DE102013018562A1 - Multi-layer sandwich component, useful in motor vehicle, comprises two cover layers connected via set of connecting portions, where one of cover layers has indentations facing opposite to the other cover layer - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein mehrlagiges Sandwichbauteil und ein Herstellverfahren für das Sandwichbauteil.The invention relates to a multilayer sandwich component and a production method for the sandwich component.
Sandwichbauteile werden unter Anderem im Kraftfahrzeugleichtbau eingesetzt, aber auch um die Resonanz- bzw. Dämpfungseigenschaften von Bauteilen an sich im hörbaren bzw. fühlbaren Frequenzbereich über die Wahl der Sandwichpartner, insbesondere der Füllung(en), gezielt zu beeinflussen. Solche Bauteile sind daher beliebt um das NVH-Verhalten von Fahrzeugen zu optimieren. Beispielsweise werden sie aus Metall- oder Faserverbundkunststoffplatten hergestellt, die über einen Schaumkern verbunden sind. Wenn Sandwichbauteile auch an der Kraftleitung beteiligt sind, werden diese bisher in Bereichen, die nicht zu den lasttragenden Bereichen gehören, überdimensioniert, da es nicht möglich ist, das Bauteil lediglich entlang des Lastpfads lokal auszusteifen. In der Regel haben solche Sandwichbauteile daher überall gleiche oder nur unwesentlich unterschiedliche mechanische Eigenschaften, wodurch die erreichbare Gewichtseinsparung limitiert wird.Sandwich components are used, inter alia, in motor vehicle lightweight construction, but also to specifically influence the resonance or damping properties of components in the audible or tactile frequency range via the choice of the sandwich partners, in particular the filling (s). Such components are therefore popular for optimizing the NVH behavior of vehicles. For example, they are made of metal or fiber composite plastic panels which are connected by a foam core. If sandwich components are also involved in the power line, they are so far oversized in areas that do not belong to the load-bearing areas, since it is not possible to stiffen the component locally only along the load path. As a rule, such sandwich components therefore have the same or only insignificantly different mechanical properties everywhere, whereby the achievable weight saving is limited.
Die
Ferner betrifft die
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Sandwichbauteil zu schaffen, das kraftflussgerecht ausgelegt werden kann und ein verbessertes Leichtbaupotential bietet.Based on this prior art, it is an object of the present invention to provide an improved sandwich component, which can be interpreted in accordance with power flow and offers improved lightweight construction potential.
Diese Aufgabe wird durch ein Sandwichbauteil mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a sandwich component having the features of
Darüber hinaus ergibt sich noch die Aufgabe, ein Herstellverfahren für das Sandwichbauteil bereitzustellen, mit dem es möglich ist, das Sandwichbauteil individuell an eine Einbausituation anzupassen und dadurch eine Gewichtseinsparung zu erzielen.In addition, there is still the task of providing a manufacturing method for the sandwich component, with which it is possible to adapt the sandwich component individually to a mounting situation and thereby achieve a weight saving.
Diese Aufgabe wird durch ein Herstellverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.This object is achieved by a manufacturing method having the features of claim 8.
Weiterbildungen der Vorrichtung und des Verfahrens werden jeweils in den Unteransprüchen ausgeführt.Further developments of the device and the method are each carried out in the subclaims.
Eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen mehrlagigen Sandwichbauteils weist zwei Decklagen auf, die über mehrere Verbindungsabschnitte kraftleitend verbunden sind. Eine oder beide Decklagen haben eine Mehrzahl von Einwölbungen, die jeweils zu der anderen Decklage weisen. In Bezug auf eine Gesamtheit der Einwölbungen liegt entlang eines oder mehrerer vorgegebenen/vorgegebener Lastpfads/Lastpfaden eine höhere Einwölbungsdichte vor als in Nicht-Lastpfadbereichen der Decklage.A first embodiment of the multilayer sandwich component according to the invention has two cover layers which are force-conductively connected via a plurality of connecting sections. One or both cover layers have a plurality of concavities, each facing the other cover layer. With respect to a population of indentations, there is a higher indentation density along one or more predetermined / predetermined load paths / load paths than in non-loadpath areas of the topsheet.
