DE102011100449A1

DE102011100449A1 - Method for manufacturing composite body from metal and plastic components for vehicle, involves embedding toothing element in plastic of molded plastic component, and anchoring toothing element in component during solidifying plastic

Info

Publication number: DE102011100449A1
Application number: DE201110100449
Authority: DE
Inventors: Dr. Eßer Gerd; Bert Rietmann
Original assignee: Inpro Innovationsgesellschaft fuer Fortgeschrittene Produktionssysteme in der Fahrzeugindustrie mbH
Current assignee: Inpro Innovationsgesellschaft fuer Fortgeschrittene Produktionssysteme in der Fahrzeugindustrie mbH
Priority date: 2011-04-30
Filing date: 2011-04-30
Publication date: 2012-10-31

Abstract

The method involves determining a profile of individual toothing elements (6) of a toothing arrangement. The toothing elements are molded corresponding to a numerical simulation. Each toothing element is curved around a bending edge (8) from a surface (3) of a metal component (2) in a force-flow oriented position in space. A plastic component of a composite body is injection molded at the surface of the metal component. Each toothing element is embedded in plastic of the molded plastic component and anchored in the plastic component during solidifying the plastic.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundkörpers aus mindestens einem vorzufertigenden Metallbauteil und mindestens einem Kunststoffbauteil, bei dem in einer Oberfläche des Metallbauteils, die mit dem Kunststoffbauteil zu verbinden ist, eine Verzahnungsanordnung mit einer Vielzahl im Abstand zueinander angeordneter Verzahnungselemente eingeprägt wird und die einzelnen Verzahnungselemente anschließend jeweils um eine Biegekante aus der Oberfläche des Metallbauteils jeweils ein Eingriffselement bildend heraus gebogen werden, worauf das Metallbauteil mit dem Kunststoffbauteil formschlüssig zu dem Verbundkörper verbunden wird, gemäß der deutschen Patentanmeldung 10 2009 051 392.2-16 .The invention relates to a method for producing a composite body from at least one prefabricated metal component and at least one plastic component, wherein in a surface of the metal component, which is to be connected to the plastic component, a toothed arrangement is impressed with a plurality of spaced apart toothing elements and the individual Gearing elements are then bent out of the surface of the metal component forming an engagement element in each case by a bending edge, whereupon the metal component with the plastic component is positively connected to the composite body, according to the German Patent Application 10 2009 051 392.2-16 ,

Wie der DE 10 2007 009 928 A1 , in der auf die Fachartikel „Dachrahmen in Hybridbauweise” von Anja Jäschke und Ulrich Dajek, Sonderdruck aus VDI-Tagungsband Nr. 4260 (2004), S. 25 und 45 , und „Kunststoff und Metall im festen Verbund” von Ulrich Endemann, Stefan Glaser und Martin Völker, in KU Kunststoffe, Jahrg. 92 (2002) 11, S. 110–113 Bezug genommen wird, zu entnehmen ist, existieren bei der Verbindungstechnik für Kunststoff-Metall-Komponenten grundsätzlich zwei Vorgehensweisen, und zwar einerseits die Herstellung kraftschlüssiger Verbindungen z. B. durch Anspritzen des Kunststoffs an die Metallkomponente im Spritzgießverfahren, bekannt als „in Mould Assembly” (IMA), oder andererseits durch ein formschlüssiges Fügen des Kunststoff- und der Metallkomponente, die dabei über einen Hinterschnitt verbunden werden, was als „Post Moulding Assembly” (PMA) bezeichnet wird. Dem erst genannten Fachartikel ist zu entnehmen, dass gemäß der IMA-Technik ein fertig geformtes Blech in das Spritzgießwerkzeug eingelegt und an diskreten Stellen mit einer angespritzten Kunststoffstruktur formschlüssig verbunden wird, indem nach dem Einlegen und Fixieren einer dünnwandigen, tiefgezogenen, gestanzten und in sich noch instabilen Blechstruktur in das Spritzgießwerkzeug eine aus einem geeigneten Werkstoff bestehende Kunststoffstruktur in einem Standard-Spritzgießverfahren angespritzt wird.Again DE 10 2007 009 928 A1 in the on the Specialist article "Roof frame in hybrid construction" by Anja Jäschke and Ulrich Dajek, special edition from VDI conference proceedings no. 4260 (2004), p. 25 and 45 , and "Plastic and Metal in a Solid Composite" by Ulrich Endemann, Stefan Glaser and Martin Völker, in KU Kunststoffe, Jahrg. 92 (2002) 11, pp. 110-113 Reference is made, it can be seen, exist in the connection technology for plastic-metal components basically two approaches, on the one hand the production of non-positive connections z. Example by injection molding of the plastic to the metal component by injection molding, known as "in mold assembly" (IMA), or on the other hand by a positive joining of the plastic and the metal component, which are connected via an undercut, which is called "Post Molding Assembly (PMA) is called. The first mentioned technical article can be seen that according to the IMA technique, a finished shaped sheet is inserted into the injection mold and positively connected at discrete locations with a molded plastic structure by after inserting and fixing a thin-walled, deep-drawn, punched and in itself unstable sheet structure in the injection mold a molded of a suitable material plastic structure is injection-molded in a standard injection molding.

Aus der DE 10 2004 048 464 A1 ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Halterungsvorrichtung mit einer metallischen Grundplatte bekannt, bei dem eine Vielzahl von Hakenvorformen unter Belassung mindestens einer Biegekante je Hakenvorform in die Oberfläche der Grundplatte eingeschnitten wird, und weiterhin hakenförmige Vorsprünge gebildet werden, indem die Hakenvorformen um die Biegekante aus der Grundplatte heraus gebogen und gegebenenfalls seitliche Auskragungen an den Vorsprüngen hergestellt oder diese verdrillt werden. Eine derartige Halterungsvorrichtung kann mit einem anderen Bauteil z. B. aus Faserverbundmaterial ohne weitere Schritte, wie Verschweißen oder Verschrauben in Form eines „metallischen Klettverschlusses” verbunden werden.From the DE 10 2004 048 464 A1 Further, a method for producing a mounting device with a metallic base plate is known in which a plurality of hook preforms is left while leaving at least one bending edge per Hakenvorform in the surface of the base plate, and further hook-shaped projections are formed by the Hakenvorformen to the bending edge of the Bent out base plate and optionally produced lateral projections on the projections or these are twisted. Such a mounting device may be connected to another component z. B. fiber composite material without further steps, such as welding or screwing in the form of a "metallic hook and loop fastener" are connected.

