DE102014012602B4

DE102014012602B4 - Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils mit Versteifung

Info

Publication number: DE102014012602B4
Application number: DE102014012602.1A
Authority: DE
Inventors: Andreas Ottinger; Vladimir Idelevitch
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2014-08-26
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2019-09-19
Anticipated expiration: 2034-08-27
Also published as: DE102014012602A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils (1) mit Versteifung, umfassend die folgenden Schritte:
- Extrudieren eines Profilkörpers (2), von dem distale Abschnitte (3) abragen, die sich in Extrusionsrichtung erstrecken;
- Einlegen eines länglichen Versteifungselements (4) zwischen zwei benachbarte distale Abschnitte (3); .
- Biegetechnisches Umformen des Profilkörpers (2), wodurch die entsprechenden distalen Abschnitte (3) einen Formschluss mit dem dazwischen angeordneten Versteifungselement (4) ausbilden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils mit Versteifung, umfassend das Extrudieren eines Profilkörpers, von dem distale Abschnitte abragen, die sich in Extrusionsrichtung erstrecken und das Umformen des Profilkörpers.
Derartige Strukturbauteile werden unter anderem im Fahrzeugbau als leichte aber dennoch steife Konstruktionselemente für Karosserien oder Fahrwerke verwendet.
Die DE 10 2012 203 418 A1 zeigt eine Baugruppe einer Kraftfahrzeugkarosserie in Schalenbauweise mit einer Innenschale und einer Außenschale, die einen gemeinsamen Hohlraum umschließen, in dem ein Verstärkungsbauteil angeordnet ist, das aus einem im Querschnitt gesehen umlaufend geschlossenen Hohlprofil aus einem Faserverbundwerkstoff besteht, wobei sich erfindungsgemäß in dem Hohlprofil ein Kern aus einem metallischen Werkstoff, aus Holz und/oder aus einem Faserverbundwerkstoff befindet.
Die DE 10 2006 031 335 B4 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils, mit folgenden Verfahrensschritten:

- Ausbilden eines Formkerns mit einem Hohlprofil aus Segmenten zum Festlegen einer äußeren Geometrie des Formkerns, wobei die Segmente des Formkerns sich jeweils in Richtung der Längsachse des Formkerns erstrecken und jeweils um eine in Längsrichtung des Formkerns verlaufende Achse zwischen einer zusammengefalteten Stellung und einer auseinandergefalteten Stellung des Hohlprofils des Formkerns verschwenkbar ausgebildet werden, wobei die Segmente zum Bilden des Hohlprofils miteinander über gelenkige, als Folienscharniere ausgebildete Verbindungen gekoppelt und einstückig ausgebildet werden;
- wenigstens abschnittsweises Ablegen von wenigstens einem Faserhalbzeug auf dem ausgebildeten Formkern zur Formgebung von wenigstens einem Formabschnitt des herzustellenden Faserverbundbauteils; und
- Beaufschlagen des wenigstens einen Formabschnitts mit Wärme und/oder Druck zum Herstellen des Faserverbundbauteils.

Die DE 87 11 723 U1 offenbart einen Profilkörper aus einem endlos extrudierten, flexiblen Kunststoffmaterial mit Versteifungseinlage, wobei der Profilkörper wenigstens zwei Vertiefungen in einer Ebene aufweist, in die die Versteifungseinlagen nachträglich eingelegt und fixiert sind.
Die GB 2 378 915 A beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer strukturellen Komponente, wobei zunächst flexible, längliche Komponenten geformt werden, die jeweils mit Faserbündeln einen Kern aus elastischen Material umgeben, wobei in einem weiteren Schritt die länglichen Komponenten in eine Form gelegt werden, in die ein Harz eingefüllt wird, um die Fasern damit zu umhüllen, und wobei in einem letzten Schritt das Harz ausgehärtet wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine alternative Ausführungsform bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils mit Versteifung umfasst die folgenden Schritte:

- Extrudieren eines Profilkörpers, von dem distale Abschnitte abragen, die sich in Extrusionsrichtung erstrecken;
- Einlegen eines länglichen Versteifungselements zwischen zwei benachbarte distale Abschnitte;
- Biegetechnisches Umformen des Profilkörpers, wodurch die entsprechenden distalen Abschnitte einen Formschluss mit dem dazwischen angeordneten Versteifungselement ausbilden.

