DE102009051460A1 - Method for producing hollow profile, particularly column structure for body of motor vehicle, involves manufacturing hollow profile of multi-shell structural portion designed in positive or conformal manner - Google Patents

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Abstract

The method involves manufacturing a hollow profile of a multi-shell structural portion (12) designed in a positive or conformal manner. A core structure of the finished and manufactured structural portion forms a reinforcing member (14). The reinforcing member is coated in defined areas by a structural adhesive (20). The structural adhesive is cured by temperature loading. The reinforcing member is made of fiber composite material.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines ein Hohlprofil aufweisenden mehrschaligen Strukturteiles, insbesondere für eine Karosserie eines Kraftfahrzeuges, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Strukturteil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 16.The invention relates to a method for producing a multi-shell structural part having a hollow profile, in particular for a body of a motor vehicle, according to the preamble of claim 1 and a structural part according to the preamble of claim 16.

Aus der DE 10 2005 045 388 A1 beispielsweise ist ein Strukturteil, insbesondere als A-Säule der Karosserie eines Kraftfahrzeuges bekannt, das zur Erzielung einer hochbelastbaren, steifen Konstruktion eine Kombination aus einem als Hohlprofil ausgeführten Faserverbundteil und einem Stahlrohr aufweist, wobei das Stahlrohr über einen Verankerungsfuß mit dem Faserverbundteil mittels Schrauben fest verbunden ist. Ähnliche Strukturteile beschreiben auch die DE 10 2005 050 964 A1 oder die DE 10 2007 015 517 A1 .From the DE 10 2005 045 388 A1 For example, a structural part, in particular as A-pillar of the body of a motor vehicle is known, which has a combination of a designed as a hollow profile fiber composite part and a steel tube to achieve a heavy-duty, rigid construction, wherein the steel tube firmly connected via an anchoring foot with the fiber composite part by means of screws is. Similar structural parts also describe the DE 10 2005 050 964 A1 or the DE 10 2007 015 517 A1 ,

Problematisch bei solchen Konstruktionen ist das Zusammenwirken der beiden Strukturteile zur gleichmäßigen Spannungsverteilung im Bauteil sowie auch die Verknüpfung der Fertigungsprozesse, insbesondere bei einer Serienfertigung.The problem with such constructions is the interaction of the two structural parts for uniform stress distribution in the component as well as the linkage of the manufacturing processes, especially in mass production.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zum Herstellen eines ein Hohlprofil aufweisenden mehrschaligen Strukturteiles, insbesondere für eine Karosserie eines Kraftfahrzeuges, sowie ein derartiges mehrschaliges Strukturteil vorzuschlagen, das bei einer gleichmäßigen Spannungsverteilung im Strukturteil und einer hohen Festigkeit bei einer gewichtsgünstigen Konstruktion zudem fertigungstechnisch besonders günstig ist.The object of the invention is therefore to propose a method for producing a hollow profile having multi-shell structural part, in particular for a body of a motor vehicle, as well as such a multi-shell structural part, the production engineering especially at a uniform stress distribution in the structural part and a high strength in a weight-saving design is cheap.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved with the features of the independent claims. Advantageous developments are the subject of the dependent claims.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines ein Hohlprofil aufweisenden mehrschaligen Strukturteiles, insbesondere für eine Karosserie eines Kraftfahrzeuges, insbesondere für eine Säulenstruktur einer Kraftfahrzeugkarosserie, bei dem mehrere, das Strukturteil ausbildende Strukturschalen zu einem vorzugsweise geschlossenen Hohlprofil zusammengefügt werden und welches Strukturteil gemäß der nachfolgenden Herstellungsschritte kostengünstig, prozesssicher und gegebenenfalls voll automatisiert fertigbar ist:

  • – Herstellen eines wenigstens in Teilbereichen an das Hohlprofil des mehrschaligen Strukturteils form- und/oder konturangepassten, einen Kern des fertig hergestellten Strukturteils bildenden Verstärkungselementes,
  • – Beschichten des Verstärkungselementes in definierten Bereichen mit einem durch Temperaturbeaufschlagung aushärtbaren Strukturkleber,
  • – Einlegen des Verstärkungselementes in eine erste Strukturschale, wobei das Verstärkungselement mittels zumindest einem Halter an der ersten Strukturschale lagegenau positioniert wird,
  • – Aufsetzen der wenigstens einer weiteren Strukturschale und Zusammenfügen der das Verstärkungselement wenigstens bereichsweise umschliessenden Strukturschalen, und
  • – Aushärten des Strukturklebers im weiteren Fertigungsablauf.
The invention relates to a method for producing a multi-shell structural part having a hollow profile, in particular for a bodywork of a motor vehicle, in which a plurality of structural shells forming the structural part are joined together to form a preferably closed hollow profile and which structural part according to the subsequent manufacturing steps cost-effective, reliable and if necessary fully automated manufacturable:
  • Producing a reinforcing element which forms a core of the finished structural part, at least in part regions on the hollow profile of the multi-shell structural part and / or contour-adapted,
  • Coating the reinforcing element in defined areas with a structure adhesive which can be hardened by applying temperature,
  • Inserting the reinforcing element into a first structural shell, wherein the reinforcing element is positioned accurately by means of at least one holder on the first structural shell,
  • - placing the at least one further structural shell and joining together the reinforcing element at least partially surrounding structural shells, and
  • - Curing of the structural adhesive in the further production process.