Bekannt ist auch eine Verbundstruktur aus einer Weichstahlplatte und einer auf dieser angeordneten Aluminiumplatte ( DE 38 85 946 T2 ), wobei in der Verbindungsfläche der Weichstahlplatte eine Mehrzahl von im Querschnitt V-förmigen und schräg nach unten gerichteten Vertiefungen ausgebildet ist, in die jeweils auf der an der Weichstahlplatte anliegenden Oberfläche der Alumiumplatte entsprechend ausgebildete Vorspringe beim Herstellen der Verbundstruktur in Eingriff gebracht werden.Also known is a composite structure of a mild steel plate and an aluminum plate arranged thereon ( DE 38 85 946 T2 ), wherein in the connecting surface of the mild steel plate, a plurality of cross-sectionally V-shaped and obliquely downwardly directed recesses is formed in each of which on the surface adjacent to the mild steel plate surface of the aluminum plate correspondingly formed projections in the manufacture of the composite structure are engaged.

Ferner wird bei dem sogenannten „Kragenfügen” ( DE 101 49 633 A1 ) in einem Metallblech zunächst eine Bohrung hergestellt und dann an dieser Stelle mit Hilfe eines Stempels ein Kragen in das Blech gezogen, der anschließend unmittelbar in die Wand des Kunststoffbauteils eingepresst wird. Um bei diesem Kragenfügen für den gewünschten Formschluss zu sorgen, wird durch geeignete Prozessführung an der Kragenstirnseite ein Hinterschnitt erzeugt, der dem in die Wand des Kunststoffbauteils eingepressten Kragen einen guten Halt im Kunststoff verleiht.Furthermore, in the so-called "collar joining" ( DE 101 49 633 A1 ) First made a hole in a metal sheet and then pulled at this point by means of a punch a collar in the plate, which is then pressed directly into the wall of the plastic component. In order to provide the desired positive locking in this collar joining, an undercut is produced by suitable process control on the collar end face, which gives the collar pressed into the wall of the plastic component a good hold in the plastic.

Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, den Formschluss des herzustellenden Verbundkörpers an dessen Lastpfaden zu orientieren, um für eine optimierte Lasteinleitung über die Dauer eines Einsatzes des Verbundkörpers zu sorgen und zudem ein gezieltes Versagensverhalten des Verbundkörpers im Crash oder in anderen Versagensfällen zu gewährleisten.The aim of the present invention is to orientate the positive fit of the composite body to be produced on its load paths in order to ensure optimized load introduction over the duration of an insert of the composite body and also to ensure a targeted failure behavior of the composite body in a crash or in other failure cases.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundkörpers gemäß der eingangs genannten Art derart zur Verfügung zu stellen, dass der oben genannten Zielstellung Genüge getan wird.The invention is therefore based on the object to provide a method for producing a composite body according to the aforementioned type such that the above objective is satisfied.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Kombination der folgenden Verfahrensschritte:

– zunächst wird das Profil der einzelnen aus der Oberfläche des Metallbauteils heraus zu biegenden Verzahnungselemente der Verzahnungsanordnung und/oder deren Anzahl und/oder deren Verteilung innerhalb der Verzahnungsanordnung und/oder deren Lage im Raum (x, y, z Koordinaten) und/oder deren Fläche und/oder deren Oberflächenstruktur und/oder -rauigkeit kraftflussorientiert entsprechend der vorauszuberechnenden statischen und/oder dynamischen auf den Verbundkörper einwirkenden Kräfte an jeder formschlüssig herzustellenden Verbindung des Verbundkörpers mittels numerischer Simulation bestimmt,
– dann wird die Vielzahl der Verzahnungselemente der Verzahnungsanordnung entsprechend der numerischen Simulation profiliert, zueinander beabstandet und ausgerichtet in der Oberfläche des Metallbauteils eingeprägt, darauf wird jedes Verzahnungselement um die Biegekante aus der Oberfläche des Metallbauteils in seine mittels der numerischen Simulation vorausbestimmte kraftflussorientierte Lage im Raum heraus gebogen, und
– anschließend wird das Metallbauteil in einem Spritzgießwerkzeug fixiert und in diesem das Kunststoffbauteil des Verbundkörpers in einem Standard-Spritzgießverfahren an die Oberfläche des Metallbauteils, aus der die Vielzahl der Verzahnungselemente heraus gebogen ist, angespritzt, wobei jedes Verzahnungselement der Verzahnungsanordnung im Kunststoff des an das Metallbauteil angespritzten Kunststoffbauteils in seiner mittels der numerischen Simulation vorausbestimmten kraftflussorientierten Lage im Raum eingebettet und bei Erstarren des Kunststoffs des Kunststoffbauteils in diesem fest verankert wird.

This object is achieved according to the invention by the combination of the following method steps:

- First, the profile of the individual to be bent from the surface of the metal component to be bent toothing elements of the tooth arrangement and / or their number and / or distribution within the tooth arrangement and / or their location in space (x, y, z coordinates) and / or their Surface and / or its surface structure and / or roughness power flow oriented according to the precalculating static and / or dynamic forces acting on the composite body forces on each form-fitting connection of the Composite body determined by numerical simulation,
- Then, the plurality of teeth elements of the gear assembly is profiled according to the numerical simulation, spaced apart and aligned in the surface of the metal component impressed, then each toothing element to the bending edge of the surface of the metal component in its predetermined by means of numerical simulation power flow oriented position in the room out bent, and
- Subsequently, the metal component is fixed in an injection mold and in this the plastic component of the composite body in a standard injection molding to the surface of the metal component, from which the plurality of Verzahnungselemente is bent out molded, each toothed element of the tooth arrangement in the plastic to the metal component molded plastic component embedded in its predetermined by means of numerical simulation force flow oriented position in space and is firmly anchored in this solidification of the plastic of the plastic component.

