EP2621719A2 - Struktur- oder fahrwerkteil eines kraftfahrzeugs - Google Patents

Struktur- oder fahrwerkteil eines kraftfahrzeugs

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Publication number
EP2621719A2
EP2621719A2 EP11763631.6A EP11763631A EP2621719A2 EP 2621719 A2 EP2621719 A2 EP 2621719A2 EP 11763631 A EP11763631 A EP 11763631A EP 2621719 A2 EP2621719 A2 EP 2621719A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
structural
chassis part
layer
plastic
part according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11763631.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Torsten Gieseke
Oliver Kleinschmidt
Lothar Patberg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Steel Europe AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
Publication of EP2621719A2 publication Critical patent/EP2621719A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a structural or chassis part of a motor vehicle, wherein the structural or chassis part consists of a composite material with an outer metallic layer, a middle plastic or plastic foam layer and an outer fiber-reinforced plastic layer.
  • Safety requirements are ensured by structural or chassis parts.
  • Structural parts in the context of the present invention are therefore, for example, parts of the subfloor, floor panels,
  • the said structural parts have in common that they are not part of the visible outer skin of the motor vehicle and serve mainly because of their supporting function for receiving and / or forwarding forces acting on the motor vehicle.
  • chassis parts in the context of the present invention for example, cross member of the chassis,
  • Subframe handlebars, pivot bearings, stabilizers,
  • Chassis parts are therefore components that are functionally related to the
  • the use of composite materials is known for motor vehicles for outer skin parts, in particular vehicle roofs from the German patent DE 102 21 582 B4.
  • the composite material consists of a metal layer with an underlying plastic layer of thermoplastic material and a third layer of one
  • Material layers namely a support layer made of metal, an adhesive layer of elastomer and a cover layer of carbon fiber or
  • the object of the present invention is to provide a structural or chassis part which allows a further weight saving without impairing the properties with regard to the load-bearing capacity.
  • the above object is for a structural or
  • Chassis part of a motor vehicle achieved in that the thickness of the central plastic layer is at least 0.2 mm.
  • Chassis part of a motor vehicle the metallic layer is not used for load suspension.
  • the load-bearing capacity of the structural part or chassis part according to the invention is provided by the fiber-reinforced plastic layer.
  • the thermoplastic or thermoset medium plastic or plastic foam layer of the composite allows the fiber structure of the fiber reinforced outer,
  • thermoplastic or thermosetting plastic layer does not press outward. In addition, local
  • Composite material serves on the one hand to protect the
  • thermoplastic or thermosetting, middle layer for example, from moisture, on the other hand, as an outer skin but also as an indicator of a possible overloading of the structural part or chassis part. For example, cracks or bulges in the metallic layer may indicate overloading.
  • the consistent use of the composite material in the structural or chassis parts according to the invention enables a further, significant reduction in weight Motor vehicles.
  • the structure of the structural or chassis parts also allows a permanent use in the motor vehicle without property losses occur because, for example, the sensitive fiber-reinforced plastic layer can be protected by the other layers.
  • Chassis part has the fiber-reinforced, thermoplastic or thermosetting plastic layer of glass fiber and / or carbon fiber.
  • Glass fiber reinforced plastic layers are generally less expensive than carbon fiber reinforced plastic layers. However, they are in terms of their load capacity compared to carbon fiber reinforced plastic layers
  • Carbon fiber-reinforced plastic layers have maximum strength with the lowest weight and therefore lead to a minimum weight of the structural or chassis parts.
  • the use of other fiber types is conceivable, e.g. Aramid, polyethylene, basalt, boron.
  • Metal fibers, in particular steel fibers, can also be used to reinforce the outer plastic layer and have the advantage that the outer
  • Plastic layer is electrically conductive and thus
  • Thermoplastics contain, for example
  • Polyolefins polyamides, polyesters, polyethylenes,
  • thermoplastic are based Plastic layers on a polyamide and / or polyethylene.