Diese Verfahrensführung stellt insbesondere sicher, dass zwischen dem vorgefertigten Verstärkungselement aus bevorzugt Faserverbundwerkstoff und dem mehrschaligen Strukturteil eine gleichmäßige, prozesssichere Verteilung des Strukturklebers erfolgen kann, die eine innige Verbindung der Bauteile (mehrschaliges Strukturteil und Verstärkungselement) und damit eine optimale Kraftverteilung sicherstellt. Der wenigstens eine Halter erfüllt dabei in vorteilhafter Weise eine Doppelfunktion. Er gewährleistet eine konstruktiv vorgegebene, genaue Positionierung des Verstärkungsteiles in der ersten Strukturschale und hält das Verstärkungsteil in dieser Position, bis in einem gegebenenfalls späteren Fertigungsschritt ein Aushärten des Strukturklebers erfolgt.This procedure ensures, in particular, that a uniform, process-reliable distribution of the structural adhesive can take place between the prefabricated reinforcing element of preferably fiber composite material and the multi-shell structural part, which ensures an intimate connection of the components (multi-shell structural part and reinforcing element) and thus optimum force distribution. The at least one holder fulfills a dual function in an advantageous manner. It ensures a structurally predetermined, accurate positioning of the reinforcing member in the first structural shell and holds the reinforcing member in this position until curing of the structural adhesive takes place in an optionally later manufacturing step.

Das Aushärten des Strukturklebers erfolgt in vorteilhafter Weise im weiteren Fertigungsablauf in einem Lackierofen eines mehrstufigen Lackierprozesses, in dem das Bauteil mit Temperatur beaufschlagt wird und aushärtet. Die Aushärtung erfolgt dabei insbesondere zeitlich nach einer Kathodischen Tauchlackierung (KTL). Dies kann insbesondere nach der Fertigstellung der Rohbaukarosserie und anschließendem Tauchlackieren in einem Durchlaufofen erfolgen. Somit können zwei an sich erforderliche Fertigungsschritte in einem durchgeführt werden.The curing of the structural adhesive takes place in an advantageous manner in the further manufacturing process in a painting oven a multi-stage coating process in which the component is subjected to temperature and cured. The curing takes place in particular in time after a cathodic dip painting (KTL). This can be done in particular in a continuous furnace after the completion of the bodyshell and subsequent dip coating. Thus, two required per se manufacturing steps can be performed in one.

Die bevorzugt mehreren Halter zum Positionieren des Verstärkungselementes können bei der Herstellung des Verstärkungselementes in die Matrix des Verstärkungselementes mit eingebunden werden. Dabei können die Halter in die zur Fertigstellung des zum Beispiel durch einen gewirkten Wickelkörper gebildeten Verstärkungselementes erforderliche Außenform eingelegt, zum Beispiel magnetisch gehalten und schließlich durch Einspritzen der aus Kunstharz und einem Härter gebildeten Matrix und anschließendem Aushärten in einem Temperofen mit dieser fest verbunden werden. Die bevorzugt mehreren Halter sind zum Beispiel fertigungstechnisch günstig durch einfache Metalllaschen gebildet. Grundsätzlich kommen jedoch auch andere Werkstoffe in Betracht, zum Beispiel hochfeste Kunststoffe oder dergleichen.The preferred plurality of holders for positioning the reinforcing element can be incorporated into the matrix of the reinforcing element in the production of the reinforcing element. In this case, the holder can be inserted into the required for completion of the example formed by a knitted bobbin reinforcing element outer shape, for example, magnetically held and finally connected by injecting the matrix formed of synthetic resin and a hardener and subsequent curing in a tempering with this. The preferred plurality of holders are formed, for example, favorable production technology by simple metal tabs. In principle, however, other materials come into consideration, for example, high-strength plastics or the like.

Besonders bevorzugt sind die Halter durch Laschen gebildet, die mit einem Abschnitt am Außenumfang des Verstärkungselementes anliegen und/oder die einen radial abragenden Abschnitt aufweisen. Letzterer ragt bevorzugt in eine Teilungsfläche einer Werkzeugform zur Herstellung des Verstärkungselementes ein. Die Halter sind des Weiteren bevorzugt metallisch ausgebildet.Particularly preferably, the holders are formed by tabs, which with a section on Abut the outer circumference of the reinforcing element and / or having a radially projecting portion. The latter preferably protrudes into a dividing surface of a tool mold for producing the reinforcing element. The holders are furthermore preferably metallic.

Des Weiteren können die zum Beispiel durch Metalllaschen gebildeten Halter nach dem Einlegen des vorgefertigten Verstärkungselementes in die erste Strukturschale in fertigungstechnisch günstiger Weise stoffschlüssig oder kraftschlüssig mit dieser Strukturschale verbunden werden. Insgesamt kann somit mit derartigen Laschen die Anbindung derselben am Verstärkungselement sowie auch die Anbindung von Strukturschalen am Halter auf fertigungstechnisch einfache Weise erfolgen.Furthermore, the holders formed, for example, by metal tabs can be connected to the structural shell in a materially or force-fit manner after insertion of the prefabricated reinforcing element into the first structural shell in a production-technically favorable manner. Overall, with such tabs, the connection of the same on the reinforcing element as well as the connection of structural shells on the holder can be made on a simple manufacturing technology.

Die Strukturschalen des Strukturteiles und die Halter können zum Beispiel aus Stahlblech hergestellt und die Halter mit der einen Strukturschale verschweißt werden, zum Beispiel im elektrischen Punktschweißverfahren. Alternativ können die Strukturschalen und die Halter jedoch auch aus einem anderen Material, zum Beispiel aus Leichtmetall, oder unterschiedlichen Materialien gefertigt und die Halter mit der Strukturschale zum Beispiel vernietet werden. Beide Alternativen eignen sich besonders für automatische Fertigungsabläufe.The structural shells of the structural part and the holders can be made of sheet steel, for example, and the holders welded to the one structural shell, for example in the electric spot welding process. Alternatively, however, the structural shells and the holders can also be made of another material, for example of light metal, or different materials, and the holders can be riveted to the structural shell, for example. Both alternatives are particularly suitable for automatic production processes.

Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei der die zumindest zwei Strukturschalen mit Fügebereiche bildenden Randflanschen ausgeführt und die Halter zum Positionieren des Verstärkungselementes an dem einen Randflansch festgelegt werden.Particularly preferred is an embodiment in which the at least two structural shells are designed with edge flanges forming joining areas and the holders are fixed for positioning the reinforcing element on the one edge flange.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die zumindest zwei Strukturschalen mit einen Fügebereich bildenden Randflanschen ausgeführt werden, an denen die Strukturschalen unmittelbar oder mittelbar unter Zwischenschaltung des wenigstens einen Halters zum Positionieren des Verstärkungselementes miteinander verbunden werden. Hierdurch ergibt sich eine einfache Verbindungsmöglichkeit der einzelnen Bauteile zur Ausbildung des gewünschten Strukturteil-Hohlprofils mitsamt innenliegendem Verstärkungselement.In accordance with a further particularly preferred embodiment of the present invention, it is provided that the at least two structural shells are designed with edge flanges forming a joining region, at which the structural shells are connected to one another directly or indirectly with the interposition of the at least one holder for positioning the reinforcing element. This results in a simple connection possibility of the individual components for the formation of the desired structural part-hollow profile together with internal reinforcing element.

Zur Bereitstellung eines kostengünstigen Fertigungsablaufes des Strukturteiles bei der Serienfertigung der Karosserie des Kraftfahrzeuges wird ferner vorgeschlagen, dass das Aufbringen des Strukturklebers, das anschließende Einlegen des Verstärkungselementes in die erste Strukturschale, die Positionierung des Verstärkungselementes, das Festlegen des wenigstens einen Halters und das Ansetzen der wenigstens einen weiteren Strukturschale sowie das Zusammenfügen der Strukturschalen automatisiert mittels Fertigungsrobotern durchgeführt wird.To provide a cost-effective manufacturing process of the structural part in the series production of the body of the motor vehicle is also proposed that the application of the structural adhesive, the subsequent insertion of the reinforcing element in the first structural shell, the positioning of the reinforcing element, the setting of the at least one holder and the attachment of at least another structural shell and the assembly of the structural shells is performed automatically by means of manufacturing robots.

Dazu kann zum Beispiel ein erster Fertigungsroboter das Verstärkungselement greifen, sodann mittels eines zweiten Fertigungsroboters der Strukturkleber aufgebracht, dann das Verstärkungselement in die erste Strukturschale eingelegt, positioniert und schließlich mittels eines dritten Schweiß- oder Nietroboters die Halter des Verstärkungselementes und die Randflansche der Strukturschalen miteinander fest verbunden werden.For this purpose, for example, a first manufacturing robot grip the reinforcing element, then applied by means of a second manufacturing robot of the structural adhesive, then inserted the reinforcing element in the first structural shell, positioned and finally by means of a third welding or riveting robot the holder of the reinforcing element and the edge flanges of the structural shells together get connected.

Das Verstärkungselement selbst ist bevorzugt aus einem Verbundwerkstoff, höchst bevorzugt aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Verstärkungselement als Hohlprofil ausgebildet ist. Ein derartig aufgebautes Verstärkungselement ist hochbelastbar und stellt eine hervorragende Aussteifungsmöglichkeit für gegebenenfalls hohen Belastungen und Kräften ausgesetzte Strukturteile von Fahrzeugkarosserien dar, zum Beispiel in Säulenbereiche, insbesondere in A-Säulenbereichen von Cabriolets.The reinforcing element itself is preferably made of a composite material, most preferably made of a fiber composite material. Alternatively or additionally, it can be provided that the reinforcing element is designed as a hollow profile. A reinforcing element constructed in this way is highly loadable and represents an outstanding stiffening possibility for structural parts of vehicle bodies exposed to high loads and forces, for example in column areas, in particular in A-pillar areas of convertibles.

Zur Herstellung des Verstärkungselementes werden dabei bevorzugt eine oder mehrere Fasern in einem Strick- und/oder Wirk- und/oder Flechtprozess ein- oder mehrlagig über einen ein- oder mehrteiligen Kern gewickelt. Dieser Wickelkörper wird anschließend mit Kunstharz getränkt und ausgehärtet, wobei der Kern gegebenenfalls entfernt wird. Ein derartig aufgebautes Verstärkungselement erlaubt eine gute Spannungs- und damit Kraftverteilung im Bauteil selbst und ist damit, wie vorstehend beschrieben, hervorragend als Verstärkungselement für hochbelastete Strukturteile geeignet.To produce the reinforcing element, preferably one or more fibers are wound in a knitting and / or knitting and / or braiding process in one or more layers over a single-part or multi-part core. This bobbin is then soaked with synthetic resin and cured, the core is optionally removed. A reinforcing element constructed in this way allows a good distribution of stress and thus force in the component itself and is thus, as described above, outstandingly suitable as a reinforcing element for heavily loaded structural parts.

Bei der Belastung insbesondere von Säulenstrukturen treten je nach Anwendungsfall innerhalb des Strukturteiles örtlich verteilt sowohl hohe Zugbelastungen als auch hohe Druckbelastungen auf. Zur Erzielung einer insgesamt gleichmäßigen Belastbarkeit des Strukturteiles wird deshalb vorgeschlagen, dass in das Verstärkungselement aus bevorzugt einem Faserverbundwerkstoff an örtlich besonders druckbeaufschlagten Stellen Inlays, insbesondere Metallinlays, eingebunden werden, die die konstruktionsbedingt geringere Druckbelastbarkeit des Verstärkungselementes aus zum Beispiel einem Faserverbundwerkstoff vorteilhaft ausgleichen können. Besonders vorteilhaft wird dabei die Verstärkungseinlage im Rahmen des Strick- und/oder Wirk- und/oder Flechtprozesses und/oder im Rahmen des Tränkvorgangs, der vorzugsweise ein Injektionsvorgang ist, das heißt im Rahmen der bevorzugten Herstellung des Verstärkungselementes als Faserverbundwerkstoff-Bauteil, eingebunden.When loading in particular column structures occur depending on the application within the structural part locally distributed both high tensile loads and high pressure loads. To achieve a total uniform load capacity of the structural part is therefore proposed that in the reinforcing element of preferably a fiber composite at locally particularly pressurized bodies inlays, especially metal inlays are involved, which can compensate for the design lower compressive strength of the reinforcing element of, for example, a fiber composite advantageous. Particularly advantageous is the reinforcing insert in the context of the knitting and / or knitting and / or braiding process and / or in the context of the impregnation process, which is preferably an injection process, that is in the context of the preferred production of the reinforcing element as a fiber composite component involved.

