DE102011000450A1 - Support structure for producing e.g. A-pillar of vehicle, has expandable adhesive material between structural element and reinforcement element, which surrounds three sides of portion of reinforcement element facing auxiliary frame - Google Patents

Support structure for producing e.g. A-pillar of vehicle, has expandable adhesive material between structural element and reinforcement element, which surrounds three sides of portion of reinforcement element facing auxiliary frame Download PDF

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Abstract

The support structure has a main frame (6) and an auxiliary frame (8) which are connected together to form a structural component. An expandable adhesive material (14) is arranged partially between the structural component and reinforcement element (12) arranged within the structural component, where the structural component is connected with the reinforcement element through the adhesive material. The three sides of a portion (15) of the reinforcement element facing the auxiliary frame are surrounded by the adhesive material. An independent claim is included for method for manufacturing support structure.

Description

Die Erfindung betrifft eine Trägerstruktur für ein Fahrzeug mit einem ersten auf Druck zu belastenden Profilteil und einem zweiten auf Zug zu belastenden Profilteil, die miteinander verbunden sind und ein hohles Strukturelement bilden, einem innerhalb des Strukturelementes angeordneten Verstärkungselement und einem expandierten Klebematerial, über welches das Strukturelement mit dem Verstärkungselement verbunden ist, wobei lediglich teilweise zwischen Strukturelement und Verstärkungselement das expandierte Klebematerial angeordnet ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Trägerstruktur für ein Fahrzeug mit den Schritten: Herstellen eines ersten auf Druck zu belastenden Profilteils und eines zweiten auf Zug zu belastenden Profilteils, Herstellen eines Verstärkungselementes, Auftragen eines expandierbaren Klebematerials auf eine Oberfläche, Verbinden der beiden Profilteile unter Zwischenlage des Verstärkungselementes und Aktivieren des expandierbaren Klebematerials.The invention relates to a support structure for a vehicle having a first profile part to be loaded on pressure and a second profile part to be stressed, which are connected to one another and form a hollow structural element, a reinforcing element arranged inside the structural element and an expanded adhesive material, via which the structural element is connected to the reinforcing element, wherein only partially between the structural element and reinforcing element, the expanded adhesive material is arranged, and a method for producing a support structure for a vehicle comprising the steps of: producing a first to be loaded on pressure profile part and a second train to be loaded profile part, Producing a reinforcing element, applying an expandable adhesive material to a surface, connecting the two profile parts with the interposition of the reinforcing element and activating the expandable adhesive material.

Derartige Trägerstrukturen werden im Automobilbau zur Erzeugung der Karosseriestrukturen, wie beispielsweise A-Säule, B-Säule oder Fahrzeugholm verwendet. Dabei ist es einerseits erforderlich, Trägerstrukturen mit einem geringen Gewicht bereitzustellen und andererseits, eine ausreichende Steifigkeit insbesondere im Bereich der Fahrgastzelle zur Verfügung zu stellen. Zur Gewichtsreduktion werden Hohlkammerprofile verwendet, welche jedoch keine ausreichende Steifigkeit aufweisen und daher im Innern mit Verstärkungselementen ausgestattet werden, welche im Vergleich zum Stahlblech der Profilteile ein deutlich geringeres Gewicht bei gleichzeitig hoher Energieaufzehrung aufweisen. Verwendung finden hier insbesondere Kunststoffe, wie glasfaserverstärkte Thermoplaste. Diese werden entweder über Klebstoffe oder über formschlüssige Verbindungen im hohlen Strukturelement befestigt.Such support structures are used in the automotive industry for the production of body structures, such as A-pillar, B-pillar or vehicle suspension. On the one hand, it is necessary to provide support structures with a low weight and, on the other hand, to provide sufficient rigidity, in particular in the area of the passenger compartment. For weight reduction hollow chamber profiles are used, but which do not have sufficient rigidity and are therefore equipped in the interior with reinforcing elements, which in comparison to the steel sheet of the profile parts have a significantly lower weight with high energy consumption. In particular, plastics such as glass fiber reinforced thermoplastics are used. These are attached either via adhesives or via positive connections in the hollow structural element.

So wird in der DE 42 03 460 C2 ein Verfahren zum Herstellen eines trägerartigen Bauteils offenbart, bei dem in einem metallenen Hohlkörper ein durchgehender zentral angeordneter Leichtstoffkern zur Festigkeitserhöhung angeordnet ist, der mit durch Wärmezufuhr aufschäumbarem Material versehen ist, so dass bei der Wärmebehandlung durch dieses aufschäumbare Material die Hohlräume zwischen dem Hohlkörper und dem Leichtstoffkern aufgefüllt werden und der Hohlkörper mit dem Kern verklebt wird. Zur Vorfixierung dienen entsprechend ausgeformte Vorsprünge am Kern oder am Hohlprofil. Die thermische Energie zur Aktivierung des aufschäumbaren Materials wird durch eine mit Wärmezufuhr erfolgende Einbrennung der kathodischen Tauchlackierung eingebracht, welche gleichzeitig zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit des Trägers dient.So will in the DE 42 03 460 C2 discloses a method for producing a carrier-like component, in which in a metal hollow body, a continuous centrally arranged lightweight core is arranged to increase strength, which is provided with foamable by heat supply material, so that in the heat treatment by this foamable material, the cavities between the hollow body and the Light material core are filled and the hollow body is glued to the core. For prefixing are correspondingly shaped projections on the core or on the hollow profile. The thermal energy for activating the foamable material is introduced by means of a heat-initiated stoving of the cathodic dip coating, which simultaneously serves to improve the corrosion resistance of the carrier.