  • both thermoplastics can be processed very well; on the other hand, they have advantageous properties with respect to their formability when hot.
  • Polyamide is generally more stable in temperature compared to polyethylene and can also be used in
  • Thermosets are thermally stable and can be used, for example, in areas where higher temperatures, in particular, may occur for a short time.
  • the thickness of the fiber-reinforced plastic is 0.2 mm to 1.0 mm, preferably at most 0.8 mm.
  • Chassis part is provided that the thickness of the middle thermoplastic or thermosetting plastic layer is at most 3.0 mm, preferably at most 1.0 mm.
  • Thermoplastic or thermosetting plastic layer to protect against voltage spikes is the average
  • Plastic layer 0.2 mm A very good compromise between increased weight and prevention of fiber squeezing in the metallic outer layer is given when using a medium plastic layer up to 1.0 mm thick.
  • the use of a plastic foam layer is also conceivable.
  • the thickness of the middle layer can be between 0.2 mm and 50 mm, preferably 3.0 mm to 30 mm.
  • Plastic foam layers also have a reduced weight compared to full plastic layers with the same thickness.
  • the outer metallic has
  • thermoplastic or thermosetting plastic thermoplastic or thermosetting plastic
  • the thickness of the metallic layer is 0.1 mm to 0.5 mm, preferably at most 0.3 mm.
  • a corrosion protection layer on one or both sides of the metallic layer, the corrosion of the outer metallic layer, for example due to weathering, can be successfully counteracted.
  • Chassis part consists of the metallic layer of steel, in particular a galvanized steel. Steel is not only inexpensive, but also provides the necessary
  • thermoplastic material which
  • Plastic layer is used, softens and becomes malleable accordingly.
  • thermoplastic To heat softening temperature.
  • the forming takes place at temperatures between 180 ° C and max. 250 ° C, paying attention to the stability or temperature stability of the thermoplastic used.
  • the structure or chassis part is a
  • Base plate a floor assembly, a battery case, a
  • Tank tank water tank, spare wheel well, a wheel rim, a tunnel reinforcement, a composite or
  • Multi-link axle or A, B or C pillar reinforcement It is also conceivable that the rim itself consists of the described composite material.
  • Chassis parts allows the use of the composite a significant reduction in weight with constant strength or use properties in the motor vehicle.
  • the structure or chassis part will be different
  • Layer detectable or detectable These deformations can be in certain types of load in an irregularity of the sheet thickness but also by plastic deformation, the
  • the part can be replaced or
  • Fig. 2 shows a first embodiment of a
  • Fig. 3 is a sectional view of a second
  • FIG. 1 shows first the composite material 1, which is used for the structural or chassis parts.
  • Composite material consists of a metallic outer
  • Layer 2 which preferably consists of a steel sheet having a thickness of 0.1 mm to 0.5 mm.
  • the metallic layer 2 is made of corrosion-protected
  • the middle thermoplastic layer is preferably based on a polyamide or polyethylene, that means that this layer can be made of either a specific polyamide or
  • Polyethylene and / or polyamide is prepared.
  • the fiber-reinforced thermoplastic resin layer 4 is also reinforced on a polyethylene or a polyamide based with glass fibers and / or carbon fibers.
  • FIG. 2 A typical structural component of a motor vehicle is shown in FIG. 2 in a perspective view in the form of a
  • the outer metallic layer 2 has in the illustrated embodiment of a floor panel 5 has a thickness of 0.4 mm. To the 0.7 mm thick carbon fiber
  • the average thermoplastic layer has a thickness of 0.5 mm in the present embodiment. Despite the total thickness of about 1.6 mm of the illustrated floor panel 5, there is a significant weight reduction of the floor panel over conventional floor panels due to the high plastic content.
  • Composite here has a thickness of 0.2 mm, so that there is a total thickness of 0.6 mm. Despite the extremely low thickness of the battery case 6 in this
  • the strength values are sufficient to provide the battery housing 6 with the necessary rigidity or load capacity for the application.
