DE102011104368A1 - Method for fabricating composite hollow profile, involves injecting plastic reinforcement structure to metallic open profile, where open profile is closed with plastic cover part - Google Patents

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Abstract

The method involves injecting a plastic reinforcement structure to a metallic open profile (12), where the open profile is closed with a plastic cover part (28). The cover part is connected to the reinforcement structure by friction welding. The reinforcement structure is injection molded at an edge (26) of the open profile. An independent claim is also included for a composite hollow profile with a friction welded joint.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundhohlprofils nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein derartiges Verbundhohlprofil nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 4.The invention relates to a method for producing a composite hollow profile according to the preamble of patent claim 1 and to such a composite hollow profile according to the preamble of patent claim 4.

Im Zuge moderner Leichtbaubestrebungen im Kraftwagenbau werden zunehmend Hybridbauteile aus metallischen und Kunststoffanteilen verwendet. Ein solches Verbundhohlprofil ist beispielsweise aus der EP 0 995 668 A1 bekannt.In the course of modern lightweight construction efforts in motor vehicle construction, hybrid components made of metallic and plastic components are increasingly being used. Such a composite hollow profile is for example from the EP 0 995 668 A1 known.

Es umfasst ein offenes metallisches Profil mit einer angespritzten Kunststoffstützstruktur, welches durch ein Deckelteil aus einem Kunststoff zu einem Hohlprofil verschlossen wird. Die Verbindung des Deckelteils mit dem metallischen offenen Profil bzw. der angespritzten Stützstruktur erfolgt gemäß der Lehre der EP 0 995 668 A1 durch Klipselemente und die Verbindung unterstützende Kunststoffnieten. Solche Verbindungen sind zunächst aufwändig in ihrer Herstellung, da komplexe Teile, wie beispielsweise die Klips- bzw. Rastelemente durch Spritzguss oder dergleichen geformt werden müssen. Das mechanische Verbinden des Deckelteils mit dem offenen metallischen Profil ist zudem arbeitsaufwändig, so dass derartige Teile besonders hohe Herstellungskosten besitzen. Gleichzeitig wird die Haltbarkeit des fertigen Verbundhohlprofils im Wesentlichen durch die Haltbarkeit der Fügeverbindung zwischen dem Deckelteil und dem offenen metallischen Profil bestimmt. Bei Klips- bzw. Rast- oder Nietverbindungen ist diese Haltbarkeit oftmals nicht hoch genug, um derartige Profile in besonders kraftbeanspruchten Bereichen, beispielsweise in den Säulen von Kraftwagen, einzusetzen.It comprises an open metallic profile with a molded plastic support structure, which is closed by a cover part made of a plastic to form a hollow profile. The connection of the lid part with the metallic open profile or the molded support structure is carried out according to the teaching of EP 0 995 668 A1 by Klipselemente and the compound supporting plastic rivets. Such compounds are initially complex in their production, since complex parts, such as the Klips- or locking elements must be molded by injection molding or the like. The mechanical connection of the cover part with the open metallic profile is also laborious, so that such parts have particularly high production costs. At the same time, the durability of the finished composite hollow profile is essentially determined by the durability of the joint connection between the cover part and the open metallic profile. In Klips- or locking or riveting this durability is often not high enough to use such profiles in particularly force-stressed areas, for example in the columns of cars.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verbundhohlprofil nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 4 bereitzustellen, welche die genannten Probleme lösen. Insbesondere soll ein Verbundhohlprofil in besonders einfacher Herstellbarkeit, geringen Herstellungskosten und hoher Haltbarkeit geschaffen werden, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Verbundhohlprofils bereitgestellt werden.The present invention is therefore an object of the invention to provide a method according to the preamble of claim 1 and a composite hollow profile according to the preamble of claim 4, which solve the problems mentioned. In particular, a composite hollow profile is to be created in a particularly simple manufacturability, low production costs and high durability, and a method for producing such a composite hollow profile can be provided.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verbundhohlprofil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4 gelöst.This object is achieved by a method having the features of patent claim 1 and by a composite hollow profile having the features of patent claim 4.