Probleme ergeben sich bei diesem Verfahren durch eine mangelnde Drainage bei der Tauchlackierung. Die Akustik ist lediglich durch das verwendete Material beeinflussbar. Des Weiteren wird die Haltbarkeit der Verbindung bei auftretenden Scherkräften reduziert, da lediglich parallele Flächen miteinander verbunden werden. Das Gewicht bleibt durch die vollständige Füllung relativ hoch.Problems arise in this process by a lack of drainage during dip coating. The acoustics can only be influenced by the material used. Furthermore, the durability of the connection is reduced with occurring shear forces, since only parallel surfaces are interconnected. The weight remains relatively high due to the complete filling.

Des Weiteren ist aus der DE 10 2007 026 762 A1 eine Trägerstruktur bekannt, die als Verstärkungselement eine Kombination aus einem Hybridbauteil mit einem Thermoplasten in Nicht-Hybrid-Bauweise vorschlägt. Dieses Verstärkungselement wird im Hohlprofil mittels eines durch thermische Energie aufschäumbaren Klebematerials befestigt, welches am Verstärkungselement aufgetragen wird und durch die Energie beim Elektrobeschichtungsprozess aktiviert wird. Zur Reduzierung der zu verwendenden Menge des Klebematerials wird dieses nur an diskreten Stellen des Verstärkungselementes aufgebracht.Furthermore, from the DE 10 2007 026 762 A1 a support structure is known, which proposes as a reinforcing element, a combination of a hybrid component with a thermoplastic in non-hybrid construction. This reinforcing element is fastened in the hollow profile by means of a thermal energy foamable adhesive material, which is applied to the reinforcing element and is activated by the energy in the electrocoating process. To reduce the amount of adhesive material to be used, this is applied only at discrete locations of the reinforcing element.

Nachteilig an dieser Trägerstruktur ist weiterhin eine Empfindlichkeit der Befestigung gegenüber auftretenden Scherkräften, da weiterhin lediglich parallele Abschnitte miteinander verklebt werden, also jeweils eine flächige Befestigung besteht. Die Verklebung befindet sich auf der Seite des Verstärkungselementes, so dass davon auszugehen ist, dass diese die Druckseite bildet. Die Steifigkeit wird bei dieser Anordnung durch die Anordnung der Rippen jedoch nur geringfügig erhöht. Des Weiteren sind relativ hohe Temperaturen oder lange Erwärmungszeiten zur Aktivierung des Klebematerials erforderlich.A disadvantage of this support structure is still a sensitivity of the attachment to occurring shear forces, since still only parallel sections are glued together, so each a flat attachment. The bond is on the side of the reinforcing element, so that it can be assumed that this forms the pressure side. However, the rigidity is only slightly increased in this arrangement by the arrangement of the ribs. Furthermore, relatively high temperatures or long heating times are required to activate the adhesive material.

Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Trägerstruktur für ein Fahrzeug sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Trägerstruktur bereitzustellen, bei denen bei minimalem Materialaufwand eine möglichst gute Steifigkeit und Festigkeit des Trägers erzielt wird. Übergeordnete Ziele der Erfindung sind eine Verbesserung der strukturellen Tragfähigkeit eines Trägers, und dadurch eine Verbesserung der passiven Sicherheit eines Fahrzeugs. Gleichzeitig soll die Akustik verbessert werden. Des Weiteren sollen Herstellzeiten und -kosten im Vergleich zu bekannten Ausführungen reduziert werden.It is therefore the object to provide a support structure for a vehicle and a method for producing a support structure, in which the best possible stiffness and strength of the support is achieved with minimal material cost. Overarching objects of the invention are an improvement in the structural carrying capacity of a wearer, and thereby an improvement in the passive safety of a vehicle. At the same time the acoustics should be improved. Furthermore, manufacturing times and costs should be reduced in comparison to known designs.

Diese Aufgabe wird bezüglich der Trägerstruktur durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 und bezüglich des Verfahrens durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 7 gelöst.This object is achieved with respect to the support structure by the characterizing part of claim 1 and with respect to the method by the characterizing part of claim 7.

Derartige Trägerstrukturen können im Automobilbau verwendet werden zur Erzeugung von A-Säule, B-Säule, Schweller, Dachrahmen, Dachquerträger, C-Säule, D-Säule, Seitenaufprallschutz einer Tür, Stoßfängerquerträger, Stirnwandquerträger, Tunnel, oder Kröpfungen von Längs- bzw. Querträgern.Such support structures can be used in the automotive industry for the production of A-pillar, B-pillar, sill, roof frame, roof cross member, C-pillar, D-pillar, side impact protection of a door, bumper cross member, end wall cross member, Tunnels, or cranks of longitudinal or transverse beams.