  • a wheel shell 7 produced from the composite material is shown in a schematic sectional view in FIG. 4.
  • the thickness of the steel layer 2 amounts to 0.3 mm and is intended to be the inner one
  • the thickness of the middle thermoplastic layer 3 is 0.4 mm and that of the fiber-reinforced, thermoplastic
  • thermoplastic thermoplastic and an outer thermoplastic, fiber reinforced plastic layer.
  • the fiber reinforced, thermoplastic thermoplastic
  • Fig. 5 shows in Figs. 5a), 5b) and 5c) different embodiments of structural or chassis parts, which consists of the composite material with an outer metallic
  • thermoplastic layer a middle thermoplastic material and an outer fiber reinforced thermoplastic
  • a tunnel reinforcement 8 is shown in FIG. 5a), a torsion beam axle 9 in FIG. 5b) and an A-pillar reinforcement 10 in FIG. 5c)
  • the middle thermoplastic layer can also be designed as a plastic foam layer or as required by a thermosetting plastic / plastic foam layer be replaced.
  • the fiber-reinforced plastic layer can also be formed on the basis of thermosets.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Struktur- oder Fahrwerkteil eines Kraftfahrzeugs, wobei das Struktur- oder Fahrwerkteil aus einem Verbundwerkstoff mit einer äußeren metallischen Schicht, einer mittleren Kunststoff- oder Kunststoffschaumschicht und einer äußeren faserverstärkten KunststoffSchicht besteht. Die Aufgabe ein Struktur- oder Fahrwerkteil zur Verfügung zu stellen, welches eine weitere Gewichtseinsparung ermöglicht ohne die Eigenschaften in Bezug auf das Lastaufnahmevermögen zu verschlechtern, wird dadurch gelöst, dass die Dicke der mittleren KunststoffSchicht mindestens 0,2 mm beträgt.

Description

S ruktur- oder Fahrwerkteil eines Kraftfahrzeugs
Die Erfindung betrifft ein Struktur- oder Fahrwerkteil eines Kraftfahrzeugs, wobei das Struktur- oder Fahrwerkteil aus einem Verbundwerkstoff mit einer äußeren metallischen Schicht, einer mittleren Kunststoff- oder Kunststoffschaumschicht und einer äußeren faserverstärkten KunststoffSchicht besteht.
Kraftfahrzeuge müssen ständig neuen Anforderungen gerecht werden. So besteht ein generelles Bedürfnis nach Verringerung des Gewichts des Kraftfahrzeugs bei gleichbleibenden
Sicherheitsanforderungen. Die Sicherheitsanforderungen werden durch Struktur- oder Fahrwerkteile gewährleistet. Als
Strukturteile im Sinne der vorliegenden Erfindung werden daher beispielsweise Teile des Unterbodens, Bodenbleche,
Bodengruppen, Türaufprallträger, Dachverstärkungen,
Fensterrahmenverstärkungen, Stoßfänger, B-Säulenverstärkungen bzw. B-Säulen, Instrumententafelträger, Batteriegehäuse, Tankbehälter, Wasserkasten, Reserveradmulde etc. angesehen. Den genannten Strukturteilen ist gemein, dass diese nicht Teil der sichtbaren Außenhaut des Kraftfahrzeuges sind und vor allem aufgrund ihrer tragenden Funktion zur Aufnahme und/oder Weiterleitung von Kräften, die auf das Kraftfahrzeug wirken, dienen. Als Fahrwerkteile werden im Sinne der vorliegenden Erfindung beispielsweise Querträger des Fahrwerks,
Hilfsrahmen, Lenker, Schwenklager, Stabilisatoren,
Motorquerträger, Verbundlenkerachsen, Radführungsmodule aber auch die Radschale einer Felge angesehen. Fahrwerkteile sind also Bauteile, die in funktionalem Zusammenhang mit dem
Fahrwerk bzw. den Fahreigenschaften des Kraftf
damit den Sicherheitsanforderungen für Kraftfa Bei den bisher üblicherweise verwendeten Werkstoffen für
Struktur- und Fahrwerkteile des Kraftfahrzeuges sind die
Grenzen für weitere Gewichtsreduzierungen für aus einem einzigen Werkstoff bestehende Struktur- oder Fahrwerkteile nahezu erreicht. Die Verwendung von Verbundwerkstoffen ist für Kraftfahrzeuge für Außenhautteile, insbesondere Fahrzeugdächer aus der deutschen Patentschrift DE 102 21 582 B4 bekannt. Der Verbundwerkstoff besteht aus einer Metallschicht mit einer darunterliegenden KunststoffSchicht aus thermoplastischem Kunststoff sowie einer dritten Schicht aus einem
faserverstärkten Kunststoff.
