DE102011111233A1 - Method for manufacturing lightweight component of e.g. body reinforcement for passenger car, involves connecting fiber-reinforced organic sheet layer to single-piece laminar structure in which fiber courses are crossed in layers - Google Patents

Method for manufacturing lightweight component of e.g. body reinforcement for passenger car, involves connecting fiber-reinforced organic sheet layer to single-piece laminar structure in which fiber courses are crossed in layers Download PDF

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Abstract

The method involves connecting a fiber-reinforced organic sheet layer (13) to a single-piece laminar structure in which fiber courses are crossed in layers. Congruent blanks (12) for the organic sheet layer are placed on an organic sheet web (10) such that gravity axes (14) of the blanks enclose a predetermined intermediate angle, where the sheet layer is connected to the laminar structure through gluing by supplying heat. The laminar structure is deformed to a lightweight component having U-shaped cross-section in a deep drawing tool by supplying the heat. The lightweight component is reinforced with a sheet structure that is produced by injection molding with thermoplastic.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Leichtbauteils, insbesondere einer Karosserieverstärkung für ein Kraftfahrzeug unter Verwendung von Organoblechen.The invention relates to a method for producing a lightweight component, in particular a body reinforcement for a motor vehicle using organo sheets.

Organobleche und daraus geformte Strukturbauteile im Einsatz bei Kraftfahrzeugen sind aus dem Stand der Technik bekannt.Organo sheets and structural components formed therefrom in use in motor vehicles are known from the prior art.

Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2009 034 767 A1 offenbart beispielsweise ein aus einem Organoblechen geformtes Strukturbauteil, das bei Kraftfahrzeugen, insbesondere zur Herstellung für Säulenstrukturen, wie z. B. der A-, B- und/oder C-Säule eingesetzt wird, um einerseits für diese Einsatzfälle das Gewicht im Vergleich zum Einsatz von Metallstrukturbauteilen zu reduzieren und gleichzeitig die für diese Einsatzzwecke notwendige Steifigkeit, insbesondere die Verwindungssteifigkeit zumindest weitgehend zu erhalten.The German patent application DE 10 2009 034 767 A1 discloses, for example, a molded from an organic sheet structural component used in motor vehicles, in particular for the production of pillar structures, such as. B. the A-, B- and / or C-pillar, on the one hand for these applications to reduce the weight compared to the use of metal structural components and at the same time to obtain the necessary rigidity for this application, in particular the torsional rigidity at least largely.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Leichtbauteils für eine Kfz-Karosserieverstärkung vorzuschlagen, mit dessen Hilfe ein vergleichsweise biege- und verwindungssteifes Leichtbauteil rationell fertigbar ist.The invention has for its object to propose a method for producing a lightweight component for a vehicle body reinforcement, by means of which a comparatively bending and torsion-resistant lightweight component is rationally manufacturable.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst, wonach ein Verfahren zur Herstellung eines Leichtbauteils, insbesondere einer Karosserieverstärkung für ein Kraftfahrzeug, wie einem Personenkraftwagen oder dergleichen vorgeschlagen wird, bei dem wenigstens zwei faserverstärkte Organoblechlagen mit unterschiedlichem Faserverlauf zu einem Schichtverbund verbunden sind, bei dem sich die Faserverläufe lageweise kreuzen.This object is solved by the features of claim 1, according to which a method for producing a lightweight component, in particular a body reinforcement for a motor vehicle, such as a passenger car or the like is proposed in which at least two fiber-reinforced organic sheet layers are connected with different fiber flow to a composite layer at the fiber progressions intersect layer by layer.

Gemäß der Erfindung sind Organobleche aus thermoplastischem Kunststoff gefertigte Halbzeuge in Plattenform, die mit Endlosfasern, insbesondere Endlosglasfasern verstärkt sind.According to the invention, organic sheets made of thermoplastic material are semifinished products in sheet form which are reinforced with continuous fibers, in particular continuous glass fibers.

Durch den erfindungsgemäß hergestellten Schichtverbund aus wenigstens zwei faserverstärkten Organoblechenlagen, deren Fasern in jeder Organoblechlage derart angeordnet sind, dass sich die Fasern im Schichtverbund unter einem Winkel, insbesondere einem vorbestimmten Winkel schneiden, lassen sich beispielsweise durch Tiefziehen des erzeugten Schichtverbundes Strukturbauteile in Leichtbauweise herstellen, bei denen den einsatzgemäßen Beanspruchungen auf einfache Weise durch unterschiedliche Orientierung der Endlosfasern im Schichtverbund Rechnung getragen wird. Die Orientierung der Endlosfasern innerhalb jeder Organoblechlage und damit der Zwischenwinkel der sich schneidenden Faserverläufe zwischen den einzelnen Organoblechlagen lässt sich zumindest weitgehend beanspruchungsoptimiert mit Hilfe der sogenannten Finite-Elemente-Methode bestimmen, anhand derer das Belastungsprofil für den Schichtverbund vorher bestimmbar ist.The layer composite produced according to the invention from at least two fiber-reinforced organic sheet layers whose fibers are arranged in each organic sheet layer in such a way that the fibers intersect in the layer composite at an angle, in particular a predetermined angle, can be used to produce lightweight structural components by deep-drawing the layer composite produced, for example which the operational demands in a simple manner by different orientation of the continuous fibers in the composite layer is taken into account. The orientation of the continuous fibers within each organic sheet layer and thus the intermediate angle of the intersecting fiber progressions between the individual organic sheet layers can be determined at least largely optimized stress with the help of the so-called finite element method, based on which the load profile for the layer composite can be determined beforehand.