Mit „zu der anderen Decklage weisend” ist hier allein die Erstreckungsrichtung gemeint und nicht eine Lage des tiefsten Punkts der Einwölbung; es kann also durchaus vorgesehen sein, dass sich die Einwölbungen nicht ganz bis zu der anderen Decklage erstrecken. Die Einwölbungen versteifen die Decklagen, insbesondere bei Biegebelastung, und können, wenn sie in den Verbindungsabschnitten angeordnet sind, den Kontakt zu der jeweils angrenzenden Lage ermöglichen. Die Formulierung „kraftleitend verbunden” umfasst sowohl Fälle, in denen die Decklagen unmittelbar als auch mittelbar verbunden sind, d. h, über eine Zwischenlage.By "pointing to the other covering layer" is meant here only the extension direction and not a position of the lowest point of the vaulting; It can therefore be provided that the indentations do not extend all the way to the other top layer. The indentations stiffen the cover layers, in particular under bending load, and, if they are arranged in the connecting sections, can make contact with the respective adjacent layer. The phrase "cohesively connected" includes both cases where the topsheets are bonded directly or indirectly, i. h, about a liner.
Mit Einwölbungsdichte wird hierin die flächenbezogene Anzahl an Einwölbungen bezeichnet, wobei durch eine höhere Einwölbungsdichte eine erhöhte Steifigkeit ausgebildet wird. Die Einwölbungsdichte kann daher genau entlang des vorgegebenen Lastpfads erhöht sein oder aber auch in einem Streifen, der lateral an den Lastpfad angrenzt. Indem für die Decklage(n) keine homogene Einwölbungsdichte vorgesehen wird, sondern diese in dem Lastpfad oder den Lastpfaden erhöht ist, wird ein lastflussoptimiertes Bauteil geschaffen, das in den Nicht-Lastpfadbereichen schlank dimensioniert werden kann: Dabei können die Nicht-Lastpfadbereiche auch gezielt mit Eigenschaften zur Anpassung des NVH-Verhaltens ausgestattet werden. Im Vergleich mit bekannten Sandwichbauteilen kann das erfindungsgemäße Sandwichbauteil deutlich leichter ausgeführt werden, da Überdimensionierungen in der Reststruktur, die nicht oder nur unwesentlich an der Kraftleitung beteiligt ist, vermieden werden.By Einwölbungsdichte herein referred to the area-related number of concavities, with a higher Einwölbungsdichte an increased stiffness is formed. The Einwölbungsdichte can therefore be increased exactly along the predetermined load path or in a strip that laterally adjacent to the load path. By not providing a homogeneous concave density for the top layer (s) but increasing it in the load path or load paths, a load flow optimized component is provided that can be dimensioned to be slim in the non-loadpath areas: The non-load path areas can also be specifically equipped with properties for adjusting the NVH behavior. In comparison with known sandwich components, the sandwich component according to the invention can be made significantly easier, since over-dimensioning in the residual structure, which is not involved or only insignificantly involved in the power line, can be avoided.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Sandwichbauteil die zwei Decklagen und zumindest ein zwischen den Decklagen angeordnetes Kernbauteil aufweisen, dessen Dicke bevorzugt einem Abstand der Decklagen entspricht. Alternativ oder zusätzlich kann es eine oder mehrere Kernprofillagen aufweisen. Dann kann auch zumindest ein Kernbauteil zwischen einer der Decklagen und der Kernprofillage vorliegen.In a further embodiment, the sandwich component may have the two cover layers and at least one core component arranged between the cover layers, the thickness of which preferably corresponds to a spacing of the cover layers. Alternatively or additionally, it may have one or more core profile layers. Then, at least one core component can be present between one of the cover layers and the core profile layer.
