DE102009051460B4 - Method for producing a multi-shell structural part having a hollow profile - Google Patents
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Abstract
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 men 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 (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. Ferner betrifft die Erfindung ein derartig hergestelltes Strukturteil.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, in particular for a pillar structure of a motor vehicle body, in which the men are joined together to form a preferably closed hollow profile and which structural part is cost-effective, reliable and, if necessary, according to the subsequent production steps can be manufactured fully automatically: - production of a reinforcement element (14) which is at least partially adapted to the hollow profile of the multi-shell structural part (12) in shape and / or contour and forms a core of the finished structural part (12), - coating of the reinforcement element (14) in defined areas with a structural adhesive (20) curable by exposure to temperature, - 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 d the first structural shell (12a) is precisely positioned, - placing the at least one further structural shell (12b) and joining the structural shells (12a, 12b) which at least partially surrounds the reinforcing element (14), and - curing the structural adhesive (20) in the further production process. The invention also relates to a structural part produced in this way.
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. Aus der
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.
Aus der
Weiter ist aus der
Weiter ist aus der
Weiter ist aus der
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zum Herstellen eines ein Hohlprofil aufweisenden mehrschaligen Strukturteiles, insbesondere für eine Karosserie eines Kraftfahrzeuges, 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 provide a method for producing a hollow profile having a multi-shell structural part, in particular for a body of a motor vehicle, the manufacturing technology with a uniform stress distribution in the structural part and a high strength in a weight-saving design. is particularly favorable.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved with the features of claim 1. 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.
- 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,
- - Setting the at least one further structural shell and joining the Reinforcing element at least partially enclosing structural shells, and
- - Curing of the structural adhesive in the further production process.
Erfindungsgemäß wird der wenigstens eine Halter bei der Herstellung des Verstärkungselementes aus einem Verbundwerkstoff in die Matrix des Verstärkungselementes mit eingebunden, wobei der wenigstens eine Halter durch eine Lasche gebildet ist, die mit einem Abschnitt am Außenumfang des Verstärkungselementes anliegt und die einen radial vom Verstärkungselement abragenden Abschnitt zur lagegenauen Positionierung an der ersten Strukturschale aufweist. Letzterer ragt bevorzugt in eine Teilungsfläche einer Werkzeugform zur Herstellung des Verstärkungselementes ein. Die Halter sind des Weiteren bevorzugt metallisch ausgebildet. 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.According to the invention, the at least one holder is involved in the production of the reinforcing element made of a composite material in the matrix of the reinforcing element, wherein the at least one holder is formed by a tab which bears with a portion on the outer periphery of the reinforcing element and the radially projecting from the reinforcing member portion for positionally accurate positioning on the first structural shell. The latter preferably protrudes into a dividing surface of a tool mold for producing the reinforcing element. The holders are furthermore preferably metallic. 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.
Die erfindungsgemäße Verfahrensführung stellt ferner 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.The process control according to the invention further ensures 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.
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.Particularly preferably, the holders are formed by tabs which abut with a portion on the outer circumference of the reinforcing element and / or which have a radially projecting portion.
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 joining of the structural shells automated by means of production 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
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:
In den
Die ein Hohlprofil ausbildenden Strukturschalen
Das bevorzugt ebenfalls als Hohlprofil ausgeführte Verstärkungselement
Das Verstärkungselement
In die Werkzeugform werden zudem mehrere, als Halter dienende, hier beispielsweise aus Metall gefertigte Laschen
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
Nach dem eventuellen Entfernen des Kerns des Verstärkungselementes
Vor dem Einlegen des Verstärkungselementes
Beim Einlegen des Verstärkungselementes
Daran anschließend wird die eine zweite Halbschale bildende zweite Strukturschale
Als letzter Verfahrensschritt werden das Verstärkungselement
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
A first manufacturing robot grips the prefabricated reinforcing
Nach dem Einlegen des so vorbehandelten Verstärkungselementes
Anschließend wird die zweite Strukturschale
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
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann das Strukturteil
Schließlich kann das Strukturteil
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2009
- 2009-10-30 DE DE200910051460 patent/DE102009051460B4/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
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