Bezüglich des mehrschaligen Strukturteils wird die Aufgabe gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 16. Dieser schlägt ein mehrschaliges Strukturteil mit einem Hohlprofil für eine Karosserie eines Kraftfahrzeuges, insbesondere für eine Säulenstruktur einer Kraftfahrzeugkarosserie, vor, bei dem mehrere, das Strukturteil ausbildende Strukturschalen zu einem vorzugsweise geschlossenen Hohlprofil zusammengefügt sind. Erfindungsgemäß ist in das mehrschalige Strukturteil ein wenigstens bereichsweise an das Hohlprofil form- und/oder konturangepasstes, einen Kern des Strukturteils bildendes Verstärkungselement integriert ist, wobei das Verstärkungselement mittels zumindest eines Halters an wenigstens einer der Strukturschalen festgelegt ist und in definierten Verstärkungselement- und/oder Halterbereichen mit einem durch Temperaturbeaufschlagung aushärtbaren Strukturkleber versehen ist. Die Strukturschalen umschliessen das Verstärkungselement im zusammengefügten Zustand wenigstens bereichsweise, vorzugsweise vollständig. With respect to the multi-shell structural part, the object is achieved with the features of claim 16. This proposes a multi-shell structural part with a hollow profile for a body of a motor vehicle, in particular for a pillar structure of a motor vehicle body, in which a plurality, the structural part forming structural shells to a preferably closed Hollow profile are joined together. According to the invention, a reinforcing element forming a core of the structural part is integrally and / or contour-integrated into the multi-shell structural part, the reinforcing element being fixed to at least one of the structural shells by means of at least one holder and in defined reinforcing element and / or Holder areas is provided with a thermosetting by thermosetting structural adhesive. The structural shells surround the reinforcing element in the assembled state at least partially, preferably completely.

Mit einem derartigen Strukturteil ergeben sich die zuvor in Verbindung mit der Würdigung des Verfahrens genannten Vorteile.With such a structural part, the advantages mentioned above in connection with the appreciation of the method result.

Schließlich besteht eine besonders bevorzugte Anwendung des Strukturteiles in einer Säule, insbesondere einer A-Säule, der Karosserie eines Cabriolets, wobei sich gezeigt hat, dass das Strukturteil die besonders hohen Festigkeits- und Belastbarkeitsanforderungen des frei nach oben abragenden, durch keine Dachkonstruktion abgestützten Abschnittes der A-Säule voll erfüllen kann.Finally, there is a particularly preferred application of the structural part in a column, in particular an A-pillar, the body of a convertible, wherein it has been shown that the structural part of the particularly high strength and load capacity requirements of the free upwardly projecting, supported by no roof structure portion of the A-pillar can fully meet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 einen Längsschnitt durch den oberen Abschnitt einer A-Säule als Strukturteil für die Karosserie eines Cabriolets, mit einem als Hohlprofil ausgeführten, zweischaligen Strukturteil und einem eingesetzten Verstärkungselement aus zum Beispiel Faserverbundwerkstoff, 1 a longitudinal section through the upper portion of an A-pillar as a structural part for the body of a convertible, with a designed as a hollow profile, bivalve structural part and a reinforcing element used from, for example, fiber composite material,

2 einen Querschnitt gemäß Linie II-II der 1 durch das rohrförmige Verstärkungselement mit angebundenem Halter, 2 a cross section according to line II-II of 1 through the tubular reinforcing element with attached holder,

3 das in die eine erste Strukturschale bereits eingesetzte Verstärkungselement, ebenfalls im Querschnitt gemäß Linie II-II, und 3 in the first structural shell already used reinforcing element, also in cross section according to line II-II, and

4 im Querschnitt gemäß Linie II-II das gesamte Strukturteil mit eingesetztem Verstärkungselement und gefügten Strukturschalen. 4 in cross section according to line II-II, the entire structural part with inserted reinforcing element and joined structural shells.

In den 1 und 4 ist ein als A-Säule für eine Karosserie eines Cabriolet ausgeführtes Strukturteil 12 teilweise dargestellt, das sich hier beispielhaft aus zwei Strukturschalen 12a, 12b aus zum Beispiel Stahlblech und einem form- und konturangepasst eingesetzten Verstärkungselement 14 aus zum Beispiel einem Faserverbundwerkstoff zusammensetzt.In the 1 and 4 is a designed as A-pillar for a body of a convertible structural part 12 partially represented, this example of two structural shells 12a . 12b made of, for example, sheet steel and a shape and contour adapted reinforcement element 14 made of, for example, a fiber composite material.

Die ein Hohlprofil ausbildenden Strukturschalen 12a, 12b (4) sind mittels parallel zueinander ausgerichteten Randflanschen 12c durch elektrisches Widerstandsschweißen bzw. Punktschweißen zusammengefügt. Die Strukturschalen 12a, 12b sind zum Beispiel im Tiefziehverfahren hergestellt und bilden hier beispielhaft den oberen Abschnitt der nur teilweise dargestellten A-Säule 10.The hollow sections forming a structural shell 12a . 12b ( 4 ) are by means of parallel aligned edge flanges 12c assembled by electrical resistance welding or spot welding. The structural shells 12a . 12b are manufactured, for example, by the deep-drawing process and form here by way of example the upper portion of the only partially shown A-pillar 10 ,

Das bevorzugt ebenfalls als Hohlprofil ausgeführte Verstärkungselement 14 ist abhängig vom Belastungsprofil mit unterschiedlichen Wandstärken und Querschnittsflächen hergestellt und zumindest in Teilbereichen an die Geometrie des Hohlprofiles des Strukturteils 12 im Wesentlichen angepasst.The preferably also designed as a hollow profile reinforcing element 14 is produced depending on the load profile with different wall thicknesses and cross-sectional areas and at least in some areas of the geometry of the hollow section of the structural part 12 essentially adjusted.

