DE102012001647A1

DE102012001647A1 - Verfahren zur Versteifung eines Strukturbauteils eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102012001647A1
Application number: DE201210001647
Authority: DE
Inventors: Anja Jäschke
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2012-01-27
Filing date: 2012-01-27
Publication date: 2013-08-01
Anticipated expiration: 2032-01-28
Also published as: DE102012001647B4

Abstract

Ein Verfahren zur Versteifung eines Strukturbauteils eines Kraftfahrzeugs weist folgende Verfahrensschritte auf: – in ein erstes Teil (2) des Strukturbauteils (1) wird ein Abschottteil (4) eingelegt, welches einen Hohlraum (5) aufweist oder mit dem Strukturbauteil (1) einen Hohlraum (5) bildet, – ein zweites Teil (3) des Strukturbauteils (1) wird mit dem ersten Teil (2) des Strukturbauteils (1) derart verbunden, dass das Abschottteil (4) an dem Strukturbauteil (1) gesichert ist, – das Strukturbauteil (1) mit dem damit verbundenen Abschottteil (4) wird lackiert, – nach dem Lackieren wird zwischen das Abschottteil (4) und das Strukturbauteil (1) ein fließfähiges Versteifungsmaterial (9) eingeleitet, welches nach einer bestimmten Zeit erstarrt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Versteifung eines Strukturbauteils eines Kraftfahrzeugs.
Aus der DE 10 2007 059 183 A1 ist ein Verfahren zur Verstärkung, Dämmung, Dämpfung und/oder Abdichtung eines Hohlbauteils, beispielsweise einer Säule eines Kraftfahrzeugs, bekannt. Dabei werden eines oder mehrere inerte Verstärkungsteile und thermisch expandierbares Material derart nebeneinander in einen Hohlraum eingebracht, dass das thermisch expandierbare Material zwischen den Verstärkungsteilen und inneren Begrenzungswänden des Hohlbauteils angeordnet ist. In diesem Zustand wird das thermisch expandierbare Material auf eine Temperatur im Bereich von 130–220°C erwärmt und dadurch expandiert.
Die Expansion des thermisch expandierbaren Materials geschieht dabei während der Kathodentauchlackierung, was zu Fehlstellen bei der Lackierung und damit zu Qualitätseinbußen führen kann. Ein weiterer Nachteil bei dieser Vorgehensweise besteht darin, dass das während der Kathodentauchlackierung aufgebrachte Material eine ungenügende Verbindung zu den Verstärkungsteilen und dem thermisch expanierbaren Material eingehen kann. Dadurch sowie aufgrund der Tatsache, dass das Lackiermaterial nicht unbegrenzt fließen kann, ergeben sich unterschiedliche Spaltmaße, welche die Prozesssicherheit weiter verringern. Ein weiteres Problem dieses Verfahrens besteht darin, dass Temperaturschwankungen in dem Lackierofen dazu führen können, dass die Blähkomponente des expandierbaren Materials nicht aktiviert wird, sodass das Material nicht expandiert.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Versteifung eines Strukturbauteils eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, welches auf einfache Weise durchgeführt werden kann, eine hohe Steifigkeit bei geringer zusätzlicher Masse ermöglicht und eine ausreichend hohe Prozesssicherheit gewährleistet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Das erfindungsgemäße Versteifungsmaterial, das sich nach seinem Aushärten innerhalb des Strukturbauteils befindet, erhöht die Steifigkeit des gesamten Strukturbauteils, ohne die Masse desselben zu stark zu erhöhen. Dadurch kann das Abschottteil gezielt zum Energieabbau genutzt werden und, beispielsweise durch das Einbringen von Fehlstellen, Faltungen, Verstärkungsrippen oder dergleichen, zusätzliche Funktionen übernehmen. Auf diese Weise ist eine gezielte Verstärkung des Strukturbauteils in bestimmten Lastbereichen möglich. Dabei wird das Volumen und dadurch auch die Masse des Versteifungsteils durch das Abschottteil begrenzt und somit gering gehalten.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass das Strukturbauteil mit dem damit verbundenen Abschottteil noch vor dem Einbringen des Versteifungsmaterials lackiert wird, wodurch sowohl das Strukturbauteil als auch das Abschottteil vollständig lackiert werden können. Dadurch werden Lackierfehler vermieden und die Prozesssicherheit wird wesentlich erhöht.
