sein. Insbesondere handelt es sich bei den Kunststofffasern um Polypropylenfasern. Diese Polypropylenfasern können besonders gut im Rahmen des Erwärmens und anschließenden Umformens der Fasermatte mit den Naturfasern verschmolzen werden, wodurch das Bauteil mit einer besonders hohen Stabilität und somit mit einer Eigensteifigkeit bereitgestellt werden kann. Die Fasermatte umfasst insbesondere bis zu 60 % Naturfasern. Beispielsweise kann die Fasermatte ca. 50 % Naturfasern und ca. 50 % Kunststofffasern umfassen. Hierdurch kann ein besonders großer Anteil der Fasermatte aus dem regenerativen Werkstoff der Naturfasern bereitgestellt werden, wohingegen über die Kunststofffasern eine Festigkeit und/oder eine Elastizität des Bauteils, insbesondere des Kraftfahrzeugbauteils, eingestellt werden kann.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass als die Naturfasern Flachsfasern und/oder Hanffasern und/oder Holzfasern und/oder Baumwollfasern und/oder Wollfasern verwendet werden. Bei diesen Naturfasern handelt es sich jeweils um jeweilige besonders beständige regenerative Naturfasern. Das Bauteil, insbesondere das Kraftfahrzeugbauteil, kann somit mit einer besonders hohen Lebensdauer bereitgestellt werden und ist dabei zumindest teilweise aus regenerativem Material bereitgestellt. Gegebenenfalls kann durch das Verwenden der Naturfasern eine Recyclingfähigkeit des Bauteils ermöglicht werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass für das Bereitstellen der Fasermatte Fasern aufeinander abgelegt und miteinander vernadelt werden. Hierbei können die Naturfasern mit den Kunststofffasern geschichtet werden. Die Fasern werden durch Bearbeiten mit wenigstens einem Nadelbrett miteinander vernadelt. Bei dem Vernadeln der Fasern können die Fasern miteinander verwirkt werden. Hierdurch können lose Fasern besonders einfach und schnell miteinander zu der Fasermatte verbunden werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens eine nach dem Umformen einer geschwächten Stelle resultierende Öffnung mittels Spritzguss gefüllt wird. Insbesondere kann in das Umformwerkzeug ein Spritzgusswerkzeug integriert sein, mittels welchem während und/oder oder nach dem Umformen der Fasermatte die wenigstens eine an einer der geschwächten Stellen resultierende Öffnung mit einem Kunststoff durch Spritzgießen gefüllt wird. Hierdurch kann ein Offenbleiben von durch Versagen entstandenen Öffnungen in dem Bauteil vermieden werden. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass an die Fasermatte wenigstens ein weiteres Bauteil angespritzt wird. Hierbei kann das wenigstens eine weitere Bauteil mittels des Spritzgießwerkzeugs an die Fasermatte angespritzt werden.

Insbesondere wird das wenigstens eine weitere Bauteil während des Umformens der Fasermatte mittels des in das Umformwerkzeug integrierten Spritzgusswerkzeugs durch Spritzgießen an der Fasermatte angeordnet. Insbesondere kann gleichzeitig mittels des Spritzgießwerkzeugs das wenigstens eine weitere Bauteil an die Fasermatte angespritzt werden und die wenigstens eine an der geschwächten Stelle resultierende Öffnung gefüllt werden. Hierdurch kann das Bauteil in besonders wenigen Bearbeitungsschritten und insbesondere mit besonders kurzen Taktzeiten hergestellt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Fasermatte zu einem Teil einer Fahrzeugtür umgeformt wird. Hierbei kann das Bauteil, insbesondere das Kraftfahrzeugbauteil zumindest ein Teil einer Innenverkleidung der Fahrzeugtür sein. Mittels des Kraftfahrzeugbauteils kann somit die Fahrzeugtür zu einem Innenraum eines die Fahrzeugtür aufweisenden Kraftwagens hin verkleidet werden. Das beschriebene Verfahren ermöglicht, dass das Kraftfahrzeugbauteil mit besonders großer Größe bereitgestellt werden kann, wodurch die Innenverkleidung der Fahrzeugtür aus besonders wenigen Kraftfahrzeugbauteilen und somit besonders einfach bereitgestellt werden kann.

Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Fahrzeugtür für einen Kraftwagen, mit einem Kraftfahrzeugbauteil, welches in einem Verfahren bereitgestellt worden ist, wie es bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen des Kraftfahrzeugbauteils beschrieben worden ist. Hierbei ist das Kraftfahrzeugbauteil insbesondere ein Teil einer Innenverkleidung der Fahrzeugtür. Das Verwenden des Kraftfahrzeugbauteils in der Fahrzeugtür ermöglicht, dass für das Bereitstellen der Fahrzeugtür ein besonders großer Anteil an regenerativen Materialien, vorliegend der Naturfasern, verwendet werden kann. Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind als Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Fahrzeugtür anzusehen und umgekehrt.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung können sich aus der nachfolgenden Beschreibung möglicher Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren 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.

