Karosseriestrukturelements

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Karosseriestrukturelement bestehend aus einem Grundkörper aus faserverstärktem Kunststoff und einem

Metallverbindungsteil, d.h. einem sogenanntem Hybridbauteil, das zumindest aus zwei verschiedenen Werkstoffen besteht, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Karosseriestrukturelements für ein Kraftfahrzeug.

Ein bekanntes Karosseriestrukturelement ist beispielsweise eine Verstrebung, wie beispielsweise ein Dachspriegel, der in Fahrzeugquerrichtung einen linken

Dachrahmen und einen rechten Dachrahmen miteinander verbindet und damit eine Versteifung einer Fahrzeugkarosserie herbeiführt sowie eine sogenannte

Crashfestigkeit der Fahrzeugkarosserie erhöht. Bei bekannten Fahrzeugkarosserien aus Metall, insbesondere Stahl, besteht ein derartiges Karosseriestrukturelement ebenso aus Metall und ist meist mit der Fa h rzeug karosserie über eine

Schweißverbindung oder eine andere bekannte Verbindung fixiert.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Karosseriestrukturelement sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Karosseriestrukturelements zu schaffen, wobei das Karosseriestrukturelement leicht herstellbar ist und bei gleicher Steifigkeit sowie Festigkeit leichter ist und das Karosseriestrukturelement einfach mit einer herkömmlichen Fahrzeugkarosserie aus Metall oder einer herkömmlichen

Fahrzeugkarosserieklappe aus Metall verbindbar ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das die Merkmale von

Patentanspruch 1 aufweist. Insbesondere weist ein Verfahren zum Herstellen eines Karosseriestrukturelements, das beispielsweise ein Dachspriegel sein kann, und das aus einem Grundkörper aus faserverstärktem Kunststoff sowie einem

Metallverbindungsteil besteht, für ein Kraftfahrzeug die folgenden Schritte auf:

- Vorbereiten des Metallverbindungsteils,

- Vorbereiten eines insbesondere vorimprägnierten Faser-Kunststoffmatrix- Halbzeugs aus einem Harzsystem und Fasern, wobei das Harzsystem ein duromeres Harzsystem sein kann und die Fasern insbesondere Kohlefasern sein können,

überlappendes Anordnen des Metallverbindungsteils und des Faser- Kunststoffmatrix-Halbzeugs in einem Presswerkzeug,

- Verpressen des Metallverbindungsteils mit dem Faser-Kunststoffmatrix- Halbzeug bis eine Faser-Kunststoffmatrix-Formmasse des Halbzeugs in Hinterschneidungen des Metallverbindungsteils eindringt, und

- Härten bzw. Ausreagieren des Faser-Kunststoffmatrix-Halbzeugs zur

Ausbildung des Grundkörpers aus faserverstärktem Kunststoff, der mit dem Meta I Iverbind u ngstei I formschlüssig verbunden ist.

Das Metallverbindungsteil ist insbesondere derart ausgebildet, das es mit einer metallischen Karosseriestruktur oder einer metallischen Karosserieklappe, beispielsweise mittels Schweißen, Kleben, Löten, Nieten oder Verschrauben, verbindbar ist.

Das Verfahren bietet eine Möglichkeit, schon bei der Herstellung eines

Grundkörpers aus faserverstärktem Kunststoff ein Metallverbindungsteil mit diesem Grundkörper formschlüssig zu verbinden, so dass eine hinreichend dauerhafte, feste und steife Verbindung zwischen dem Grundkörper und dem

Metallverbindungsteil entsteht. Bei dem beschriebenen Verfahren können sowohl Fasern als auch die Kunststoffmatrix durch Verpressen in die Hinterschneidung des Metallverbindungsteils eindringen. Mit anderen Worten können durch das

Verpressen Fasern in die Hinterschneidung eindringen und somit die Verbindung zwischen Grundkörper und Metallverbindungsteil hinreichend stabil ausbilden.

Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wird der Schritt Härten, also das Ausreagieren der Kunststoffmatrix, durch Zuführen von Wärme durchgeführt. Beispielsweise kann das Zuführen von Wärme über das Presswerkzeug erfolgen.

Dies verringert die Zahl der Verfahrensschritte zum Herstellen des

Karosseriestrukturelements.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird in dem Schritt überlappendes Anordnen das Metallverbindungsteil überlappend zwischen zwei, insbesondere vorimprägnierten, Faser-Kunststoffmatrix-Halbzeugen in dem Presswerkzeug angeordnet.

Hiermit ist es möglich, dass die Faser-Kunststoffmatrix-Formmasse von beiden Seiten in Hintersch neidungen des Metallverbindungsteils eindringen kann. Dies verbessert vorteilhaft eine Verbindung zwischen dem Metallverbindungsteil und dem Grund körper.