Indem das längliche Versteifungselement zwischen den distalen Abschnitten formschlüssig gehalten wird, können der Profilkörper und das Versteifungselement, unabhängig von ihrer jeweiligen Werkstoffbeschaffenheit, einfach und kostengünstig zu einem steifen Strukturbauteil verbunden werden. Dies erlaubt unter anderem auch eine partielle Versteifung des Strukturbauteils in besonders belasteten Bereichen. Der gezielte Werkstoffeinsatz bietet ein großes Leichtbaupotential. Für den Profilkörper kommen insbesondere Metalle in Frage, da sich diese besonders leicht extrudieren und biegetechnisch umformen lassen.
In einer bevorzugten Ausführung weisen die distalen Abschnitte einen sich verjüngenden Querschnitt auf. Dieser bietet Vorteile bei der Ausbildung des Formschlusses mit dem Versteifungselement.
In einer bevorzugten Ausführung wird der Profilkörper mit einem ebenen Grundkörper extrudiert, von dem die distalen Abschnitte abragen.
In einer bevorzugten Ausführung weist der Grundkörper eine höhere Steifigkeit als die distalen Abschnitte auf. Dadurch können sich die distalen Abschnitte beim Umformen des Profilkörpers leichter an das Versteifungselement anpassen.
In einer bevorzugten Ausführung besteht das Versteifungselement aus einem Kunststoff. Hierzu eignen sich unter anderem faserverstärkte Kunststoffe wie CFK oder GFK. Diese zeichnen sich durch ein gutes Verhältnis zwischen Steifigkeit und Eigengewicht aus.
In einer bevorzugten Ausführung ist das Versteifungselement als ein elektrischer Leiter mit einer Kunststoffisolierung ausgebildet. Dadurch lassen sich verschiedene Funktionen in einem Bauteil vereinen. Der elektrische Leiter erlaubt eine elektrische Energie- und/oder Signalübertragung, während die Kunststoffisölierung, neben der Isolation, wesentlich zur Aussteifung des Strukturbauteils beiträgt.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Darin zeigen:

1a einen Profilkörper nach einer ersten Ausführungsform des Verfahrens;
1b einen Profilkörper mit Versteifungselementen nach einer ersten Ausführungsform des Verfahrens;
1c ein fertiges Strukturbauteil nach einer ersten Ausführungsform des Verfahrens.;
2a einen Profilkörper mit einem Versteifungselementen nach einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens;
2b ein fertiges Strukturbauteil nach einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens.

Gemäß der 1a wird nach einer ersten Ausführungsform des Verfahrens ein Profilkörper 1 aus einem Metall mittels Extrusion hergestellt. Dieses Halbzeug weist einen flachen Grundkörper 5 mit davon abragenden und in Extrusionsrichtung verlaufenden distalen Abschnitten 3 auf. Gemäß der 1b werden auf den Profilkörper 1 mehrere längliche Versteifungselemente 4 aus Kunststoff aufgelegt und zwar jeweils zwischen zwei benachbarte distale Abschnitte 3. Die 1c zeigt das fertige Strukturbauteil 1 nachdem der Profilkörper 2 um eine parallel zur Extrusionsrichtung verlaufende Biegeachse eingerollt wurde. Dabei gehen die Versteifungselemente 4 mit den entsprechenden distalen Abschnitten 3 einen Formschluss ein, der die Versteifungselemente 4 in dem Profilkörper 1 fixiert.
Gemäß der 2a wird nach einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens ein Profilkörper 2 aus einem Metall mittels Extrusion hergestellt. Der Profilkörper 2 hat einen im Wesentlichen u-förmigen Querschnitt, wobei im Innenraum des U zwei distale Abschnitte 3 von dem ebenen Grundkörper 5 abragen. Die distalen Abschnitte 3 haben einen Abstand zwischen sich und erstrecken sich entlang der Extrusionsrichtung des Profilkörpers 2. Zwischen die distalen Abschnitte 3 wird ein längliches Versteifungselement 4 aus einem Kunststoff eingelegt und anschließend, wie in 2b gezeigt, die distalen Abschnitte 3 auf das Versteifungselement 4 hin verformt, bis diese einen Formschluss miteinander ausbilden. Dadurch wird das Versteifungselement 4 mit dem Profilkörper 2 gefügt.
Liste der Bezugszeichen:

1: Strukturbauteil
2: Profilkörper
3: distale Abschnitte
4: Versteifungselement
5: Grundkörper

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils (1) mit Versteifung, umfassend die folgenden Schritte: - Extrudieren eines Profilkörpers (2), von dem distale Abschnitte (3) abragen, die sich in Extrusionsrichtung erstrecken; - Einlegen eines länglichen Versteifungselements (4) zwischen zwei benachbarte distale Abschnitte (3); . - Biegetechnisches Umformen des Profilkörpers (2), wodurch die entsprechenden distalen Abschnitte (3) einen Formschluss mit dem dazwischen angeordneten Versteifungselement (4) ausbilden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die distalen Abschnitte (3) einen sich verjüngenden Querschnitt aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilkörper (2) mit einem ebenen Grundkörper (5) extrudiert wird, von dem die distalen Abschnitte (3) abragen.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (5) eine höhere Steifigkeit als die distalen Abschnitte (3) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (4) aus einem Kunststoff besteht.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (4) als ein elektrischer Leiter mit einer Kunststoffisolierung ausgebildet ist.