Des Weiteren ist aus der DE 10 2009 006 130 AI ein
Flächenbauteil für Kraftfahrzeuge bekannt, das aus einem
Verbundbauteil aus mindestens drei unterschiedlichen
Materialschichten besteht, nämlich einer Trägerschicht aus Metall, einer Haftvermittlerschicht aus Elastomer und einer Deckschicht aus kohlenstofffaser- oder
kohlenstoffmischfaserverstärktem Kunststoff .
Aus dem Stand der Technik (DE 38 18 479 AI) ist zudem ein Verbundwerkstoff für Außenteile für Kraftfahrzeuge bekannt, der aus einer Metallschicht, einem Haftvermittler und einer Polypropylenschicht besteht.
Schließlich ist aus der DE 10 2007 009 928 AI ein Hybrid- Bauteil für den Automobilbau bekannt, das ebenfalls aus einem Metall-Kunststoff-Verbundkörper mit einer Metallkomponente und einer glasfaserverstärkten Kunst Stoffkomponente besteht, wobei zwischen den beiden Komponenten eine Haftvermittlerschicht vorgesehen ist. Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde ein Struktur- oder Fahrwerkteil zur Verfügung zu stellen, welches eine weitere Gewichtseinsparung ermöglicht ohne die Eigenschaften in Bezug auf das Lastaufnahmevermögen zu verschlechtern.
Die oben genannte Aufgabe wird für ein Struktur- oder
Fahrwerkteil eines Kraftfahrzeugs dadurch gelöst, dass die Dicke der mittleren KunststoffSchicht mindestens 0,2 mm beträgt. Bei dem erfindungsgemäßen Strukturteil oder
Fahrwerkteil eines Kraftfahrzeugs wird die metallische Schicht nicht zur Lastaufnahme verwendet. Das Lastaufnahmevermögen des erfindungsgemäßen Strukturteils oder Fahrwerkteils wird durch die faserverstärkte Kunststoffschicht bereitgestellt. Die thermoplastische oder duroplastische mittlere Kunststoff- oder Kunststoffschaumschicht des Verbundwerkstoffs ermöglicht, dass die Faserstruktur der faserverstärkten äußeren,
thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffschicht sich nicht nach außen abdrücken. Darüber hinaus werden lokale
Spannungsspitzen, beispielsweise in Folge von Steinschlägen, in Richtung der faserverstärkten Kunststoffschicht gedämpft, so dass der harte und spröde faserverstärkte Kunststoff nicht reißen kann. Die äußere metallische Schicht des
Verbundwerkstoffs dient einerseits zum Schutz der
thermoplastischen oder duroplastischen, mittleren Schicht, beispielsweise vor Feuchtigkeit, andererseits als Außenhaut aber auch als Indikator für eine eventuelle Überbelastung des Strukturteils oder Fahrwerkteils . Beispielsweise können Risse oder Aufwölbungen in der metallischen Schicht Überbelastungen anzeigen. Die konsequente Verwendung des Verbundwerkstoffs in den erfindungsgemäßen Struktur- oder Fahrwerkteilen ermöglicht eine weitergehende, deutliche Gewichtsreduzierung bei Kraftfahrzeugen. Der Aufbau der Struktur- oder Fahrwerkteile ermöglicht zudem einen dauerhaften Einsatz im Kraftfahrzeug, ohne dass Eigenschaftsverluste auftreten, da beispielsweise die empfindlicheren faserverstärkte KunststoffSchicht durch die übrigen Schichten geschützt werden kann.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung des Struktur- oder
