DE102011075012A1

DE102011075012A1 - Verbundplatte

Info

Publication number: DE102011075012A1
Application number: DE102011075012A
Authority: DE
Inventors: Ari Garo Caliskan; John Edward Huber
Original assignee: Ford Werke GmbH; Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Werke GmbH; Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2010-05-20
Filing date: 2011-04-29
Publication date: 2011-11-24
Also published as: US20110285171A1; US8087719B2; CN202180857U

Abstract

Eine Verbundplatte für ein Fahrzeug wird geschaffen. Die Verbundplatte weist eine erste Platte, die mehrere Öffnungen definiert, und eine zweite Platte, die an der ersten Platte befestigt ist, auf. Die zweite Platte und die erste Platte definieren einen Hohlraum zwischen der ersten Platte und der zweiten Platte. Schaum ist zwischen der ersten Platte und der zweiten Platte angeordnet. Die mehreren Öffnungen der ersten Platte sind funktionstechnisch dazu konfiguriert, ein Werkzeug zum Pumpen von ausdehnbarem Schaum zwischen die erste Platte und die zweite Platte aufzunehmen.

Description

Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf eine Verbundplatte für ein Kraftfahrzeug.
Das Ziel der Rohkarosserieentwicklung besteht darin, die Fahrzeugsteifigkeit und Aufprallverformungsfähigkeit zu erhöhen, während das Gewicht verringert wird, um die Kraftstoffeffizienz zu verbessern. Das herkömmliche Verfahren zum Angehen solcher Probleme besteht darin, Stähle höherer Qualität in Strukturkomponenten, wie z. B. in Holmen, Kipphebeln, Dachlängsträgern usw., ohne jedoch darauf begrenzt zu sein, zu verwenden. In bestimmten Anwendungen hat die Verwendung von hydrogeformten Komponenten oder Rohren zusätzlich zu Klebstoffen und/oder Struktureinsätzen auch die Verringerung des Gewichts unterstützt, während die Fahrzeugsteifigkeit und Aufprallverformungsfähigkeit erhöht wurden.
Strukturkomponenten mit geschlossenem Querschnitt zeichnen sich im Allgemeinen dadurch aus, dass sie solche Steifigkeit-zu-Gewicht-Charakteristiken schaffen. Es könnte jedoch unter anderem aufgrund der Schwierigkeit, Komponenten mit geschlossenem Querschnitt zu verbinden, nicht immer möglich sein, Strukturkomponenten mit geschlossenem Querschnitt in einem gesamten Fahrzeug zu implementieren.
In Bezug auf Verbundplatten wurden Verbundplatten in Fahrzeugböden und Gepäckablagen für Limousinen verwendet, um das Straßengeräusch und die Straßenvibration zu verringern. Verbundplatten werden herkömmlich durch Prägen und Formen der Deckplatten, Formen des Kerns zu der Form der Schichtanordnung und dann Zusammenfügen der Komponenten hergestellt. Das herkömmliche Verfahren zum Bauen von Verbundplatten ist jedoch kostspielig und die Zykluszeit ist für die Massenproduktion zu lang.
Aufgabe der Erfindungs ist es deshalb, eine Verbundplatte zu schaffen, die eine hohe Festigkeit und Steifigkeit aufweist und die kostengünstig zu fertigen ist.
Es wird eine Verbundplatte für ein Fahrzeug gemäß den hier offenbarten Ausführungsformen geschaffen. Die Verbundplatte weist eine erste Platte, die mehrere Öffnungen definiert, und eine zweite Platte, die an der ersten Platte befestigt ist, auf. Die zweite Platte und die erste Platte definieren einen Hohlraum zwischen der ersten Platte und der zweiten Platte. Zwischen der ersten Platte und der zweiten Platte ist Schaum angeordnet. Die mehreren Öffnungen der ersten Platte sind funktionstechnisch dazu konfiguriert, ein Werkzeug zum Pumpen von ausdehnbarem Schaum zwischen die erste Platte und die zweite Platte aufzunehmen.
1 ist eine perspektivische Ansicht, die das gesamte Fahrzeug mit einer Frontalkollisions-Energieabsorptionsstruktur gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