Kurze Figurenbeschreibung

Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 ein Verfahrensschema für ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, insbesondere eines Kraftfahrzeugbauteils aus einer Fasern, insbesondere Naturfasern umfassenden Fasermatte; und

Fig. 2a, 2b ein im Rahmen des Verfahrens hergestelltes Kraftfahrzeugbauteil in einer Vorderansicht und in einer Rückansicht, wobei ein gezieltes Versagen des Kraftfahrzeugbauteils an vorgegebenen geschwächten Stellen im Rahmen der Herstellung des Kraftfahrzeugbauteils ausgelöst worden ist, um ein ungewolltes Versagen des Kraftfahrzeugbauteils in zu den vorgesehenen Stellen weiteren Bereichen des Kraftfahrzeugbauteils zu verhindern.

In den Figuren 2a und 2b ist in einer Vorderansicht und in einer Rückansicht ein Kraftfahrzeugbauteil 10 gezeigt, welches vorliegend ein Teil einer Fahrzeugtür eines Kraftwagens ist. Dieses Kraftfahrzeugbauteil 10 ist vorliegend aus einer Fasermatte hergestellt, welche zumindest Naturfasern umfasst.

In Fig. 1 ist ein Verfahrensschema für ein Verfahren zum Herstellen des Kraftfahrzeugbauteils 10 gezeigt. Bei dem Verfahren ist es vorgesehen, dass in einem ersten Verfahrensschritt V1 die Fasermatte mit den Naturfasern bereitgestellt wird. Hierbei kann die Fasermatte als die Naturfasern Flachsfasern und/oder Hanffasern und/oder Holzfasern und/oder Baumwollfasern und/oder Wollfasern umfassen. Zusätzlich zu den Naturfasern kann die Fasermatte Kunststofffasern aufweisen. Die Fasermatte umfasst vorliegend Flachsfasern und Polypropylenfasern. Die Fasermatte ist durch Aufeinanderschichten der Fasern und Vernadeln der Fasern mittels eines Nadelbretts bereitgestellt.

In einem zweiten Verfahrensschritt V2 des Verfahrens ist es vorgesehen, dass die Fasermatte an wenigstens einer vorgegebenen Stelle gezielt geschwächt wird. Für das gezielte Schwächen kann die Fasermatte an der wenigstens einen Stelle geschlitzt und/oder perforiert und/oder eingeschnitten werden. Für das Schwächen der Fasermatte ist es somit vorgesehen, dass an den zu schwächenden Stellen Fasern der Fasermatte zertrennt werden. Durch diese gezielte Schwächung der Fasermatte an den vorgegebenen Stellen kann ein gezieltes Versagen der Fasermatte an diesen Stellen bei einem Umformen der Fasermatte ausgelöst werden.

In einem dritten Verfahrensschritt V3 des Verfahrens ist es vorgesehen, dass die Fasermatte erwärmt und anschließend mittels eines Umformwerkzeugs zu dem Kraftfahrzeugbauteil 10 umgeformt wird. Eine Reihenfolge der Schritte Schwächen der Fasermatte, Erwärmen der Fasermatte und Umformen der Fasermatte kann in Abhängigkeit von Materialparametern der Fasermatte und/oder in Abhängigkeit von Prozessparametern der jeweiligen Schritte gewählt werden. Durch das Umformen der Fasermatte wird die Fasermatte an der wenigstens einen geschwächten Stelle gezielt zum Versagen gebracht. Durch das gezielte Versagen der Fasermatte an der wenigstens einen geschwächten Stelle kann eine Materialbeanspruchung der Fasermatte in zu der wenigstens einen geschwächten Stelle unterschiedlichen Bereichen der Fasermatte besonders gering gehalten werden. Ein Versagen der Fasermatte in den zu den geschwächten Stelle unterschiedlichen Bereichen kann somit zumindest im Wesentlichen vermieden werden. Bei dem Versagen kann die Fasermatte an der wenigstens einen geschwächten Stelle aufreißen beziehungsweise sich durch das Versagen aufweiten.