Je nach dem für welchen Einsatzzweck das erfindungsgemäße Strukturbauteil vorgesehen ist, lassen sich sowohl die Anzahl der Organoblechlagen des Schichtaufbaus als auch die Orientierung der Endlosfasern innerhalb jeder Schicht entsprechend dem durch den Einsatzzweck sich ergebenden Beanspruchungsprofil anpassen. Je nach Beanspruchungsprofil können dabei die einzelnen Organoblechlagen mit ihren unterschiedlichen Orientierungen der sie verstärkenden Endlosfasern in beliebiger Weise zu einem Schichtverbund kombiniert werden, wobei zur Optimierung der Festigkeit der einzelnen Organoblechlagen und damit des daraus erzeugten Schichtverbundes auch der Anteil der Endlosfasern innerhalb der Organoblechlage angepasst werden kann.Depending on the purpose for which the structural component according to the invention is provided, both the number of organic sheet layers of the layer structure and the orientation of the continuous fibers within each layer can be adapted according to the stress profile resulting from the intended use. Depending on the load profile, the individual organic sheet layers with their different orientations of the continuous fibers that they reinforce can be combined in any desired manner to form a layer composite, whereby the proportion of continuous fibers within the organic sheet layer can be adjusted to optimize the strength of the individual organic sheet layers and thus of the layer composite produced therefrom ,

Die einzelnen Organoblechlagen mit ihren unterschiedlich ausgerichteten Endlosfaserverläufen lassen sich durch schichtweise zwischen den einzelnen Organoblechschichten zur Anwendung kommenden stoff- oder kraftschlüssigen Verbindungstechniken verbinden, die wiederum auf das Beanspruchungsprofil des jeweiligen Strukturbauteils anpassbar sind.The individual organic sheet layers with their differently oriented continuous fiber gradients can be connected by layer-by-layer between the individual organic sheet layers used for material or non-positive connection techniques, which in turn are adaptable to the stress profile of the respective structural component.

Neben einer beanspruchungsoptimierten Ausrichtung der Endlosfaser der jeweiligen Organoblechlagen innerhalb des Schichtverbundes und der Verbindungsmittel zwischen den einzelnen Organoblechschichten lassen sich die einzelnen Organoblechschichten auch noch hinsichtlich ihrer Materialstärke auf das durch den Einsatzzweck des Leichtbau-Strukturbauteils geforderte Beanspruchungsprofil optimieren. Je nach Beanspruchung des erfindungsgemäßen Organoblechschichtaufbau sind zwei oder mehr Organoblechauflagen stoff- oder kraftschlüssig miteinander verbindbar. Die Steifigkeit und Festigkeit des Schichtaufbaues kann durch eine vorbestimmte Kombination der einzelnen Organoblechlagen und der damit sich ergebenden unterschiedlichen Kreuzungsmöglichkeiten der Endlosfasern durch einfach Weise beeinflusst werden.In addition to a stress-optimized alignment of the continuous fiber of the respective organic sheet layers within the layer composite and the connecting means between the individual organic sheet layers, the individual organic sheet layers can also be optimized in terms of their material thickness to the required by the intended use of the lightweight structural component stress profile. Depending on the stress of the organo-laminating structure according to the invention, two or more organic-sheet supports can be connected to one another in a material or force-locking manner. The rigidity and strength of the layer structure can be easily influenced by a predetermined combination of the individual organic sheet layers and the resulting different possibilities of crossing the continuous fibers.

Der zwei- oder mehrschichtige Organoblechaufbau lässt sich beispielsweise durch spanlose Formgebung, z. B. einem Tiefziehwerkzeug unter Zugabe von Wärme in die für das Strukturbauteil geforderte dreidimensionale Form bringen ggf. mit Hilfe dieses Werkzeuges auch mit Durchbrüchen oder Durchgangslöchern versehen, die hinsichtlich ihrer Größe, ihrer Form und ihrer Position innerhalb des Strukturbauteils an dessen Einsatzzweck angepasst werden können.The two- or multi-layer organic sheet structure can be, for example, by non-cutting shaping, z. B. bring a thermoforming tool with the addition of heat in the required for the structural component three-dimensional shape possibly provided with the aid of this tool with breakthroughs or through holes that can be adjusted in terms of their size, shape and position within the structural component of its application.

Zur Herstellung des einstückigen Schichtaufbaus, bestehend aus einzelnen Organoblechschichten können kraft- und/oder stoffschlüssige Verbindungstechniken, wie beispielsweise eine Klebstoffverbindung Anwendung finden, wodurch die die Endlosfasern, wie beispielsweise Glasfasern oder Kohlestofffasern oder dergleichen umhüllenden thermoplastischen Kunststoffschichten fest und dauerhaft miteinander verbindbar sind. Durch den dauerhaften Verbund einerseits und den sich schichtweise kombinierbar kreuzenden Faserverläufen andererseits sind Leichtbau-Strukturbauteile herstellbar, die im Vergleich zu Strukturbauteilen aus Metallwerkstoff zumindest keine nennenswerten Einbußen an Verwindungs- und Biegesteifigkeit aufweisen, aber bei denen das Gewicht merklich reduziert ist. For the production of the one-piece layer structure, consisting of individual organic sheet layers, non-positive and / or cohesive bonding techniques, such as an adhesive compound find application, whereby the continuous plastic fibers such as glass fibers or carbon fibers or the like enveloping thermoplastic layers are permanently and permanently connected to each other. Due to the permanent bond on the one hand and the layerwise combinable intersecting fiber gradients on the other hand lightweight structural components can be produced, which have at least no significant loss of torsional and bending stiffness compared to structural components made of metal material, but in which the weight is significantly reduced.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens eine dritte und eine vierte faserverstärkte Organoblechlage mit einem dritten und einem vierten Faserverlauf vorgesehen ist, die mit der ersten und der zweiten Organoblechlage zu einem Schichtverbund derart verbunden sind, dass sich die Faserverläufe lageweise kreuzen.According to a preferred embodiment of the object of the invention, it is provided that at least a third and a fourth fiber-reinforced organic sheet layer is provided with a third and a fourth fiber profile, which are connected to the first and the second organo sheet layer in a layer composite such that the fiber progresses in layers cross.