Fahrwerkteils weist die faserverstärkte, thermoplastische oder duroplastische Kunststoffschicht Glasfaser und/oder Kohlefaser auf. Glasfaserverstärkte Kunststoffschichten sind in der Regel kostengünstiger als kohlefaserverstärkte Kunststoffschichten . Allerdings sind sie in Bezug auf deren Lastaufnahmevermögen im Vergleich zu kohlfaserverstärkten Kunststoffschichten
begrenzt. Sie ermöglichen jedoch eine einfachere Fertigung, beispielsweise im Spritzgießverfahren. Kohlefaserverstärkte Kunststoffschichten dagegen weisen eine maximale Festigkeit bei geringstem Gewicht auf und führen daher zu einem minimalen Gewicht der Struktur- bzw. Fahrwerkteile. Auch der Einsatz von anderen Faserarten ist denkbar, z.B. Aramid, Polyethylen, Basalt, Bor. Metallfasern insbesondere Stahlfasern können ebenfalls zur Verstärkung der äußeren Kunststoffschicht verwendet werden und haben den Vorteil, dass die äußere
Kunststoffsschicht elektrisch leitfähig wird und damit
verschweißbar mit anderen Bauteilen ist. Um die Anhaftung bzw. Lackierung der Oberflächen des faserverstärkten Kunststoffs zu verbessern, wird vorzugsweise eine Corona-Behandlung bzw.
Beflammung durchgeführt.
Thermoplastische Kunststoffe enthalten beispielsweise
Polyolefine, Polyamide, Polyester, Polyethylene,
Polyprophylene oder ein Blend der unterschiedlichen
Kunststoffe. Vorzugsweise basieren die thermoplastischen Kunststoffschichten auf einem Polyamid und/oder Polyethylen. Beide thermoplastischen Kunststoffe lassen sich einerseits sehr gut verarbeiten, andererseits weisen diese vorteilhafte Eigenschaften in Bezug auf deren Umformfähigkeit im warmen Zustand auf. Polyamid ist im Vergleich zum Polyethylen grundsätzlich temperaturstabiler und kann auch in
Hochtemperaturbereichen eingesetzt werden.
Duroplastische Kunststoffe sind temperaturstabil und können beispielsweise in Bereichen eingesetzt werden, in denen höhere Temperaturen insbesondere kurzzeitig auftreten können.
Um die geforderten Festigkeiten bei minimalem Gewicht zu erreichen, beträgt gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Struktur- oder Fahrwerkteils die Dicke der faserverstärkten Kunststoffes 0,2 mm bis 1,0 mm, vorzugsweise maximal 0,8 mm.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Struktur- oder
Fahrwerkteils ist vorgesehen, dass die Dicke der mittleren thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffschicht maximal 3,0 mm, vorzugsweise maximal 1,0 mm, beträgt. Um das Abdrücken von Fasern aus der kohlefaserverstärkten
Kunststoffschicht in die darüberliegende metallische Schicht zu vermeiden und gleichzeitig die faserverstärkte
thermoplastische oder duroplastische Kunststoffschicht vor Spannungsspitzen zu schützen, beträgt die mittlere
Kunststoffschicht 0,2 mm. Ein sehr guter Kompromiss zwischen erhöhtem Gewicht und Vermeidung des Abdrückens von Fasern in der metallischen Außenschicht ist gegeben, wenn eine bis zu 1,0 mm dicke, mittlere Kunststoffschicht verwendet wird. Die Verwendung einer Kunststoffschaumschicht ist ebenfalls denkbar. Die Dicke der mittleren Schicht kann zwischen 0,2 mm und 50 mm, vorzugsweise 3,0 mm bis 30 mm betragen. Die
Erhöhung der Dicke der mittleren Schicht kann insbesondere für Isolationsbereiche verwendet werden. Kunststoffschaumschichten weisen zudem bei gleicher Dicke ein verringertes Gewicht gegenüber Vollkunststoffschichten auf.