Mit „Kernprofillage” ist hier eine Funktionslage gemeint, die etwa aus einem faserverstärkten Kunststoff bestehen kann und die die Eigenschaften der Decklagen „ergänzt”, etwa im Hinblick auf die Dämpfungseigenschaften, oder die lediglich als Abstandshalter der Decklagen fungiert. Die Kernprofillage ist vollflächig zwischen den Decklagen angeordnet, während das Kernbauteil nur in einem räumlich begrenzten Bereich angeordnet ist. Es kann auch vorgehen sein, dass das Sandwichbauteil sowohl eines oder mehrere vollflächige Kernprofillage(n) als auch eines oder mehrere Kernbauteile hat, die in einem Überdeckungsbereich übereinander angeordnet sein können und in diesem insbesondere auch kraftleitend verbunden sein können.By "core profile layer" is meant here a functional layer which may consist of a fiber-reinforced plastic, for example, and which "complements" the properties of the cover layers, for example with regard to the damping properties, or merely acts as a spacer for the cover layers. The core profile layer is arranged over the entire surface between the cover layers, while the core component is arranged only in a spatially limited area. It may also be possible that the sandwich component has both one or more full-surface core profile layer (s) as well as one or more core components which may be arranged one above the other in a covering region and may in particular also be connected in a force-conducting manner.
In einer noch weiteren Ausführungsform können sich die Einwölbungen der zumindest einen Decklage bis zu der jeweils anderen Decklage und/oder bis zu der Kernprofillage und/oder dem Kernbauteil erstrecken und diese/dieses berühren. Bei einer Ausführungsform ohne Kernprofillage kann es für eine erhöhte Bauteilsteifigkeit vorteilhaft sein, wenn die Einwölbungen in beiden Decklagen vorliegen und sich jeweils mit einer halben Gesamtdicke des Sandwichbauteils zu der anderen Decklage erstrecken und miteinander an dem „Einwölbungsgrund” verbunden sind.In yet another embodiment, the concavities of the at least one cover layer can extend to the respective other cover layer and / or up to the core profile layer and / or the core component and touch this / this. In one embodiment without Kernprofillage it may be advantageous for increased component stiffness, if the concavities are present in both cover layers and each extending with half the total thickness of the sandwich component to the other cover layer and are connected to each other on the "Einwölbungsgrund".
Ferner kann zumindest eine der Decklagen und/oder das Kernbauteil und/oder die Kernprofillage in den Verbindungsabschnitten stoffschlüssig verbunden, etwa verklebt, verlötet oder verschweißt, oder auch vernietet und/oder verschraubt sein. Zum Verbinden der Decklagen können auch letztgenannte Verbindungstechniken vorteilhaft zum Einsatz kommen, während zur Verbindung der Kernprofillage, die aus dem faserverstärkten Kunststoff bestehen kann, Klebetechniken geeigneter sein können. Die genannten Verbindungstechniken beschränken die Erfindung jedoch nicht, vielmehr können auch andere nichtgenannte Verbindungstechniken eingesetzt werden.Furthermore, at least one of the cover layers and / or the core component and / or the core profile layer in the connection sections can be integrally connected, for example glued, soldered or welded, or also riveted and / or screwed. To join the cover layers, the last-mentioned joining techniques can also be used to advantage, while adhesive bonding techniques can be more suitable for joining the core profile layer, which may consist of the fiber-reinforced plastic. However, the mentioned joining techniques do not limit the invention, but other non-mentioned joining techniques can be used.
