Kunststoffbauteil für ein Kraftfahrzeug, Bauteilverbund für ein Kraftfahrzeug, Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffbauteils für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zur Herstellung eines Bauteilverbundes für ein Kraftfahrzeug

Die Erfindung betrifft ein Kunststoffbauteil für ein Kraftfahrzeug, einen Bauteilverbund für ein Kraftfahrzeug, ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffbauteils für ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteilverbundes für ein Kraftfahrzeug.

Im Rahmen des Leichtbaus finden Kunststoffbauteile zunehmend Verwendung in Kraftfahrzeugen. Hierbei kommen häufig auch faserverstärkte Kunststoffbauteile zum Einsatz. Werden faserverstärkte Kunststoffbauteile im Bereich der Fahrzeugkarosserie eingesetzt, so kommt es häufig zu hybriden Materialpaarungen, wenn die faserverstärkten Kunststoffbauteile mit metallischen Teilen der Fahrzeugkarosserie zu einem Bauteilverbund montiert werden. Üblicherweise wird hier eine Verklebung eingesetzt. Bis zur finalen Aushärtung des Klebstoffes muss eine lagegenaue Fixierung der zu verbindenden Bauteile und eine Handlingsfestigkeit sichergestellt sein.

Dies wird üblicherweise durch lokale mechanische Verbindungen, wie zum Beispiel Verschraubungen oder Nietverbindungen, sichergestellt. Am Beispiel eines CFK-Fahrzeugdaches wird dieses beispielsweise an vier bzw. sechs Positionen mit dem Fahrzeugrahmen verschraubt. Dies ist mit hohen Kosten verbunden. Zudem muss Bauraum vorgehalten werden und eine gute Montagezugänglichkeit ist nur schwer zu realisieren. Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung eine Möglichkeit anzugeben, wie die Montagefähigkeit eines Kunststoffbauteils für ein Kraftfahrzeug verbessert werden kann, insbesondere soll die Lösung eine einfache und mit geringen Kosten verbundene Montage ermöglichen.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Kunststoffbauteil für ein Kraftfahrzeug nach Patentanspruch 1 , einen Bauteilverbund für ein Kraftfahrzeug nach Patentanspruch 6, ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffbauteils nach Patentanspruch 11 und ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteilverbundes nach Patentanspruch 13. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.

Es wird ein Kunststoffbauteil für ein Kraftfahrzeug angegeben mit einem Hauptkörper, der ein Matrixmaterial aufweist. In einer bevorzugten Ausgestaltung handelt es sich bei dem Kunststoffbauteil um ein faserverstärktes Kunststoffbauteil, dann weist der Hauptkörper weiterhin eine Faserverstärkung auf, die in das Matrixmaterial eingebunden ist. Die Faserverstärkung kann in Form von Kurz-, Lang- oder Endlosfasern vorliegen, die in geordneter oder ungeordnete Form in das Matrixmaterial eingebunden sind. Als Verstärkungsfasern eignen sich beispielsweise Kohlenstofffasern, Glasfasern, Aramidfasern, Naturfasern oder Metallfasern, die auch in Kombination miteinander verwendet werden können. Zur Erzielung besonders hoher Festigkeiten, wie sie Z. B. Für Karosseriebauteil wünschenswert sind, kann die Faserverstärkung vorzugsweise in Form gerichteter Endlosfasern vorliegen, z. B. als Gelege, Gewebe oder Geflecht. Diese können insbesondere als Stapel mehrerer übereinander geschichteter Faserlagen im Matrixmaterial angeordnet sein. Als Matrixmaterial eignen sich insbesondere duromere, wie auch thermoplastische Kunststoffe. Der Hauptkörper bildet vorzugsweise im Wesentlichen die Außenform des Kunststoffbauteils bzw. des faserverstärkten Kunststoffbauteils. Der Hauptkörper weist mindestens einen Befestigungsabschnitt auf, der zur Montage an einem Fahrzeugbauteil ausgebildet ist. Hierzu kann der Befestigungsabschnitt beispielsweise flanschartig ausgebildet sein, gegenüber dem restlichen Hauptkörper zurückversetzt sein oder eine andere Dicke als der restliche Hauptkörper aufweisen. Erfindungsgemäß ist nun in dem Befestigungsabschnitt mindestens ein Magnet vorgesehen, der mit in das Matrixmaterial eingebunden ist.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus ein Fixiermittel für die Montage bereits in das Kunststoffbauteil bzw. das faserverstärkte Kunststoffbauteil zu integrieren. Durch den integrierten Magneten kann das Kunststoffbauteil bzw. das faserverstärkte Kunststoffbauteil an einem Stahl-Fahrzeugbauteil positioniert werden und haftet von selbst an diesem, ohne dass eine weitere Fixierung notwendig ist. Somit können Verschraubungen oder Nietverbindungen, die bislang zur Sicherstellung der Handlingsfestigkeit notwendig waren, entfallen. Zudem erfordert die Integration eines Magneten keinen nennenswerten Bauraum. Die Montage ist denkbar einfach, da es ausreicht, wenn das Kunststoffbauteil bzw. das faserverstärkte Kunststoffbauteil läge- und positionsgenau auf dem Fahrzeugbauteil abgelegt wird. Die Fixierung erfolgt selbsttätig durch den Magneten.

