Verfahren zur Herstellung eines Bauelements und Bauelement

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelements aus einem FKV-Bauteil aus einem

FaserkunstStoff erbundwerkstoff und aus einem Kunststoff- Bauteil aus einem Kunststoff und ein Bauelement.

Aus leichtbaugründen und um optisch und haptisch

ansprechende Bauelemente zu schaffen, ist es beispielsweise im Karosseriebau bekannt, Karosserieelemente aus einem FaserkunstStoff erbundwerkstoff zu verwenden. Diese

Bauelemente müssen mit der Karosserie und insbesondere mit Kunststoff-Bauteilen verbunden werden. Zu diesem Zweck ist es bekannt, separat hergestellte Kunststoff-Bauteile zu verwenden, die Aufnahmebereiche für das aufzunehmende FKV- Bauteil aufweisen, in die ein seitlicher Abschnitt des FKV- Bauteils kraft- und/oder formschlüssig eingebracht werden kann. Das KunstStoffbauteil wird üblicherweise als

Halterahmen ausgestaltet, über den das Karosserieelement mit der Karosserie verbunden werden kann.

Bei den bekannten Herstellungsverfahren zur Verbindung von FKV-Bauteilen mit Kunststoff-Bauteilen ist eine Verbindung ausschließlich in Randbereichen des FKV-Bauteils möglich, da die Aufnahmebereiche an dem FKV-Bauteil kraft- und/oder formschlüssig an einander gegenüberliegenden Seitenflächen des FKV-Bauteils anliegen, wobei Anlageabschnitte der

Aufnahmebereiche über seitliche Verbindungsstege miteinander verbunden sind. Zudem ist es bei den bekannten Verfahren erforderlich, das FKV-Bauteil und das Kunststoff- Bauteil separat herzustellen und in einem gesonderten

Herstellungsschritt - häufig manuell - miteinander zu verbinden.

Als Aufgabe der Erfindung wird es angesehen, ein

Herstellungsverfahren für ein Bauelement aus einem FKV- Bauteil und einem Kunststoff-Bauteil bereitzustellen, das eine Verbindung der Bauteile auch beabstandet zu

Randbereichen des FKV-Bauteils erlaubt und das einfach und kostengünstig ausgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelements aus einem FKV-Bauteil aus einem FaserkunstStoffVerbundwerkstoff und aus einem

Kunststoff-Bauteil aus einem Kunststoff gelöst, wobei in einem FKV-Verarbeitungsschritt das FKV-Bauteil aus dem FaserkunstStoffVerbundwerkstoff hergestellt wird, wobei in einem Verbindungsvorbereitungsschritt eine Haftungsschicht in einem Verbindungsbereich des FKV-Bauteils auf eine

Oberfläche des FKV-Bauteils aufgebracht oder in einer an die Oberfläche des FKV-Bauteils angrenzende Schicht des FaserkunstStoffVerbundwerkstoffs eingebracht wird, wobei die Haftungsschicht eine Haftung zwischen dem FKV-Bauteils und dem Kunststoff-Bauteil ermöglicht, und wobei in einem Kunststoff-Verarbeitungsschritt das Kunststoff-Bauteil in dem Verbindungsbereich an der Haftungsschicht angeordnet wird. Auf diese Weise kann das Kunststoff-Bauteil an nahezu beliebigen Abschnitten des FKV-Bauteils an dem FKV-Bauteil angeordnet werden. Vorteilhafterweise ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Haftungsschicht mehrere HaftSchichtlagen aufweist. Auf diese Weise kann eine Haftung zwischen der Oberfläche des FKV-Bauteils und dem Kunststoff-Bauteil beispielsweise mit einer ersten Haftschichtlage, die eine gute Haftung mit dem FKV-Bauteil bietet und mit einer zweiten Haftschichtlage, die eine gute Haftung mit dem Kunststoff-Bauteil bietet, hergestellt werden. Vorteilhafterweise ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Haftungsschicht oder eine HaftSchichtläge durch Auftragen eines Haftvermittlers auf die Oberfläche hergestellt wird. Der Haftvermittler wird zur FKV-Oberflächenvorbehandlung der Oberfläche des FKV-Bauteils vor der Weiterverarbeitung vorzugsweise mit Spritzguss eingesetzt. Der Haftvermittler dient dabei erfindungsgemäß zur Verbesserung der