2 ist eine isometrische Ansicht einer Karosserieplatte, bevor sie geprägt oder geformt wird.
3 ist eine isometrische Ansicht einer Karosserieplatte, nachdem sie geprägt oder geformt ist.
4 ist eine isometrische Ansicht einer Karosserieplatte, wenn die ersten und äußeren Deckplatten miteinander verbunden werden.
5 ist eine isometrische Ansicht der verbundenen Karosserieplatten mit den Öffnungen zum Aufnehmen von zweiteiligem eingespritztem pumpfähigem Schaum.
6 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linien A-A in 5, die das vorgeschlagene Werkzeug zeigt, das den Polyurethanschaum in die Karosserieplatten einspritzt.
Die vorliegende Offenbarung schafft eine Struktur, die hohe Steifigkeit schaffen kann, während sie das Gewicht verringert. Die Verbundplatte der vorliegenden Offenbarung kann auch das Eindringen in den Fahrzeugfahrgastraumbereich so weit wie möglich minimieren.
In 2–5 kann die Verbundplatte 10 der vorliegenden Offenbarung in einem nicht begrenzenden Beispiel unter Verwendung von Metallblech hergestellt werden. Die Komponenten der Verbundplatte 10 der vorliegenden Offenbarung können eine erste Platte 14 und eine zweite Platte 12 enthalten. Die erste und die zweite Platte 14, 12 können aus einem Strukturmaterial wie z. B. Stahl, ohne jedoch darauf begrenzt zu sein, ausgebildet werden. Die erste und die zweite Platte 14, 12 können jeweils eine Dicke von ungefähr 1 mm enthalten. Die erste und die zweite Platte 14, 12 können jedoch auch verschiedene Dicken enthalten und können aus verschiedenen Materialien ausgebildet sein.
Die erste und die zweite Platte 14, 12 können unter Verwendung von Punktschweißen, Vernieten oder dergleichen miteinander verbunden werden. Entweder die erste oder die zweite Platte 14, 12 (oder sowohl die erste als auch die zweite Platte 14, 12) können darin ausgebildete Öffnungen 18 enthalten. Die Öffnungen 18 sind funktionstechnisch dazu konfiguriert, Düsen 16 oder dergleichen aufzunehmen, so dass ein pumpfähiger Schaum 24 aus den Düsen 16 zwischen die erste und die zweite Platte 14, 12 eingespritzt werden kann.
Wie angegeben, werden die erste und die zweite Platte 14, 12 durch entweder eine mechanische Verriegelung oder über Schweißen oder dergleichen miteinander verbunden. Nach dem Verbinden der ersten und der zweiten Platte 14, 12 werden diese Komponenten in einer Haltevorrichtung angeordnet. Die Haltevorrichtung 20, 22 kann mehrere Düsen 16 enthalten, die ein zweiteiliges pumpfähiges Gemisch zuführen können, wobei das zweiteilige pumpfähige Gemisch sich ausdehnen und einen starren Schaum 24 bilden kann, um den Abschnitt zwischen der ersten und der zweiten Platte 14, 12 zu füllen. Ein nicht begrenzendes Beispiel des zweiteiligen pumpfähigen Gemisches kann das Material DOW's Betafoam PU sein. Dieses Beispielmaterial wurde zum Füllen von Hohlräumen in Rohkarosseriestrukturen verwendet, um das Geräusch und die Vibration in einem Fahrzeug zu verringern, während das Fahrzeug in Gebrauch ist. Folglich hätte das Material des Schaums 24 eine niedrige Dichte relativ zu Strukturschäumen, die in Nahtstellen verwendet werden können, um die Festigkeit und Steifigkeit zu erhöhen.
Eine der Platten 14, 12, vorzugsweise die Seite, die keine externe Exponierung enthält, würde gestanzte oder eingeformte Öffnungen 18 an vorbestimmten Stellen enthalten. Wie angegeben, würde die gesamte Anordnung 10 in einer Haltevorrichtung 20, 22 angeordnet werden, so dass der zweiteilige pumpfähige Schaum 24 zwischen die erste Platte 14 und die zweite Platte 12 eingespritzt werden kann.