Das Verstärkungselement 14 ist zum Beispiel gefertigt aus einem um einen Kern (nicht dargestellt) angeordneten Wickelkörper aus zum Beispiel Kohlenstofffasern, der dann in eine schließbare Werkzeugform eingelegt wird. In den Wickelkörper sind ein oder mehrere Inlays 16 (1) aus Stahlblech eingebunden, die die Steifigkeit und Festigkeit des Verstärkungselementes 14 an gezielten Stellen erhöhen.The reinforcing element 14 For example, it is made of a winding body of, for example, carbon fibers arranged around a core (not shown), which is then inserted into a closable tool mold. In the winding body are one or more inlays 16 ( 1 ) made of sheet steel, which incorporates the rigidity and strength of the reinforcing element 14 increase at targeted locations.

In die Werkzeugform werden zudem mehrere, als Halter dienende, hier beispielsweise aus Metall gefertigte Laschen 18 (vergleiche auch 2 und 3) an definierten Stellen eingelegt, die in der Werkzeugform zum Beispiel durch Magnetkraft gehalten sind. Die Metalllaschen 18 weisen jeweils einen an den Außenumfang des Verstärkungselementes 14 angepassten Abschnitt 18a und einen radial abragenden Abschnitt 18b auf, der zudem in die Teilungsfläche der Werkzeugform einragt.In the tool mold also several serving as a holder, here for example made of metal tabs 18 (compare also 2 and 3 ) are inserted at defined locations, which are held in the tool shape, for example by magnetic force. The metal straps 18 each have one on the outer periphery of the reinforcing element 14 adapted section 18a and a radially projecting portion 18b on, which also protrudes into the division surface of the tool shape.

Sodann wird in die geschlossene Werkzeugform die aus Kunstharz und einem Härter bestehende Matrix injiziert bzw. eingespritzt, die den Wickelkörper durchtränkt und entsprechend umhüllt.Then injected into the closed mold die consisting of synthetic resin and a curing matrix or injected, which soaks through the bobbin and wrapped accordingly.

Nach dem Aushärten der Matrix durch entsprechende Temperaturbeaufschlagung in einem Temperofen bei einer definierten Aushärtungszeit wird das Verstärkungselement 14 aus Faserverbundwerkstoff entnommen. Die Halter 18 sind dabei mit dem Wickelkörper und der Matrix fest verbunden; gleiches gilt für die Metallinlays 16.After the curing of the matrix by appropriate temperature application in a tempering furnace at a defined curing time, the reinforcing element 14 taken from fiber composite material. The holders 18 are firmly connected to the winding body and the matrix; The same applies to the metal inlays 16 ,

Nach dem eventuellen Entfernen des Kerns des Verstärkungselementes 14 ist dieses einbaufertig.After any removal of the core of the reinforcing element 14 this is ready to be installed.

Vor dem Einlegen des Verstärkungselementes 14 (2) in die erste Strukturschale 12a aus zum Beispiel Stahlblech wird das Verstärkungselement 14 an definierte Kontaktstellen mit dem Strukturteil 12 bildenden Umfangsbereichen oder vollständig mit einem durch Temperaturbeaufschlagung aushärtbaren Strukturkleber (zum Beispiel BM 1496 F, als dicke Linien 20 dargestellt) umspritzt. Before inserting the reinforcing element 14 ( 2 ) in the first structural shell 12a For example, steel sheet becomes the reinforcing element 14 at defined contact points with the structural part 12 forming peripheral regions or completely with a heat-curable by temperature structural adhesive (for example, BM 1496 F, as thick lines 20 shown) overmoulded.

Beim Einlegen des Verstärkungselementes 14 (3) wird dieses über die angeordneten Halter 18 in der eine erste Halbschale bildenden ersten Strukturschale 12a derart positioniert, dass ein gleichmäßiger, mit Strukturkleber 20 ausgefüllter Abstand zur ersten Strukturschale 12a gegeben ist. In dieser Position liegen die radial abragenden Abschnitte 18b der Halter 18 an den Randflanschen 12c der ersten Strukturschale 12a an und werden sodann mit dieser durch zum Beispiel elektrisches Punktschweißen (Schweißpunkt 22) fest verbunden.When inserting the reinforcing element 14 ( 3 ) This is about the arranged holder 18 in the first half shell forming the first structural shell 12a positioned so that a more uniform, with structural adhesive 20 filled distance to the first structural shell 12a given is. In this position are the radially projecting portions 18b the holder 18 on the edge flanges 12c the first structural shell 12a and then with this by, for example, electric spot welding (weld 22 ) firmly connected.