Verbindungseigenschaften zwischen dem FKV-Bauteil und vorteilhafterweise einem thermoplastischen Kunststoff. Der Haftvermittler wird erfindungsgemäß vorteilhafterweise für schwer haftende Carbonfaserkunststoff- und

Glasfaserkkunststoff-Oberflächen zur Erhöhung der

Haftfestigkeit verwendet. Durch die Verwendung eines

Haftvermittlers wird die Oberfläche des FKV-Bauteils besser benetzbar .

Zusätzlich zu dem Haftvermittler kann zunächst ein

Aktivator auf die Oberfläche des FKV-Bauteils aufgebracht werden. Ein Aktivator ist eine spezielle Reinigungs- und Aktivierungslösung zur Vorbehandlung vor dem beschichten und lackieren von Oberflächen. Der Haftvermittler kann flüssig verwendet und erfindungsgemäß über einen Schwamm oder einen Pinsel in dem Verbindungsbereich auf eine Oberfläche des FKV-Bauteils aufgebracht werden. Alternativ kann der Haftvermittler erfindungsgemäß auch auf das FKV-Bauteil aufgesprüht oder mit einem geeigneten Beschichtungsverfahren wie zum

Beispiel durch Bedampfung auf das FKV-Bauteil aufgebracht werden. Es ist auch möglich und erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Haftvermittler durch eine Einlegeschicht gebildet wird, die in dem FKV-Verarbeitungsschritt in dem

Verbindungsbereich in das FKV-Bauteil eingebracht wird. Vorteilhafterweise schließt die Einlegeschicht

oberflächenbündig mit der Oberfläche des FKV-Bauteils ab. Bei Verwendung der Einlegeschicht erfolgen der FKV- Verarbeitungsschritt und der

Verbindungsvorbereitungsschritt vorteilhafterweise

gleichzeitig. Durch den Haftvermittler wird erfindungsgemäß eine ausreichende Haftung zwischen dem FKV-Bauteil und dem Kunststoff-Bauteil erreicht.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des

erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass eine erste HaftSchichtläge durch Auftragen eines ersten

Haftvermittlers auf die Oberfläche hergestellt wird und dass nachfolgend mindestens eine weitere HaftSchichtläge durch Auftragen mindestens eines weiteren Haftvermittlers auf die erste HaftSchichtläge oder auf eine bereits

aufgebrachte weitere HaftSchichtläge hergestellt wird. Die erste HaftSchichtläge wirkt dabei direkt an der

Bauteilgrenzoberfläche. Durch die Verwendung verschiedener HaftSchichtlagen aus unterschiedlichen Haftvermittlern kann die Haftung gezielt zwischen dem FKV-Bauteil und dem Kunststoff-Bauteil erhöht werden, da die verschiedenen Haftvermittler auf den jeweiligen

FaserkunstStoffVerbundwerkstoff und den jeweiligen

Kunststoff angepasst werden können. Zwischen den

HaftSchichtlagen werden vorteilhafterweise chemische

Bindungen gebildet.

Erfindungsgemäß ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass das Kunststoff-Bauteil aus mindestens zwei KunstStoffarten hergestellt ist, wobei ein erster Abschnitt des Kunststoff- Bauteils aus einem ersten Kunststoff an der Haftungsschicht angeordnet wird und ein zweiter Abschnitt des Kunststoff- Bauteils aus einem zweiten Kunststoff an dem ersten