Die Trägerstrukturen weisen jeweils eine erste Seite auf, die nach dem Einbau im Fahrzeug zur Außenseite weist und eine zweite Seite, die ins Innere des Fahrzeugs weist. Im Fall eines Crashs werden diese Trägerstrukturen normalerweise an ihrer Außenseite, welche in der Regel der Aufprallseite entspricht, auf Druck belastet, während die Innenseite auf Zug belastet wird. Entsprechend werden im Folgenden jeweils das erste Profilteil als druckbelastetes Profilteil betrachtet und das zweite Profilteil als zugebelastetes, also nach dem Einbau im Fahrzeug ins Fahrzeuginnere weisendes Profilteil betrachtet. Selbstverständlich sind entsprechende Anordnungen bei anderen Anwendungen möglich. Dadurch, dass das Verstärkungselement zumindest einen zum zweiten Profilteil weisenden Abschnitt aufweist, der im Querschnitt von zumindest drei Seiten vom expandierten Klebematerial umgeben ist, wird erreicht, dass eine Verklammerung dieses Profilteils entsteht, welche auch bei auftretenden Scherbelastungen eine hohe Haltbarkeit aufweist. Dies erhöht die Steifigkeit im Belastungsfall. Des Weiteren kann das Verstärkungselement unmittelbar an das erste Profilteil anliegend ausgebildet werden, wodurch ebenfalls die Festigkeit beziehungsweise Steifigkeit des Trägers erhöht wird.The support structures each have a first side facing the outside after installation in the vehicle and a second side facing the interior of the vehicle. In the case of a crash, these support structures are normally loaded on their outer side, which usually corresponds to the impact side, to pressure, while the inner side is loaded to train. Accordingly, each of the first profile part considered in the following as a pressure-loaded profile part and considered the second profile part as zugebelastetes, so after installation in the vehicle inside the vehicle facing profile part. Of course, corresponding arrangements are possible in other applications. Characterized in that the reinforcing element has at least one section facing the second profile part, which is surrounded in cross-section of at least three sides of the expanded adhesive material, it is achieved that a clamping of this profile part is formed, which has a high durability even when occurring shearing loads. This increases the rigidity in the load case. Furthermore, the reinforcing element can be formed directly adjacent to the first profile part, which also increases the strength or rigidity of the carrier.

Bezüglich des Verfahrens wird bei der Herstellung der Trägerstruktur das Klebematerial auf die innere Oberfläche eines der Profilteile aufgetragen, wodurch eine Aktivierung bereits bei geringeren Temperaturen beziehungsweise in kürzerer Zeit stattfindet, da das Klebematerial in einem Bereich höherer thermischer Belastung angeordnet ist. Dies verkürzt die Zykluszeiten bei der Herstellung beziehungsweise verringert den Energieaufwand.With regard to the method, in the production of the support structure, the adhesive material is applied to the inner surface of one of the profile parts, whereby activation takes place already at lower temperatures or in a shorter time, since the adhesive material is arranged in a region of higher thermal stress. This shortens the cycle times during production or reduces the energy expenditure.

Eine besonders gute Festigkeit bei Biegebeanspruchung aus der Richtung des ersten Profilteils, also bei Druckbelastung des ersten Profilteils, wird erzielt, wenn das Verstärkungselement unmittelbar gegen das erste Profilteil anliegt.A particularly good strength under bending stress from the direction of the first profile part, so under pressure load of the first profile part, is achieved when the reinforcing element bears directly against the first profile part.

In einer besonders vorteilhaften Ausführung ist das erste Profilteil mit dem Verstärkungselement als Hybridbauteil ausgebildet, an dem das zweite Profilteil unter Zwischenlage des expandierten Klebematerials befestigt ist. Dies erhöht die Steifigkeit zusätzlich und vereinfacht die Montage der Trägerstruktur.In a particularly advantageous embodiment, the first profile part is formed with the reinforcing element as a hybrid component to which the second profile part is fixed with the interposition of the expanded adhesive material. This additionally increases the rigidity and simplifies the mounting of the support structure.

In einer besonders bevorzugten Ausführung weist das Verstärkungselement im Querschnitt zumindest eine Rippe auf, die sich zum zweiten Profilteil erstreckt, welches auf der zugbelasteten Seite des Strukturelementes angeordnet ist, wobei das Rippenende den im Querschnitt von drei Seiten vom Klebematerial umgebenen Abschnitt des Verstärkungselementes bildet. Bei etwa gleicher Festigkeit wird auf diese Weise das Gewicht des Trägers deutlich reduziert, wodurch Herstellkosten und der Energieverbrauch des Fahrzeugs verringert werden.In a particularly preferred embodiment, the reinforcing element has in cross section at least one rib which extends to the second profile part, which is arranged on the zugbelasteten side of the structural element, wherein the rib end forms the cross-section of three sides of the adhesive material portion of the reinforcing element. With approximately the same strength, the weight of the carrier is significantly reduced in this way, whereby manufacturing costs and the energy consumption of the vehicle can be reduced.

In einer hierzu weiterführenden Ausführung weist das Verstärkungselement im Querschnitt mehrere Rippen auf, die sich in Richtung des zweiten Profilteils erstrecken, wobei jedes Rippenende den ersten Abschnitt des Verstärkungselementes bildet. Je nach Ausbildung der Rippen kann so Einfluss auf die Übertragung akustischer Schwingungen des Trägers genommen werden. Des Weiteren wird die Steifigkeit erhöht.In a further embodiment, the reinforcing element has in cross section a plurality of ribs, which extend in the direction of the second profile part, wherein each rib end forms the first portion of the reinforcing element. Depending on the design of the ribs so influence on the transmission of acoustic vibrations of the wearer can be taken. Furthermore, the rigidity is increased.

Vorzugsweise weist die Trägerstruktur zwischen den Rippen einen Hohlraum auf, so dass nicht das gesamte Profil mit Klebematerial gefüllt ist. Dies führt zu einer Reduzierung des Gewichts und einem geringeren Verbrauch des Klebematerials. Die Akustik wird. verbessert, da die Rippen als Schottbleche wirken und den inneren Raum akustisch abdichten. Der geringe Abstand zwischen den Rippenspitzen der Verstärkung und dem zweiten Profilteil dient zur Abführung des Tauchlacks bei der kathodischen Tauchlackierung. Danach expandiert das Klebematerial während des Einbrennens der kathodischen Tauchlackierung und bildet dadurch akustisch abgeschlossene Kammern.Preferably, the support structure has a cavity between the ribs, so that not the entire profile is filled with adhesive material. This leads to a reduction in weight and a lower consumption of the adhesive material. The acoustics will. improved, since the ribs act as partition plates and acoustically seal the inner space. The small distance between the rib tips of the reinforcement and the second profile part is used to dissipate the dip paint in the cathodic dip painting. Thereafter, the adhesive material expands during the stoving of the cathodic dip coating and thereby forms acoustically sealed chambers.