Bei einem aus vier Organoblechlagen zusammengesetzten einstückigen Schichtverbund, bei dem die einzelnen Organoblechlagen mit ihren unterschiedlich ausgerichteten Endlosfaserverläufen je nach Beanspruchung des durch den Schichtaufbau erzeugten Leichtbau-Strukturbauteils in beliebiger Weise kombinierbar sind, lassen sich bereits erhebliche Festigkeiten und Verbindungssteifigkeiten für Leichtbau-Strukturbauteile erzeugen, sodass diese Bauteile besonders bevorzugt als Leichtbauteile im Automobilbau, insbesondere zur Herstellung von A-, B-, C- oder D-Säulen Verstärkungen Einsatz finden. Bevorzugt sind dabei die vier Einzelschichten, die vorzugsweise eine Materialstärke zwischen 0,3 mm und 0,8 mm aufweisen, miteinander durch Kleben verbunden.In the case of a one-piece layer composite composed of four organic sheet layers, in which the individual organic sheet layers with their differently oriented continuous fiber progressions can be combined in any manner depending on the stress of the lightweight structural component produced by the layer structure, considerable strength and connection stiffness for lightweight structural components can already be produced, these components particularly preferred as lightweight components in the automotive industry, in particular for the production of A, B, C or D pillars reinforcements find use. Preference is given to the four individual layers, which preferably have a material thickness between 0.3 mm and 0.8 mm, connected to each other by gluing.

Besonders bevorzugt sind die Organoblechlagen aus wenigstens einer Organoblechbahn zugeschnitten. Dabei können die Zuschnitte der Organoblechlagen innerhalb der Organoblechbahn eine unterschiedliche Lage aufweisen, wodurch für jede Organoblechlage auf kostengünstige Weise ein unterschiedlicher Faserverlauf erzeugbar ist.Particularly preferably, the organic sheet layers are cut from at least one organic sheet. The blanks of the organic sheet layers may have a different position within the organic sheet, whereby for each organo sheet layer in a cost effective manner, a different fiber profile can be generated.

Nach einer alternativen Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung ist vorgesehen, dass jede der Organoblechlagen aus einer dafür vorgesehenen Organoblechbahn zugeschnitten ist.According to an alternative embodiment of the subject matter of the invention, it is provided that each of the organic sheet layers is cut from an organic sheet intended for this purpose.

Hierdurch lassen sich nicht nur kostengünstig in einer Großserienfertigung Organoblechlagen mit unterschiedlichen Faserverläufen ausschneiden sondern zugleich auch noch Organoblechlagen mit unterschiedlicher Materialstärke bereitstellen. Bei dieser Ausführungsform ergibt sich ein erheblicher Großserienfertigungsvorteil dadurch, dass der Zuschnitt einer spezifischen Organoblechlage innerhalb einer Organoblechbahn in einer vorbestimmten Weise material- und arbeitsschritt sparend anordenbar ist.As a result, it is not only possible to inexpensively cut off organic sheet layers with different fiber progressions in a large-scale production, but at the same time also provide organic sheet layers with different material thickness. In this embodiment, a significant mass production advantage results from the fact that the cutting of a specific organic sheet layer within an organic sheet in a predetermined manner material and labor saving can be arranged.

Besonders bevorzugt ist der Schichtaufbau eines zwei- oder mehrschichtigen Organoblechschichtverbundes durch folgende Schritte herstellbar:

  • a) Bereitstellen wenigstens einer Organoblechbahn mit einem vorbestimmten Faserverlauf,
  • b) Anordnen der vorzugsweise deckungsgleichen Zuschnitte für die Organoblechlagen auf der Organoblechbahn derart, dass die Schwereachsen eines jeden Zuschnitts zum Faserverlauf einen vorbestimmten für jeden Zuschnitt unterschiedlichen Zwischenwinkel einschließen,
  • c) Ausschneiden der Organoblechlagen aus der Organoblechbahn entsprechend der Zuschnitte,
  • d) Zusammenfügen der Organoblechlagen entsprechend einer vorbestimmten Fügefolge,
  • e) Verbinden der gefügten Organoblechlagen zu einem einstückigen Schichtverbund, vorzugsweise durch Kleben, insbesondere unter Zugabe von Wärme,
  • f) Umformen des einstückigen Schichtverbundes unter Zugabe von Wärme, vorzugsweise in einem Tiefziehwerkzeug zu einem insbesondere im Querschnitt U-förmigen Leichtbauteil.
The layer structure of a two-layer or multi-layer organic sheet-layer composite can be produced by the following steps:
  • a) providing at least one organic sheet with a predetermined fiber profile,
  • b) arranging the preferably congruent blanks for the organic sheet layers on the organic sheet such that the axes of gravity of each blank to the fiber path include a predetermined intermediate angle different for each blank,
  • c) cutting the organic sheet from the organic sheet according to the blanks,
  • d) assembling the organic sheet layers according to a predetermined joining sequence,
  • e) joining the joined organic sheet layers to form a one-piece layer composite, preferably by gluing, in particular by adding heat,
  • f) forming the one-piece layer composite with the addition of heat, preferably in a thermoforming tool to a particular U-shaped in cross-section lightweight component.