Das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingebrachte, fließfähige Versteifungsmaterial kann vorteilhafterweise bei Raumtemperatur eingebracht werden, so dass Bauteilspannungen reduziert werden und eine maßgenaue Fertigung ohne Verzug möglich ist.
Durch Veränderung der Form und/oder der Größe des Abschottteils können sehr einfache Varianten hergestellt werden, wenn das Verfahren bei unterschiedlichen Kraftfahrzeugen eingesetzt werden soll.
In einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass als Versteifungsmaterial ein expandierendes Material, insbesondere ein Schaum, verwendet wird. Ein solches expandierendes Material füllt den Hohlraum zwischen dem Abschottteil und dem Strukturbauteil vollständig aus, so dass Steifigkeitssprünge vermieden werden und eine gleichförmige Steifigkeit im Bereich des Abschottteils und des Versteifungsmaterials erzielt wird.
Als in der Praxis besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn als Versteifungsmaterial ein Zwei-Komponenten-Polyurethanschaum verwendet wird.
Um eine einfache und sichere Verbindung zwischen dem Abschottteil und dem Strukturbauteil zu erreichen, kann des Weiteren vorgesehen sein, dass das Abschottteil formschlüssig mit dem Strukturbauteil verbunden wird.
Wenn dabei vorgesehen ist, dass in das Strukturbauteil wenigstens ein Rücksprung und in das Abschottteil wenigstens ein Vorsprung eingebracht wird, wobei das Abschottteil so innerhalb des Strukturbauteils angeordnet wird, dass der wenigstens eine Vorsprung in den wenigstens einen Rücksprung eingreift, so führt dies zu einer besonders guten und sicheren Verbindung des Abschottteils mit dem Strukturbauteil.
Wenn des Weiteren vorgesehen ist, dass der wenigstens eine Rücksprung derart gegenüber dem wenigstens einen Vorsprung angeordnet wird, dass das Versteifungsmaterial an der Verbindung des wenigstens einen Rücksprungs mit dem wenigstens einen Vorsprung gestoppt wird, so kann die Ausbreitung des fließfähigen Versteifungsmaterials innerhalb des Strukturbauteils auf sehr einfache Weise auf den jeweils gewünschten Bereich begrenzt werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen. Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
Es zeigt:
1 einen ersten Schritt bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 einen zweiten Schritt bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
3 eine Ausführungsform des Verfahrens mit einem alternativen Abschottteil; und
4 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem weiteren alternativen Abschottteil.
Die 1 und 2 zeigen zwei aufeinanderfolgende Schritte eines Verfahrens zur Versteifung eines Strukturbauteils 1 eines in seiner Gesamtheit nicht dargestellten Kraftfahrzeugs bzw. bestimmte Zustände während dieses Verfahrens. Bei dem Strukturbauteil 1 kann es sich beispielsweise um einen Schweller, eine A-, B- oder C-Säule oder ein anderes ähnliches Teil handeln. Das Strukturbauteil 1 weist zwei Teile auf, nämlich ein erstes Teil 2 und ein zweites Teil 3. In sämtlichen hierin dargestellten Ausführungsbeispielen ist das erste Teil 2 des Strukturbauteils 1 bereits mit dem zweiten Teil 3 desselben verbunden. Diese Verbindung zwischen den beiden Teilen 2 und 3 des Strukturbauteils 1 kann beispielsweise mittels Verschweißen erfolgen, es sind jedoch auch andere Verbindungsarten denkbar.