Vorzugsweise wird der Verbundkörper sandwichartig gebildet, indem zwei Metallbauteile, deren Verzahnungselemente ihrer Verzahnungsanordnung jeweils um die Biegekante aus der Oberfläche des Metallbauteils in ihre mittels der numerischen Simulation vorausbestimmten kraftflussorientierten Lage im Raum heraus gebogen worden sind, in das Spritzgießwerkzeug mit ihrer Verzahnungsanordnung einander gegenüberliegend und im Abstand zu einander eingelegt werden, worauf das Kunststoffbauteil des Verbundkörpers im Standard-Spritzgießverfahren an die Oberfläche jedes Metallbauteils, aus der die Vielzahl der Verzahnungselemente heraus gebogen ist, angespritzt wird, wobei der Raum zwischen den einander zugewandten Oberflächen der beiden Metallbauteil mit Kunststoff ausgespritzt wird und die Verzahnungselemente der Verzahnungsanordnung jedes Metallbauteils in dem Kunststoff des an die beiden Metallbauteile angespritzten Kunststoffbauteils in ihrer mittels der numerischen Simulation vorausbestimmten kraftflussorientierten Lage im Raum eingebettet und bei Erstarren des Kunststoffes des Kunststoffbauteils in diesem fest verankert werden.Preferably, the composite body is formed by sandwiching two metal components whose toothed elements of their toothed arrangement have been bent in each case around the bending edge from the surface of the metal component in their force-oriented orientation in the space determined by the numerical simulation in the injection molding tool with its tooth arrangement opposite one another and in the Spaced to each other, whereupon the plastic component of the composite body in the standard injection molding to the surface of each metal component, from which the plurality of toothed elements is bent out, molded, wherein the space between the facing surfaces of the two metal component is sprayed with plastic and the Verzahnungselemente of the toothing arrangement of each metal component in the plastic of the molded on the two metal components plastic component in their vorausbestim by means of the numerical simulation mten flow-oriented position embedded in the room and are firmly anchored in solidifying the plastic of the plastic component in this.

Der Verbundkörper kann sandwichartig aus zwei Kunststoffbauteilen und dem zwischen diesen zu positionierenden Metallbauteil, aus dessen einander gegenüberliegenden Oberflächen in zueinander versetzter Position jeweils die Verzahnungselemente einer Verzahnungsanordnung um ihre Biegekante in ihre mittels der numerischen Simulation vorausbestimmten kraftflussorientierten Lage im Raum heraus gebogen worden sind, gebildet werden, indem das Metallbauteil in dem Spritzgießwerkzeug in einer Position fixiert wird, in der jeweils an die einander gegenüberliegenden Oberflächen des Metallbauteils ein Kunststoffbauteil im Standard-Spritzgießverfahren angespritzt wird, wobei die Verzahnungselemente jeder Verzahnungsanordnung jeweils im Kunststoff des entsprechenden an das Metallbauteil angespritzten Kunststoffbauteils in ihrer mittels der numerischen Simulation vorausbestimmten kraftflussorientierten Lage im Raum eingebettet und beim Erstarren des Kunststoffs in diesem fest verankert werden.The composite body can be sandwiched from two plastic components and the metal component to be positioned between them, from the opposite surfaces in staggered position each of the toothed elements of a toothed arrangement have been bent around its bending edge in their predetermined by numerical simulation force flow oriented position in space out in that the metal component is fixed in the injection molding tool in a position in which a plastic component is injection-molded in each case on the opposite surfaces of the metal component, wherein the toothed elements of each toothed arrangement in each case in the plastic of the corresponding plastic component molded onto the metal component in their means The numerical simulation of predefined power flow-oriented position embedded in the space and are firmly anchored in the solidification of the plastic in this.

Weiterhin kann der Verbundkörper aus dem Metallbauteil sowie zwei Kunststoffbauteilen gebildet werden, indem das Metallbauteil in dem Spritzgießwerkzeug fixiert wird und die beiden Kunststoffbauteile zueinander fluchtend an die Oberfläche des Metallbauteils, aus der die Verzahnungselemente der Verzahnungsanordnung um ihre Biegekante in ihre mittels der numerischen Simulation vorausbestimmten kraftflussorientierten Lage im Raum heraus gebogen worden sind, im Standard-Spritzgiegverfahren angespritzt werden, wobei die Verzahnungselemente der Verzahnungsanordnung die beiden zueinander fluchtenden Kunststoffbauteile überbrücken und entsprechend in ihrer mittels der numerischen Simulation vorausbestimmten kraftflussorientierten Lage im Raum im Kunststoff des jeweiligen Kunststoffbauteils eingebettet und beim Erstarren des Kunststoffs in diesem verankert werden.Furthermore, the composite body of the metal component and two plastic components can be formed by the metal component is fixed in the injection mold and the two plastic components aligned with each other to the surface of the metal component, from which the teeth of the toothing arrangement about its bending edge in their predetermined by means of numerical simulation force flow oriented Layer in the room have been bent out, be injection molded in the standard injection molding process, the toothed elements of the tooth arrangement bridge the two mutually aligned plastic components and embedded in their predetermined by numerical simulation force flow oriented position in space in the plastic of the respective plastic component and when solidification of the plastic be anchored in this.