Bei einem solchen Verfahren zum Herstellen eines Verbundhohlprofils wird eine Versteifungsstruktur aus einem Kunststoff an ein metallisches offenes Profil angespritzt und das offene Profil anschließend mit einem Deckelteil aus einem Kunststoff verschlossen. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass das Deckelteil durch Reibschweißen mit der Versteifungsstruktur verbunden wird. Durch das Reibschweißen sind verglichen mit der Verwendung von Klips- bzw. Nietverbindungen flächige Kraftübergänge zwischen dem Deckelteil und dem offenen Profil realisierbar, so dass sich insgesamt ein besonders haltbares Verbundhohlprofil ergibt. Gleichzeitig ist das Verbinden des metallischen offenen Profits mit dem Deckelteil mittels Reibschweißen besonders gut automatisierbar, so dass besonders geringe Herstellungskosten auftreten. An die zu verbindenden Bereiche muss zudem keine komplexe Struktur, wie sie bei Niet- oder Klipsverbindungen notwendig wird, angespritzt werden, so dass wesentlich einfachere Formwerkzeuge zur Herstellung der Kunststoffkomponenten des Verbundhohlprofils Anwendung finden können. Auch dies führt zu besonders niedrigen Herstellungskosten.In such a method for producing a composite hollow profile, a stiffening structure made of a plastic is molded onto a metallic open profile and the open profile is then closed with a cover part made of a plastic. According to the invention it is provided that the cover part is connected by friction welding with the stiffening structure. As a result of the friction welding, surface force transitions between the cover part and the open profile can be achieved compared with the use of clip-on or rivet connections, so that overall a particularly durable composite hollow profile results. At the same time, the joining of the metallic open profit with the cover part by means of friction welding is particularly easy to automate, so that particularly low production costs occur. In addition, no complex structure, such as that required for rivet or clip connections, needs to be molded onto the regions to be joined, so that substantially simpler molding tools can be used to produce the plastic components of the composite hollow profile. This also leads to particularly low production costs.

Vorzugsweise wird beim Anspritzen der Versteifungsstruktur zumindest ein Kantenbereich des offenen Profils umspritzt. Die Versteifungsstruktur erhöht somit nicht nur die Festigkeit des resultierenden Verbundhohlprofils, sondern dient gleichzeitig dem Kantenschutz des metallischen offenen Profits, so dass insgesamt ein besonders korrosionsbeständiges Verbundhohlprofil geschaffen wird.Preferably, during injection molding of the stiffening structure, at least one edge region of the open profile is overmolded. The stiffening structure thus not only increases the strength of the resulting composite hollow profile, but also serves the edge protection of the metallic open profit, so that overall a particularly corrosion-resistant composite hollow profile is created.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein U-förmiges Deckelteil verwendet, welches mit seinen seitlichen Schenkeln mit der Versteifungsstruktur verbunden wird. Durch die Ausführung sowohl des metallischen Anteils des Verbundhohlprofils als auch des Deckelteils als jeweils halboffene Profilbauteile lässt sich der Übergang zwischen metallischer Struktur und Kunststoffstruktur des Verbundhohlprofils nahezu beliebig legen, so dass die Festigkeit und das Gewicht des Verbundhohlprofils optimal an dem Bedarf angepasst werden kann.In a further preferred embodiment, a U-shaped cover part is used, which is connected with its lateral limbs with the stiffening structure. By executing both the metallic portion of the composite hollow profile and the cover part as each semi-open profile components, the transition between metallic structure and plastic structure of the composite hollow profile can be almost arbitrary, so that the strength and weight of the composite hollow profile can be optimally adapted to the needs.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verbundhohlprofil aus einem metallischen offenen Profil, einer an dieses angespritzten Versteifungsstruktur aus einem Kunststoff, sowie einem Deckelteil aus einem Kunststoff, welcher das offene Profil verschlisset. Erfindungsgemäß ist hier vorgesehen, dass das Deckelteil mit der Versteifungsstruktur durch wenigstens eine Reibschweißverbindung verbunden ist. Wie bereits anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens geschildert, kann so eine flächige Verbindung zwischen den beiden Komponenten des Verbundhohlprofils geschaffen werden, was einen besonders guten Kraftübergang zwischen Deckelteil und offenem Profil ermöglicht und somit ein besonders steifes und haltbares Verbundhohlprofil schafft, welches gleichzeitig einfach herzustellen ist.The invention further relates to a composite hollow profile made of a metallic open profile, a stiffening structure made of a plastic molded on to it, and a cover part made of a plastic, which wears the open profile. According to the invention, it is provided here that the cover part is connected to the stiffening structure by at least one friction-welded connection. As already described with reference to the method according to the invention, as a flat connection between the two components of the composite hollow profile can be created, which allows a particularly good power transfer between the cover part and open profile and thus creates a particularly rigid and durable composite hollow profile, which is also easy to manufacture.