Wie bereits zuvor ausgeführt, hat die äußere metallische
Schicht lediglich die Funktion, die Schichten aus
thermoplastischem oder duroplastischem Kunststoff,
beispielsweise vor Steinschlag zu schützen und dient daneben auch als Indikator für eine mögliche Überbelastung durch
Bildung von Falten oder Rissen. Um diese Funktion mit
möglichst geringem Gewichtszuwachs zu erfüllen, ist gemäß einer Ausgestaltung der Struktur- oder Fahrwerkteile
vorgesehen, dass die Dicke der metallischen Schicht 0,1 mm bis 0,5 mm, vorzugsweise maximal 0,3 mm beträgt. Durch die
Verwendung einer Korrosionsschutzschicht auf einer oder beiden Seiten der metallischen Schicht, kann der Korrosion der äußeren metallischen Schicht, beispielsweise aufgrund von Witterungseinflüssen, erfolgreich entgegengewirkt werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Struktur- oder
Fahrwerkteils besteht die metallische Schicht aus Stahl, insbesondere einem verzinkten Stahl. Stahl ist nicht nur kostengünstig, sondern stellt auch die notwendigen
Umformeigenschaften bereit, welche zur Herstellung von
komplexen Struktur- oder Fahrwerkteilen notwendig ist. Denkbar ist natürlich auch die Verwendung von Aluminium oder anderen metallischen Schichten im Struktur- oder Fahrwerkteil.
Um die Herstellung von komplex geformten Struktur- oder
Fahrwerkteilen zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn die Struktur- oder Fahrwerkteile im warmen Zustand umgeformt wurden. Im warmen Zustand bedeutet vorliegend, dass
insbesondere der thermoplastische Kunststoff, welcher
bevorzugt in der mittleren und in der faserverstärkten
Kunststoffschicht verwendet wird, weich wird und entsprechend formbar wird. Hierzu sind die Bauteile auf die für den
Kunststoff notwendige Temperatur, beispielsweise die
Erweichungstemperatur zu erwärmen. Die Umformung erfolgt bei Temperaturen zwischen 180 °C und max. 250 °C, wobei auf die Beständigkeit- bzw. Temperaturstabilität des verwendeten thermoplastischen Kunststoffes geachtet werden muss.
Vorzugsweise ist das Struktur- oder Fahrwerkteil ein
Bodenblech, eine Bodengruppe, ein Batteriegehäuse, ein
Tankbehälter, Wasserkasten, Reserveradmulde, eine Radschale einer Felge, eine Tunnelverstärkung, eine Verbund- oder
Mehrlenkerachse oder eine A-, B- oder C-Säulenverstärkung . Denkbar ist auch, dass die Felge selbst aus dem beschriebenen Verbundwerkstoff besteht. Bei all diesen Struktur- oder
Fahrwerkteilen ermöglicht die Verwendung des Verbundwerkstoffs eine deutliche Reduzierung des Gewichts bei gleichbleibenden Festigkeits- bzw. Verwendungseigenschaften im Kraftfahrzeug.
Das Struktur- oder Fahrwerkteil wird unterschiedlichen
Lastbeanspruchungen ausgesetzt. Im Falle einer Überbelastung, was zu einer Beschädigung des beanspruchten Teils führen kann, ist die Beschädigung als Deformation in der metallischen
Schicht erkennbar bzw. nachweisbar. Diese Deformationen können sich bei bestimmten Lastarten in einer Unregelmäßigkeit der Blechdicke aber auch durch plastische Verformung, die
beispielsweise visuell erkennbar ist, ausbilden. Ist eine Beschädigung zu erkennen, kann das Teil ausgetauscht bzw.