Darüber hinaus kann das Kernbauteil ein längliches Verstärkungsband sein, das insbesondere eine höhere elastische Dehngrenze als die Decklagen haben kann. Das Verstärkungsband erstreckt sich etwa in einem einwölbungsfreien Bereich des Sandwichbauteils und kann sich alternativ oder zusätzlich des vorgegebenen Lastpfads und/oder entlang zumindest eines weiteren vorgegebenen Lastpfads erstrecken. Bei der Kernprofillage kann es sich insbesondere um einen Vollflächenkern handeln, der vollflächig zwischen den Decklagen vorliegt.In addition, the core member may be an elongate reinforcing tape, which may in particular have a higher elastic yield strength than the cover layers. The reinforcing strip extends approximately in a vault-free region of the sandwich component and may alternatively or additionally extend the predetermined load path and / or along at least one further predetermined load path. The core profile layer may in particular be a full-surface core, which is present over its entire area between the cover layers.
Über ein Verstärkungsband kann der erste vorgegebene Lastpfad zusätzlich zu der lokal erhöhten Einwölbungsdichte der Decklage(n) versteift werden oder es kann ein weiterer Lastpfad, der auch einen ganz anderen Verlauf haben kann als der erste, versteift werden. Über eine Abstimmung der mechanischen Kenngrößen, etwa des Elastizitätsmoduls und der elastischen Dehngrenze, der Werkstoffe der Decklagen und des Verstärkungsbands kann für jeden Lastpfad eine geeignete Steifigkeit bzw. Nachgiebigkeit eingestellt werden.Via a reinforcing band, the first predetermined load path can be stiffened in addition to the locally increased concavity density of the cover layer (s), or another load path, which can also have a completely different course than the first, can be stiffened. By matching the mechanical parameters, such as the modulus of elasticity and the elastic yield strength, the materials of the cover layers and the reinforcing strip can be adjusted for each load path, a suitable stiffness or compliance.
Es kann auch vorgesehen sein, dass das Sandwichbauteil zwei oder noch mehr Kernbauteile aufweist, die sich zumindest in einem Kreuzungsbereich überdecken. Die zwei oder mehr Kernbauteile können im Kreuzungsbereich etwa auch kraftleitend verbunden sein. Hierdurch kann das Sandwichbauteil für eine kreuz- oder sternförmige Krafteinwirkung optimiert werden, wobei in den Nicht-Lastpfadbereichen ohne Kernbauteile wiederum eine gewichtsoptimierte Bauweise realisiert werden kann.It can also be provided that the sandwich component has two or even more core components which overlap at least in an intersection area. The two or more core components may also be connected in a force-conducting manner in the crossing region. As a result, the sandwich component can be optimized for a cross-shaped or star-shaped force, wherein in the non-load path areas without core components, in turn, a weight-optimized design can be realized.
Schließlich kann/können eine oder beide Decklagen ein Metallblech oder eine Faserverbundkunststoffplatte sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Kernbauteil aus Metall, bevorzugt aus Stahl, oder einem Faserverbundkunststoff bestehen. Bei der Kernprofillage kann es sich um eine Lage aus Kunststoff, etwa einen geschäumten Kunststoff, handeln.Finally, one or both cover layers may be a metal sheet or a fiber composite plastic sheet. Alternatively or additionally, the core component made of metal, preferably made of steel, or a fiber composite plastic. The core profile layer may be a layer of plastic, such as a foamed plastic.
Das erfindungsgemäße Herstellverfahren für das erfindungsgemäße Sandwichbauteil umfasst in einer ersten Ausführungsform die Schritte:
- a) Vorbestimmen zumindest eines Lastpfads unter Berücksichtigung belastungs- und einbausituationsbezogener Parameter,
- b) Bereitstellen und Übereinanderlegen der zumindest zwei Decklagen,
- c) Erzeugen der Einwölbungen in zumindest einer der Decklagen mit einer entlang des Lastpfads erhöhten Einwölbungsdichte,
- d) kraftleitend Verbinden der Decklagen in den Verbindungsabschnitten und Erhalten des Sandwichbauteils.
- a) predetermining at least one load path taking into account loading and installation-related parameters,
- b) providing and superimposing the at least two cover layers,
- c) generating the indentations in at least one of the cover layers with an increased concavity density along the load path,
- d) force-conducting connection of the cover layers in the connecting sections and obtaining the sandwich component.