Für ein Schließen der durch das Versagen der Fasermatte an den jeweiligen geschwächten Stellen resultierenden Öffnungen 12 können diese resultierenden Öffnungen 12 mittels eines Spritzgusswerkzeugs durch Einspritzen eines Kunststoffs gefüllt werden. Das Spritzgusswerkzeug kann insbesondere in das Umformwerkzeug integriert sein, sodass die Fasermatte in einem einzigen Taktschritt sowohl umgeformt als auch die durch das Versagen resultierende wenigstens eine Öffnung gefüllt werden kann. Im Rahmen des Spritzgießens kann mittels des Spritzgusswerkzeugs ein weiteres Bauteil an die Fasermatte angespritzt werden. Es kann somit gleichzeitig mittels des Spritzgießwerkzeugs das wenigstens eine weitere Bauteil an die Fasermatte angespritzt werden und wenigstens eine durch das Versagen an den geschwächten Stellen resultierende Öffnung durch Anfüllen mit dem Kunststoff gefüllt werden.

In den Figuren 2a und 2b ist das Kraftfahrzeugbauteil 10 mit den mit dem Kunststoff angefüllten Öffnungen 12 gezeigt. Weiterhin können auf der Rückseite des Kraftfahrzeugbauteils 10 mehrere an das Kraftfahrzeugbauteil 10 angespritzte weitere Bauteile 14 erkannt werden. Bei dem Verfahren ist es somit vorgesehen, dass die Fasermatte an den definierten Stellen geschwächt wird, indem die Fasermatte insbesondere geschlitzt oder perforiert wird. Hierbei kann eine Größe und Ausrichtung der jeweiligen Schwächung abhängig von der Bauteilgeometrie des aus der Fasermatte zu fertigenden Kraftfahrzeugbauteils 10 gewählt werden. Durch das Schwächen der Fasermatte wird der Fasermatte an den geschwächten Stellen die Möglichkeit gegeben, auszuweichen beziehungsweise nachzugeben. Der durch das Versagen freiwerdende Raum, vorliegend die Öffnungen 12, kann mit Spritzgut aufgefüllt werden. Das Verfahren ermöglicht, dass Teiligkeiten des Kraftfahrzeugbauteils 10 minimiert werden können beziehungsweise eine mögliche Komplexität des zumindest teilweise aus Naturfasern gefertigten Kraftfahrzeugbauteils 10 erhöht werden kann. Es können beim Herstellen des Kraftfahrzeugbauteils 10 besonders kleine Umformwinkel und Radien umgesetzt werden. Weiterhin können aufgrund des beschriebenen verwendeten Verfahrens bei dem zumindest teilweise aus den Naturfasern bereitgestellten Kraftfahrzeugbauteil 10 besonders große Kontursprünge umgesetzt werden. Mit anderen Worten können bei dem Kraftfahrzeugbauteil 10 aufgrund des Verfahrens besonders steile Entformwinkel, besonders kleine prägnante Radien sowie besonders große Kontursprünge umgesetzt werden.

Das Verfahren ermöglicht besonders viele unterschiedliche Einsatzmöglichkeiten von Naturfasern. Darüber hinaus ermöglicht das Verfahren, dass das Kraftfahrzeugbauteil 10 einstückig und somit aus besonders wenigen Einzelteilen bereitgestellt werden kann das mittels des Verfahrens hergestellte Kraftfahrzeugbauteil 10 mit besonders geringen Produktionskosten hergestellt werden. Das Kraftfahrzeugbauteil 10 ist darüber hinaus bei dem Verfahren besonders kompakt bereitstellbar, wodurch ein optimiertes Package möglich ist. Weiterhin weist das Kraftfahrzeugbauteil 10 aufgrund der Naturfasern ein besonders geringes Gewicht sowie eine besonders vorteilhafte CÖ2-Bilanz auf. Mittels des im Rahmen des Verfahrens hergestellten Kraftfahrzeugbauteils 10 ist ein Darstellen einer kunststoffähnlichen Geometrie des Kraftfahrzeugbauteils 10 möglich. Durch eine mögliche Integration sonst nötiger separater Bauteile, deren Geometrie beim Stand der Technik nicht in Naturfasern darstellbar ist, kann das Kraftfahrzeugbauteil 10 aus besonders wenigen Einzelteilen, vorliegend einstückig bereitgestellt werden. Um zu den geschwächten Stellen unterschiedliche Bereiche der Fasermatte vor dem Versagen zu bewahren, erfolgt ein gezieltes Versagen der Fasermatte. Das Heranziehen der Fasermatte mit den Naturfasern ermöglich einen besonders hohen regenerativen Materialanteil in dem Kraftfahrzeugbauteil 10 sowie ein besonders geringes Gewicht des Kraftfahrzeugbauteils 10. Insgesamt zeigt die Erfindung wie eine Formgebung eines Kraftfahrzeugbauteils 10 mit Naturfasern optimiert werden kann.

BEZUGSZEICHENLISTE

10 Kraftfahrzeugbauteil 12 Öffnung

14 weiteres Bauteil

V1-V3 jeweilige Verfahrensschritte