Der mindestens eine Magnet ist vorzugsweise vollständig in das Kunststoffbauteil bzw. das faserverstärkte Kunststoffbauteil integriert und mit Matrixmaterial bedeckt. Hierdurch bleibt die durchgehende Kunststoffoberfläche des Bauteils erhalten, was eine nachfolgende Verklebung erleichtert und mögliche Korrosionsthemen vermeidet. Um das Kunststoffbauteil bzw. das faserverstärkte Kunststoffbauteil gegen ein unbeabsichtigtes Verdrehen zu sichern kann es in einer Ausgestaltung vorteilhaft sein, wenn in dem Befestigungsabschnitt zwei oder mehr Magnete vorgesehen sind. Diese können beispielsweise gleichmäßig über den Befestigungsabschnitt verteilt oder in Ecken des Befestigungsabschnitts angeordnet sein.

Bei großflächigen Kunststoffbauteilen bzw. großflächigen faserverstärkten Kunststoffbauteil, wie beispielsweise einem Fahrzeugdach, kann es vorteilhaft sein, wenn in einer Ausgestaltung in dem Befestigungsabschnitt eine Vielzahl von voneinander beabstandeten Magneten vorgesehen sind. Unter einer „Vielzahl“ ist hierbei eine Zahl von 10 Magneten oder mehr und insbesondere 20 Magneten oder mehr zu verstehen. Die Verwendung einer Vielzahl von Magneten ermöglicht es, die Größe jedes einzelnen Magneten zu reduzieren. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass der Querschnitt jedes Magneten - bezogen auf die Verbindungsebene - weniger als 100 mm ² , weniger als 50 mm ² und insbesondere weniger als 25 mm ² beträgt. Derart kleine Magnete können einfach in das Faserverbundmatenal integriert werden. Auch bewirken derart kleine Magnete nahezu keine Laminatschwächung, weshalb sich die Verwendung einer Vielzahl von Magneten insbesondere dann als vorteilhaft herausgestellt hat, wenn das faserverstärkte Kunststoffbauteil ein Karosseriebauteil ist.

Die Anzahl, Art und Größe der Magnete werden in Abhängigkeit von der Beschaffenheit des Kunststoffbauteils bzw. des faserverstärkten Kunststoffbauteils, des Fahrzeugbauteils und der Montagesituation vorzugsweise so gewählt, dass das Kunststoffbauteil bzw. das faserverstärkte Kunststoffbauteil durch die Magnetkraft sicher an dem Fahrzeugbauteil fixiert ist und die erforderliche Handhabungsfestigkeit (Handlingsfestigkeit) sichergestellt ist. Es ist bevorzugt, wenn als Magnet bzw. Magnete Dauermagnete verwendet werden. Aufgrund der hohen Energiedichte bei gleichzeitig geringem Preis ist die Verwendung von Neodym-Eisen-Bor- Magneten (umgangssprachlich „Neodym-Magnet“) besonders bevorzugt.