Daran anschließend wird die eine zweite Halbschale bildende zweite Strukturschale 12b, gegebenenfalls nach weiterem Aufspritzen des Strukturklebers 20, wie in 4 dargestellt, aufgesetzt und es werden die Strukturschalen 12a, 12b ebenfalls durch Punktschweißen 22 im Bereich ihrer Randflansche 12c fest miteinander verschweißt. Die Anbindung des Randflansches 12c der zweiten Strukturschale 12b erfolgt analog zur Anbindung der ersten Strukturschale 12a am Abschnitt 18b des Halters 18, (Schweißpunkt 22' als Dreiblechschweißpunkt) so dass die beiden dem Abschnitt 18b zugeordneten Randflansche 12c der Strukturschalen 12a, 12b miteinander mittelbar über eben diesen Abschnitt 18b verbunden sind. Der Strukturkleber 20 zwischen Verstärkungselement 14 und/oder Abschnitt 18a einerseits sowie zweiter Strukturschale 12b andererseits kann vor der Verbindung der Bauteile, das heißt vor dem Auf- bzw. Ansetzen der zweiten Strukturschale verstärkungselementseitig und/oder strukturschalenseitig aufgetragen werden.Following this, the second structural shell forming a second half shell is formed 12b , optionally after further spraying the structural adhesive 20 , as in 4 shown, put on and it will be the structural shells 12a . 12b also by spot welding 22 in the area of their edge flanges 12c firmly welded together. The connection of the edge flange 12c the second structural shell 12b takes place analogously to the connection of the first structural shell 12a at the section 18b of the owner 18 , (Weld point 22 ' as three-piece welding point) so that the two the section 18b associated edge flanges 12c the structural shells 12a . 12b indirectly with each other via just this section 18b are connected. The structure adhesive 20 between reinforcing element 14 and / or section 18a on the one hand and second structural shell 12b On the other hand, before the connection of the components, that is to say before the application or attachment of the second structural shell, reinforcing element side and / or structural shell side can be applied.

Als letzter Verfahrensschritt werden das Verstärkungselement 14 und das Strukturteil 12 der A-Säule 10 durch Aushärten des Strukturklebers 20 fest zu einem eine hohe Festigkeit und Biegesteifigkeit aufweisenden, gewichtsgünstigen Strukturteil miteinander verbunden. Dies erfolgt vorteilhaft im Verlauf des mehrstufigen Lackiervorgangs durch die dort herrschenden Temperaturen, zum Beispiel nach einer KTL-Tauchlackierung.As the last method step, the reinforcing element 14 and the structural part 12 the A-pillar 10 by curing the structural adhesive 20 firmly connected to a high strength and flexural stiffness, lightweight structural part with each other. This is advantageously carried out in the course of the multi-stage coating process by the temperatures prevailing there, for example after a cathodic dip-paint painting.

Der beschriebene Fertigungsablauf wird zur Erzielung einer kostengünstigen, prozesssicheren Serienfertigung von Karosserien von Kraftfahrzeugen nach folgenden, automatisierten Schritten ausgeführt:
Ein erster Fertigungsroboter greift das vorgefertigte Verstärkungselement 14 aus einer entsprechenden Bevorratung und führt es einem zweiten Fertigungsroboter zu, mittels dem der Strukturkleber 20 nach vorprogrammierten Mengen- und Positionsvorgaben aufgebracht wird.The production process described is carried out to achieve a cost-effective, reliable mass production of bodies of motor vehicles according to the following automated steps:
A first manufacturing robot grips the prefabricated reinforcing element 14 from a corresponding storage and leads it to a second manufacturing robot, by means of which the structural adhesive 20 is applied according to pre-programmed quantity and position specifications.

Nach dem Einlegen des so vorbehandelten Verstärkungselementes 14 in die erste Strukturschale 12a durch den ersten Fertigungsroboter werden mittels eines dritten Schweißroboters die Abschnitte 18b der Halter 18 des Verstärkungselementes 14 mit den Randflanschen 12c der ersten Strukturschale 12a verschweißt.After inserting the thus pretreated reinforcing element 14 in the first structural shell 12a by the first manufacturing robot by means of a third welding robot, the sections 18b the holder 18 of the reinforcing element 14 with the edge flanges 12c the first structural shell 12a welded.

Anschließend wird die zweite Strukturschale 12b des Strukturteils 12 der A-Säule 10 wiederum durch den ersten Fertigungsroboter aufgelegt und mit der ersten Strukturschale 12a über die Randflansche 12c mittels des dritten Schweißroboters im Punktschweißverfahren fest verbunden.Subsequently, the second structural shell 12b of the structural part 12 the A-pillar 10 in turn launched by the first manufacturing robot and with the first structural shell 12a over the edge flanges 12c firmly connected by means of the third welding robot in the spot welding process.

Nach der rohbaumäßigen Fertigstellung der gesamten Karosserie wird diese in bekannter Weise einer Tauchlackierung unterzogen, die in einem im Fertigungsprozess anschließenden Durchlaufofen bei einer definierten Temperatur und Durchlaufzeit eingebrannt wird. Mit dem Einbrennen der Tauchlackierung wird gleichzeitig der Strukturkleber 20 ausgehärtet und das Strukturteil 12 ist voll belastungsfähig.After the rohbaumäßigen completion of the entire bodywork this is subjected in a known manner a dip coating, which is baked in a subsequent continuous furnace in the manufacturing process at a defined temperature and cycle time. With the baking of the dip coating, the structural adhesive is simultaneously 20 cured and the structural part 12 is fully loadable.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann das Strukturteil 12 auch Teil einer anderen Rahmen- oder Säulenstruktur der Karosserie des Kraftfahrzeuges sein. Das Verschweißen der Halter 18 und der Strukturschalen 12a, 12b kann gegebenenfalls auch in einem einheitlichen Arbeitsschritt durchgeführt werden.The invention is not limited to the embodiment described. So can the structural part 12 also be part of another frame or pillar structure of the body of the motor vehicle. The welding of the holder 18 and the structural shells 12a . 12b may also be carried out in a single step.