Vorzugsweise wird die Oberfläche des Metallbauteils, aus der die Verzahnungselemente der Verzahnungsanordnung heraus gebogen werden, und/oder die Oberfläche jedes Verzahnungselementes der Verzahnungsanordnung vor dem Anspritzen des mindestens einen Kunststoffbauteils an die Oberfläche des Metallbauteils mit einer Schicht eines Haftmittels oder einer Klebers versehen, die mittels Sprüh- oder Eintauchverfahrens des Metallbauteils aufgebracht werden kann.Preferably, the surface of the metal component, from which the toothed elements of the toothed arrangement are bent out, and / or the surface of each toothed element of the toothed arrangement is provided with a layer of an adhesive or an adhesive prior to the injection of the at least one plastic component to the surface of the metal component Spray or immersion process of the metal component can be applied.

Die einzelnen Verzahnungselemente der Verzahnungsanordnung können jede beliebige Form aufweisen sowie kombiniert werden. Die Gestaltung, Anzahl und Verteilung der Verzahnungselemente in der Ebene ist für jede Anwendung optimierbar. Die Form der aus der Oberfläche des Metallbauteils heraus gebogenen Verzahnungselemente ist uneingeschränkt und kann – gesehen in der Frontansicht – z. B. quadratisch, kreisbogenförmig, dreieckförmig, trapezförmig oder rechteckförmig sein. Die kraftflussorientierte Gestaltung der Verzahnungselemente und damit die Ausbildung der entsprechenden formschlüssigen Verbindungen im gefügten Verbundkörper erfordern eine Ausrichtung der einzelnen Verzahnungselemente bzw. der jeweiligen formschlüssigen Verbindungen in der Richtung der größten Lasten an den Lastpfaden im gefügten Verbundkörper entlang.The individual gear elements of the gear arrangement can have any shape and be combined. The design, number and distribution of the toothed elements in the plane can be optimized for each application. The shape of the bent out of the surface of the metal component toothing elements is unlimited and can - seen in the front view - z. B. square, circular arc, triangular, trapezoidal or rectangular. The power flow oriented design of the gear elements and thus the formation of the corresponding positive connections in the joined composite body require alignment of the individual gear elements or the respective positive connections in the direction of the largest loads along the load paths in the joined composite body.

Die Verzahnung des mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Verbundkörpers ermöglicht insbesondere im Crash oder bei anderen Einwirkungen auf den Verbundkörper, die dessen Versagen bedingen, die Gewährleistung eines gezielten Versagensverhaltens des Verbundkörpers bzw. das Erreichen eines Verzögerns des Versagens des Verbundkörpers, d. h. letzteres erfolgt erst bei höheren Lasten bzw. bei Verzerrungen an der Fügestelle des Verbundkörpers. So weist z. B. ein Fahrzeug, in dem erfindungsgemäß hergestellte Verbundkörper Verwendung finden, ein insgesamt verbessertes Crash-Verhalten auf, was durch einen höheren Energieverzehr der im Fahrzeug eingebauten Verbundkörper im Crash-Fall bedingt ist. Bei einem Versagen des Verbundkörpers kann dieses somit im Sinne des Insassenschutzes sicherer erreicht werden. The toothing of the composite body produced by the method according to the invention makes it possible, in particular in the event of a crash or other effects on the composite body which cause it to fail, to ensure a targeted failure behavior of the composite body or to delay the composite body, ie the latter does not take place until higher Loads or distortions at the joint of the composite body. So z. As a vehicle, are used in the inventively produced composite body, an overall improved crash behavior, which is due to a higher energy consumption of the built-in vehicle composite body in the event of a crash. In the case of a failure of the composite, this can thus be achieved more safely in the sense of occupant protection.

Durch die mittels numerischer Simulation vorausbestimmbare kraftflussorientierte Lage im Raum der Verzahnungselemente gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren z. B. mittels einer Crash-Simulation ist die Lage der Verzahnung eines im Fahrzeug einzubauenden Verbundkörpers zu optimieren. Zudem können die sich aus der statischen Rechnung zusammen mit einer Lebensdaueranalyse ergebenen primären Versagungsstellen der Verbundkörper in weiteren Rechnungen modelliert werden und ein fortgesetztes Risswachstum kann durch gezielte Einführung der Verzahnungen unterbrochen werden.By predictable by means of numerical simulation force flow oriented position in the space of the toothing elements according to the inventive method z. B. by means of a crash simulation, the position of the toothing of a composite body to be installed in the vehicle to optimize. In addition, the primary failure points of the composite bodies resulting from the static calculation together with a lifetime analysis can be modeled in further calculations and a continued crack growth can be interrupted by targeted introduction of the toothings.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung erläutert. In diesen sind: The invention will now be explained with reference to the drawing. In these are:

1a und 1b schematische Ansichten eines Querschnitts des Metallbauteils mit in dessen Oberfläche eingeprägtem Verzahnungselement bzw. mit aus der Oberfläche des Metallbauteils heraus gebogenem Verzahnungselement, 1a and 1b schematic views of a cross section of the metal component with imprinted in the surface of the toothed element or with out of the surface of the metal component out toothed element,

1c eine schematische Ansicht eines Querschnitts einer ersten Ausführungsform des Verbundkörpers, der durch Anspritzen eines Kunststoffbauteils an das Metallbauteil nach 1b hergestellt ist, 1c a schematic view of a cross section of a first embodiment of the composite body by the injection molding of a plastic component to the metal component after 1b is made,

2a und 2b schematische Ansichten des Metallbauteils entsprechend 1a bzw. 1b, wobei jedoch die Oberflächen der Verzahnungselemente aufgeraut worden sind, 2a and 2 B schematic views of the metal component accordingly 1a respectively. 1b in which, however, the surfaces of the toothed elements have been roughened,

2c eine schematische Ansicht eines Querschnitts einer zweiten Ausführung des Verbundkörpers, der durch Anspritzen des Kunststoffbauteils an das Metallbauteil nach 2b hergestellt ist, 2c a schematic view of a cross section of a second embodiment of the composite, the by injection molding of the plastic component to the metal component according to 2 B is made,