Weiterhin wird ein Bauteilverbund für ein Kraftfahrzeug angegeben mit einem Fahrzeugbauteil, das zumindest einen ferromagnetischen Abschnitt aufweist, und einem voranstehend beschriebenen Kunststoffbauteil bzw. faserverstärkten Kunststoffbauteil. In dem Bauteilverbund haftet das Kunststoffbauteil bzw. das faserverstärkte Kunststoffbauteil magnetisch an dem Fahrzeugbauteil. Weiterhin ist der Befestigungsabschnitt des Kunststoffbauteils bzw. des faserverstärkten Kunststoffbauteils mit dem Fahrzeugbauteil verklebt. Die magnetische Verbindung zwischen Kunststoffbauteil bzw. faserverstärktem Kunststoffbauteil und dem Fahrzeugbauteil dient dabei lediglich zur positionsgenauen Fixierung der beiden Bauteile aneinander, bis der Klebstoff ausgehärtet ist. Die eigentliche Verbindungsfestigkeit des Bauteilverbundes wird über die Verklebung sichergestellt.

In einer Ausgestaltung ist es bevorzugt, wenn das Fahrzeugbauteil ein Stahlblechbauteil ist. Für Fahrzeugbauteile werden üblicherweise Stahlbleche verwendet, die ferromagnetisch sind. Ist dies der Fall, so kann der Magnet an dem gesamten Fahrzeugbauteil haften. Es ist nicht notwendig einzelne Bereiche des Fahrzeugbauteils separat vorzubereiten oder zu behandeln, sodass eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung des Bauteilverbundes gegeben ist.

In einer alternativen Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass das Fahrzeugbauteil aus einem Leichtmetall oder Kunststoff, vorzugsweise mit Faserverstärkung, ausgebildet ist. In dieser Ausgestaltung ist an dem Fahrzeugbauteil weiterhin eine ferromagnetische Zusatzkomponente angebracht, die den zumindest einen ferromagnetischen Abschnitt bildet. Die Zusatzkomponente kann beispielsweise an das Fahrzeugbauteil angeklebt oder in den Kunststoff eingebunden sein. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, die Vorteile der einfachen Positionierung und Fixierung auch bei einem Bauteilverbund von Bauteilen aus nicht ferromagnetischen Grundmaterialien zu nutzen.

In einer Ausgestaltung bildet das faserverstärkte Kunststoffbauteil eine lokale Verstärkung eines Fahrzeugbauteils. Hierzu kann das faserverstärkte Kunststoffbauteil vorzugsweise in der Art eines Patches bzw. Flickens ausgebildet sein. Es wird dann in einem Abschnitt des Fahrzeugbauteils aufgebracht, der besonderen mechanischen Belastungen genügen muss. Vorzugsweise handelt es sich bei dem faserverstärkten Kunststoffbauteil um ein Karosseriebauteil, wie beispielsweise eine Fahrzeugsäule.

In einer weiteren Ausgestaltung bildet das faserverstärkte Kunststoffbauteil selbst ein Karosseriebauteil, wie beispielsweise ein Fahrzeugdach. Durch die integrierten Magneten wird es erfindungsgemäß nun auch möglich derart großflächige faserverstärkte Karosseriebauteile an weiteren Karosseriebauteilen auf einfache und sichere Art bis zur Aushärtung der Verklebung zu fixieren.

Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffbauteils für ein Kraftfahrzeug angegeben. Das Verfahren umfasst die Schritte:

Herstellen eines Grundkörpers mit einem Matrixmaterial und

Einbringen mindestens eines Magneten in einen Befestigungsabschnitt des Grundkörpers, so dass der Magnet im Matrixmaterial eingebunden ist. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird mit dem Verfahren ein faserverstärktes Kunststoffbauteil hergestellt, wozu ein Grundkörper hergestellt wird mit einer Faserverstärkung, die in ein Matrixmaterial eingebunden ist.