In dem in 1 dargestellten Zustand befindet sich innerhalb des Strukturbauteils 1 ein Abschottteil 4, welches einen Hohlraum 5 aufweist. Das Abschottteil 4 wird vor dem Verbinden des zweiten Teils 3 mit dem ersten Teil 2 des Strukturbauteils 1 in das erste Teil 1 eingelegt. Das zweite Teil 3 wird dann mit dem ersten Teil 2 derart verbunden, dass das Abschottteil 4 an dem Strukturbauteil 1 gesichert ist. Hierbei befindet sich zwischen dem Strukturbauteil 1 und dem Abschottteil 4 ein Zwischenraum 6. Das Abschottteil 4 kann beispielsweise als Kunststoffspritzgussteil oder als Blasformteil ausgebildet sein, das bei der Herstellung mit dem Hohlraum 5 versehen wird. Ein solches sehr dünnwandiges und kostengünstiges Kunststoffspritzgussteil bzw. Blasformteil weist vorteilhafterweise eine relativ geringe Dichte auf. Das bei dem hierin beschriebenen Verfahren eingesetzte Abschottteil 4 ist vorzugsweise einteilig ausgeführt, wodurch auf mehrteilige Lösungen verzichtet werden kann, was sowohl Handlings- als auch Kostenvorteile bietet.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Abschottteil 4 formschlüssig mit dem Strukturbauteil 1 verbunden. Hierzu weist das Strukturbauteil 1 mehrere im vorliegenden Fall als Sicken ausgebildete Rücksprünge 7 auf, in welche jeweilige Vorsprünge 8 des Abschottteils 4 eingreifen. Durch die zweiteilige Ausführung des Strukturbauteils 1 mit dem ersten Teil 2 und dem zweiten Teil 3 kann die Montage des Abschottteils 4 in dem ersten Teil 2 des Strukturbauteils 1 auf sehr einfache Art und Weise erfolgen. Die Rücksprünge 7 und die Vorsprünge 8 können sowohl partiell, d. h. über eine bestimmte Länge, als auch um den gesamten Umfang des Strukturbauteils 1 bzw. des Abschottteils 4 vorgesehen sein.
In dem in 1 dargestellten Zustand wird das Strukturbauteil 1 mit dem sich darin befindlichen Abschottteil 4 lackiert, was vorzugsweise durch eine an sich bekannte Kathodentauchlackierung durchgeführt wird. Vorzugsweise wird die Lackierung des Strukturbauteils 1 in dem Zustand durchgeführt, in dem das Strukturbauteil 1 in dem Kraftfahrzeug verbaut ist. Mit anderen Worten: Das Strukturbauteil 1 wird bei der Lackierung des gesamten Kraftfahrzeugs vorzugsweise durch eine Kathodentauchlackierung ebenfalls lackiert.
Nach dem Lackieren wird in den Zwischenraum 6 zwischen dem Strukturbauteil 1 und dem Abschottteil 4 ein fließfähiges Versteifungsmaterial 9 eingeleitet, das in 2 dargestellt ist. Zum Einbringen des vorzugsweise als expandierendes Material, bevorzugt als Schaum ausgebildeten Versteifungsmaterials 9 in den Zwischenraum 6 weist das Strukturbauteil 1 eine Bohrung 10 auf, die bereits beim Herstellen des Strukturbauteils 1 in dasselbe eingebracht werden kann. Insbesondere kann es sich bei dem Versteifungsmaterial 9 um einen Zwei-Komponenten-Polyurethanschaum handeln, dessen Komponenten zum Beispiel Polyol und Isocyanat sein können.
Eine bestimmte Zeit nach dem Eindringen des Versteifungsmaterials 9 erstarrt dasselbe und erzeugt somit eine steife Verbindung zwischen dem Abschottteil 4 und dem Strukturbauteil 1. Hierzu ist vorteilhafterweise keine Temperatureinwirkung erforderlich. Durch die Erstarrung wird eine beliebige Ausbreitung des Versteifungsmaterials 9 verhindert, wobei insbesondere an der Verbindung der Rücksprünge 7 mit den Vorsprüngen 8 der Strom des Versteifungsmaterials 9 gestoppt wird. Dies wird durch eine derartige Anordnung der Rücksprünge 7 gegenüber den Vorsprüngen 8 erreicht, dass zwischen den Rücksprüngen 7 und den Vorsprüngen 8 nur so geringe Spalte verbleiben, dass das Versteifungsmaterial 9 diese nicht durchdringen kann und somit gestoppt wird. Auf diese Weise begrenzt also das Abschottteil 4 eine undefinierte Ausbreitung und ein unerwünschtes Austreten des Versteifungsmaterials 9. Des Weiteren dient das Abschottteil 4 dazu, das eingebrachte Versteifungsmaterial 9 in die dafür vorgesehenen Bereiche zu lenken. Beim Erstarren des Versteifungsmaterials 9 wird vorzugsweise auch die Bohrung 10 verschlossen.