3 eine schematische Ansicht eines Querschnitts einer dritten Ausführungsform des Verbundkörpers, wobei auf die Oberfläche des Metallbauteils, aus der die Verzahnungselemente heraus gebogen worden sind, vor dem Anspritzen des Kunststoffbauteil an diese Oberfläche eine Schicht eines Haftmittel oder Klebstoffs aufgebracht worden ist, 3 a schematic view of a cross section of a third embodiment of the composite body, wherein on the surface of the metal component, from which the toothed elements have been bent out before the molding of the plastic component to this surface, a layer of an adhesive or adhesive has been applied,

4 eine Draufsicht auf die Oberfläche des Metallbauteils, wobei eingeprägte Verzahnungselemente einer Verzahnungsanordnung ausgerichtet in einer Kraftflussrichtung gezeigt sind, die eine einheitliche Umrissform aufweisen, 4 4 is a plan view of the surface of the metal component, wherein embossed tooth elements of a tooth arrangement are shown aligned in a force flow direction, which have a uniform outline shape;

5 eine Draufsicht auf die Oberfläche des Metallbauteils, wobei eingeprägte Verzahnungselemente einer Verzahnungsanordnung ausgerichtet in einer Kraftflussrichtung gezeigt sind, die eine andere einheitliche Umrissform aufweisen, 5 a plan view of the surface of the metal component, wherein embossed tooth elements of a tooth arrangement are shown aligned in a force flow direction having a different uniform outline shape,

6 eine Draufsicht auf die Oberfläche des Metallbauteils, wobei eingeprägte Verzahnungselemente einer Verzahnungsanordnung mit unterschiedlichem Profil, unterschiedlicher Fläche und unterschiedlicher Verteilung innerhalb der Verzahnungsanordnung bei einem vorab definierten Belastungszustand gezeigt sind, 6 a top view of the surface of the metal component, wherein embossed tooth elements of a tooth arrangement are shown with different profile, different surface and different distribution within the tooth arrangement at a predefined load condition,

7 eine Draufsicht auf die Oberfläche des Metallbauteils, wobei eingeprägte Verzahnungselemente gleicher Fläche und unterschiedlicher Verteilung innerhalb der Verzahnungsanordnung bei vorab definierten alternierenden Belastungszuständen gezeigt sind, 7 a plan view of the surface of the metal component, wherein embossed gear elements of the same surface and different distribution are shown within the gear arrangement at predefined alternating load conditions,

8 eine schematische Ansicht eines Querschnitts einer vierten Ausführungsform des Verbundkörpers, 8th a schematic view of a cross section of a fourth embodiment of the composite body,

9 eine schematische Ansicht eines Querschnitts einer fünften Ausführungsform des Verbundkörpers, und 9 a schematic view of a cross section of a fifth embodiment of the composite body, and

10 eine schematische Ansicht eines Querschnitts einer sechsten Ausführungsform des Verbundkörpers. 10 a schematic view of a cross section of a sixth embodiment of the composite body.

Nach Durchführung der numerischen Simulation gemäß dem ersten Verfahrensschritt der erfindungsgemäßen Verfahrenskombination wird, wie den 1a bis 7 zu entnehmen ist, zur Herstellung des Verbundkörpers 1 ein Metallbauteil 2 in Stanz-Biegetechnik vorgefertigt, indem die Vielzahl der Verzahnungselemente 6 der Verzahnungsanordnung 5 entsprechend der numerischen Simulation profiliert, zueinander beabstandet und ausgerichtet in die Oberfläche 3 des Metallbauteils 2 eingeprägt wird (1a, 2a und 4 bis 7). Darauf wird jedes Verzahnungselemente 6 aus der Oberfläche 3 des Metallbauteils 2 jeweils ein vorstehendes Eingriffselement bildend um die Biegekante 8 in seine mittels der numerischen Simulation vorausbestimmte kraftflussorientierte Lage im Raum heraus gebogen (1b und 2b).After carrying out the numerical simulation according to the first method step of the method combination according to the invention, such as 1a to 7 it can be seen for the preparation of the composite body 1 a metal component 2 prefabricated in stamping and bending technology by the variety of toothing elements 6 the gear arrangement 5 profiled according to the numerical simulation, spaced apart and aligned in the surface 3 of the metal component 2 is impressed ( 1a . 2a and 4 to 7 ). On top of this is every toothing element 6 from the surface 3 of the metal component 2 in each case a projecting engagement element forming around the bending edge 8th bent out into its force flow-oriented position in space predetermined by numerical simulation ( 1b and 2 B ).

Anschließend wird das Metallbauteil 2 in einem nicht dargestellten Spritzgießwerkzeug fixiert und in diesem das Kunststoffbauteil 4 des Verbundkörpers 1 an die Oberfläche 3 des Metallbauteils 2, aus der die Vielzahl der Verzahnungselemente 6 heraus gebogen ist, angespritzt, wobei jedes Verzahnungselement 6 der Verzahnungsanordnung 5 im Kunststoff des an das Metallbauteil 2 angespritzten Kunststoffbauteils 4 in seiner mittels der numerischen Simulation vorausbestimmten kraftflussorientierten Lage im Raum eingebettet und beim Erstarren des Kunststoffs des Kunststoffbauteils 4 in diesem fest verankert wird (1c, 2c und 3). Subsequently, the metal component 2 fixed in an injection mold, not shown, and in this the plastic component 4 of the composite body 1 to the surface 3 of the metal component 2 , from which the multiplicity of the Verzahnungselemente 6 bent out, molded, with each toothed element 6 the gear arrangement 5 in the plastic of the metal component 2 molded plastic component 4 embedded in its predefined by the numerical simulation force flow oriented position in space and the solidification of the plastic of the plastic component 4 is firmly anchored in this ( 1c . 2c and 3 ).