In dem Schritt Verpressen wird vorteilhaft zusätzlich eine formschlüssige oder reibschlüssige Verbindung zwischen dem Metallverbindungsteil und dem

Grundkörper hergestellt.

Weiterhin kann in dem Schritt Vorbereiten des Metallverbindungsteils das

Metallverbindungsteil vorteilhaft beschichtet werden. Eine Beschichtung kann dabei mit einem Kathodentauchverfahren durchgeführt werden. Durch die Beschichtung kann in einem Überlappungsbereich zwischen dem Metallverbindungsteil und dem Grundkörper eine elektrisch isolierende Schicht ausgebildet werden.

Dies ermöglicht einen Korrosionsschutz des Metallverbindungsteils.

Zusätzlich oder alternativ kann die Beschichtung auch eine haftungsfördernde

Schicht sein, so dass zusätzlich zu der formschlüssigen Verbindung zwischen dem Metallverbindungsteil und dem Grundkörper eine verbesserte stoffschlüssige bzw. reibschlüssige Verbindung hergestellt wird, die eine Verbindung des

Metallverbindungsteils und des Grundkörpers weiter verstärkt. Vorteilhaft werden in dem Schritt Vorbereiten des Metallverbindungsteils

Durchgangslöcher in einem Überlappungsbereich des Metallverbindungsteils eingebracht. Dabei bilden die Durchgangslöcher die Hinterschneidungen des Metallverbindungsteils aus. Durchgangslöcher können kreisförmige Bohrungen sein. Die Durchgangslöcher können jedoch auch jede andere geeignete Form aufweisen und können auch auf eine andere Art und Weise, beispielsweise durch Stanzen, Laserstrahlschneiden oder Fräsen, in das Metallverbindungsteil eingebracht werden.

Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens wird bei dem Faser-Kunststoffmatrix- Halbzeug ein duromeres Harzsystem verwendet. Insbesondere kann das duromere Harzsystem ein ungesättigtes Polyesterharz sein. Bevorzugt wird eine sogenannte Kohlefaser-SMC-Formmasse oder eine Kohlefaser-BMC-Formmasse verwendet. SMC steht für„sheet moulding Compound".

Die Fasern können Kohlefasern sein, aber auch aus jeden anderen geeigneten Fasern, wie beispielsweise Glasfasern, bestehen.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird ferner durch ein Karosseriestrukturelement gelöst, das durch ein vorstehend beschriebenes Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist. Das Karosseriestrukturelement gemäß der vorliegenden Erfindung weist zumindest einen Grundkörper aus faserverstärktem Kunststoff sowie zumindest ein damit formschlüssig verbundenes Metallverbindungsteil auf. Das Metallverbindungsteil weist Hinterschneidungen auf, in die der Grundkörper eingreift.

Bevorzugt ist der Grundkörper ein profiliertes Trägerelement. Damit ist der

Grundkörper besonders steif und kann Biegemomente in verschiedene Richtungen hinreichend aufnehmen.

Bevorzugt ist an jedem Ende des Grundkörpers ein Metallverbindungsteil ausgebildet. Bevorzugt hat der Grundkörper zwei Enden mit jeweils einem damit verbundenen Metallverbindungsteil. Somit kann das Karosseriestrukturelement zur Verbindung von zwei Elementen der Karosseriestruktur oder eines Karosserierahmens verwendet werden.

Gemäß einer Weiterbildung des Karosseriestrukturelements, dessen Grundkörper ein profiliertes Trägerelement ist, weist der Grundkörper ein U-förmiges Profil auf. Insbesondere hat der Grundkörper in einem Schnitt quer zu seiner Längsachse ein U-förmiges Profil. Vorteilhaft weist der Grundkörper mehrere miteinander verbundene U-Profile auf, z.B. zwei miteinander verbundene U-Profile. Ein U-Profil ist ein offenes Profil und kann somit leicht mit einem Presswerkzeug aus einem Faser-Kunststoffmatrix-Halbzeug hergestellt werden.

Bevorzugt ist das Metallverbindungsteil ein umgeformtes Blech. Das Blech kann beispielsweise aus Stahl oder Aluminium bestehen. Das Blech ist bevorzugt profiliert, insbesondere bevorzugt entsprechend dem Grundkörper profiliert.

Gemäß einer Weiterbildung des Karosseriestrukturelements weist der

Uberiappungsbereich des Metallverbindungsteils im Wesentlichen vertikale Wände und im Wesentlichen horizontale Wände auf, wobei die Hinterschneidungen, insbesondere Durchgangslöcher, in den vertikalen Wänden und/oder horizontalen Wänden ausgebildet sind.