ersetzt werden. Die Erfindung soll nun anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in
Fig. 1 in einer Schnittansicht ein
Ausführungsbeispiel eines Verbundwerkstoffs,
Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines
Strukturteils eines Kraftfahrzeugs in Form eines Bodenblechs in perspektivischer
Darstellung,
Fig. 3 in einer Schnittansicht ein zweites
Ausführungsbeispiel eines Strukturteils in
Form eines Batteriegehäuses,
Fig. 4 in einer schematischen Schnittansicht
Radscheibe einer Felge und
Fig. 5a), b) , c) in perspektivischer Darstellung
Ausführungsbeispiele von weiteren Strukturoder Fahrwerkteilen eines Kraftfahrzeugs. Fig. 1 zeigt zunächst den Verbundwerkstoff 1, welcher für die Struktur- oder Fahrwerkteile verwendet wird. Der
Verbundwerkstoff besteht aus einer metallischen äußeren
Schicht 2, welche vorzugsweise aus einem Stahlblech mit einer Dicke von 0,1 mm bis 0,5 mm besteht. Vorzugsweise ist die metallische Schicht 2 aus korrosionsgeschütztem,
beispielsweise verzinktem Stahl aufgebaut. Die mittlere, thermoplastische Kunststoffschicht basiert vorzugsweise auf einem Polyamid oder Polyethylen, dass bedeutet, dass diese Schicht entweder aus einem spezifischen Polyamid oder
Polyethylen oder aber auch aus einem Blend, welches
Polyethylen und/oder Polyamid enthält, hergestellt ist. Die faserverstärkte thermoplastische Kunststoffschicht 4 ist ebenfalls auf einem Polyethylen oder einem Polyamid basierend mit Glasfasern und/oder Kohlefasern verstärkt.
Ein typisches Strukturbauteil eines Kraftfahrzeugs zeigt Fig. 2 in einer perspektivischen Darstellung in Form eines
Bodenblechs 5. Die äußere metallische Schicht 2 weist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eines Bodenblechs 5 eine Dicke von 0,4 mm auf. Um die 0,7 mm dicke Kohlefaser
verstärkte thermoplastische KunststoffSchicht 4 vor
Steinschlägen zu schützen, weist die mittlere thermoplastische Kunststoffschicht eine Dicke von 0,5 mm in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel auf. Trotz der Gesamtdicke von etwa 1,6 mm des dargestellte Bodenblechs 5, ergibt sich eine deutliche Gewichtsreduzierung des Bodenblechs gegenüber konventionellen Bodenblechen aufgrund des hohen Kunststoffanteils .
Das gleiche gilt auch für das in Fig. 3 in einer schematischen Schnittdarstellung gezeigte Batteriegehäuse 6. Aufgrund der verringerten Festigkeitsanforderungen für ein Batteriegehäuse 6 weisen die drei verschiedenen Schichten des
Verbundwerkstoffs hier eine Dicke von jeweils 0,2 mm auf, so dass sich eine Gesamtdicke von 0,6 mm ergibt. Trotz der extrem niedrigen Dicke des Batteriegehäuses 6 in diesem
Ausführungsbeispiel sind die Festigkeitswerte ausreichend, um das Batteriegehäuse 6 mit der für die Anwendung notwendigen Steifigkeit bzw. Lastaufnahmevermögen zu versehen. Eine aus dem Verbundwerkstoff hergestellte Radschale 7 zeigt in einer schematischen Schnittansicht Fig. 4. Die Dicke der Stahlschicht 2 beträgt hier 0,3 mm und soll die inneren
Schichten des Verbundwerkstoffes, insbesondere die
faserverstärkte Kunststoffschicht vor Steinschlag schützen. Die Dicke der mittleren thermoplastischen Schicht 3 beträgt 0,4 mm und die der faserverstärkten, thermoplastischen
Kunststoffschicht 4 0,6 mm. Prinzipiell ist auch denkbar, dass Felgenband 7a aus einem Verbundwerkstoff mit einer
metallischen äußeren Schicht, einer mittleren
thermoplastischen und einer äußeren thermoplastischen, faserverstärkten Kunststoffschicht herzustellen. In diesem Fall könnte die faserverstärkte, thermoplastische
Kunststoffschicht zum Reifeninneren weisen.