Im Unterschied zu der aus 1c hervorgehenden ersten Ausführungsform des Verbundkörpers 1, bei der die Oberfläche 10 der Verzahnungselemente 6, die im Kunststoff des an das Metallbauteil 2 angespritzten Kunststoffbauteils 4 eingebettet wird, nicht strukturiert bzw. unbearbeitet ist, wurde bei einer zweiten Ausführungsform des Verbundkörpers 1 (2c) die Oberfläche 10 der Verzahnungselemente 6 derart aufgeraut bzw. strukturiert, dass die Dauerhaftigkeit der festen Verankerung der Verzahnungselemente 6 im Kunststoff des Kunststoffbauteils 4 des Verbundkörpers 1 gesteigert wird. Hierdurch ist ein höherer Energieverzehr des Verbundkörpers 1 z. B. im Crash-Fall gegeben, wodurch bei einem Fahrzeug insgesamt ein besseres Crash-Verhalten ermöglicht wird. Die Aufrauung und/oder Strukturierung der Oberfläche 10 der Verzahnungselemente 6 (2b und 2c) kann beim oder nach dem Einprägen der Verzahnungselemente 6 in die Oberfläche 3 des Metallbauteils 2 erfolgen.Unlike the off 1c resulting first embodiment of the composite body 1 in which the surface 10 the toothing elements 6 in the plastic of the metal component 2 molded plastic component 4 embedded, unstructured, unprocessed, in a second embodiment of the composite 1 ( 2c ) the surface 10 the toothing elements 6 roughened or structured so that the durability of the fixed anchoring of the toothed elements 6 in the plastic of the plastic component 4 of the composite body 1 is increased. This is a higher energy consumption of the composite 1 z. B. in the event of a crash, which in a vehicle overall better crash behavior is possible. The roughening and / or structuring of the surface 10 the toothing elements 6 ( 2 B and 2c ) can during or after the embossing of the toothing elements 6 in the surface 3 of the metal component 2 respectively.

Bei der in 3 dargestellten dritten Ausführungsform des Verbundkörpers 1 ist zur Verstärkung des Formschlusses des Verbundkörpers 1 vor dem Anspritzen des Kunststoffbauteils 4 an die Oberfläche 3 des Metallbauteils 2, aus der die Verzahnungselemente 6 heraus gebogen worden sind, eine Schicht 12 eines Haftmittels oder Klebers aufgetragen worden. Die Oberfläche 10 der aus der Oberfläche 3 des Metallbauteils 2 heraus gebogenen Verzahnungselemente 6 kann im Sprüh- oder Eintauchverfahren ebenfalls mit einer entsprechenden Beschichtung versehen werden, um die Verankerung der Verzahnungselemente 6 im Kunststoff des angespritzten Kunststoffbauteils 4 nach Erstarren des Kunststoffes zu erhöhen.At the in 3 illustrated third embodiment of the composite body 1 is to strengthen the positive connection of the composite body 1 before the injection molding of the plastic component 4 to the surface 3 of the metal component 2 from which the toothing elements 6 have been bent out, a layer 12 an adhesive or adhesive has been applied. The surface 10 from the surface 3 of the metal component 2 curved out gear elements 6 can also be provided in the spraying or dipping process with a corresponding coating to the anchoring of the toothing elements 6 in the plastic of the molded plastic component 4 after solidification of the plastic increase.

Die 4 bis 7 verdeutlichen, dass die Umrissgestaltung der in die Oberfläche 3 des Metallbauteils 2 eingeprägten Verzahnungselemente 6 sowie deren Vielzahl und Verteilung innerhalb der Verzahnungsanordnung 5 und/oder die Strukturierung und/oder die Rauigkeit der Oberfläche der Verzahnungselemente 6 auf der numerischen Simulation basieren, die entsprechend der vorausberechneten statischen und/oder dynamischen Kräfte an jeder entsprechenden formschlüssigen Verbindung des Verbundkörpers 1 zuvor erfolgt ist.The 4 to 7 clarify that the outline design of the in the surface 3 of the metal component 2 embossed gear elements 6 as well as their multiplicity and distribution within the gearing arrangement 5 and / or the structuring and / or the roughness of the surface of the toothed elements 6 based on the numerical simulation, according to the precalculated static and / or dynamic forces at each corresponding positive connection of the composite body 1 previously done.

Die Form der aus der Oberfläche 3 des Metallbauteils 2 heraus gebogenen Verzahnungselemente 6 ist nicht eingeschränkt und kann – gesehen in der Vorderansicht – z. B. quadratisch, kreisbogenförmig, dreiecksförmig, trapezförmig oder rechteckförmig sein.The shape of the surface 3 of the metal component 2 curved out gear elements 6 is not limited and can - seen in the front view - z. B. square, circular arc, triangular, trapezoidal or rectangular.

Die 4 und 5 zeigen z. B. in der Draufsicht auf das Metallbauteils 2 die in die Oberfläche 3 des letzteren eingeprägten Verzahnungselemente 6 einheitlich rechteckförmig bzw. parabelförmig geformt sowie jeweils im gleichen Abstand zueinander angeordnet und gleichmäßig verteilt in der Verzahnungsanordnung 5.The 4 and 5 show z. B. in the plan view of the metal component 2 in the surface 3 the latter embossed gear elements 6 uniformly rectangular or parabolic shaped and each arranged at the same distance from each other and evenly distributed in the gear arrangement 5 ,

Die 6 zeigt in der Draufsicht auf die Oberfläche 3 des Metallbauteils 2 die in letztere eingeprägten Verzahnungselemente 6 mit unterschiedlichem Profil, unterschiedlicher Fläche 10 und in unterschiedlicher Verteilung innerhalb der Verzahnungsanordnung 5 bei einem mittels der numerischen Simulation vorab definierten Belastungszustand.The 6 shows in plan view of the surface 3 of the metal component 2 the in the latter embossed gear elements 6 with different profile, different surface 10 and in different distribution within the gear arrangement 5 in a predefined load state by means of the numerical simulation.

Die 7 zeigt dem gegenüber eine Draufsicht auf die Oberfläche 3 des Metallbauteils 1 mit in letztere eingeprägten Verzahnungselementen 6 gleicher Fläche und unterschiedlicher Verteilung innerhalb der Verzahnungsanordnung bei mittels der numerischen Simulation vorab definierten alternierenden Belastungszuständen.The 7 shows the opposite a plan view of the surface 3 of the metal component 1 with in the latter embossed gear elements 6 same area and different distribution within the toothing arrangement with predefined by means of numerical simulation alternating load conditions.