Vorzugsweise umschließt die Versteifungsstruktur zumindest einen Kantenbereich des offenen Profils, so dass der Kunststoffanteil des Verbundhohlprofils gleichzeitig eine Kantenschutzfunktion für den metallischen Anteil übernimmt, was zu besonders korrosionsbeständigen Verbundhohlprofilen führt.Preferably, the stiffening structure surrounds at least one edge region of the open profile, so that the plastic portion of the composite hollow profile at the same time takes over an edge protection function for the metallic portion, resulting in particularly corrosion-resistant composite hollow profiles.

Vorzugsweise weist ferner das Deckelteil einen U-förmigen Querschnitt auf, so dass, wie bereits anhand des Verfahrens geschildert, die Grenzlinie zwischen metallischem und Kunststoffteil beliebig gelegt werden kann, um so Festigkeit und Gewicht für die jeweils geplante Anwendung des Verbundhohlprofils optimieren zu können.Preferably, furthermore, the cover part has a U-shaped cross section, so that, as already described with reference to the method, the boundary line between metallic and plastic part can be arbitrarily set in order to optimize strength and weight for each planned application of the composite hollow profile.

Im Folgenden wird die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:In the following the invention and its embodiments will be explained in more detail with reference to the drawing. Show it:

1A bis D schematische perspektivische Ansichten von Ausgangs-, Zwischen- und Endprodukten bei der Durchführung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verbundhohlprofils. 1A to D schematic perspective views of starting, intermediate and end products in carrying out an embodiment of a method according to the invention for producing an embodiment of a composite hollow profile according to the invention.

Zum Herstellen eines im Ganzen mit 10 bezeichneten, in der 1D dargestellten Verbundhohlprofils wird zunächst ein offenes metallisches Profil 12 bereitgestellt. Dieses weist einen U-förmigen Querschnitt mit zwei seitlichen Schenkeln 14 und einem diese verbindenden mittleren Schenkel 16 auf. Die Randbereiche der seitlichen Schenkel 14 sind zu Flanschen 18 abgekantet.To create a whole with 10 designated in the 1D shown composite hollow profile is initially an open metallic profile 12 provided. This has a U-shaped cross-section with two lateral legs 14 and a middle leg connecting them 16 on. The edge areas of the lateral legs 14 are to flanges 18 folded.

Um ein besonders steifes Profil zu erhalten, wird im folgenden Verfahrensschritt, wie in 1B dargestellt, das metallische Profil 12 mit einer Stützstruktur 20 aus Kunststoff versehen. Dies kann durch Spritzguss erfolgen. In von den Schenkeln 14, 16 begrenzten Innenvolumen 22 des metallischen Profils 12 werden dabei diagonal verlaufende Stützstreben 24 eingebracht. Die angespritzte Kunststoffstruktur erstreckt sich zudem bis zu den Kanten 26 der Flansche 18 und umschließt diese vollständig, so dass die angespritzte Stützstruktur 20 gleichzeitig eine Kantenschutzfunktion übernimmt.In order to obtain a particularly stiff profile, in the following method step, as in 1B represented, the metallic profile 12 with a support structure 20 made of plastic. This can be done by injection molding. In from the thighs 14 . 16 limited interior volume 22 of the metallic profile 12 are doing diagonal support struts 24 brought in. The molded plastic structure also extends to the edges 26 the flanges 18 and encloses them completely so that the molded support structure 20 simultaneously takes over an edge protection function.