In 5 ist ein Diagramm des Endschritts gezeigt. Ein weiches Werkzeug (nicht dargestellt) kann vorgesehen werden. Das weiche Werkzeug kann aus einer oberen Hälfte 22 und einer unteren Hälfte 20 bestehen, die die Form der ersten Platte 14 bzw. der zweiten Platte 12 sind. Das weiche Werkzeug kann sicherstellen, dass die erste und die zweite Platte 14, 12 an der Stelle bleiben. Das weiche Werkzeug stellt auch sicher, dass die Metallblechplatten 14, 12 ihre Form während des Füllens mit Schaum 24 nicht verlieren. Die obere Hälfte 22 würde PUR-Schaumdüsen 16 enthalten, die sich auf die Löcher oder Öffnungen 18 ausrichten würden, die in der einen der ersten oder der zweiten Platte 14, 12 definiert sind. Bei einigen der in der ersten Platte 14 definierten Löcher oder Öffnungen 18 würden keine Düsen 16 in das Loch oder die Öffnung 18 eingesetzt werden, um zu ermöglichen, dass Luft aus dem Hohlraum 46 entweicht, wenn der Schaum 24 durch andere Öffnungen 18 in den Hohlraum 46 eingespritzt wird. Sobald der Schaum 24 in den Hohlraum eingespritzt ist, beginnt der Schaum 24 sich auszudehnen, und das Teil würde aus der Form entfernt werden. Wenn der Schaum 24 vollständig aushärtet, kann eine gewisse zusätzliche Ausdehnung des Schaums 24 auftreten, so dass sich der Schaum 24 aus einigen der Öffnungen 18 ausdehnt. Der zusätzliche Schaum 24 kann dann manuell oder durch einen Roboter abgeschnitten werden, um eine glatte innere Oberfläche zu schaffen.
In einer Ausführungsform, in der die Verbundplatte 10 eine Dachstruktur 26 bildet, kann die Verbundplatte 10 derart konstruiert sein, dass die Dachstruktur 26 die zweite Platte 12 zusätzlich zum vorderen und hinteren Dachquerträger 112, 116 (in 1 gezeigt) sowie die Dachspriegel 114 (in 1 gezeigt) beinhaltet. Durch Aufnehmen dieser Komponenten in die Verbundplatte 10 kann das Fahrzeuggesamtgewicht verringert werden und das Steifigkeits-Gewichts-Verhältnis der Gesamtstruktur würde sich verbessern.
In 1 ist eine typische Rohkarosserie-Dachstruktur 110 gezeigt, wobei der Dachspriegel 114 und die Dachquerträger 112, 116 an der Dachplatte befestigt gezeigt sind. Der Abstand von der Oberseite der Dachplatte 12 zur Unterseite der Dachquerträger 112, 116 (in 1 gezeigt) und Dachspriegel 114 (in 1 gezeigt) ist ungefähr 30 mm. In der vorliegenden Offenbarung, in der die Verbundplatte 10 die Struktur der Dachspriegel 114 beinhaltet, kann die Verbundplatte 10 folglich eine Gesamtdicke von ungefähr 30 mm enthalten. Ferner schafft die Verbundplatte 10 zumindest die erforderlichen Steifigkeitseigenschaften, wodurch separate Dachspriegel 114 (in 1 gezeigt) einer herkömmlichen Dachstruktur 110 (in 1 gezeigt) unnötig gemacht werden.
In 7 und 8 ist ein nicht begrenzendes Beispiel der Verbundplatte 10 der vorliegenden Offenbarung gezeigt, wobei die Verbundplatte 10 eine Dachplatte ist. Wie gezeigt, kann die erste Platte 14 so geformt sein, dass sie für Beladungsbedingungen optimiert sein kann. Die erste Platte 14 kann beispielsweise in speziellen Bereichen, in denen sich herkömmlich die Dachspriegel 114 befinden, geprägt sein, so dass die erste Platte 14 im Fall einer Kollision Energie absorbieren kann. In 8 können ferner die Enden der ersten und der zweiten Platte 12, 14 Flansche 34 enthalten, die an die Dachlängsträger (nicht dargestellt) ähnlich zum herkömmlichen Verfahren zur Befestigung einer Dachplatte an den Dachlängsträgern entweder geschweißt oder geklebt werden können.
Die Verbundplatte 10 der vorliegenden Offenbarung minimiert das Maß oder die Dicke für das Metallblech der Platten 14, 12 in Anbetracht der Vorteile der Verbundkonstruktion unter Verwendung des Schaums 24. Signifikante Gewichtsverringerungen können durch Verringern des Maßes der Platten 14, 12 und der Metallblechplatten erreicht werden.