Die 8 zeigt eine schematische Ansicht eines Querschnitts einer vierten Ausführungsform des Verbundkörpers 1, der sandwichartig gebildet worden ist, indem zwei identische Metallbauteile 2, deren Verzahnungselemente 6 der Verzahnungsanordnung 5 jeweils um die Biegekante 8 aus der Oberfläche 3 des jeweiligen Metallbauteils 2 in ihre mittels der numerischen Simulation vorausbestimmte kraftflussorientierte Lage im Raum heraus gebogen worden sind, in das Spritzgießwerkzeug derart eingelegt worden sind, dass die jeweiligen Verzahnungsanordnungen 5 einander gegenüberliegen und im Abstand zueinander angeordnet sind. Anschließend ist das Kunststoffbauteil 4 des Verbundkörpers 1 im Standard-Spritzgießverfahren an die Oberfläche 3 jedes Metallbauteils, aus der die Vielzahl der Verzahnungselemente 6 jeweils heraus gebogen worden ist, angespritzt worden. Hierbei ist der Raum zwischen den einander zugewandten Oberflächen 3 der beiden Metallbauteilen 2 mit Kunststoff ausgespritzt worden, wobei die Verzahnungselemente 6 der Verzahnungsanordnung 5 jedes Metallbauteils 2 in dem Kunststoff des an die beiden Metallbauteile 4 angespritzten Kunststoffbauteils 4 in ihrer mittels der numerischen Simulation vorausbestimmten kraftflussorientierten Lage im Raum eingebettet und beim Erstarren des Kunststoffes des Kunststoffbauteils 4 in diesem fest verankert worden sind.The 8th shows a schematic view of a cross section of a fourth embodiment of the composite body 1 which has been sandwiched by two identical metal components 2 whose toothed elements 6 the gear arrangement 5 each around the bending edge 8th from the surface 3 of the respective metal component 2 have been bent out in their space by means of the numerical simulation predetermined power flow-oriented position in the injection mold have been inserted in such a way that the respective gear arrangements 5 opposite each other and are arranged at a distance to each other. Subsequently, the plastic component 4 of the composite body 1 in the standard injection molding process to the surface 3 each metal component from which the plurality of gear elements 6 each has been bent out, injected. Here is the space between the facing surfaces 3 the two metal components 2 been sprayed with plastic, wherein the toothing elements 6 the gear arrangement 5 every metal component 2 in the plastic of the two metal components 4 molded plastic component 4 imbedded in space in its force-flux-oriented position determined by numerical simulation and solidifying the plastic of the plastic component 4 have been firmly anchored in this.

Die 9 zeigt eine schematische Ansicht eines Querschnitts einer fünften Ausführungsform des Verbundkörpers 1, die sandwichartig aus zwei Kunststoffbauteilen 4 und dem zwischen diesen positionierten Metallbauteil 2, aus dessen einander gegenüberliegenden Oberflächen 3 in zueinander versetzter Position jeweils die Verzahnungselemente 6 der jeweiligen Verzahnungsanordnung 5 um ihre Biegekante 8 in ihre mittels der numerischen Simulation vorausbestimmte kraftflussorientierte Lage im Raum heraus gebogen worden sind, gebildet worden ist, indem das Metallbauteil 2 in dem Spritzwerkzeug in einer Position fixiert worden ist, in der jeweils an die einander gegenüberliegenden Oberflächen 3 des Metallbauteils 2 ein Kunststoffbauteil 4 im Standard-Spritzgießverfahren angespritzt worden ist. Hierbei sind die Verzahnungselemente 6 jeder Verzahnungsanordnung 5 jeweils im Kunststoff des entsprechenden an das Metallbauteil 2 angespritzten Kunststoffbauteils 4 in ihrer mittels der numerischen Simulation vorausbestimmten kraftflussorientierten Lage im Raum eingebettet und beim Erstarren des Kunststoffs in diesem fest verankert worden.The 9 shows a schematic view of a cross section of a fifth embodiment of the composite body 1 sandwiched from two plastic components 4 and the metal component positioned between them 2 , from its opposite surfaces 3 in mutually offset position in each case the toothing elements 6 the respective gear arrangement 5 around its bending edge 8th has been bent out in space by means of the numerical simulation predetermined power flow oriented position has been formed by the metal component 2 has been fixed in the injection mold in a position in each case to the opposite surfaces 3 of the metal component 2 a plastic component 4 has been injection-molded in standard injection molding. Here are the gear elements 6 each gear arrangement 5 each in the plastic of the corresponding to the metal component 2 molded plastic component 4 embedded in their space by means of numerical simulation predetermined power flow oriented position in space and has been firmly anchored in the solidification of the plastic in this.