In Weiterbildung des Verfahrens wird das Klebematerial auf die innere Oberfläche des zweiten Profilteils aufgetragen und expandiert derart, dass das Verstärkungselement von drei Seiten umgeben wird, so dass der geringere Energieaufwand zur Aktivierung vorhanden bleibt und die Möglichkeit zur Anordnung des Verstärkungselementes unmittelbar gegenüberliegend zum ersten Profilteil zur Erhöhung der Steifigkeit entsteht. Trotz geringeren Materialaufwands umgreift das Klebematerial das Verstärkungselement an seinem ersten Abschnitt vollständig, wodurch die Festigkeit der Klebeverbindung erhöht wird.In a further development of the method, the adhesive material is applied to the inner surface of the second profile part and expanded such that the reinforcing element is surrounded by three sides, so that the lower energy expenditure for activation remains and the possibility of arranging the reinforcing element immediately opposite to the first profile part for Increasing the stiffness arises. Despite lower material costs, the adhesive material completely engages around the reinforcing element at its first portion, thereby increasing the strength of the adhesive bond.

Vorzugsweise wird das erste Profilteil mit dem Verstärkungselement als Metallblech-Kunststoff-Hybridbauteil oder Metallblech-Leichtmetallguss-Hybridbauteil (Verbundguss) hergestellt und anschließend mit dem zweiten Profilteil verbunden. Dies verringert den Montageaufwand und erhöht die Festigkeit der Trägerstruktur.Preferably, the first profile part with the reinforcing element as a sheet metal-plastic hybrid component or sheet metal light metal casting hybrid component (composite casting) is produced and then connected to the second profile part. This reduces the assembly effort and increases the strength of the support structure.

In einer bevorzugten Anwendung wird als expandierbares Klebematerial ein Strukturschaum auf Basis eines Epoxidharzes verwendet, welcher durch Zufuhr thermischer Energie aktiviert wird. Diese Klebstoffe weisen eine hohe Klebekraft auf und können ohne zusätzlichen Energieaufwand bei ohnehin stattfindenden nachfolgenden thermischen Prozessen aktiviert werden.In a preferred application, a structural foam based on an epoxy resin, which is activated by the introduction of thermal energy, is used as the expandable adhesive material. These adhesives have a high adhesive power and can be activated without additional expenditure of energy in the case of any subsequent thermal processes that occur anyway.

Vorzugsweise wird zwischen dem Verbinden der beiden Profilteile unter Zwischenlage des Verstärkungselementes und dem Aktivieren des expandierbaren Klebematerials auf die Trägerstruktur eine Beschichtung mittels Elektrobeschichtung, insbesondere kathodischer Tauchlackierung aufgetragen, wodurch ein Korrosionsschutz hergestellt wird. Dieser Tauchlack kann durch gegebenenfalls vorhandene Hohlräume im Bauteil abfließen. Preferably, a coating by means of electrocoating, in particular cathodic dip coating is applied between the joining of the two profile parts with the interposition of the reinforcing element and the activation of the expandable adhesive material on the support structure, whereby a corrosion protection is produced. This dip paint can flow through any existing cavities in the component.

Im nachfolgenden Prozess werden in einem Ofen bei gleicher Temperatur die Beschichtung eingebrannt und das Klebematerial aktiviert und expandiert, so dass weiterer Energieeintrag zur Aktivierung nicht erforderlich ist. Dabei werden vorzugsweise im Ofen Temperaturen zwischen 150°C und 210°C verwendet.In the following process, the coating is baked in an oven at the same temperature and the adhesive material is activated and expanded so that further energy input for activation is not required. In this case, temperatures between 150 ° C and 210 ° C are preferably used in the oven.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Verstärkungselement aus Kunststoff oder faserverstärktem Kunststoff hergestellt. Dabei können insbesondere glasfaserverstärkte Thermoplaste verwendet werden, die eine hohe Steifigkeit und Festigkeit bei geringem Gewicht aufweisen.In an advantageous embodiment, the reinforcing element is made of plastic or fiber-reinforced plastic. In particular glass fiber reinforced thermoplastics can be used, which have a high rigidity and strength with low weight.

In einer alternativen Ausführung wird das Verstärkungselement aus einem Leichtmetall, insbesondere Aluminium oder Magnesium, gegossen. Auch bei dieser Ausführung wird das Gewicht bei hoher Haltbarkeit und Festigkeit des Verstärkungselementes verringert.In an alternative embodiment, the reinforcing element is cast from a light metal, in particular aluminum or magnesium. Also in this embodiment, the weight is reduced with high durability and strength of the reinforcing member.

Es wird somit eine Trägerstruktur für ein Fahrzeug und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Trägerstruktur geschaffen, mittels derer bei geringen Herstellkosten eine hohe Steifigkeit und Festigkeit und Haltbarkeit des Trägers erreicht wird. Gleichzeitig werden das Gewicht und die zu verwendenden Rohstoffmengen reduziert. Die Akustik wird verbessert.There is thus provided a support structure for a vehicle and a method for producing such a support structure, by means of which high rigidity and strength and durability of the support is achieved at low production costs. At the same time, the weight and the quantities of raw materials to be used are reduced. The acoustics are improved.