Durch eine derartige Aufeinanderfolge von Fertigungsschritten für den Schichtverbund aus einzelnen faserverstärkten Organoblechlagen lässt sich auf besonders einfache Weise ein kostengünstiges Strukturleichtbauteil, insbesondere zum Einsatz im Kfz-Karosseriebau, erzeugen.Such a sequence of production steps for the layer composite of individual fiber-reinforced organic sheet metal layers makes it possible to produce a low-cost structural lightweight component, in particular for use in motor vehicle body construction, in a particularly simple manner.

Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass sich an den Schritt f) folgende Schritte anschließen:

  • g) Beschneiden des U-geformten Schichtverbundes,
  • h) Einbringen von Durchbrüchen in das Leichtbauteil, insbesondere in die Basis des U-förmigen Leichtbauteils.
It is particularly preferred that the following steps follow step f):
  • g) trimming the U-shaped layer composite,
  • h) introducing breakthroughs in the lightweight component, in particular in the base of the U-shaped lightweight component.

Durch diese weiteren Verfahrensschritte zur Herstellung des Leichtbauteils lassen sich produktionsoptimierte Leichtbauteile mit unterschiedlicher Außenkontur zumindest weitgehend passgenau herstellen, die zudem noch vorzugsweise innerhalb des Tiefziehwerkzeuges mit Durchbrüchen und Aussparungen versehen werden können, um weitere Funktionen des Strukturbauteils innerhalb des vorgesehenen Einsatzzweckes, insbesondere im Karosseriebau von Personenkraftwagen zu ermöglichen.By means of these further method steps for the production of the lightweight component, production-optimized lightweight components with different outer contours can be produced at least largely accurately, which moreover can preferably be provided with apertures and recesses within the thermoforming tool, for further functions of the structural component within the intended use, in particular in the body construction of passenger cars to enable.

Eine besonders zielgerichtete Anordnung der Organoblechlagen im Hinblick auf den für den daraus bestehenden Schichtverbund vorgesehenen Einsatzzweck ergibt sich, wenn nach einer nächsten bevorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung vorgesehen ist, dass die Anzahl der Organoblechlagen und/oder deren Aufeinanderfolge durch die statische und/oder dynamische Belastung des Leichtbauteils bestimmt ist.A particularly targeted arrangement of the organo sheet layers with regard to the resulting existing layer composite intended use results when, according to a next preferred embodiment of the subject invention, it is provided that the number of organic sheet layers and / or their succession is determined by the static and / or dynamic load of the lightweight component.

Besonders bevorzugt ist das aus Organoblechlagen zu einem einstückigen Schichtverbund verbundene Leichtbauteil mit einer durch Umspritzen mit thermoplastischem Kunststoff am Leichtbauteil festgesetzten Blechstruktur versteift.Particularly preferably, the lightweight component connected from organic sheet layers to a one-piece layer composite is stiffened with a sheet-metal structure fixed on the lightweight component by extrusion-coating with thermoplastic material.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung ist vorgesehen, dass die Stärke der einzelnen Organoblechlagen zwischen 0,3 mm und 0,8 mm beträgt.According to a preferred embodiment of the object of the invention, it is provided that the thickness of the individual organic sheet layers is between 0.3 mm and 0.8 mm.

Durch eine Variation der Materialstärke für die Organoblechlagen und die Variation der Organoblechlagen mit unterschiedlichem Faserverlauf lassen sich Leichtbau-Strukturbauteile insbesondere für den Kfz-Karosserie-Rohbau herstellen, die bei gegenüber Metallbauteilen deutlich reduziertem Gewicht eine sehr hohe Biege- und Verbindungssteifigkeit aufweisen.By varying the material thickness for the organic sheet layers and the variation of the organic sheet layers with different fiber shape lightweight structural components can be produced in particular for the car body shell, which have a very high bending and connection stiffness with respect to metal components significantly reduced weight.

Bevorzugt sind die Organoblechbahnen mit Endlosfasern, insbesondere Glasfasern versehen, deren Faserverlauf zumindest annähernd in Längsrichtung der Organoblechbahnen angeordnet ist.The organic sheet webs are preferably provided with continuous fibers, in particular glass fibers, whose fiber shape is arranged at least approximately in the longitudinal direction of the organic sheet webs.

Besonders material- und kostenoptimiert lassen sich die Organoblechlagen herstellen, wenn nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung vorgesehen ist, dass jeder der Zuschnitte für eine Organoblechlage auf einer eigenen Organoblechbahn angeordnet ist.The organic sheet layers can be produced in a particularly material and cost-optimized manner if, according to a further preferred embodiment of the subject matter of the invention, it is provided that each of the blanks for an organic sheet layer is arranged on its own organic sheet.

Besonders bevorzugt verlaufen die Schwereachsen der Zuschnitte für die Organoblechlagen auf einer Organoblechbahn zu einander parallel.Particularly preferably, the axes of gravity of the blanks for the organic sheet layers run parallel to one another on an organic sheet web.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schwereachsen von wenigstens einem der Zuschnitte für eine Organoblechlage, vorzugsweise von zwei Zuschnitten unter einem spitzen Zwischenwinkel von 20° bis 70° zum Faserverlauf der jeweiligen Organoblechbahn angeordnet sind.According to a preferred embodiment of the object of the invention, it is provided that the axes of gravity of at least one of the blanks for an organic sheet layer, preferably of two blanks are arranged at an acute intermediate angle of 20 ° to 70 ° to the fiber path of the respective organo sheet.

Durch eine derartige Anordnung lassen sich innerhalb einer Organoblechlage auf einfache Weise Faserverläufe mit unterschiedlicher Ausrichtung, je nach Beanspruchungsprofil des zu einem Schichtverbund verbunden Leichtbauteil erzeugen.By means of such an arrangement, it is possible within a layer of organic sheet to produce fiber courses with different orientation in a simple manner, depending on the load profile of the lightweight component connected to a layer composite.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung ist vorgesehen, dass der spitze Zwischenwinkel bei zwei Organoblechlagen-Zuschnitten auf unterschiedlichen Organoblechbahnen zumindest annähernd gleich ist, und die Schwereachsen der Zuschnitte achsensymmetrisch angeordnet sind.According to a preferred embodiment of the subject matter of the invention, it is provided that the acute intermediate angle is at least approximately the same for two organic sheet blanks on different organic sheets, and the axes of gravity of the blanks are arranged axially symmetrically.