Wie auf dem Fachgebiet bekannt ist, stellt eine Blechverwerfung im Allgemeinen ein Problem bei Metallblechplatten dar. Die Blechverwerfung ist im Allgemeinen als mäßige Verformung oder Knicken von Plattenmaterial bekannt, die bei flachen Metallblechoberflächen besonders üblich ist. Die Blechverwerfung kann durch ungleichmäßige Spannungen an den Befestigungspunkten verursacht werden. Die Blechverwerfung kann auch das Knackgeräusch sein, das hervorgerufen wird, wenn Druck auf die verformte Platte aufgebracht wird, der die Verformung in die entgegengesetzte Richtung drängt. Die Verbundplatte 10 der vorliegenden Offenbarung begrenzt die Blechverwerfung in dem Metallblech in Anbetracht der zusätzlichen Steifigkeit, die der Schaum 24 unter der zweiten Platte 12 bereitstellt. Die zweite Platte 12 kann aus Metallmaterial oder einem Polymermaterial bestehen.
In 9 ist ein Ablaufplan eines Verfahrens der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Das Verfahren weist die Schritte des Vorsehens 36 einer ersten Platte 14 auf, wobei die erste Platte 14 mehrere Öffnungen 18 definiert. Der zweite Schritt ist das Vorsehen 38 einer zweiten Platte 12. In einem nicht begrenzenden Beispiel können die erste Platte 14 und die zweite Platte 12 jeweils aus einer Metallplatte gebildet sein. Der dritte Schritt des Verfahrens der vorliegenden Offenbarung ist das Koppeln 40 der ersten Platte mit der zweiten Metallblechplatte. Die erste Platte 14 und die zweite Platte 12 können in einem nicht begrenzenden Beispiel mechanisch miteinander verriegelt werden. In noch einem weiteren nicht begrenzenden Beispiel können die erste Platte 14 und die zweite Platte 12 aneinander geschweißt werden. Ein Hohlraum 46 wird zwischen der ersten Platte und der zweiten Platte definiert 42, wenn die erste Platte mit der zweiten Platte verbunden wird. Der vierte Schritt weist das Füllen 44 des Hohlraums mit einem Schaum auf. Der Hohlraum 46 kann mit Schaum gefüllt werden, indem ein Schaumabgabewerkzeug in mindestens eine der mehreren Öffnungen, die in der ersten Platte definiert sind, eingesetzt wird.
In einem nicht begrenzenden Beispiel kann der Schaum 24 ein Material aus ausdehnbarem Polyurethanschaum 24 mit einer niedrigen Dichte sein, wie z. B. DOW's Betaform Polyurethanschaum 24, ohne jedoch darauf begrenzt zu sein. Selbstverständlich können die erste Platte 14 und die zweite Platte 12 auch aus Stahlblechplatten ausgebildet sein. Die erste Platte 14 und die zweite Platte 12 können eine Dicke von 1 mm enthalten. Selbstverständlich kann jedoch die Dicke der ersten Platte 14 und der zweiten Platte 12 voneinander verschieden sein und die Dicken können größer oder kleiner als 1 mm sein.
Zusätzliche wahlweise Schritte weisen das Abschneiden des Schaums 24 (nachdem er sich aus den Löchern ausgedehnt hat) auf, um eine glatte Oberfläche für die erste Platte 14 zu schaffen. Das Abschneiden des Schaums 24 kann entweder durch einen manuellen oder einen automatischen maschinellen Vorgang durchgeführt werden. In Bezug auf die Beispielausführungsform einer Dachstruktur schafft die resultierende Verbundstruktur ein größeres Festigkeits-Gewichts-Verhältnis als die herkömmliche Struktur eines 2 mm dicken Stahlblechs mit Dachspriegeln.
Die obige(n) Ausführungsform(en) ist (sind) lediglich beispielhaft und sollen nicht als Begrenzung des Schutzbereichs der vorliegenden Offenbarung interpretiert werden. Der Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung sollte durch die folgenden Ansprüche definiert werden. Für den Fachmann auf dem Gebiet ist ersichtlich, dass die offenbarten Ausführungsformen modifiziert werden können. Daher soll die vorangehende Beschreibung vielmehr als beispielhaft als als Begrenzung betrachtet werden.