Vier Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Trägerstrukturen sowie deren Herstellung sind in den nachfolgenden Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschriebenFour embodiments of carrier structures according to the invention and their production are shown in the following drawings and are described below

1 zeigt ein Fahrzeug zur Verwendung der erfindungsgemäßen Trägerstrukturen in dreidimensionaler Darstellung. 1 shows a vehicle for use of the support structures according to the invention in three-dimensional representation.

Die 2a) bis c) zeigen Draufsichten auf eine erste erfindungsgemäße Trägerstruktur in geschnittener Darstellung nach verschiedenen Herstellungsstufen.The 2a ) to c) show plan views of a first support structure according to the invention in a sectional illustration according to various production stages.

Die 3a) bis c) zeigen Draufsichten auf eine zweite erfindungsgemäße Trägerstruktur in geschnittener Darstellung nach verschiedenen Herstellungsstufen.The 3a ) to c) show plan views of a second support structure according to the invention in a sectional representation according to various stages of manufacture.

Die 4a) bis c) zeigen Draufsichten auf eine dritte erfindungsgemäße Trägerstruktur in geschnittener Darstellung, nach verschiedenen Herstellungsstufen.The 4a ) to c) show plan views of a third carrier structure according to the invention in a sectional illustration, after different stages of manufacture.

Die 5a) bis c) zeigen Draufsichten auf eine vierte erfindungsgemäße Trägerstruktur in geschnittener Darstellung nach verschiedenen Herstellungsstufen.The 5a ) to c) show plan views of a fourth carrier structure according to the invention in a sectional illustration according to various stages of production.

In 1 ist ein Fahrzeug 1 dargestellt, dessen Karosserie verschiedene Rahmenträger 2 und Säulenträger 4 aufweist, für welche die im Folgenden beschriebenen Trägerstrukturen verwendet werden können.In 1 is a vehicle 1 shown, the body of various frame girders 2 and column support 4 for which the carrier structures described below can be used.

Bei der Beschreibung der 2 bis 5 werden im Folgenden für Teile gleicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet.In the description of the 2 to 5 In the following, the same reference numbers are used for parts of the same function.

Die erfindungsgemäße Trägerstruktur gemäß 2 besteht aus einem ersten Profilteil 6 sowie einem zweiten Profilteil 8, die über einen Flansch 10 miteinander verbindbar sind. Die Profilteile 6, 8 werden üblicherweise als Stahlblechteile hergestellt und in entsprechende Formen umgeformt beziehungsweise tiefgezogen. Die Profilteile 6, 8 bilden gemeinsam nach ihrer Befestigung aneinander ein Strukturelement mit einem innenliegenden Hohlraum 9. Des Weiteren enthält die Trägerstruktur ein Verstärkungselement 12, welches im Hohlraum 9 des Strukturelementes angeordnet wird.The support structure according to the invention 2 consists of a first profile part 6 and a second profile part 8th , which has a flange 10 can be connected to each other. The profile parts 6 . 8th are usually produced as sheet steel parts and formed into appropriate shapes or deep drawn. The profile parts 6 . 8th Together after their attachment to each other form a structural element with an internal cavity 9 , Furthermore, the support structure includes a reinforcing element 12 which is in the cavity 9 of the structural element is arranged.

Das Verstärkungselement 12 liegt gegen das erste Profilteil 6 an und weist einen Abstand zum zweiten Profilteil 8 auf. Dabei ist darauf zu achten, dass beim Einbau in das Fahrzeug die Träger derart eingebaut werden, dass das erste Profilteil 6 nach außen weist, während das zweite Profilteil 8 ins Fahrzeuginnere weist, da die Träger für eine Biegebeanspruchung ausgelegt werden, die in der Regel durch einen Aufprall von außen entsteht, so dass die Steifigkeit und Festigkeit insbesondere auf der Druckseite des Trägers zur Gewährleistung einer hohen Formstabilität und zur Verhinderung von Beulvorgängen sowie Umwandlung der kinetischen Energie vorliegen muss.The reinforcing element 12 lies against the first profile part 6 and has a distance to the second profile part 8th on. It is important to ensure that when installed in the vehicle, the carrier are installed so that the first profile part 6 points outward while the second profile part 8th into the vehicle interior, since the carriers are designed for a bending load, which is usually caused by an external impact, so that the rigidity and strength, in particular on the pressure side of the carrier to ensure a high dimensional stability and to prevent buckling and conversion of the kinetic Energy must be available.