Durch eine derartige Anordnung der Zuschnitte auf den unterschiedlichen Organoblechbahnen lassen sich für zwei Organoblechlagen großseriengerecht auf einfache Weise unterschiedliche Faserorientierungen erzeugen, die die Organoblechlage in unterschiedlicher diagonaler Ausrichtung durchläuft.Such an arrangement of the blanks on the different organic sheets can be produced in a simple manner different fiber orientations for two organo sheet layers in a simple manner, which passes through the organo sheet layer in different diagonal orientation.

Besonders bevorzugt ist das Leichtbauteil mit einer durch Umspritzen mit thermoplastischem Kunststoff erzeugten Rippenstruktur versteift.Particularly preferably, the lightweight component is stiffened with a rib structure produced by encapsulation with thermoplastic material.

Bevorzugt ist die Rippenstruktur faserverstärkt, insbesondere glasfaserverstärkt, wobei der Glasfaseranteil bei einem thermoplastischen Kunststoff wie Polypropylen oder Polyamid zwischen 30 und 50% beträgt.Preferably, the rib structure is fiber-reinforced, in particular glass fiber reinforced, wherein the glass fiber content in a thermoplastic material such as polypropylene or polyamide is between 30 and 50%.

Die Erfindung ist der nachfolgenden Beschreibung anhand eines in der Zeichnung vereinfacht dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert.The invention is explained in the following description with reference to an embodiment shown in simplified form in the drawing.

1 zeigt abschnittsweise eine erste Organoblechbahn und einen ersten Zuschnitt für eine Organoblechlage in einer ersten Orientierung auf der Organoblechbahn; 1 shows, in sections, a first organic sheet and a first blank for an organic sheet in a first orientation on the organic sheet;

2 zeigt abschnittsweise eine zweite Organoblechbahn mit einem darauf angeordneten zweiten Zuschnitt für eine Organoblechlage in einer zweiten Orientierung zur Organoblechbahn, 2 shows in sections a second organic sheet with a second blank arranged thereon for an organic sheet in a second orientation to the organic sheet,

3 zeigt im Ausschnitt eine dritte Organoblechbahn mit einem darauf angeordneten dritten Zuschnitt für eine dritte Organoblechlage in einer dritten Orientierung zur Organoblechbahn und 3 shows in section a third organo sheet with a third blank arranged thereon for a third organic sheet in a third orientation to Organoblechbahn and

4 ausschnittsweise eine vierte Organoblechbahn mit einem darauf angeordneten vierten Zuschnitt für eine Organoblechlage in einer vierten Orientierung zu einer Organoblechbahn. 4 detail of a fourth Organoblechbahn with a fourth blank arranged thereon for a Organoblechlage in a fourth orientation to an organic sheet.

1 zeigt einen Längsabschnitt einer ersten Organoblechbahn 10 mit mehreren annähernd parallel zueinander verlaufenden Endlosfasern 11, die im vorliegenden Fall als Glasfasern ausgebildet. Auf der Organoblechbahn sind im vorliegenden Fall paarweise in Längsausrichtung der Organoblechbahn 10 hintereinander Zuschnitte 12 einer ersten Organoblechlage 13 angeordnet. Die Zuschnitte 12 sind derart ausgebildet und mit ihrer Längserstreckung zur Organoblechbahn 10 angeordnet, dass die Endlosfasern 11 in Längserstreckung der durch die Zuschnitte 12 gekennzeichneten Oganoblechlage 13 verlaufen. Die Zuschnitte 12 besitzen Schwereachsen 14, die zu einander parallel angeordnet sind wobei die in Längserstreckung der Zuschnitte 14 verlaufend Schwereachse 14 eine spitzen Zwischenwinkel α mit den Endlosfasern einschließt. 1 shows a longitudinal section of a first Organoblechbahn 10 with several approximately parallel to each other running endless fibers 11 , which in the present case are formed as glass fibers. On the organic sheet in the present case are pairs in the longitudinal orientation of the organic sheet 10 one after the other blanks 12 a first organic sheet layer 13 arranged. The blanks 12 are formed in such a way and with their longitudinal extent to Organoblechbahn 10 arranged that the continuous fibers 11 in the longitudinal direction of the through the blanks 12 marked ogano coating 13 run. The blanks 12 have heavy axes 14 , which are arranged parallel to each other being in the longitudinal extent of the blanks 14 Gradient gravity axis 14 includes an acute intermediate angle α with the continuous fibers.