Abschnitt angeordnet wird. Bei dem ersten Kunststoff handelt es sich erfindungsgemäß vorteilhafterweise um eine Weichkomponente und bei dem zweiten Kunststoff

vorteilhafterweise um eine Hartkomponente. Beispielsweise kann es sich bei der Hartkomponente um einen

thermoplastischen amorphen oder teilkristallinen Kunststoff und bei der Weichkomponente um einen thermoplastischen Elastomer, Gummi oder Kautschuk handeln. Die Verwendung eines Kunststoff-Bauteils aus zwei KunstStoffarten ist vorteilhafterweise bei Verwendung eines Haftvermittlers zur Herstellung der Haftungsschicht vorgesehen. Zudem kann erfindungsgemäß durch die Verwendung einer Weichkomponente in unmittelbarer Verbindung mit dem FKV-Bauteil und einer Hartkomponente des Kunststoff-Bauteils eine gewünschte Elastizität der Bauteilverbindung erreicht werden, um beispielsweise unterschiedliche material- und

temperaturabhängige Ausdehnungen des FKV-Bauteils und des Kunststoff-Bauteils ausgleichen zu können. Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des

erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die

Haftungsschicht durch Erwärmen des FKV-Bauteils in dem Verbindungsbereich und Einbringen eines Harzes oder

Verbindungskunststoffes in das FKV-Bauteil in dem erwärmten Verbindungsbereich hergestellt wird. Bei dem

Verbindungskunststoff kann es sich erfindungsgemäß um ein Polypropylen-Pulver oder ein anderes geeignetes

KunstStoffpulver handeln. Das Harz oder der

Verbindungskunststoff können erfindungsgemäß in dem FKV- Verarbeitungsschritt in dem Verbindungsbereich auf die Oberfläche des Faserverbundwerkstoffs aufgebracht und mit einer in dem FKV-Verarbeitungsschritt noch flüssigen Matrix des Faserverbundwerkstoffs verbunden werden. Dabei wird das Harz oder der Verbindungskunststoff vorteilhafterweise so angeordnet und in die Matrix eingebettet, dass das Harz oder der Verbindungskunststoff an die Oberfläche des FKV- Bauteils angrenzen und sich geringfügig in das FKV-Bauteil hinein erstrecken.

Es ist aber auch möglich und erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Harz oder der Verbindungskunststoff nach der

Herstellung des FKV-Bauteils in dem Verbindungsbereich in das FKV-Bauteil eingebracht wird. Hierzu ist

vorteilhafterweise vorgesehen, dass das Harz oder der

Verbindungskunststoff in dem Verbindungsbereich auf die Oberfläche des FKV-Bauteils aufgebracht und das FKV-Bauteil anschließend in dem Verbindungsbereich erwärmt wird. Bei der Erwärmung des FKV-Bauteils wird die Matrix des

Faserverbundwerkstoffs zumindest teilweise aufgeschmolzen, sodass das Harz oder der Verbindungskunststoff in die Matrix eindringen und nach dem Abkühlen des FKV-Bauteils mit der Matrix angrenzend an die Oberfläche des FKV- Bauteils in dem Verbindungsbereich verbacken kann. Vorteilhafterweise ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Haftungsschicht durch Aufbringen eines bei einer

vorgegebenen Temperatur aushärtenden Reaktionsklebers und anschließendem Aufspritzen des Kunststoff-Bauteils auf den Reaktionskleber hergestellt wird, wobei eine

Aufsprit ztemperatur des zum Aufspritzen erwärmten

Kunststoffs so vorgegeben wird, dass der Reaktionskleber beim Aufbringen des Kunststoffs aushärtet. Durch die erfindungsgemäße Verwendung eines Reaktionsklebers als Klebemittel kann eine besonders haltbare Verbindung

zwischen dem FKV-Bauteil und dem Kunststoff-Bauteil

hergestellt werden.

Um die Haftung der Haftungsschicht an der Oberfläche des FKV-Bauteils zu verbessern, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zwischen dem FKV-Verarbeitungsschritt und dem

Verbindungsvorbereitungsschritt ein Aufrauschritt

ausgeführt wird, wobei die Oberfläche des FKV-Bauteils in dem Verbindungsbereich aufgeraut wird. Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die Oberfläche durch anschleifen aufgeraut wird.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des

erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass in dem FKV-Verarbeitungsschritt ein Abreißgewebe an der Oberfläche in dem Verbindungsbereich in das FKV-Bauteil eingebracht wird und dass das Abreißgewebe in dem Aufrauschritt von dem FKV-Bauteil abgezogen wird, wodurch die Oberfläche aufgeraut wird. Das Einbringen eines Abreißgewebes bereits in dem FKV-Verarbeitungsschritt beispielsweise durch

Einlegen in eine Bauteilform für das FKV-Bauteil ist besonders einfach möglich und erlaubt eine ebenfalls besonders einfache Aufrauhung des fertigen FKV-Bauteils .