In der 2a) sind die Verfahrensschritte des Herstellen des ersten druckbelasteten Profilteils 6 sowie des zweiten zugbelasteten Profilteils 8 sowie des Verstärkungselementes 12 bereits vollzogen. Des Weiteren wurde auf die innere Oberfläche des zweiten Profilteils 8 ein Klebematerial 14 aufgetragen, welches vorzugsweise ein Strukturschaum auf Epoxidharzbasis ist. Nach diesen Verfahrensschritten werden gemäß 2b) die beiden Profilteile 6, 8 unter Zwischenlage des Verstärkungselementes 12 durch Schweißen aneinander befestigt. Anschließend wird eine kathodische Tauchlackierung vorgenommen, um die Bauteile 6, 8, 12 vor Korrosion zu schützen. Am Ende dieses Prozessschrittes wird eine Wärmebehandlung der Trägerstruktur bei einer Temperatur von ca. 150°C bis 210°C durchgeführt, wodurch der Tauchlack eingebrannt und das aufschäumbare Klebematerial 14 aktiviert, das heißt aufgeschäumt wird. Das Klebematerial 14 füllt dabei, wie in 2c) dargestellt, den zwischen dem Verstärkungselement 12 und dem Profilteil 8 verbleibenden Hohlraum 9 des Strukturelementes. Hierdurch wird das Verstärkungselement 12 im Strukturelement fixiert. Die benötigte Menge an Klebematerial 14 ist relativ gering, da die Klebung lediglich einseitig stattfindet.In the 2a ) are the process steps of producing the first pressure-loaded profile part 6 and the second tensile loaded profile part 8th and the reinforcing element 12 already completed. Furthermore, on the inner surface of the second profile part 8th an adhesive material 14 applied, which is preferably a structural foam based on epoxy resin. After these steps are according to 2 B ) the two profile parts 6 . 8th with the interposition of the reinforcing element 12 secured together by welding. Subsequently, a cathodic dip painting made to the components 6 . 8th . 12 to protect against corrosion. At the end of this process step, a heat treatment of the support structure is carried out at a temperature of about 150 ° C to 210 ° C, whereby the dip varnish baked and the foamable adhesive material 14 activated, that is foamed. The adhesive material 14 fills it, as in 2c ), between the reinforcing element 12 and the profile part 8th remaining cavity 9 of the structural element. This will be the reinforcing element 12 fixed in the structural element. The required amount of adhesive material 14 is relatively low, since the adhesion takes place only on one side.

Es ist allerdings darauf zu achten, dass das Verstärkungselement 12 einen Abschnitt 15 aufweist, welcher nach dem Aufschäumen im Querschnitt an drei Seiten vom Klebematerial 14 umgeben ist, so dass nicht nur zwei parallele Flächen miteinander verklebt werden. Dies erhöht die Stabilität der Klebung bei durch die Biegung auftretenden Scherkräften in Querrichtung des Trägers. Das Klebematerial 14 wird im Ofen im Vergleich zu bekannten Ausführungen deutlich schneller aktiviert, da es am gut wärmeleitenden und außenliegenden Profilteil angeordnet ist, von dem aus die Wärme erst später in den inneren Hohlraum 9 gelangt.However, it is important to make sure that the reinforcing element 12 a section 15 which, after foaming in cross-section on three sides of the adhesive material 14 is surrounded so that not only two parallel surfaces are glued together. This increases the stability of the bond in bending forces occurring in the transverse direction of the carrier. The adhesive material 14 is activated much faster in the oven compared to known designs, since it is located on the good heat conducting and outer profile part, from which the heat only later in the inner cavity 9 arrives.

Die Trägerstruktur gemäß der 3 unterscheidet sich von der Trägerstruktur gemäß der 2 lediglich dadurch, dass das erste Profilteil 6 gemeinsam mit dem Verstärkungselement 12 als Metallblech-Kunststoff-Hybridbauteil oder Metallblech-Leichtmetallguss-Hybridbauteil 16 hergestellt wird. Dies erleichtert die Montage, da eine Vorfixierung des Verstärkungselementes 12 beim Zusammenbau nicht mehr erforderlich ist. Des Weiteren ergeben sich noch größere erreichbare Festigkeiten mit diesen Hybridteilen 16.The support structure according to the 3 differs from the support structure according to the 2 merely by the fact that the first profile part 6 together with the reinforcing element 12 as a sheet metal-plastic hybrid component or sheet metal light metal casting hybrid component 16 will be produced. This facilitates the assembly, since a prefixing of the reinforcing element 12 is no longer necessary during assembly. Furthermore, there are even greater achievable strengths with these hybrid parts 16 ,

Bei der Trägerstruktur gemäß der 4 weist das Verstärkungselement 12 eine geänderte Form auf, bei der sich zwei Rippen 20 von einem Grundkörper 22 in Richtung des zugbelasteten zweiten Profilteils 8 zu Rippenenden 18 erstrecken, welche im montierten Zustand kurz vor dem zweiten, zugbelasteten Profilteil 8 enden. Diese Enden bilden den Abschnitt 15, so dass jedes Rippenende 18 im Querschnitt dreiseitig vom Klebematerial 14 umgeben ist, während zwischen den beiden Rippen 20, dem Klebematerial 14 und dem Grundkörper 22 ein im Querschnitt geschlossener Raum 24 sowie zwischen jeder Rippe 20 und den Profilteilen 6, 8 des Strukturelementes Hohlräume 26 gebildet werden, die zur Beeinflussung einer optimierten Akustik genutzt werden können.In the support structure according to the 4 has the reinforcing element 12 a modified form, in which two ribs 20 from a main body 22 in the direction of the tensile loaded second profile part 8th to rib ends 18 extend, which in the assembled state just before the second, tensile loaded profile part 8th end up. These ends make up the section 15 so that every rib end 18 in cross section on three sides of the adhesive material 14 is surrounded while between the two ribs 20 , the adhesive material 14 and the body 22 a space closed in cross-section 24 as well as between each rib 20 and the profile parts 6 . 8th of the structural element cavities 26 are formed, which can be used to influence an optimized acoustics.

Diese Trägerstruktur ist noch einmal deutlich leichter als die Trägerstruktur gemäß der 2 und 3 bei beinahe gleicher Festigkeit bei auftretender Biegebeanspruchung ausgehend von der Druckseite, welche durch das erste Profilteil 6 gebildet wird. Im Übrigen entsprechen diese Struktur und auch das Herstellverfahren dieser Struktur der bereits zu Figur beschriebenen. Allerdings besteht durch die vorhandenen Hohlräume 24, 26 der Vorteil, dass der Tauchlack bei der kathodischen Tauchlackierung einfach abfließen kann.This support structure is once again significantly lighter than the support structure according to the 2 and 3 at almost the same strength when bending stress occurs from the pressure side, which by the first profile part 6 is formed. Incidentally, this structure and also the production method of this structure correspond to those already described for FIG. However, it exists through the existing cavities 24 . 26 the advantage that the dip paint can drain easily during cathodic dip painting.