Im Verfahrensablauf können die Schritte b) und c) auch ausgetauscht werden, da es insbesondere bei Massenfertigung vorteilhaft sein kann, die Decklage(n) mit den Einwölbungen bereits vor dem Verbinden vorzufertigen. Die belastungs- und einbausituationsbezogenen Parameter können etwa die Geometrie der Einbausituation, die Lage der Lasteinleitungspunkte, die eingeleiteten Lasten und deren Richtungen, die Werkstoffkenngrößen des Lagenaufbaus des Sandwichbauteils und evtl. der Nachgiebigkeiten der umliegenden Anbindungsstrukturen sein, wobei auch andere Parameter geeignet sein können. Die Bestimmung des Lastpfads kann dann mit bekannten Mitteln der FE-Simulation durchgeführt werden. Von „Erzeugen” sind sämtlich Fertigungsverfahren umfasst, die geeignet sind, die Einwölbungen der Decklage(n) zu fertigen, etwa Umformverfahren wie Prägen Tiefziehen, Schmieden oder auch Fügeverfahren, wobei die Einwölbung als seperater „Hut” angeformt wird.In the course of the process, steps b) and c) can also be exchanged, since it can be advantageous, especially in mass production, to prefabricate the cover layer (s) with the indentations even before joining. The load-related and installation-related parameters may be, for example, the geometry of the installation situation, the position of the load introduction points, the loads introduced and their directions, the material parameters of the layer structure of the sandwich component and possibly the flexibility of the surrounding connection structures, although other parameters may also be suitable. The determination of the load path can then be carried out by known means of FE simulation. Of "generating" are all manufacturing processes that are suitable to produce the concavities of the cover layer (s), such as forming processes such as deep-drawing, forging or joining processes, wherein the concavity is formed as a separate "hat".
Darüber hinaus kann nach dem Schritt b) der Schritt b1) ausgeführt werden: Bereitstellen und Einlegen zumindest eines Vollflächenkerns. Das Einlegen des Vollflächenkerns muss geeigneter Weise vor dem Übereinanderlegen der beiden Decklagen geschehen.In addition, after step b), step b1) can be carried out: provision and insertion of at least one full-area core. The insertion of the solid core must be done in a suitable manner before superimposing the two cover layers.
Schließlich können nach dem Schritt b) auch noch die Schritte
- b2) Vorbestimmen zumindest eines weiteren Lastpfads unter Berücksichtigung belastungs- und einbausituationsbezogener Parameter,
- b3) Bereitstellen und Einlegen zumindest eines Kernbauteils entlang des zumindest eines weiteren Lastpfads ausgeführt werden.
- b2) predetermining at least one further load path taking into account loading and installation-related parameters,
- b3) providing and inserting at least one core component along the at least one further load path are executed.
Die belastungs- und einbausituationsbezogenen Parameter können die gleichen sein, wie bei der Ermittlung des ersten Lastpfads, wobei auch weitere Krafteinleitungspunkte und Lasten berücksichtigt werden können. Bei dem Kernbauteil kann es sich etwa um das beschriebene Verstärkungsband handeln.The loading and installation-related parameters may be the same as in the determination of the first load path, whereby further force application points and loads can be taken into account. The core component may be, for example, the described reinforcement band.
Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt. Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung der Beschreibung und dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.These and other advantages are set forth by the following description with reference to the accompanying figures. The reference to the figures in the description is to aid in the description and understanding of the subject matter. The figures are merely a schematic representation of an embodiment of the invention.
Dabei zeigen:Showing:
In
Eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sandwichbauteils
Der Verlauf des Verstärkungsbands
Figurativ nicht herausgearbeitet ist, dass das Verstärkungsband
Noch eine andere Ausführungsform des Sandwichbauteils
Das erfindungsgemäße Sandwichbauteil
In
Es kann auch vorgesehen sein, dass sich Lastpfade L1, L2, L3, L4 überschneiden, was in
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Legal Events
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