Schließlich kann das Strukturteil 12 anstatt, wie beispielhaft beschrieben, aus Stahlblech auch aus Leichtmetall hergestellt sein. Gleiches gilt für die beschriebenen Halter 18, die gegebenenfalls auch andere geometrische Formen haben können. Bei Leichtmetall-Bauteilen können anstelle von Schweißverbindungen auch Nietverbindungen verwendet sein, zum Beispiel im Stauchnietverfahren.Finally, the structural part 12 instead, as described by way of example, be made of sheet steel and light metal. The same applies to the described holder 18 , which may possibly have other geometric shapes. In the case of light metal components, riveted joints can also be used instead of welded joints, for example in the upset riveting method.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (17)

Verfahren zum Herstellen eines ein Hohlprofil aufweisenden mehrschaligen Strukturteiles, insbesondere für eine Karosserie eines Kraftfahrzeuges, insbesondere für eine Säulenstruktur einer Kraftfahrzeugkarosserie, bei dem mehrere, das Strukturteil ausbildende Strukturschalen zu einem vorzugsweise geschlossenen Hohlprofil zusammengefügt werden, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Herstellen eines wenigstens in Teilbereichen an das Hohlprofil des mehrschaligen Strukturteils (12) form- und/oder konturangepassten, einen Kern des fertig hergestellten Strukturteils (12) bildenden Verstärkungselementes (14), – Beschichten des Verstärkungselementes (14) in definierten Bereichen mit einem durch Temperaturbeaufschlagung aushärtbaren Strukturkleber (20), – Einlegen des Verstärkungselementes (14) in eine erste Strukturschale (12a), wobei das Verstärkungselement (14) mittels zumindest einem Halter (18) an der ersten Strukturschale (12a) lagegenau positioniert wird, – Aufsetzen der wenigstens einer weiteren Strukturschale (12b) und Zusammenfügen der das Verstärkungselement (14) wenigstens bereichsweise umschliessenden Strukturschalen (12a, 12b), und – Aushärten des Strukturklebers (20) im weiteren Fertigungsablauf.A method for producing a multi-layered structural part having a hollow profile, in particular for a bodywork of a motor vehicle, in which a plurality of structural shells forming the structural part are joined together to form a preferably closed hollow profile, characterized by the following steps: producing at least one Subareas to the hollow profile of the multi-shell structural part ( 12 ) shaped and / or contour-adapted, a core of the finished structural part ( 12 ) forming reinforcing element ( 14 ), - coating of the reinforcing element ( 14 ) in defined areas with a temperature-curable structural adhesive ( 20 ), - inserting the reinforcing element ( 14 ) into a first structural shell ( 12a ), wherein the reinforcing element ( 14 ) by means of at least one holder ( 18 ) on the first structural shell ( 12a ) is accurately positioned, - placing the at least one further structural shell ( 12b ) and joining the reinforcing element ( 14 ) at least partially enclosing structural shells ( 12a . 12b ), and - curing the structural adhesive ( 20 ) in the further production process. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strukturkleber (20) im weiteren Fertigungsablauf in einem Lackierofen eines mehrstufigen Lackierprozesses mit Temperatur beaufschlagt wird und aushärtet, insbesondere nach einer Kathodischen Tauchlackierung (KTL) ausgehärtet wird.A method according to claim 1, characterized in that the structural adhesive ( 20 ) is applied in the further production process in a paint oven of a multi-stage coating process with temperature and hardens, in particular after a cathodic dip coating (KTL) is cured. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Halter (18) zum Positionieren des Verstärkungselementes (14) bei der Herstellung des Verstärkungselementes (14) in die Matrix des Verstärkungselementes (14) mit eingebunden wird.Method according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one holder ( 18 ) for positioning the reinforcing element ( 14 ) in the manufacture of the reinforcing element ( 14 ) in the matrix of the reinforcing element ( 14 ) is involved. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halter (18) durch Laschen, insbesondere Metalllaschen, gebildet sind, die mit einem Abschnitt (18a) am Außenumfang des Verstärkungselementes (14) anliegen und/oder die einen radial vom Verstärkungselement (14) abragenden Abschnitt (18b) aufweisen, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass der radial vom Verstärkungselement (14) abragende Abschnitt (18b) in eine Teilungsfläche einer Werkzeugform zur Herstellung des Verstärkungselementes (14) einragt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the holders ( 18 ) are formed by tabs, in particular metal tabs, which are provided with a section ( 18a ) on the outer periphery of the reinforcing element ( 14 ) and / or the one radially from the reinforcing element ( 14 ) projecting section ( 18b ), wherein it is preferably provided that the radial of the reinforcing element ( 14 ) projecting section ( 18b ) in a dividing surface of a tool mold for the production of the reinforcing element ( 14 ) protrudes. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Halter (18) nach dem Einlegen des Verstärkungselementes (14) in die erste Strukturschale (12a) stoffschlüssig oder kraftschlüssig mit dieser Strukturschale (12a) verbunden wird.Method according to claim 3 or 4, characterized in that the at least one holder ( 18 ) after inserting the reinforcing element ( 14 ) into the first structural shell ( 12a ) cohesively or non-positively with this structural shell ( 12a ) is connected. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Halter (18) mit der ersten Strukturschale (12a) verschweißt und/oder vernietet und/oder verschraubt wird.Method according to claim 5, characterized in that the at least one holder ( 18 ) with the first structural shell ( 12a ) is welded and / or riveted and / or screwed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Strukturschalen (12a, 12b) mit einen Fügebereich bildenden Randflanschen (12c) ausgeführt werden und dass der wenigstens eine Halter (18) zum Positionieren des Verstärkungselementes (14) an wenigstens einem der Randflansche (12c) befestigt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the at least two structural shells ( 12a . 12b ) with a joining area forming edge flanges ( 12c ) and that the at least one holder ( 18 ) for positioning the reinforcing element ( 14 ) on at least one of the edge flanges ( 12c ) is attached. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Strukturschalen (12a, 12b) mit einen Fügebereich bildenden Randflanschen (12c) ausgeführt werden, an denen die Strukturschalen (12a, 12b) unmittelbar oder mittelbar unter Zwischenschaltung des wenigstens einen Halters (18) zum Positionieren des Verstärkungselementes (14) miteinander verbunden werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the at least two structural shells ( 12a . 