DE10134372A1

DE10134372A1 - Hybrid metal and fiber reinforced plastic component manufacture, for use in automobiles, involves simultaneous curing and bonding of the plastic part onto the metal structure

Info

Publication number: DE10134372A1
Application number: DE10134372A
Authority: DE
Inventors: Konrad Eipper; Hans Hofele; Bernd Liedtke; Matthias Nohr
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2001-07-14
Filing date: 2001-07-14
Publication date: 2003-01-30

Abstract

A plastic part and/or its preproduct of the subsequent fiber reinforced plastic part (1) are applied to a metal structure(2) in a partly set state. The fibers (3) are continuous. When the reinforced plastic part is correctly located on the metal structure, the plastic, typically a resin, is cured and as a result bonds to the metal structure. An Independent claim is made for a hybrid structure comprising a continuous fiber reinforced plastic part bonded directly onto the metal frame.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hybridstruktur aus Metall und faserverstärktem Kunststoff gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie bspw. aus der gattungsbildend zugrundegelegten EP 938 969 A1 als bekannt hervorgeht. The invention relates to a hybrid structure of metal and fiber-reinforced plastic according to the preamble of the claim 1, as they are based, for example, from the generic EP 938 969 A1 discloses as known.

Aus der EP 938 969 A1 ist es bekannt, ein Metallgerüst mit einem zuvor hergestellten faserverstärkten Kunststoffteil zu verkleben. Werden mit derartigen Verfahren zur Herstellung von Hybridstrukturen bspw. im Automobilbau Teile gefertigt, haben diese i. a. den Vorteil eines gegenüber einem reinen Metallbauteil geringeren Gewichts, jedoch sind sie teuer herzustellen. From EP 938 969 A1 it is known to use a metal framework a previously prepared fiber reinforced plastic part stick together. Used with such methods for the production of Hybrid structures, for example, in the automotive industry made parts have these i. a. the advantage of one over a pure one Metal component lighter weight, but they are expensive to produce.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer Hybridstruktur sowie eine Hybridstruktur, die insbesondere im Automobilbereich verwendbar ist, anzugeben, bei dem die Herstellung der Hybridstruktur günstiger ist. The object of the invention is to provide a method for Preparation of a hybrid structure and a hybrid structure, the is particularly useful in the automotive sector to indicate at where the production of the hybrid structure is more favorable.

Die Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. mit einer Hybridstruktur mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Durch die direkte und beim Aushärten des Kunststoffs stattfindende Verbindung, insbesondere Verklebung, zwischen dem Metallgerüst und dem mit den Endlosfasern versehenen Kunststoff, ist zumindest der Arbeitsschritt des Verklebens des vorgefertigten Kunststoffteils und des Metallgerüsts eingespart. Gleichzeitig bracht nunmehr kein relativ maßgetreues Kunststoffteil vorgefertigt werden. Ferner braucht kein speziellen Kleber mehr verwendet werden. The task is performed using a procedure with the characteristics of Claim 1 or with a hybrid structure with the features of claim 7 solved. By direct and when curing the plastic taking place compound, in particular Gluing, between the metal frame and the with the Endlosfasern provided plastic, is at least the Working step of gluing the prefabricated Saved plastic part and the metal frame. simultaneously now brings no relatively true-to-scale plastic part prefabricated. Furthermore, no special glue needs more be used.

Sinnvolle Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar. Im übrigen wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt Useful embodiments of the invention are the Subclaims removable. Moreover, the invention is based on in The drawings illustrated embodiments closer explained. It shows

Fig. 1a-1b eine schematische Darstellung einer verstärkten A-Säule eines Automobils, Fig. 1a-1b shows a schematic representation of a reinforced A-pillar of an automobile,

Fig. 2a-2b eine schematische Darstellung einer verstärkte Crashbox, wie sie im Stoßfängerbereich verwendbar ist und Fig. 2a-2b is a schematic representation of a reinforced crash box, as used in the bumper area and

Fig. 3a-3b eine schematische Darstellung einer Fahrzeugtür mit Seitenaufprallschutz. FIGS. 3a-3b show a schematic illustration of a vehicle door with a side impact protection.