Die 10 zeigt schließlich eine schematische Ansicht eines Querschnitts einer sechsten Ausführungsform des Verbundkörpers 1, die aus dem Metallbauteil 2 sowie zwei Kunststoffbauteilen 4 gebildet worden ist, indem das Metallbauteil 2 in dem Spritzgießwerkzeug fixiert worden ist und die beiden Kunststoffbauteile 4 in dem Spritzgießwerkzeug zueinander fluchtend und mit Abstand zueinander an die Oberfläche 3 des Metallbauteils 2, aus der die Verzahnungselemente 6 der Verzahnungsanordnung 5 um ihre Biegekante 8 in ihre mittels der numerischen Simulation vorausbestimmte kraftflussorientierte Lage im Raum heraus gebogen worden sind, im Standard-Spritzgießverfahren angespritzt worden sind. Hierbei sind die Verzahnungselemente 6 der Verzahnungsanordnung 5, durch die die beiden zueinander fluchtenden Kunststoffbauteile 4 überbrückt worden sind, entsprechend in ihrer mittels der numerischen Simulation vorausbestimmten kraftflussorientierten Lage im Raum im Kunststoff des jeweiligen Kunststoffbauteils 4 eingebettet und beim Erstarren des Kunststoffs in diesem verankert worden.The 10 finally shows a schematic view of a cross section of a sixth embodiment of the composite body 1 made of the metal component 2 as well as two plastic components 4 has been formed by the metal component 2 has been fixed in the injection mold and the two plastic components 4 in the injection mold aligned with each other and at a distance from each other to the surface 3 of the metal component 2 from which the toothing elements 6 the gear arrangement 5 around its bending edge 8th have been bent out in their space determined by the numerical simulation predetermined power flow oriented position in the room, have been injected in the standard injection molding. Here are the gear elements 6 the gear arrangement 5 through which the two plastic components aligned with each other 4 have been bridged, according to their predetermined by numerical simulation force flow oriented position in space in the plastic of the respective plastic component 4 embedded and anchored in the solidification of the plastic in this.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Verbundkörpercomposite body
22: Metallbauteilmetal component
33: Oberfläche des MetallbauteilsSurface of the metal component
44: KunststoffbauteilPlastic component
55: Verzahnungsanordnunggearing arrangement
66: Verzahnungselementtoothed element
88th: Biegekante des VerzahnungselementesBending edge of the toothed element
99: Lastpfadeload paths
1010: Oberfläche des VerzahnungselementesSurface of the toothed element
1111: Aufrauhung der Oberfläche des VerzahnungselementesRoughening the surface of the toothed element
1212: Schicht eines Haftmittels oder KlebersLayer of adhesive or adhesive

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102009051392 [0001]
DE 102007009928 A1 [0002]
DE 102004048464 A1 [0003]
DE 3885946 T2 [0004]
DE 10149633 A1 [0005]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Specialist article "Roof frame in hybrid construction" by Anja Jäschke and Ulrich Dajek, special edition from VDI conference proceedings no. 4260 (2004), p. 25 and 45 [0002]
"Plastic and Metal in a Firm Bond" by Ulrich Endemann, Stefan Glaser and Martin Völker, in KU Kunststoffe, Jahrg. 92 (2002) 11, pp. 110-113 [0002]

Claims

A method for producing a composite body of at least one prefabricated metal component and at least one plastic component, wherein in a surface of the metal component, which is to be connected to the plastic component, a toothed arrangement is impressed with a plurality of spaced apart toothing elements and the individual toothing elements then in each case a bending edge from the surface of the metal component in each case an engagement element are bent out forming, whereupon the metal component with the plastic component is positively connected to the composite body, according to the German patent application 102009051392.2-16 characterized by the combination of the following method steps, - first the profile of the individual toothed elements of the toothing arrangement to be bent out of the surface of the metal component and / or their number and / or their distribution within the tooth arrangement and / or their position in space (x, y, z coordinates) and / or their surface and / or their surface structure and / or roughness force flow oriented according to the precalculating static and / or dynamic force acting on the composite forces at each form-fitting connection of the composite body determined by numerical simulation, - then the plurality of Profiling elements of the gear arrangement according to the numerical simulation profiled, spaced from each other and aligned stamped in the surface of the metal component, - it is on each toothed element to the bending edge of the surface of the metal component in his the metal component is fixed in an injection mold and in this the plastic component of the composite body is bent in a standard injection molding process to the surface of the metal component from which the plurality of toothed elements is bent, injection-molded, wherein each toothing element of the toothing arrangement is embedded in the plastic of the molded plastic component to the metal component in its predetermined by means of numerical simulation force flow oriented position in space and firmly anchored in solidification of the plastic of the plastic component in this.

A method according to claim 1, characterized in that the composite body is sandwiched by two metal components, the toothing elements of their tooth arrangement have been bent in each case by the bending edge of the surface of the metal component in their predicted by means of numerical simulation force flow oriented position in the space Injection molding tool with its toothing arrangement are placed opposite each other and spaced from each other, whereupon the plastic component of the composite body in the standard injection molding on the surface of each metal component, from which the plurality of toothed elements is bent out, injected, wherein the space between the facing surfaces the two metal component is sprayed with plastic and the toothing elements of the toothing arrangement of each metal component in the plastic of the molded plastic component to the two metal components in their medium s embedded in the space of the numerical simulation predefined power flow-oriented position and firmly anchored in the solidification of the plastic of the plastic component in this.

A method according to claim 1, characterized in that the composite body sandwiched by two plastic components and the metal component to be positioned between them, from the opposite surfaces in staggered position each of the toothing elements of the respective tooth arrangement about its bending edge in their predetermined by means of numerical simulation force flow oriented position have been bent out in the space is formed by the metal component is fixed in the injection mold in a position in which each of the opposite surfaces of the metal component, a plastic component in the standard injection molding is injection molded, wherein the toothing elements of each tooth arrangement in the plastic of the corresponding to the metal component molded plastic component embedded in its predetermined by means of numerical simulation power flow oriented position in space and the Ers Tare the plastic in this firmly anchored.

A method according to claim 1, characterized in that the composite body of the metal component and two plastic components is formed by the metal component is fixed in the injection mold and the two plastic components to each other in alignment and at a distance from each other to the surface of the metal component, from which the teeth of the toothing arrangement in order to have their bending edge bent into their position predicted by means of numerical simulation in the flow-oriented position in space, the toothed elements of the toothing arrangement bridging the two mutually aligned plastic components correspondingly in their force-flux-oriented position in space in the space predetermined by numerical simulation Plastic of the embedded plastic component and anchored in the solidification of the plastic in this.

Method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the surface of the metal component from which the toothed elements of the toothed arrangement are bent out, and / or the surface of each toothed element of the toothed arrangement before the molding of the at least one plastic component to the surface of the metal component a layer of adhesive or adhesive.

A method according to claim 5, characterized in that the coating of the surface of the metal component and / or the toothing elements of the toothing arrangement is carried out with an adhesive or adhesive by means of spraying or dipping method.