Vorteilhafterweise ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der FKV-Verarbeitungsschritt und der

Verbindungsvorbereitungsschritt gleichzeitig erfolgen. Eine gleichzeitige Ausführung dieser beiden Schritte kann sowohl bei der Verwendung eines Haftvermittlers oder eines Harzes bzw. Kunststoffes zur Herstellung der Haftungsschicht erfolgen . Erfindungsgemäß ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass das Kunststoff-Bauteil an den Anlageabschnitt durch ein

Spritzgussverfahren angespritzt wird. Beim

Spritzgussverfahren können vorteilhafterweise auch

Kunststoff-Bauteile aus zwei KunstStoffarten einfach mit einer Spritzgussmaschine hergestellt werden. Zu diesem

Zweck können Transfer-, Dreh- und Schiebertechnik-Werkzeuge eingesetzt werden. Vorteilhafterweise wird eine mit einem Drehteller ausgerüstete Spritzgussmaschine zur Herstellung des Kunststoff-Bauteils aus zwei KunstStoffarten verwendet. Hierbei kann vorteilhafterweise zunächst eine

Weichkomponente auf die Haftungsschicht aufgespritzt und anschließend eine Hartkomponente auf die Weichkomponente gespritzt werden. Durch die unmittelbar aufeinanderfolgende Herstellung des Kunststoff-Bauteils auch aus mehreren

KunstStoffarten auf einer Spritzgussmaschine ist eine besonders schnelle und kostengünstige Herstellung des

Bauelements möglich. Es ist aber auch möglich und erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Kunststoff-Bauteil durch Extrudieren, Schäumen, Pressen oder Reaktionskieben hergestellt und der

Haftungsschicht verbunden wird.

Vorteilhafterweise ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass mehrere Haftungsschichten in zueinander beabstandeten

Verbindungsbereichen an dem FKV-Bauteil angeordnet werden und das Kunststoff-Bauteil mit den mehreren

Haftungsschichten verbunden wird. Auf diese Weise kann eine bessere und besonders stabile Verbindung zwischen dem FKV- Bauteil und dem Kunststoff-Bauteil hergestellt werden, da die zwischen dem FKV-Bauteil und dem Kunststoff-Bauteil zu übertragenden Kräfte über mehrere Verbindungsbereiche übertragen werden.

Eine besonders hochwertig anmutende Oberfläche des

Bauelements kann erfindungsgemäß dadurch erreicht werden, dass der FaserkunstStoffVerbundwerkstoff ein

glasfaserverstärkter oder eine carbonfaserverstärkter Kunststoff ist.

Die eingangs genannte Aufgabe wird auch durch ein

Bauelement aus einem FKV-Bauteil aus einem

FaserkunstStoffVerbundwerkstoff und aus einem Kunststoff- Bauteil aus einem Kunststoff gelöst, wobei das FKV-Bauteil in einem Verbindungsbereich des FKV-Bauteils eine

Haftungsschicht aufweist, und wobei das Kunststoff-Bauteil an der Haftungsschicht angeordnet ist. Das Bauelement kann erfindungsgemäß die bereits im Zusammenhang mit dem

Herstellungsverfahren beschriebenen Komponenten und Elemente unabhängig voneinander aufweisen. Im Hinblick auf die verschiedenen Ausgestaltungen wird daher auf die voranstehenden Erläuterungen verwiesen. Das Bauelement kann vorteilhafterweise besonders einfach und kostengünstig durch das voranstehend beschriebene Verfahren hergestellt werden .