Nach Anspritzen und Aushärten der Stützstruktur 20 wird, wie in 1C gezeigt, ein Deckelteil 28 aus einem Kunststoff bereitgestellt, mittels welchem das metallische offene Profil 12 zu einem Hohlprofil verschlossen wird. Zur Verbindung des Deckelteils 28 wird dabei das Reibschweißen oder Ultraschallschweißen genutzt, wobei die Randbereiche 30 des Deckelteils 28 mit den die Flansche 18 umgebenden Bereichen der Kunststoffstützstruktur 20 verschweißt wird. Die Schweißnähte verlaufen also entlang der in 1D gezeichneten strichlierten Linien 32. Durch das Reibschweißen kann das Deckelteil 28 entlang der ganzen Länge des Verbundhohlprofils 10 mit der Kunststoffstützstruktur 20 verbunden werden, so dass sich ein besonders stabiles Verbundhohlprofil ergibt. Das Verbinden von Deckelteil 28 und offenem Profil 12 kann dabei auf einfache Weise automatisiert werden, so dass auch die Herstellung des Verbundhohlprofils 10 besonders kostengünstig ist. Auf das Anspritzen komplex geformter Teile wie beispielsweise von Rast- oder Klipselementen kann verzichtet werden, so dass die zu verwendenden Spritzgussformen besonders einfach und damit ebenfalls kostengünstig sind.After injection molding and curing of the support structure 20 will, as in 1C shown a lid part 28 provided by a plastic, by means of which the metallic open profile 12 is closed to a hollow profile. For connecting the cover part 28 In this case, the friction welding or ultrasonic welding is used, the edge areas 30 of the lid part 28 with the flanges 18 surrounding areas of the plastic support structure 20 is welded. The welds thus run along the in 1D drawn dashed lines 32 , By friction welding, the lid part 28 along the entire length of the composite hollow profile 10 with the plastic support structure 20 be connected, so that there is a particularly stable composite hollow profile. The connection of lid part 28 and open profile 12 can be automated in a simple manner, so that the production of the composite hollow profile 10 is particularly inexpensive. Injecting complex-shaped parts such as latching or Klipselementen can be omitted, so that the injection molds to be used are particularly simple and therefore also inexpensive.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
VerbundhohlprofilComposite hollow profile
1212
metallisches Profilmetallic profile
1414
Schenkelleg
1616
Schenkelleg
1818
Flanschflange
2020
KunststoffstützstrukturPlastic support structure
2222
Innenvolumeninternal volume
2424
Stützstrebesupport strut
2626
Kanteedge
2828
Deckelteilcover part
3030
Randbereichborder area
3232
strichlierte Liniedashed line

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 0995668 A1 [0002, 0003] EP 0995668 A1 [0002, 0003]

Claims (6)

Verfahren zum Herstellen eines Verbundhohlprofils (10), bei welchem eine Versteifungsstruktur (20) aus einem Kunststoff an ein metallisches offenes Profil (12) angespritzt wird und das offene Profil (12) anschließend mit einem Deckelteil (28) aus einem Kunststoff verschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelteil (28) durch Reibschweißen mit der Versteifungsstruktur (20) verbunden wird.Method for producing a composite hollow profile ( 10 ), in which a stiffening structure ( 20 ) made of a plastic to a metallic open profile ( 12 ) and the open profile ( 12 ) subsequently with a cover part ( 28 ) is closed from a plastic, characterized in that the cover part ( 28 ) by friction welding with the stiffening structure ( 20 ) is connected. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Anspritzen der Versteifungsstruktur (20) zumindest ein Kantenbereich (26) des offenen Profils (12) umspritzt wird.A method according to claim 1, characterized in that during injection molding of the stiffening structure ( 20 ) at least one edge region ( 26 ) of the open profile ( 12 ) is overmoulded. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein im Querschnitt U-förmiges Deckelteil (28) verwendet wird, welches mit seinen seitlichen Schenkeln mit der Versteifungsstruktur (20) verbunden wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that a cross-sectionally U-shaped cover part ( 28 ), which with its lateral legs with the stiffening structure ( 20 ) is connected. Verbundhohlprofil (10) aus einem metallischen offenen Profil (12), einer an dieses angespritzten Versteifungsstruktur (20) aus einem Kunststoff, sowie einem Deckelteil (28) aus einem Kunststoff, welches das offene Profil (12) verschließt, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelteil (28) mit der Versteifungsstruktur (20) durch wenigstens eine Reibschweißverbindung (32) verbunden ist.Composite hollow profile ( 10 ) of a metallic open profile ( 12 ), a stiffening structure molded onto this ( 20 ) made of a plastic, as well as a cover part ( 28 ) made of a plastic, which the open profile ( 12 ), characterized in that the cover part ( 28 ) with the stiffening structure ( 20 ) by at least one friction-welded connection ( 32 ) connected is. Verbundhohlprofil (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungsstruktur (20) zumindest einen Kantenbereich (26) des offenen Profils (12) umschließt.Composite hollow profile ( 10 ) according to claim 4, characterized in that the stiffening structure ( 20 ) at least one edge region ( 26 ) of the open profile ( 12 ) encloses. Verbundhohlprofil (10) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelteil (28) einen U-förmigen Querschnitt aufweist.Composite hollow profile ( 10 ) according to claim 4 or 5, characterized in that the cover part ( 28 ) has a U-shaped cross-section.
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