Die Herstellung des Grundkörpers ist dabei nicht auf bestimmte Verfahren beschränkt. Eine Herstellung kann beispielsweise im Spritzgussverfahren, im RTM-Verfahren oder durch Nasspressen erfolgen. Der mindestens eine Magnet wird vorzugsweise bereits bei der Herstellung des Grundkörpers in diesen integriert, indem er z.B. bereits im Faserhalbzeug oder im Formwerkzeug angeordnet ist, wenn das Matrixmaterial aushärtet bzw. erkaltet.

Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteilverbundes angegeben, wobei der Bauteilverbund ein Fahrzeugbauteil und ein erfindungsgemäßes Kunststoffbauteil bzw. faserverstärktes Kunststoffbauteil aufweist. Das Verfahren zur Herstellung des Bauteilverbundes umfasst die Schritte: Bereitstellen des Fahrzeugbauteils, welches zumindest einen ferromagnetischen Abschnitt aufweist,

Anordnen des Kunststoffbauteils bzw. des faserverstärkten Kunststoffbauteils an dem ersten Bauteil so, dass der mindestens eine Magnet des Kunststoffbauteils bzw. des faserverstärkten Kunststoffbauteils an dem ferromagnetischen Abschnitt des Fahrzeugbauteils haftet,

Anordnen einer Klebstoffschicht zwischen dem Befestigungsabschnitt des Kunststoffbauteils bzw. des faserverstärkten Kunststoffbauteils und dem Fahrzeugbauteil und

Aushärten der Klebstoffschicht zur Ausbildung einer Verklebung zwischen Fahrzeugbauteil und Kunststoffbauteil bzw. faserverstärktem Kunststoffbauteil. Der Klebstoff wird vorzugsweise auf dem Kunststoffbauteil bzw. dem faserverstärkten Kunststoffbauteil und/oder dem Fahrzeugbauteil aufgetragen, bevor diese zueinander gebracht werden und durch die Magnetkraft aneinander haften. Da die beiden Bauteile durch die Magnete sicher aneinander fixiert sind und die erforderliche Handlingsfestigkeit gewährleistet ist, können sich weitere Montageschritte unmittelbar anschließen, auch wenn der Klebstoff zu diesem Zeitpunkt noch nicht vollständig ausgehärtet ist. Dies ermöglicht zum einen geringere Taktzeiten, zum anderen können besonders preisgünstige Klebstoffe verwendet werden, wie z.B. 1 K-Klebstoffe, die eine relativ lange Aushärtezeit aufweisen.

Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem Kunststoffbauteil bzw. dem faserverstärkten Kunststoffbauteil oder dem Bauteilverbund beschrieben sind, gelten auch im Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen Verfahren sowie jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Sofern in dieser Anmeldung der Begriff "kann" verwendet wird, handelt es sich sowohl um die technische Möglichkeit als auch um die tatsächliche technische Umsetzung.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen in schematischer Darstellung: Figur 1 ein beispielhaftes faserverstärktes Kunststoffbauteil,

Figur 2 ein beispielhaftes faserverstärktes Kunststoffbauteil sowie ein Fahrzeugbauteil zur Herstellung eines Bauteilverbundes,

Figur 3 einen beispielhaften Bauteilverbund in einer Draufsicht und Schnittansicht A-A und

Figur 4 einen weiteren beispielhaften Bauteilverbund in einer Schnittansicht.

Figur 1 zeigt ein beispielhaftes faserverstärktes Kunststoffbauteil 10 in einer schematischen Schnittansicht. Das faserverstärkte Kunststoffbauteil 10 hat einen Hauptkörper 12 aus einem Faserverbundwerkstoff, der eine Faserverstärkung aufweist, die in ein Matrixmaterial eingebunden ist. Das faserverstärkte Kunststoffbauteil 10 ist beispielhaft ein Fahrzeugdach. Der Hauptkörper 12 weist randseitig einen Befestigungsabschnitt 14 auf, der zur Befestigung des faserverstärkten Kunststoffbauteils 10 an einem Fahrzeugbauteil ausgebildet ist, hier beispielhaft als Flansch. In dem Befestigungsabschnitt 14 sind mehrere Magnete 20 angeordnet, die in den Hauptkörper 12 integriert sind und vollständig in das Matrixmaterial eingebunden sind.