Gemäß 2 ist ein Längsabschnitt einer zweiten Orgnoblechbahn 20 gezeigt, die wie die Organoblechbahn 10 mehrere verteilt über ihre Breite angeordnete, in Längsrichtung der Organoblechbahn 20 verlaufende Endlosfasern 21 aufweist, die beispielsweise als Glasfasern ausgebildet sein können. Auf der Organoblechbahn 20 sind in Längsrichtung hintereinander deckungsgleiche Zuschnitte 22 für eine zweite Organoblechlage 23 angeordnet, deren Außenkontur der Außenkontur der Zuschnitte 12 entspricht. Im Unterschied zu der Anordnung der Zuschnitte 12 sind die Zuschnitte 22 mit ihrer Längserstreckung quer zur Längserstreckung der zweiten Organoblechbahn 20 angeordnet, sodass der Faserverlauf der durch die Zuschnitte 22 umgrenzten Organoblechlagen 23 im Wesentlichen quer zu deren Längserstreckung verläuft, während der Faserverlauf der Organoblechlage 13 zumindest weitgehend in deren Längsrichtung verläuft. Die Zuschnitte 22 besitzen Schwereachsen 24, die durch die Anordnung der Zuschnitte 22 auf der Organoblechbahn 20 parallel zueinander angeordnet sind, wobei die quer zur Längserstreckung der Zuschnitte 22 verlaufende Schwereachse 24 eine spitzen Zwischenwinkel α mit den Endlosfasern 21 einschließtAccording to 2 is a longitudinal section of a second Orgnoblechbahn 20 shown as the organic sheet 10 several distributed over their width, in the longitudinal direction of the Organoblechbahn 20 continuous filaments 21 has, which may be formed, for example, as glass fibers. On the organic sheet railway 20 are longitudinally one behind the other congruent blanks 22 for a second organic sheet layer 23 arranged, the outer contour of the outer contour of the blanks 12 equivalent. In contrast to the arrangement of the blanks 12 are the blanks 22 with its longitudinal extent transversely to the longitudinal extension of the second organo-sheet web 20 arranged so that the fiber flow through the blanks 22 circumscribed organo sheets 23 extends substantially transversely to its longitudinal extent, while the fiber profile of the organic sheet layer 13 extends at least largely in the longitudinal direction. The blanks 22 have heavy axes 24 caused by the arrangement of the blanks 22 on the organic sheet railway 20 are arranged parallel to each other, wherein the transverse to the longitudinal extent of the blanks 22 extending axis of gravity 24 an acute intermediate angle α with the continuous fibers 21 includes

3 zeigt einen Längsabschnitt einer dritten Organoblechbahn 30, die wie die Organoblechbahnen 10 und 20 mit in Längsrichtung verlaufenden Endlosfasern 31 ausgestattet ist, die im vorliegenden Fall als Glasfasern ausgebildet sind. Auf der Organoblechbahn 30 sind deckungsgleiche Zuschnitte 32 für eine dritte Organoblechlage 33 angeordnet, welche mit ihren Schwereachsen 34 schräg zum Faserverlauf der Endlosfasern 31 derart angeordnet sind, dass die in Längserstreckung der Zuschnitte 32 verlaufende Schwereachse einen spitzen Zwischenwinkel α mit den Endlosfasern 31 bildet und in einem gedachten, durch den Schwerpunkt der Zuschnitte 32 verlaufenden Koordinatensystem vom zweiten Quadranten in den vierten Quadranten dieses Koordinatensystems verläuft. 3 shows a longitudinal section of a third organo sheet 30 that like the organic sheets 10 and 20 with longitudinally extending filaments 31 is equipped, which are formed in the present case as glass fibers. On the organic sheet railway 30 are congruent blanks 32 for a third organic sheet layer 33 arranged, which with their axes of gravity 34 oblique to the fiber path of the continuous fibers 31 are arranged such that in the longitudinal extent of the blanks 32 extending axis of gravity a sharp intermediate angle α with the continuous fibers 31 forms and in an imaginary, by the center of gravity of the blanks 32 extending coordinate system from the second quadrant in the fourth quadrant of this coordinate system.

In 4 ist ein Längsabschnitt einer vierten Organoblechbahn 40 gezeigt, die wie die Organoblechbahnen 10, 20 und 30 mit in Längsrichtung verlaufenden Endlosfasern 41 versehen ist, die über die Breite der Organoblechbahn 40 verteilt angeordnet und vorzugsweise als Glasfasern ausgebildet sind.In 4 is a longitudinal section of a fourth Organoblechbahn 40 shown as the organic sheets 10 . 20 and 30 with longitudinally extending filaments 41 is provided, which exceeds the width of the organic sheet 40 arranged distributed and preferably formed as glass fibers.

Auf der Organoblechbahn 40 sind Zuschnitte 42 für eine vierte Organoblechlage 43 angeordnet, deren Kontur deckungsgleich zu den Organoblechlagen 13, 23 und 43 ausgebildet ist. Die Zuschnitte 42 sind wie die Zuschnitte 32 schräg zum Faserverlauf der Endlosfasern derart angeordnet, dass ihre Schwereachsen 44 mit dem Faserverlauf der Endlosfasern 41 einen spitzen Zwischenwinkel α einschließen, wobei die in Längsrichtung der Zuschnitte 42 verlaufende Schwereachse 44 bei einem gedachten, im Schwerpunkt der Zuschnitte 42 angeordneten Koordinatensystem vom ersten Quadranten in den dritten Quadranten dieses Koordinatensystems verläuft. Damit ist die in Längsrichtung des Zuschnitts 42 verlaufende Schwereachse achsensymmetrisch zu der in Längsrichtung des Zuschnitts 32 verlaufende Schwereachse 34 angeordnet, wobei der Zuschnitt 42 bzgl. des Zuschnitts 32 in der Ebene der Organoblechbahn 40 um 180° gedreht ist.On the organic sheet railway 40 are blanks 42 for a fourth organo sheet situation 43 arranged, the contour of which is congruent to the Organoblechlagen 13 . 23 and 43 is trained. The blanks 42 are like the blanks 32 arranged obliquely to the fiber path of the endless fibers such that their axes of gravity 44 with the fiber flow of the continuous fibers 41 include an acute intermediate angle α, wherein the longitudinal direction of the blanks 42 extending axis of gravity 44 at an imaginary, in the focus of the blanks 42 arranged coordinate system from the first quadrant in the third quadrant of this coordinate system runs. This is the lengthwise direction of the blank 42 extending axis of gravity axisymmetric to that in the longitudinal direction of the blank 32 extending axis of gravity 34 arranged, wherein the blank 42 regarding the blank 32 in the plane of the organic sheet 40 is rotated by 180 °.