Mit dem hierin verwendeten Begriff ”formschlüssige Verbindung” ist nicht unbedingt eine Verbindung gemeint, bei der jegliche Bewegung zwischen dem Abschottteil 4 und dem Strukturbauteil 1 verhindert wird. Vielmehr kann es bevorzugt sein, dass vor dem Aufbringen der Lackierung Bewegungen zwischen diesen Bauteilen möglich sind und erst durch die Einbringung des Versteifungsmaterials 9 die endgültige Fixierung des Abschottteils 4 innerhalb des Strukturbauteils 1 erfolgt.
In 3 ist eine alternative Ausführungsform des Abschottteils 4 dargestellt, bei welchem dasselbe im Wesentlichen U-förmig ausgebildet ist und mit dem Strukturbauteil 1 den Hohlraum 5 bildet. In diesem Fall weist das Abschottteil 4 also keinen inneren Hohlraum auf, sondern der Hohlraum 5 wird zwischen dem Strukturbauteil 1 und dem Abschottteil 4 gebildet. Dabei ist auf der dem Hohlraum 5 gegenüberliegenden Seite der Zwischenraum 6 vorgesehen, der auf ähnliche Weise wie oben unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben mit dem Versteifungsmaterial 9 gefüllt werden kann.
Eine zu 3 ähnliche Ausführungsform ist in 4 dargestellt. Hierbei ist der Hohlraum 5 ebenfalls zwischen dem Abschottteil 4 und dem Strukturbauteil 1 gebildet. Zusätzlich weist das Abschottteil 4 einen wellenförmigen Abschnitt 11 auf, mit dem ein zusätzlicher, gezielter Abbau von Energie im Falle eines Unfalls und, nach dem Verformen des wellenförmigen Abschnitts 11, ein vollständiges Blocken erreicht werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007059183 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Versteifung eines Strukturbauteils eines Kraftfahrzeugs, mit folgenden Verfahrensschritten: – in ein erstes Teil (2) des Strukturbauteils (1) wird ein Abschottteil (4) eingelegt, welches einen Hohlraum (5) aufweist oder mit dem Strukturbauteil (1) einen Hohlraum (5) bildet, – ein zweites Teil (3) des Strukturbauteils (1) wird mit dem ersten Teil (2) des Strukturbauteils (1) derart verbunden, dass das Abschottteil (4) an dem Strukturbauteil (1) gesichert ist, – das Strukturbauteil (1) mit dem damit verbundenen Abschottteil (4) wird lackiert, – nach dem Lackieren wird zwischen das Abschottteil (4) und das Strukturbauteil (1) ein fließfähiges Versteifungsmaterial (9) eingeleitet, welches nach einer bestimmten Zeit erstarrt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Versteifungsmaterial (9) ein expandierendes Material, insbesondere ein Schaum, verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Versteifungsmaterial (9) ein Zwei-Komponenten-Polyurethanschaum verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschottteil (4) formschlüssig mit dem Strukturbauteil (1) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in das Strukturbauteil (1) wenigstens ein Rücksprung (7) und in das Abschottteil (4) wenigstens ein Vorsprung (8) eingebracht wird, wobei das Abschottteil (4) so innerhalb des Strukturbauteils (1) angeordnet wird, dass der wenigstens eine Vorsprung (8) in den wenigstens einen Rücksprung (7) eingreift.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Rücksprung (7) derart gegenüber dem wenigstens einen Vorsprung (8) angeordnet wird, dass das Versteifungsmaterial (9) an der Verbindung des wenigstens einen Rücksprungs (7) mit dem wenigstens einen Vorsprung (8) gestoppt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungsmaterial (9) über eine Bohrung (10) in das Strukturbauteil (1) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschottteil (4) wenigstens einen wellenförmigen Abschnitt (11) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Abschottteil (4) ein Kunststoffspritzgussteil verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Abschottteil (4) ein Blasformteil verwendet wird.