Claims

Verbundplatte für ein Fahrzeug, die Folgendes enthält: eine erste Platte, die mehrere Öffnungen enthält; eine zweite Platte, die an der ersten Platte befestigt ist, wobei die zweite Platte und die erste Platte einen Hohlraum zwischen der ersten Platte und der zweiten Platte bilden; Schaum, der zwischen der ersten Platte und der zweiten Platte angeordnet ist, wobei die mehreren Öffnungen der ersten Platte funktionstechnisch konfiguriert sind, um ein Werkzeug zum Pumpen von ausdehnbarem Schaum zwischen die erste Platte und die zweite Platte aufzunehmen.
Verbundplatte nach Anspruch 1, wobei die erste Platte und die zweite Platte aus einem Strukturmaterial bestehen.
Verbundplatte nach Anspruch 1 oder 2, wobei zumindest eine oder beide Platten tiefgezogen sind.
Verbundplatte nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zumindest eine oder beide Platten geformt sind.
Verbundplatte nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Platte und die zweite Platte dort einen Flansch bilden, wo sich die erste Platte mit der zweiten Platte verbindet.
Verbundplatte nach Anspruch 5, wobei der Flansch an eine Fahrzeugkarosseriestruktur geschweißt oder geklebt ist.
Verbundplatte nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Platte, die zweite Platte und der Schaum funktionstechnisch konfiguriert sind, um im Wesentlichen dieselbe strukturelle Abstützung wie eine einzelne Metallblechplatte, die mit einem Dachspriegel gekoppelt ist, zu schaffen.
Verbundplatte nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Platte, die zweite Platte und das Schaummaterial funktionstechnisch konfiguriert sind, um einer Blechverwerfung und Beulung zu widerstehen.
Verbundplatte nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Schaum durch die mehreren Öffnungen zwischen die erste Platte und die zweite Platte gepumpt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Verbundplatte, insbesondere eine Verbundplatte nach einem der vorherigen Ansprüche, mit den folgenden Schritten: Vorsehen einer ersten Platte, wobei die erste Platte mehrere Öffnungen definiert; Vorsehen einer zweiten Platte; Koppeln der ersten Platte mit der zweiten Platte; Definieren eines Hohlraums zwischen der ersten Platte und der zweiten Platte; und Füllen des Hohlraums mit einem ausdehnbaren Schaummaterial durch die mehreren Öffnungen.
Verfahren zur Herstellung einer Verbundplatte nach Anspruch 10, wobei der Schaum funktionstechnisch konfiguriert ist, um sich beim Einspritzen zwischen die erste Platte und die zweite Platte auszudehnen.