Durch die unterschiedliche Anordnung der einzelnen Zuschnitte 12, 22, 32 und 42 auf den Organobahnen sind Organoblechlagen 13, 23, 33 und 43 gebildet, die mit unterschiedlichen Faserverläufen ausgestattet sind.Due to the different arrangement of the individual blanks 12 . 22 . 32 and 42 on the organobahnen are organo sheets 13 . 23 . 33 and 43 formed, which are equipped with different fiber gradients.

Gemäß der Erfindung lassen sich die Organoblechlagen in verschiedener Anzahl und in unterschiedlicher Anordnung entsprechend einer vorher bestimmten Beanspruchung des Leichtbauteils zu einem einstückigen Schichtverbund verbinden. Durch den erfinderischen Gedanken, Organoblechlagen mit unterschiedlicher Faserverlauforientierung dadurch zu erzeugen, dass die Zuschnitte für die Organoblechlagen eine unterschiedliche Orientierung auf einer Organoblechbahn besitzen können, ergeben sich Organoblechlagen, deren Faserverläufe auf sehr einfache Weise beeinflussbar sind. Zudem besteht die Möglichkeit, den Faserverlauf auf den Organoblechbahnen einheitlich oder unterschiedlich zu gestalten und die Dichte der Endlosfasern innerhalb der Organoblechbahn zu variieren.According to the invention, the organic sheet layers can be combined in various numbers and in a different arrangement according to a predetermined load of the lightweight component to form a one-piece layer composite. Due to the inventive idea of producing organic sheet layers with different fiber orientation in that the blanks for the organic sheet layers may have a different orientation on an organic sheet, this results in organo sheets whose fiber characteristics can be influenced in a very simple manner. In addition, it is possible to make the course of the fibers on the organic sheets uniform or different and to vary the density of the continuous fibers within the organic sheet.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
OrganoblechbahnOrganoblechbahn
1111
Endlosfasercontinuous fiber
1212
Zuschnittcut
1313
Schwereachseheavy axle
2020
OrganoblechbahnOrganoblechbahn
2121
Endlosfasercontinuous fiber
2222
Zuschnittcut
2323
Schwereachseheavy axle
3030
OrganoblechbahnOrganoblechbahn
3131
Endlosfasercontinuous fiber
3232
Zuschnittcut
3333
Schwereachseheavy axle
4040
OrganoblechbahnOrganoblechbahn
4141
Endlosfasercontinuous fiber
4242
Zuschnittcut
4343
Schwereachseheavy axle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102009034767 A1 [0003] DE 102009034767 A1 [0003]

Claims (15)