In Fig. 1a und 1b sind Querschnitte einer verstärkten A-Säule einer Karosserie eines Pkws als Hybridstruktur 1 schematisch dargestellt. In FIGS. 1 a and 1 b, cross sections of a reinforced A-pillar of a body of a passenger vehicle are shown schematically as a hybrid structure 1 .

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1a ist im lichten Querschnitt der A-Säule ein Rohr angeordnet, das als Hybridstruktur ausgebildet ist. Das Rohr weist ein rohrförmiges innenliegendes Metallgerüst 2 auf, das mit einem Kunststoffteil 2 umgeben ist. Das Kunststoffteil 2 wird durch Endlosfasern 3 und ein klebewirksames Harz als Kunststoff gebildet. Die Endlosfasern 3 bilden eine Matte, die um das Metallgerüst 1 gewickelt ist. Das Metallgerüst 2 weist Durchbrüche und Hinterschneidungen (nicht eingezeichnet) auf, in denen zur besseren Haftung ebenfalls das Harz des Kunststoffteils 2 eingebracht und ausgehärtet ist. Für ein besseres Crashverhalten (Energieabsorption und Stabilität) sind hier auch die Endlosfasern 3 der Matte in axialer Richtung und Umfangsrichtung des Rohres, also zumindest teilweise in Richtung der wahrscheinlich zu erwartenden Hauptbelastungsrichtung, ausgerichtet. Von besonderem Vorteil ist hierbei ferner, dass die Wandstärke des Kunststoffteils 1 ortsdefiniert variiert werden kann, wodurch in einfacher Weise insbesondere das Deformationsverhalten gezielt beeinflusst werden kann. In the exemplary embodiment according to FIG. 1 a, a tube is arranged in the clear cross section of the A-pillar, which tube is designed as a hybrid structure. The tube has a tubular internal metal frame 2 , which is surrounded by a plastic part 2 . The plastic part 2 is formed by endless fibers 3 and a Klebewirksames resin as plastic. The endless fibers 3 form a mat which is wound around the metal frame 1 . The metal frame 2 has openings and undercuts (not shown), in which for better adhesion also the resin of the plastic part 2 is introduced and cured. For a better crash behavior (energy absorption and stability) are here also the continuous fibers 3 of the mat in the axial direction and circumferential direction of the tube, so at least partially aligned in the direction of the likely expected main load direction. Of particular advantage here is further that the wall thickness of the plastic part 1 can be varied location-defined, which in a simple manner, in particular the deformation behavior can be specifically influenced.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1b ist ebenfalls eine A-Säule dargestellt. Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1a bilden hier die Schalen der A-Säule allerdings gleichzeitig das Metallgerüst 1 für die Hybridstruktur. Die Matte aus Endlosfasern 3 ist innenseitig an den Schalen (Metallgerüst 1) angeordnet. Dadurch ist insbesondere der verfügbare Innenraum vergrößert und/oder kann der Gesamtquerschnitt der A-Säule verkleinert werden. In the embodiment of Fig. 1b, an A-pillar is also shown. In contrast to the embodiment according to FIG. 1a, however, the shells of the A-pillar simultaneously form the metal framework 1 for the hybrid structure. The mat of continuous fibers 3 is arranged on the inside of the shells (metal frame 1 ). As a result, in particular the available interior is increased and / or the total cross section of the A-pillar can be reduced.