Bevorzugt dient das Karosseriestrukturelement mittels des Metallverbindungsteils zur Anbindung an eine Karosseriestruktur aus Metall und/oder eine

Karosserieklappe aus Metall. Das Karosseriestrukturelement ist dabei derart ausgebildet, dass es die Karosseriestruktur bzw. die Karosserieklappe versteift und/oder eine Festigkeit der Karosseriestruktur bzw. der Karosserieklappe erhöht.

Bevorzugt ist das Karosseriestrukturelement ein Dachspriegel. Ein Dachspriegel verläuft in Fahrzeugquerrichtung von einem linken Dachrahmen zu einem rechten Dach rahmen.

Vorstehend genannte Weiterbildungen der Erfindung können unterschiedlich, soweit möglich, miteinander kombiniert werden. Es folgt eine Kurzbeschreibung der Figuren,

Fig. 1 ist eine schematische Perspektivansicht eines Teilabschnittes eines

Karosseriestrukturelements gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 ist eine schematische Perspektivansicht eines Metallverbindungsteils des Karosseriestrukturelements gemäß dem Ausführungsbeispiei der vorliegenden Erfindung.

Fig. 3 ist eine schematische Schnittansicht durch einen Überlappungsbereich quer zur einer Längsrichtung des Karosseriestrukturelements gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Fig. 4 ist eine schematische Schnittansicht in die Längsrichtung des

Karosseriestrukturelements gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter

Bezugnahme auf Figuren 1 bis 4 in beschrieben.

Figur 1 zeigt eine schematische Perspektivansicht eines Dachspriegels 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Dachspriegel 1 ist ein Karosseriestrukturelement gemäß der vorliegenden Erfindung. In der Figur 1 ist lediglich ein Teilabschnitt des Dachspriegels 1 gezeigt. Der Dachspriegel 1 besteht im Wesentlichen aus einem Grundkörper 3 aus faserverstärktem Kunststoff und zwei Metallverbindungsteilen 5, die an jedem Ende des Grundkörpers 1 angebracht sind, wobei in Figur 1 lediglich ein Metallverbindungsteil 5 gezeigt ist. Der

Grundkörper 3 und die Metallverbindungsteile 5 überlappen einander in

Überlappungsbereichen 9. In dem Überlappungsbereich 9 sind der Grundkörper 3 und das jeweilige Metallverbindungsteil 5 formschlüssig miteinander verbunden.

Der Grundkörper 3 besteht aus einem kohlefaserverstärktem Kunststoff, der in einem sogenannten Kohlefaser-SMC-Verfahren hergestellt ist. Die Kunststoff matrix des ko h lef ase rve rstä rkten Kunststoffes besteht aus einem duromeren Harzsystem, bevorzugt aus einem ungesättigten Polyesterharz.

In Figur 2 ist das Metallverbindungsteil 5 in einer schematischen Perspektivansicht gezeigt. Das Metallverbindungsteil 5 ist analog dem Grundkörper 3 profiliert in der Form von zwei U-Trägern ausgebildet, die miteinander durch eine Querverbindung von Enden zweier benachbarter Schenkel verbunden sind. An einem linken Ende des Metallverbindungsteils 5 in Figur 2 ist der Überlappungsbereich 9 des

Metallverbindungsteils 5 gezeigt. An einem rechten Ende des Metallverbindungsteils 5 in Figur 2 ist ein Anschlussbereich 11 zur Verbindung mit einem Dachrahmen einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs ausgebildet. Der Überlappungsbereich 9 weist eine Vielzahl von Durchgangslöchern 7 auf, die Hinterschneidungen gemäß der vorliegenden Erfindung bilden. Die Durchgangslöcher 7 sind sowohl in vertikalen Wänden 31 als auch in horizontalen Wänden 33 des Metallverbindungsteils 5 ausgebildet. Es ist auch möglich, die Durchgangslöcher 7 lediglich in den vertikalen Wänden 31 auszubilden. Alternativ ist es auch möglich, die Durchgangslöcher 7 lediglich in den horizontalen Wänden 33 auszubilden. Die Durchgangslöcher 7 sind in dem Ausführungsbeispiel in Form von Bohrungen mit kreisrundem Querschnitt ausgebildet. Es sind jedoch auch Durchgangslöcher mit einer anderen Form denkbar.

Das Metallverbindungsteil 5 ist aus einem umgeformten Stahlblech ausgebildet. Das Stahlblech ist in einem Kathodentauchlackierungsverfahren beschichtet worden, um insbesondere eine Kontaktkorrosion zwischen dem kohlefaserverstärkten Kunststoff und dem Metallverbindungsteil 5 zu vermeiden.