Figur 2 zeigt das faserverstärkte Bauteil 10 aus Figur 1 in einer Draufsicht sowie ein Fahrzeugbauteil 30 in Form eines Dachrahmens. Im Befestigungsabschnitt 14 des faserverstärkten Kunststoffbauteils 10 sind beispielhaft zehn Magnete 20 vorgesehen. Das Fahrzeugbauteil 30 ist als Stahlblechbauteil aus einem ferromagnetischen Stahl ausgebildet. Zur Herstellung eines Bauteilverbundes wird das faserverstärkte Bauteil 10 in Form des Fahrzeugdachs auf das Fahrzeugbauteil 30 aufgeklebt. Der Bereich der Verklebung ist als gepunktete Fläche 40 angedeutet. Bei der Montage wird der Befestigungsabschnitt 14 des faserverstärkten Kunststoffbauteils 10 in diesem Bereich zu liegen kommen. Der Klebstoff wird auf das faserverstärkte Kunststoffbauteil 10 und/oder das Fahrzeugbauteil 30 aufgetragen. Dann wird das faserverstärkte Kunststoffbauteil 10 lagerichtig zum Fahrzeugbauteil 30 positioniert und auf diesem abgelegt. Die Magnete 20 fixieren das faserverstärkte Kunststoffbauteil 10 über die magnetische Haltekraft am Fahrzeugbauteil 30 und stellen die Handlingsfestigkeit her. Da durch die Magnete 20 verhindert wird, dass sich die Bauteile 10 und 30 gegeneinander verschieben, können weitere Montageschritte stattfinden während der Klebstoff aushärtet.

Figur 3 zeigt einen beispielhaften Bauteilverbund 1 A in einer Draufsicht und einer Schnittansicht A-A. Der Bauteilverbund 1 weist ein Fahrzeugbauteil 30A in Form eines Stahlblechbauteils auf, auf das ein Kunststoffbauteil 10A aufgeklebt ist. Das Kunststoffbauteil 10A ist durch die Klebstoffschicht 50 vollflächig mit dem Fahrzeugbauteil 30 verklebt. In diesem Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Befestigungsabschnitt folglich über die gesamte Fläche des Kunststoffbauteils 10A. Aufgrund der geringen Größe der lokalen Verstärkung genügt bei diesem Ausführungsbeispiel ein einziger Magnet 20. Das Kunststoffbauteil 10A kann mit oder ohne Faserverstärkung ausgebildet sein. Soll das Kunststoffbauteil 10A als lokale Verstärkung eines Karosseriebauteils dienen, so ist es vorzugsweise als faserverstärktes Kunststoffbauteil ausgebildet.

Figur 4 zeigt einen weiteren beispielhaften Bauteilverbund 1 B in einer schematischen Schnittansicht. Im Gegensatz zu dem Bauteilverbund 1A aus Figur 3 wird hier das (faserverstärkte) Kunststoffbauteil 10A auf ein Fahrzeugbauteil 30B aufgebracht, das aus einem nicht ferromagnetischen Werkstoff gebildet ist. Das Fahrzeugbauteil 30B kann beispielsweise aus einem Leichtmetall, wie beispielsweise Aluminium oder Magnesium, oder als faserverstärktes Kunststoffbauteil ausgebildet sein. Um die voranstehend beschriebene Fixierung mittels des Magneten 20 dennoch zu ermöglichen, ist in dem Fahrzeugbauteil 30B eine ferromagnetische Zusatzkomponente 60 vorgese- hen, die in das Bauteil integriert sein kann. Beispielsweise kann die Zusatzkomponente 60 in eine Vertiefung eingeklebt oder eingeklemmt sein oder die Zusatzkomponenten 60 kann ähnlich dem Magneten 20 in einen Faserverbundkörper integriert sein.

Bezugszeichenliste

1A, 1 B Bauteilverbund

10, 10A (faserverstärktes) Kunststoffbauteil

12 Hauptkörper

14 Befestigungsabschnitt

20 Magnet

30, 30A, 30B Fahrzeugbauteil

40 Bereich der Verklebung

50 Klebstoffschicht

60 ferromagnetische Zusatzkomponente