In den Fig. 2a und 2b sind sogenannte Crash-Boxen, wie sie bspw. als Halterungen eines Stoßfängers dienen, dargestellt. Die beiden Crash-Boxen sind als Hybridstruktur ausgebildet. In beiden Fallen ist das faserverstärkte Kunststoffteil 1' am Mantel des Metallgerüstes 2' angeordnet und zwar bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2a außen und bei dem nach Fig. 2b innen. Denkbar wäre bspw. noch das Kunststoffteil 1' auch auf beiden Wandungsseiten anzuordnen. In Figs. 2a and 2b so-called crash boxes, as they serve, for example, as brackets of a bumper shown. The two crash boxes are designed as a hybrid structure. In both cases, the fiber-reinforced plastic part 1 'on the shell of the metal frame 2 ' is arranged and that in the embodiment of FIG. 2a outside and in the in Fig. 2b inside. It would be conceivable, for example, still to arrange the plastic part 1 'on both sides of the wall.

In den Fig. 3a und 3b sind die metallenen Außenschalen von Kfz-Türen dargestellt, die fahrzeuginnenseitig mit einem Kunststoffteil 1", das eine Matte aus Endlosfasern aufweist und aus einem Faserverbundwerkstoff besteht, versehen sind. Die Außenschalen bilden hierbei das Metallgerüst 2". Im Falle des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3a ist die Matte flach aufgetragen, wobei sie im Falle des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3b profiliert aufgetragen ist. Gleichzeit weist das Kunststoffteil 1" hier noch zusätzlich zwei im Querschnitt trapezförmige Schaumkerne 4 auf. Durch diese Verbundstruktur des Hybridbauteils nach Fig. 3b ist der Eindrückwiderstand der Türe bei vergleichbaren geringem Gewicht deutlich erhöht. In FIGS. 3a and 3b, the metal outer shells of vehicle doors are shown which "are provided, comprising a mat of continuous fibers and consists of a fibrous composite material. The outer shells in this case form the metal frame 2" inside of the vehicle with a plastic Part 1. In the case of the embodiment of Fig. 3a, the mat is applied flat, wherein it is applied profiled in the case of the embodiment of FIG. 3b. At the same time, the plastic part 1 "here additionally has two foam cores 4 of trapezoidal cross-section 4. As a result of this composite structure of the hybrid component according to Fig. 3b, the indentation resistance of the door is significantly increased with a comparably low weight.

Insgesamt hat es sich herausgestellt, dass als Werkstoff für die Endlosfasern 3 Glas- und/oder Aramid günstig ist. Bei gewebeverstärktem Kunststoff sind Aramidfaser-Kunststoffe und/oder Glasfaser-Kunststoffe und/oder Glas-/Kohlenstofffaser-Kunststoffe und/oder Aramid-/Kohlenstofffaser-Kunststoffe von Vorteil. Overall, it has been found that 3 glass and / or aramid is favorable as a material for the continuous fibers. For fabric reinforced plastics, aramid fiber plastics and / or glass fiber plastics and / or glass / carbon fiber plastics and / or aramid / carbon fiber plastics are advantageous.

Zur Herstellung erfindungsgemäßer Hybridstrukturen wird sinnvollerweise zuerst ein Metallgerüst 2, 2', 2" mit den gewünschten Abmessungen sowie mit Durchbrüchen und/oder Hinterschneidungen gefertigt. Das Metallgerüst 2, 2', 2" wird mit einer Matte aus Endlosfasern 3 belegt oder umwickelt und anschließend in ein Formwerkzeug eingelegt. In das geschlossene Formwerkzeug wird das als Vorprodukt des Kunststoffes des Kunststoffteils 1, 1', 1" verwendete klebewirksame Harz insbesondere unter Druck eingebracht, wodurch gleichzeitig die Durchbrüche und/oder Hinterschneidungen befüllt werden. Anschließend wird das Harz ausgehärtet, wodurch das sich bildende Kunststoffteil 1, 1', 1" direkt mit dem Metallgerüst verbunden wird. For the production of hybrid structures according to the invention, a metal framework 2 , 2 ', 2 "with the desired dimensions and with apertures and / or undercuts is usefully first fabricated The metal framework 2 , 2 ', 2 " is covered or wrapped with a mat of continuous fibers 3 and subsequently inserted in a mold. Which is in the closed mold as a precursor of the plastic of the plastic part 1, 1 ', 1 "adhesive effective resin used in particular introduced under pressure, which simultaneously fills the openings and / or undercuts. The resin is then cured, whereby the plastic part 1 which forms , 1 ', 1 "is connected directly to the metal framework.