Die 5 wiederum zeigt eine Ausführung der Trägerstruktur mit Rippen 20 entsprechend denen der 4, wobei die Herstellung der in 3 beschriebenen entspricht, so dass das erste Profilteil 6 mit dem Verstärkungselement 12 wiederum als Metallblech-Kunststoff-Hybridbauteil oder Metallblech-Leichtmetallguss-Hybridbauteil 16 hergestellt wird.The 5 again shows an embodiment of the support structure with ribs 20 according to those of 4 , wherein the production of in 3 described, so that the first profile part 6 with the reinforcing element 12 again as a sheet metal-plastic hybrid component or sheet metal light metal casting hybrid component 16 will be produced.

Die beschriebenen Trägerstrukturen weisen sehr gute Steifigkeits- und Festigkeitswerte bei Biegebeanspruchung auf und sind kostengünstig herzustellen, da insbesondere die benötigte Menge an Klebematerial gering ist. Die Rippenenden beziehungsweise der im aufgeschäumten Klebematerial angeordnete Abschnitt des Verstärkungselementes wird dennoch seitlich gehalten, so dass eine feste Verkrallung im Schaum entsteht, die die Haltbarkeit der Verbindung erhöht.The support structures described have very good stiffness and strength values under bending stress and are inexpensive to produce, since in particular the required amount of adhesive material is low. The rib ends or arranged in the foamed adhesive material portion of the reinforcing element is still held laterally, so that a strong claw in the foam is formed, which increases the durability of the compound.

Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich der Hauptansprüche nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Insbesondere können als Verstärkungselemente Press- oder Spritzgussteile aus faserverstärktem Kunststoff oder Gussteile aus Aluminium oder Magnesium beziehungsweise deren Legierungen verwendet werden. Auch sind gegebenenfalls andere Klebematerialien einsetzbar. Konstruktive Änderungen des Verstärkungselementes oder der äußeren Profilteile sind ebenfalls denkbar.It should be understood that the scope of the main claims is not limited to the described embodiments. In particular, can be used as reinforcing elements press or injection molded parts made of fiber-reinforced plastic or castings of aluminum or magnesium or their alloys. Also, if necessary, other adhesive materials can be used. Design changes of the reinforcing element or the outer profile parts are also conceivable.

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Claims (15)