Im Folgenden ist unter Bezugnahme auf Figuren 3 und 4 der Überlappungsbereich 9 näher erläutert. Figur 3 zeigt eine schematische Schnittansicht entlang der in Fig. 1 gezeigten Linie A-A des Überlappungsbereichs 9 in einer Richtung quer zur Längsachse des Dachspriegels 1. Im eingebauten Zustand des Dachspriegels 1 in der Fahrzeugkarosserie entspricht das einem Schnitt entlang einer x-z-Ebene des Kraftfahrzeugkoordinatensystems, wobei eine x-Achse eine Fahrzeug längsachse ist und eine z-Achse eine Fahrzeughochachse ist. In Figur 3 ist eine Form des

Dachspriegels 1 gut erkennbar. Der Dachspriegel 1 besteht demnach entsprechend dem vorstehend beschriebenen Metallverbindungsteil 5 aus zwei im Wesentlichen U-förmigen Elementen mit jeweils einer horizontalen Wand 33 und den im

Wesentlichen vertikalen Wänden 31. Die beiden U-Profile sind integral über eine weitere im Wesentlichen horizontale Wand 33 miteinander verbunden. Wie in Figur 3 zu sehen ist, umgibt der kohlefaserverstärkte Kunststoff des Grundkörpers 3 den Überlappungsbereich 9 des Metallverbindungselements 5 vollständig. Mit anderen Worten ist sowohl an einer Unterseite als auch an einer Oberseite des

Metallverbindungsteils kohlefaserverstärkter Kunststoff ausgebildet. Ferner füllt der kohlefaserverstärkte Kunststoff auch die Vielzahl von Durchgangslöchern 7 in den vertikalen Wänden 31 und den horizontalen Wänden 33 aus. Somit ist eine zuverlässige und dauerhafte formschlüssige Verbindung zwischen dem

Grundkörper 3 und dem Metallverbindungsteil 5 geschaffen.

Figur 4 ist ein schematischer Schnitt im Wesentlich parallel zu einer Längsachse des Dachspriegels 1. Insbesondere erstreckt sich der Schnitt in einem

Einbauzustand des Dachspriegels entlang einer Ebene parallel zu einer y-Achse, d.h. einer Fahrzeugquerachse, und der z-Achse des Fahrzeugkoordinatensystems. Der Schnitt verläuft ungefähr entlang einer Linie B-B, die in Figur 1 gezeigt ist. Der in Fig. 4 gezeigte Überlappungsbereich 9 ist demnach ein Überlappungsbereich im Bereich der horizontalen Wand 33 des Metallverbindungsteils 5.

Nachstehend ist ein Verfahren zum Herstellen des Dachspriegels 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Zunächst wird das Metaliverbindungsteil 5 einbaufertig vorbereitet. D.h. es wird aus einem Stahlblech umgeformt und es werden die entsprechenden Durchgangslöcher 7 durch Stanzen oder dergleichen eingebracht. Dann wird das Metallverbindungsteil 5 beispielsweise mit einem Kathodentauchlackierverfahren beschichtet.

Danach werden zwei vorimprägnierte Faser-Kunststoffmatrix-Halbzeuge vorbereitet, die später den Grundkörper 3 ausbilden sollen. Der Grundkörper 3 wird demnach aus einem unteren Faser-Kunststoffmatrix-Halbzeug und einem oberen Faser- Kunststoffmatrix-Halbzeug ausgebildet. Das untere vorimprägnierte Faser-Kunststoffmatrix-Halbzeug wird in das

Presswerkzeug eingelegt Dann wird das rechte und das linke Metallverbindungsteil 5 überlappend mit dem unteren Faser-Kunststoffmatrix-Halbzeug in das

Presswerkzeug eingelegt. Danach wird das obere Faser-Kunststoffmatrix-Halbzeug auf das untere Faser-Kunststoffmatrix-Halbzeug mit dem linken und dem rechten Metallverbindungsteil 5 überlappend in das Presswerkzeug eingelegt. In einem weiteren Schritt wird das Presswerkzeug geschlossen und die beiden Faser- Kunststoffmatrix-Halbzeuge miteinander verpresst. Bei dem Pressvorgang wird das Presswerkzeug erwärmt um eine Aushärtereaktion der Kunststoff matrix zu initiieren. Ferner dringt bei dem Pressvorgang die Faser-Kunststoffmatrix-Formmasse von beiden Seiten in die Durchgangslöcher 7 ein.

Als Faser-Kunststoffmatrix-Formmasse wird beispielsweise eine Kohlefaser-SMC- Formmasse verwendet.

Nach dem Aushärten bzw. Ausreagieren des Grundkörpers 3 und Öffnen des Presswerkzeugs liegt dann der einbaufertige Dachspriegel 1 vor.

Der Dachspriegel 1 kann dann in eine herkömmliche Metallfahrzeugkarosserie zu deren Versteifung eingesetzt werden und wie ein herkömmlicher vollständig aus Metall gefertigter Dachspriegel an den rechten und linken Dachrahmen durch Schweißen oder dergleichen angeschlossen werden.