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Bauelements werden anhand von in der Zeichnung dargestellten

Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigt: Figur 1 und 2 schematische Darstellungen des

erfindungsgemäßen Verfahrens,

Figur 3 eine schematisch dargestellte Schnittansicht eines Bauelements, wobei die Haftungsschicht durch einen

Haftvermittler hergestellt wurde,

Figur 4 eine schematisch dargestellte Schnittansicht eines Bauelements, wobei die Haftungsschicht durch ein Harz hergestellt wurde und

Figuren 5 und 6 schematisch dargestellte Schnittansichten von Bauelementen mit mehrlagigen Haftungsschichten. Figuren 1 und 2 zeigen schematische Darstellungen des erfindungsgemäßen Verfahrens 1. Zunächst wird in einem FKV- Verarbeitungsschritt 2 ein FKV-Bauteil aus einem

FaserkunstStoff erbundwerkstoff hergestellt. Zu diesem Zweck können bekannte Herstellungsverfahren wie

beispielsweise das Autoklavverfahren, das Faserspritzen, das Pressen, das Pultrusionsverfahren, das

Spritzgussverfahren oder das Wickelverfahren verwendet werden .

In einem Verbindungsvorbereitungsschritt 3 wird eine

Haftungsschicht in einem Verbindungsbereich des FKV- Bauteils auf das FKV-Bauteil aufgebracht. Bei dem in Figur 1 dargestellten Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens 1 erfolgt der Verbindungsvorbereitungsschritt 3 nach dem FKV- Verarbeitungsschritt 2 und bei dem in Figur 2 dargestellten Ablauf gleichzeitig mit dem FKV-Verarbeitungsschritt 2.

In einem auf den Verbindungsvorbereitungsschritt 3

folgenden Kunststoff-Verarbeitungsschritt 4 wird ein

Kunststoff-Bauteil in dem Verbindungsbereich an der

Haftungsschicht angeordnet. Das Kunststoff-Bauteil kann in einem Spritzgussverfahren auch aus mehreren Kunststoffarten hergestellt und an die Haftungsschicht angespritzt werden.

Figur 3 zeigt eine schematisch dargestellte Schnittansieht eines Bauelements 5 mit einem FKV-Bauteil 6 aus einem

FaserkunstStoffVerbundwerkstoff und mit einem Kunststoff- Bauteil 7 aus einem Kunststoff. Das FKV-Bauteil 6 weist in einem Verbindungsbereich 8 des FKV-Bauteils 6 eine

Haftungsschicht 9 auf. Die Haftungsschicht 9 wurde durch Auftragen eines Haftvermittlers auf eine Oberfläche 10 des FKV-Bauteils 6 hergestellt.

Das Kunststoff-Bauteil 7 besteht aus zwei KunstStoffarten . Ein erster und mit der Haftungsschicht 9 verbundener

Abschnitt 11 des Kunststoff-Bauteils 7 besteht aus einer Weichkomponente. Mit dem ersten Abschnitt 11 ist ein zweiter Abschnitt 12 aus einer Hartkomponente verbunden. Das Kunststoff-Bauteil 7 ist vorteilhafterweise im

Spritzgussverfahren hergestellt worden.

In Figur 4 ist schematisch ein Bauelement 5 dargestellt, wobei die Haftungsschicht 9 durch ein Polypropylen-Pulver gebildet ist, welches in eine an eine Oberfläche 10 des FKV-Bauteils 6 angrenzende Schicht 13 des

FaserkunstStoffVerbundwerkstoffs durch Erwärmen des

FaserkunstStoffVerbundwerkstoffs eingebracht bzw.

eingebacken wurde. An die so entstandene Haftungsschicht 9 ist ein Kunststoff-Bauteil 7 aus einer Hartkomponente im Spritzgussverfahren angespritzt worden.

Die Figuren 5 und 6 zeigen schematisch dargestellte

Schnittansichten von Bauelementen 5 mit mehrlagigen

Haftungsschichten 9. In Figur 5 ist eine Haftungsschicht 9 bestehend aus drei Haftschichtlagen 14 dargestellt. Auf die erste Haftschichtläge 15 ist eine weitere Haftschichtläge 16 aufgebracht und auf die Haftschichtläge 16 ist eine weitere Haftschichtläge 17 aufgebracht. Bei dem in Figur 6 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei

Haftschichtlagen 14 verwendet worden.