Fig. 5 zeigt in den Fig. 5a), 5b) und 5c) unterschiedliche Ausführungsbeispiele von Struktur- oder Fahrwerkteilen, welche aus dem Verbundwerkstoff mit einer äußeren metallischen
Schicht, einem mittleren thermoplastischem Kunststoff sowie einer äußeren faserverstärkten thermoplastischen
Kunststoffschicht bestehen. Gezeigt sind in Fig. 5a) eine Tunnelverstärkung 8, in Fig. 5b) eine Verbundlenkerachse 9 und in Fig. 5c) eine A-Säulenverstärkung 10. Anhand der
dargestellten Ausführungsbeispiele ist erkennbar, in welchen Bereichen Strukturteile oder Fahrwerkteile mit dem
erfindungsgemäßen Aufbau eingesetzt werden können, so dass ein erhebliches Potential an Gewichtseinsparungen realisiert werden kann. Die mittlere thermoplastische Kunststoffschicht kann je nach Bedarf auch als Kunststoffschaumschicht ausgebildet sein bzw. durch eine duroplastische Kunststoff-/Kunststoffschaumschicht ersetzt werden. Die faserverstärkte KunststoffSchicht kann ebenfalls auf Basis von Duroplasten gebildet sein.

Claims

Patentan sprüche
Struktur- oder Fahrwerkteil eines Kraftfahrzeugs, wobei das Struktur- oder Fahrwerkteil aus einem
Verbundwerkstoff (1) mit einer äußeren metallischen
Schicht (2), einer mittleren Kunststoff- oder
Kunststoffschaumschicht (3) und einer äußeren
faserverstärkten Kunststoffschicht (4) besteht
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Dicke der mittleren Kunststoffschicht (3) mindestens 0 , 2 mm beträgt .
Struktur- oder Fahrwerkteil nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die mittlere Kunststoff- oder Kunststoffschaumschicht (3) und/oder äußere Kunststoffschicht (4) aus einem
Thermoplast und/oder Duroplast besteht.
Struktur- oder Fahrwerkteil nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die faserverstärkte Kunststoffschicht (4) Glasfaser und/oder Kohlefaser zur Verstärkung aufweist.
Struktur- oder Fahrwerkteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die thermoplastischen Kunststoffschichten (3, 4) auf einem Polyamid oder Polyethylen basieren. Struktur- oder Fahrwerkteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Dicke der faserverstärkten Kunststoff Schicht (4) 0,2 mm bis 1,0 mm beträgt.
Struktur- oder Fahrwerkteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Dicke der mittleren Kunststoff schicht (3) maximal 3,0 mm beträgt.
Struktur- oder Fahrwerkteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Dicke der mittleren Kunststoff schaumschicht 3,0 mm bis 50 mm beträgt.
Struktur- oder Fahrwerkteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die metallische Schicht (2) eine Dicke von 0,1 mm bis 0,5 mm und optional eine Korrosionsschutzschicht
aufweist .
Struktur- oder Fahrwerkteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die metallische Schicht (2) aus Stahl besteht.
10. Struktur- oder Fahrwerkteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Struktur- oder Fahrwerkteil im warmen Zustand umgeformt wurde.
Struktur- oder Fahrwerkteil nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Struktur- oder Fahrwerkteil ein Bodenblech (5), eine Bodengruppe, ein Batteriegehäuse (6), ein Tankbehälter, Wasserkasten, Reserveradmulde, eine Radschale (7) einer Felge, eine Tunnelverstärkung (8), eine
Verbundlenkerachse (9) oder eine A-, B- oder C- Säulenverstärkung (10) ist.
Struktur- oder Fahrwerkteil nach einem der Ansprüche bis 11,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s bei Überbelastung die metallische Schicht (2) eine Deformation aufweist.
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