12b ) with a joining area forming edge flanges ( 12c ) are carried out at which the structural shells ( 12a . 12b ) directly or indirectly with the interposition of the at least one holder ( 18 ) for positioning the reinforcing element ( 14 ). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen des Strukturklebers (20), das anschließende Einlegen des Verstärkungselementes (14) in die erste Strukturschale (12a), die Positionierung des Verstärkungselementes (14), das Festlegen des wenigstens einen Halters (18) und das Ansetzen der wenigstens einen weiteren Strukturschale (12b) sowie das Zusammenfügen der Strukturschalen (12a, 12b) automatisiert mittels Fertigungsroboter durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the application of the structural adhesive ( 20 ), the subsequent insertion of the reinforcing element ( 14 ) into the first structural shell ( 12a ), the positioning of the reinforcing element ( 14 ), the fixing of the at least one holder ( 18 ) and the attachment of the at least one further structural shell ( 12b ) and the joining of the structural shells ( 12a . 12b ) is performed automatically by means of manufacturing robot. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Fertigungsroboter das Verstärkungselement (14) greift, anschließend mittels eines zweiten Fertigungsroboter der Strukturkleber (20) aufgebracht wird, dann das Verstärkungselement mittels des ersten Fertigungsroboters in die erste Strukturschale eingelegt, positioniert und schließlich mittels eines dritten Schweiß- oder Nietroboters der wenigstens eine Halter (18) des Verstärkungselementes (14) und die Randflansche (12c) der Strukturschalen (12a, 12b) miteinander fest verbunden werden.A method according to claim 9, characterized in that a first manufacturing robot, the reinforcing element ( 14 ) engages, then by means of a second manufacturing robot of the structural adhesive ( 20 ) is applied, then the reinforcing element inserted by means of the first manufacturing robot in the first structural shell, positioned and finally by means of a third welding or riveting robot, the at least one holder ( 18 ) of the reinforcing element ( 14 ) and the edge flanges ( 12c ) of the structural shells ( 12a . 12b ) are firmly connected to each other. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (14) aus einem Verbundwerkstoff, höchst bevorzugt aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt ist. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the reinforcing element ( 14 ) made of a composite material, most preferably made of a fiber composite material. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (14) als Hohlprofil ausgebildet ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the reinforcing element ( 14 ) is designed as a hollow profile. Verfahren Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung des Verstärkungselementes (14) eine oder mehrere Fasern in einem Strick- und/oder Wirk- und/oder Flechtprozess ein- oder mehrlagig über einen ein- oder mehrteiligen Kern gewickelt wird oder werden, anschließend das Gestrick und/oder Geflecht und/oder Gewirk mit Kunstharz getränkt und ausgehärtet sowie gegebenenfalls der Kern entfernt wird.Process according to claim 11 or 12, characterized in that for the production of the reinforcing element ( 14 ) one or more fibers in a knitting and / or knitting and / or braiding process one or more layers is wound over a single or multi-part core or, then the fabric and / or braid and / or knitted fabric soaked with synthetic resin and cured and optionally the core is removed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in das Verstärkungselement an zumindest einer definiert belastungskritischen Stelle zumindest eine Verstärkungseinlage (16), vorzugsweise eine metallische Verstärkungseinlage (16), integriert ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the reinforcing element at least one defined stress critical point at least one reinforcing insert ( 16 ), preferably a metallic reinforcing insert ( 16 ) is integrated. Verfahren nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungseinlage (16) im Rahmen des Strick- und/oder Wirk- und/oder Flechtprozesses und/oder im Rahmen des Tränkvorgangs, der vorzugsweise ein Injektionsvorgang ist, eingebunden wird.A method according to claim 13 and 14, characterized in that the reinforcing insert ( 16 ) as part of the knitting and / or knitting and / or braiding process and / or in the context of the impregnation process, which is preferably an injection process is involved. Mehrschaliges Strukturteil mit einem Hohlprofil für eine Karosserie eines Kraftfahrzeuges, insbesondere für eine Säulenstruktur einer Kraftfahrzeugkarosserie, bei dem mehrere, das Strukturteil ausbildende Strukturschalen zu einem vorzugsweise geschlossenen Hohlprofil zusammengefügt sind, dadurch gekennzeichnet, dass – in das mehrschalige Strukturteil (12) ein wenigstens bereichsweise an das Hohlprofil form- und/oder konturangepasstes, einen Kern des Strukturteils (12) bildendes Verstärkungselement (14) integriert ist, wobei das Verstärkungselement (14) mittels zumindest einem Halter (18) an wenigstens einer der Strukturschalen (12a) festgelegt ist und in definierten Verstärkungselement- und/oder Halterbereichen mit einem durch Temperaturbeaufschlagung aushärtbaren Strukturkleber (20) versehen ist, und wobei die Strukturschalen (12a, 12b) das Verstärkungselement (14) im zusammengefügten Zustand wenigstens bereichsweise, vorzugsweise vollständig umschliessen.Multishell structural part having a hollow profile for a body of a motor vehicle, in particular for a pillar structure of a motor vehicle body, in which a plurality of structural shells forming the structural part are joined together to form a preferably closed hollow profile, characterized in that - into the multishell structural part ( 12 ) an at least partially contoured and / or contour-adapted to the hollow profile, a core of the structural part ( 12 ) forming reinforcing element ( 14 ) is integrated, wherein the reinforcing element ( 14 ) by means of at least one holder ( 18 ) on at least one of the structural shells ( 12a ) is defined and in defined Verstärkungselement- and / or Halterbereiche with a thermally curable by temperature structural adhesive ( 20 ), and wherein the structural shells ( 12a . 12b ) the reinforcing element ( 14 ) in the assembled state at least partially, preferably completely enclose. Strukturteil nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturteil (12) als Säule, insbesondere als A-Säule (10), der Karosserie eines Cabriolets ausgeführt ist.Structural part according to claim 16, characterized in that the structural part ( 12 ) as a column, in particular as an A-pillar ( 10 ), the body of a convertible is executed.
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