Anstelle des separaten Belegens des Metallgerüsts 2, 2', 2" mit dem Harz und der Matte, kann das Harz und die Matte auch gleichzeitig auf das Metallgerüst 2, 2', 2" aufgebracht werden. Hierzu wird das Metallgerüst 2, 2', 2" bspw. mit einer Matte belegt bzw. umwickelt. Die Matte ist hierbei bereits mit dem Harz, welches allenfalls teilgehärtet und/oder wieder aktivierbar ist, versehen, insbesondere getränkt. Danach können die so vorgefertigten Einzelteile bspw. miteinander verpresst und durch Reaktion des Harzes miteinander verbunden werden. Instead of separately covering the metal framework 2 , 2 ', 2 "with the resin and the mat, the resin and the mat can also be simultaneously applied to the metal framework 2 , 2 ', 2 ". For this purpose, the metal framework 2 , 2 ', 2 "is covered or wrapped with a mat, for example, The mat is already provided, in particular impregnated, with the resin, which is at most partially hardened and / or reactivated Individual parts, for example, are pressed together and joined together by reaction of the resin.

Claims

1. A process for producing a hybrid structure of metal and fiber-reinforced plastic part, in which a metal framework is reinforced and bonded with a fiber-reinforced plastic,
characterized
that the plastic and / or its precursors of the later fiber-reinforced plastic part ( 1 , 1 ', 1 ") are at most partially applied to the metal framework ( 2 , 2 ', 2 "),
that as the fiber, an endless fiber ( 3 ) is selected, and
that the plastic and / or its precursors only after the application to the metal frame ( 2 , 2 ', 2 ") off or end hardened and non-positively connected to the metal frame ( 2 , 2 ', 2 ").

2. The method according to claim 1, characterized in that for the plastic and the continuous fiber ( 3 ) a fabric-reinforced plastic is selected, and that the plastic and the continuous fiber ( 3 ) at the same time and together on the metal frame ( 2 , 2 ', 2 " ) are applied.

3. The method according to claim 2, characterized, that the fabric-reinforced plastic is an aramid fiber Plastic and / or a glass fiber plastic and / or a Glass / carbon fiber plastic and / or an aramid / Carbon fiber plastic is selected.

4. The method according to claim 1, characterized, that in the curing of the plastic and / or its Precursors the hybrid structure is formed simultaneously.

5. The method according to claim 1, characterized in that as the material for the continuous fiber ( 3 ) glass and / or aramid is selected.

6. The method according to claim 1, characterized in that in hybrid structures, which are provided for a subsequent load, in particular for energy absorption, the continuous fibers ( 3 ) are aligned substantially parallel to the probable main load force.

7. hybrid structure with a metal framework and a fiber-reinforced plastic part, characterized in that the fiber is an endless fiber ( 3 ) and that the plastic part ( 1 , 1 ', 1 ") directly with the metal frame ( 2 , 2 ', 2 " ) connected is.

8. Hybrid structure according to claim 7, characterized in that the material of the continuous fiber ( 3 ) is glass and / or aramid.

9. hybrid structure according to claim 7, characterized in that the continuous fiber ( 3 ) form a preferably woven mat.

10. hybrid structure according to claim 9, characterized, that the mat aramid fibers and / or glass fibers and / or a Mixture of glass and carbon fibers and / or a mixture of aramid and carbon fibers.

11. hybrid structure according to claim 7, characterized in that in hybrid structures, which are provided for a subsequent load, in particular for energy absorption, the continuous fibers ( 3 ) are aligned substantially parallel to the probable main load force.

12. Hybrid structure according to claim 7, characterized in that the metal frame ( 2 , 2 ', 2 ") has openings and / or undercuts, in which the plastic of the plastic part ( 1 , 1 ', 1 ") is arranged.