Verfahren zur Herstellung eines Leichtbauteils, insbesondere einer Karosserieverstärkung für ein Kraftfahrzeug, wie einem Personenkraftwagen oder dergleichen, bei dem wenigstens zwei faserverstärkte Organoblechlagen (13, 23, 33, 43) zu einem Schichtverbund verbunden werden, bei dem sich die Faserverläufe lageweise kreuzen.Method for producing a lightweight component, in particular a body reinforcement for a motor vehicle, such as a passenger car or the like, in which at least two fiber-reinforced organic sheets ( 13 . 23 . 33 . 43 ) are connected to form a layer composite in which the fiber progressions intersect layer by layer. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte und eine vierte faserverstärkte Organoblechlage (13, 23, 33, 43) mit einem dritten oder vierten Faserverlauf vorgesehen ist, die zu einem Schichtverbund mit der ersten und der Organoblechlage (13, 23, 33, 43) derart verbunden werden, dass sich die Faserverläufe lageweise kreuzen.A method according to claim 1, characterized in that a third and a fourth fiber-reinforced organic sheet ( 13 . 23 . 33 . 43 ) is provided with a third or fourth fiber profile, which leads to a layer composite with the first and the organic sheet layer ( 13 . 23 . 33 . 43 ) are connected in such a way that the fiber progressions intersect in layers. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Organoblechlagen (13, 23, 33, 43) aus wenigstens einer Organoblechbahn (10, 20, 30, 40) zugeschnitten werden.Process according to claim 1 or 2, characterized in that the organic sheet layers ( 13 . 23 . 33 . 43 ) from at least one organic sheet ( 10 . 20 . 30 . 40 ). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Organoblechlagen (13, 23, 33, 43) aus einer zugehörigen Organoblechbahn (10, 20, 30, 40) zugeschnitten wird.Method according to claim 1 or 2, characterized in that each of the organic sheet layers ( 13 . 23 . 33 . 43 ) from an associated Organoblechbahn ( 10 . 20 . 30 . 40 ) is cut. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Bereitstellen wenigstens einer Organoblechbahn (10, 20, 30, 40) mit einem vorbestimmten Faserverlauf, b) Anordnen von vorzugsweise deckungsgleichen Zuschnitten (12, 22, 32, 42) für die Organoblechlagen (13, 23, 33, 43) auf der Organoblechbahn (10, 20, 30, 40) derart, dass die Schwereachsen (14, 24, 34, 44) eines jeden Zuschnitts (12, 22, 32, 42) zum Faserverlauf einen vorbestimmten, für jeden Zuschnitt (12, 22, 32, 42) unterschiedlichen Zwischenwinkel einschließen, c) Aufschneiden der Organoblechlagen (13, 23, 33, 43) aus der wenigstens einen Organoblechbahn (10, 20, 30, 40) entsprechend der Zuschnitte (12, 22, 32, 42), d) Zusammenfügen der Organoblechlagen (13, 23, 33, 43) entsprechend einer vorbestimmten Fügefolge, e) Verbinden der gefügten Organoblechlagen (13, 23, 33, 43) zu einem einstückigen Schichtverbund, vorzugsweise durch Kleben, insbesondere durch Zugabe von Wärme, f) Umformen des einstückigen Schichtverbundes unter Zugabe von Wärme vorzugsweise in einem Tiefziehwerkzeug zu einem insbesondere im Querschnitt U-förmigen Leichtbauteil.Method according to one of claims 1 to 3, characterized by the following steps: a) providing at least one organic sheet ( 10 . 20 . 30 . 40 ) with a predetermined fiber profile, b) arranging preferably congruent blanks ( 12 . 22 . 32 . 42 ) for the organic sheet ( 13 . 23 . 33 . 43 ) on the organic sheet ( 10 . 20 . 30 . 40 ) such that the axes of gravity ( 14 . 24 . 34 . 44 ) of each blank ( 12 . 22 . 32 . 42 ) to the fiber flow a predetermined, for each blank ( 12 . 22 . 32 . 42 ) Include different intermediate angle, c) cutting the organic sheet ( 13 . 23 . 33 . 43 ) from the at least one organic sheet ( 10 . 20 . 30 . 40 ) according to the blanks ( 12 . 22 . 32 . 42 ), d) assembly of the organic sheet ( 13 . 23 . 33 . 43 ) according to a predetermined joining sequence, e) joining the joined organic sheet layers ( 13 . 23 . 33 . 43 ) to a one-piece layer composite, preferably by gluing, in particular by adding heat, f) forming the one-piece layer composite with the addition of heat, preferably in a deep-drawing tool to a particular U-shaped in cross-section lightweight component. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den Schritt f) die Schritte anschließen: g) Beschneiden des umgeformten Schichtverbundes, h) Einbringen von Durchbrüchen in den umgeformten Schichtverbund, insbesondere in die Basis eines U-förmig geformten Schichtverbunds.Method according to Claim 5, characterized in that the steps are followed by step f): g) trimming the reshaped layer composite, h) introduction of breakthroughs in the reshaped layer composite, in particular in the base of a U-shaped layer composite. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Organoblechlagen (13, 23, 33, 43) und deren Aufeinanderfolge durch die statische und/oder dynamische Belastung des Leichtbauteils bestimmt ist.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the number of organo sheets ( 13 . 23 . 33 . 43 ) and whose succession is determined by the static and / or dynamic load of the lightweight component. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke der einzelnen Organoblechlagen (13, 23, 33, 43) zwischen 0,3 mm und 0,8 mm beträgt.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the strength of the individual organic sheet ( 13 . 23 . 33 . 43 ) is between 0.3 mm and 0.8 mm. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Organoblechbahnen (10, 20, 30, 40) mit Endlosfasern (11, 21, 31, 41), vorzugsweise Glasfasern versehen sind, deren Faserverlauf zumindest annähernd in Längsrichtung der Organoblechbahnen (10, 20, 30, 40) angeordnet ist.Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the organo sheets ( 10 . 20 . 30 . 40 ) with continuous fibers ( 11 . 21 . 31 . 41 ), preferably glass fibers are provided whose fiber shape at least approximately in the longitudinal direction of the organic sheets ( 10 . 20 . 30 . 40 ) is arranged. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Organoblechlagen (13, 23, 33, 43) Zuschnitte (12, 22, 32, 42 Schwereachsen (14, 24, 34, 44) besitzen, die auf einer Organoblechbahn (10, 20, 30, 40) zueinander zumindest annähernd parallel verlaufen.Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that the organo sheet layers ( 13 . 23 . 33 . 43 ) Blanks ( 12 . 22 . 32 . 42 Heavy axes ( 14 . 24 . 34 . 44 ) on an organic sheet ( 10 . 20 . 30 . 40 ) are at least approximately parallel to each other. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwereachsen (14, 24, 34, 44) von wenigstens einem der Zuschnitte (32, 42), vorzugsweise von zwei Zuschnitten (32, 42) unter einem spitzen Zwischenwinkel von 20° bis 70° zum Faserverlauf der jeweiligen Organoblechbahn (30, 40) angeordnet sind.Method according to claim 10, characterized in that the axes of gravity ( 14 . 24 . 34 . 44 ) of at least one of the blanks ( 32 . 42 ), preferably of two blanks ( 32 . 42 ) at an acute intermediate angle of 20 ° to 70 ° to the fiber path of the respective organic sheet ( 30 . 40 ) are arranged. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der spitze Zwischenwinkel bei zwei Zuschnitten (32, 42) auf unterschiedlichen Organoblechbahnen (30, 40) zumindest annähernd gleich und die Schwereachsen (34, 44) der Zuschnitte (32, 42) achsensymmetrisch angeordnet sind.A method according to claim 11, characterized in that the acute intermediate angle at two blanks ( 32 . 42 ) on different organic sheets ( 30 . 40 ) are at least approximately equal and the axes of gravity ( 34 . 44 ) of the blanks ( 32 . 42 ) are arranged axially symmetrically. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Leichtbauteil mit einer durch Umspritzen mit thermoplastischem Kunststoff am Leichtbauteil festgesetzten Blechstruktur versteift ist.Method according to one of claims 1 to 12, characterized in that the lightweight component is stiffened with a set by encapsulation with thermoplastic material on the lightweight component sheet metal structure. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Leichtbauteil mit einer durch Umspritzen mit thermoplastischem Kunststoff erzeugten Rippenstruktur versteift ist.Method according to one of claims 1 to 13, characterized in that the lightweight component is stiffened with a rib structure produced by encapsulation with thermoplastic material. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippenstruktur faserverstärkt, insbesondere glasfaserverstärkt ausgebildet ist. A method according to claim 14, characterized in that the rib structure is fiber-reinforced, in particular glass fiber reinforced formed.
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