Trägerstruktur für ein Fahrzeug mit einem ersten mit Druck zu belastenden Profilteil (6) und einem zweiten auf Zug zu belastenden Profilteil (8), die miteinander verbunden sind und ein hohles Strukturelement bilden, einem innerhalb des Strukturelementes angeordneten Verstärkungselement (12) und einem expandierten Klebematerial (14), über welches das Strukturelement mit dem Verstärkungselement (12) verbunden ist, wobei lediglich teilweise zwischen Strukturelement und Verstärkungselement das expandierte Klebematerial (14) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (12) zumindest einen zum zweiten Profilteil (8) weisenden Abschnitt (15) aufweist, der im Querschnitt von zumindest drei Seiten vom expandierten Klebematerial (14) umgeben ist.Carrier structure for a vehicle with a first profile part to be loaded with pressure ( 6 ) and a second to be loaded on train profile part ( 8th ), which are connected to each other and form a hollow structural element, a reinforcing element arranged inside the structural element (US Pat. 12 ) and an expanded adhesive material ( 14 ), via which the structural element with the reinforcing element ( 12 ), wherein only partially between the structural element and reinforcing element, the expanded adhesive material ( 14 ), characterized in that the reinforcing element ( 12 ) at least one to the second profile part ( 8th ) pointing section ( 15 ), which in cross-section of at least three sides of the expanded adhesive material ( 14 ) is surrounded. Trägerstruktur für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (12) unmittelbar gegen das erste Profilteil (6) anliegt.Support structure for a vehicle according to claim 1, characterized in that the reinforcing element ( 12 ) directly against the first profile part ( 6 ) is present. Trägerstruktur für ein Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Profilteil (6) mit dem Verstärkungselement (12) als Hybridbauteil (16) ausgebildet ist, an dem das zweite Profilteil (8), das auf der dem Hybridbauteil zugewandten Seite zumindest auf einem Til der Länge eine Zwischenlage aus expandiertem Klebematerial (14) aufweist, im Flanschbereich direkt befestigt ist.Support structure for a vehicle according to claim 1 or 2, characterized in that the first profile part ( 6 ) with the reinforcing element ( 12 ) as hybrid component ( 16 ) is formed, on which the second profile part ( 8th ), on the side facing the hybrid component at least on a Til the length of an intermediate layer of expanded adhesive material ( 14 ), is directly attached in the flange. Trägerstruktur für ein Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (12) im Querschnitt zumindest eine Rippe (20) aufweist, die sich zum zweiten Profilteil (8) erstreckt, welches auf der auf Zug zu belastenden Seite des Strukturelementes angeordnet ist, wobei das Rippenende (18) den im Querschnitt von drei Seiten vom Klebematerial (14) umgebenen Abschnitt (15) des Verstärkungselementes (12) bildet.Support structure for a vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that the reinforcing element ( 12 ) in cross section at least one rib ( 20 ), which extend to the second profile part ( 8th ), which is arranged on the side of the structural element to be loaded on the train, wherein the rib end ( 18 ) in cross-section from three sides of the adhesive material ( 14 ) surrounded section ( 15 ) of the reinforcing element ( 12 ). Trägerstruktur für ein Fahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (12) im Querschnitt mehrere Rippen (20) aufweist, die sich in Richtung des zweiten Profilteils (8) erstrecken, wobei jedes Rippenende (18) den ersten Abschnitt (15) des Verstärkungselementes (12) bildet.Support structure for a vehicle according to claim 4, characterized in that the reinforcing element ( 12 ) in cross section a plurality of ribs ( 20 ), which extends in the direction of the second profile part ( 8th ), each rib end ( 18 ) the first section ( 15 ) of the reinforcing element ( 12 ). Trägerstruktur für ein Fahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerstruktur zwischen den Rippen (20) einen Hohlraum (24) aufweist.Support structure for a vehicle according to claim 5, characterized in that the support structure between the ribs ( 20 ) a cavity ( 24 ) having. Verfahren zur Herstellung einer Trägerstruktur für ein Fahrzeug mit folgenden Schritten: a) Herstellen eines ersten mit Druck zu belastenden Profilteils (6) und eines zweiten auf Zug zu belastenden Profilteils (8), b) Herstellen eines Verstärkungselementes (12), c) Auftragen eines expandierbaren Klebematerials (14) auf eine Oberfläche, d) Verbinden der beiden Profilteile (6, 8) unter Zwischenlage des Verstärkungselementes (12), e) Aktivieren des expandierbaren Klebematerials (14), dadurch gekennzeichnet, dass das expandierbare Klebematerial (14) auf die innere Oberfläche eines der Profilteile (6, 8) aufgetragen wird.Method for producing a carrier structure for a vehicle, having the following steps: a) producing a first profile part to be loaded with pressure ( 6 ) and a second tensile member to be loaded ( 8th b) producing a reinforcing element ( 12 ), c) applying an expandable adhesive material ( 14 ) on a surface, d) connecting the two profile parts ( 6 . 8th ) with interposition of the reinforcing element ( 12 ), e) activating the expandable adhesive material ( 14 ), characterized in that the expandable adhesive material ( 14 ) on the inner surface of one of the profile parts ( 6 . 8th ) is applied. Verfahren zur Herstellung einer Trägerstruktur für ein Fahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Klebematerial (14) auf die innere Oberfläche des zweiten Profilteils (8) aufgetragen wird und derart expandiert, dass das Verstärkungselement (12) von drei Seiten umgeben wird.Method for producing a support structure for a vehicle according to claim 7, characterized in that the adhesive material ( 14 ) on the inner surface of the second profile part ( 8th ) is applied and expanded such that the reinforcing element ( 12 ) is surrounded by three sides. Verfahren zur Herstellung einer Trägerstruktur für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Profilteil (6) mit dem Verstärkungselement (12) als Metallblech-Kunststoff-Hybridbauteil oder Metallblech-Leichtmetallguss-Hybridbauteil (16) hergestellt wird und anschließend mit dem zweiten Profilteil (8) verbunden wird.Method for producing a support structure for a vehicle according to one of claims 7 or 8, characterized in that the first profile part ( 6 ) with the reinforcing element ( 12 ) as a sheet metal-plastic hybrid component or sheet metal light metal casting hybrid component ( 16 ) and then with the second profile part ( 8th ) is connected. Verfahren zur Herstellung einer Trägerstruktur für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als expandierbares Klebematerial (14) ein Strukturschaum auf Basis eines Epoxidharzes verwendet wird, welcher durch Zufuhr thermischer Energie aktiviert wird.Method for producing a support structure for a vehicle according to one of claims 7 to 9, characterized in that as an expandable adhesive material ( 14 ) a structural foam based on an epoxy resin is used, which is activated by the supply of thermal energy. Verfahren zur Herstellung einer Trägerstruktur für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Schritten d) und e) auf die Trägerstruktur eine Beschichtung mittels Elektrobeschichtung, insbesondere kathodischer Tauchlackierung aufgetragen wird.A method for producing a support structure for a vehicle according to one of claims 7 to 10, characterized in that between the steps d) and e) on the support structure, a coating by means of electrocoating, in particular cathodic dip painting is applied. Verfahren zur Herstellung einer Trägerstruktur für ein Fahrzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Ofen bei gleicher Temperatur die Beschichtung eingebrannt und das Klebematerial (14) aktiviert und expandiert werden.Method for producing a support structure for a vehicle according to claim 11, characterized in that the coating is baked in an oven at the same temperature and the adhesive material ( 14 ) are activated and expanded. Verfahren zur Herstellung einer Trägerstruktur für ein Fahrzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Ofen eine Temperatur 150°C–210°C vorliegt.A method for producing a support structure for a vehicle according to claim 12, characterized in that in the oven a temperature of 150 ° C-210 ° C is present. Verfahren zur Herstellung einer Trägerstruktur für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (12) aus Kunststoff oder faserverstärktem Kunststoff hergestellt wird.A method for producing a support structure for a vehicle according to one of claims 7 to 13, characterized in that the Reinforcing element ( 12 ) is made of plastic or fiber reinforced plastic. Verfahren zur Herstellung einer Trägerstruktur für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (12) aus einem Leichtmetall, insbesondere Aluminium oder Magnesium, gegossen wird.Method for producing a support structure for a vehicle according to one of claims 7 to 13, characterized in that the reinforcing element ( 12 ) is cast from a light metal, in particular aluminum or magnesium.
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