DE102015008667A1 - Method for producing a component for a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils (10) für einen Kraftwagen, bei welchem ein metallisches Halbzeug (12) mittels eines kontinuierlichen Umformverfahrens hergestellt und ein faserverstärkter Kunststoff als Verstärkungselement (14) an dem metallischen Halbzeug (12) angebracht wird, wobei der faserverstärkte Kunststoff aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt wird.The invention relates to a method for producing a component (10) for a motor vehicle, in which a metallic semifinished product (12) is produced by means of a continuous forming process and a fiber - reinforced plastic as reinforcing element (14) is attached to the metallic semifinished product (12) fiber reinforced plastic is made of a thermoplastic material.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils für einen Kraftwagen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.The invention relates to a method for producing a component for a motor vehicle specified in the preamble of claim 1. Art.
Es ist an sich bekannt, lokal metallische Profile mit duroplastischen faserverstärkten Kunststoffen zu versehen. Dafür ist allerdings meist ein gesonderter Prozess zum Auftragen der als Verstärkungselemente dienenden faserverstärkten Kunststoffe erforderlich, was unter anderem zu längeren Zykluszeiten und Zykluskosten führen kann.It is known per se to provide locally metallic profiles with thermosetting fiber-reinforced plastics. However, this usually requires a separate process for applying the fiber-reinforced plastics serving as reinforcing elements, which, inter alia, can lead to longer cycle times and cycle costs.
Die
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils für einen Kraftwagen bereitzustellen, mittels welchem auf verbesserte Weise ein metallisches Halbzeug mit einem faserverstärkten Kunststoff versehen werden kann.It is the object of the present invention to provide a method for producing a component for a motor vehicle, by means of which a metallic semifinished product can be provided in an improved manner with a fiber-reinforced plastic.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a method for producing a component having the features of patent claim 1. Advantageous embodiments with expedient and non-trivial developments of the invention are specified in the dependent claims.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Bauteils für einen Kraftwagen wird ein metallisches Halbzeug mittels eines kontinuierlichen Umformverfahrens hergestellt und ein faserverstärkter Kunststoff als Verstärkungselement an dem metallischen Halbzeug angebracht. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dabei dadurch aus, dass der faserverstärkte Kunststoff aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt wird.In the method according to the invention for producing a component for a motor vehicle, a metallic semifinished product is produced by means of a continuous forming process and a fiber-reinforced plastic is attached to the metallic semifinished product as a reinforcing element. The inventive method is characterized in that the fiber-reinforced plastic is made of a thermoplastic material.
Der faserverstärkte Kunststoff kann dabei während oder nach der Herstellung des metallischen Halbzeugs an dem metallischen Halbzeug angebracht werden. Darüber hinaus ist es möglich, mehrere der Verstärkungselemente an unterschiedlichen Stellen des metallischen Halbzeugs und/oder mehrere der Verstärkungselemente auch übereinander anzuordnen. Das metallische Halbzeug wird dabei vorzugsweise in Form eines Profils kontinuierlich hergestellt, beispielsweise durch Strangpressen, Walzprofilieren, Rollprofilieren oder dergleichen. Dabei kann der faserverstärkte Kunststoff beispielsweise mittels einer Andrückrolle an dem metallischen Halbzeug angebracht werden.The fiber-reinforced plastic can be attached to the metallic semi-finished product during or after the production of the metallic semifinished product. Moreover, it is possible to arrange a plurality of the reinforcing elements at different locations of the metallic semifinished product and / or a plurality of the reinforcing elements also one above the other. The metallic semi-finished product is preferably produced continuously in the form of a profile, for example by extrusion, roll forming, roll profiling or the like. In this case, the fiber-reinforced plastic can be attached to the metallic semi-finished product, for example by means of a pressure roller.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Herstellung von Hybridbauteilen vereinfacht, da das Aufbringen des Verstärkungselements in einer einzigen Prozesskette erfolgen kann. Dadurch können die Zykluszeiten reduziert werden. Vor allem im Vergleich zu duroplastischen faserverstärkten Kunststoffen lassen sich thermoplastische faserverstärkte Kunststoffe aufgrund kürzerer Verarbeitungszeiten und einem geringeren Energieaufwand mit weniger Kostenaufwand fertigen. Dadurch können gegenüber konventionellen Hybridstrukturen die Gesamtkosten signifikant reduziert werden. Durch die lokale Verstärkung des metallischen Halbzeugs mittels des faserverstärkten Kunststoffs kann zudem eine Wanddickenreduktion und/oder eine Massenreduktion des gesamten Bauteils erzielt werden. Außerdem kann durch die Anbringung des faserverstärkten Kunststoffs eine Erhöhung der Energieaufnahmefähigkeit des Bauteils, insbesondere im Crashfall, erzielt werden.The inventive method simplifies the production of hybrid components, since the application of the reinforcing element can take place in a single process chain. This can reduce the cycle times. Especially compared to thermosetting fiber-reinforced plastics, thermoplastic fiber-reinforced plastics can be manufactured at lower cost due to shorter processing times and lower energy consumption. This can significantly reduce the overall costs compared to conventional hybrid structures. By the local reinforcement of the metallic semifinished product by means of the fiber-reinforced plastic, it is also possible to achieve a wall thickness reduction and / or a mass reduction of the entire component. In addition, an increase in the energy absorption capacity of the component, in particular in the event of a crash, can be achieved by the attachment of the fiber-reinforced plastic.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es auf einfache Weise möglich, hybride Profile herzustellen, wobei das Anbringen, was auch als Patchen bezeichnet wird, des Verstärkungselements oder mehrerer Verstärkungselemente in einem kontinuierlichen Prozess erfolgt. Dabei ist es auch möglich, dass der faserverstärkte Kunststoff statt aus einem Thermoplast aus einem Duroplast hergestellt wird.By means of the method according to the invention, it is possible in a simple manner to produce hybrid profiles, wherein the attachment, which is also referred to as patching, of the reinforcing element or of a plurality of reinforcing elements takes place in a continuous process. It is also possible that the fiber-reinforced plastic instead of a thermoplastic made of a thermoset.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass an dem metallischen Halbzeug eine Haftungsschicht angebracht und der faserverstärkte Kunststoff an der Haftungsschicht angebracht wird. Dadurch kann die Anbindung des faserverstärkten Kunststoffs an dem metallischen Halbzeug erheblich verbessert werden. Bei der Haftungsschicht kann es sich beispielsweise um eine chemisch oder auch um eine mechanisch wirkende Haftungsschicht handeln, wodurch eine besonders stabile Anbindung zwischen der Haftungsschicht, dem metallischen Halbzeug und dem faserverstärkten Kunststoff erzielt wird.An advantageous embodiment of the invention provides that attached to the metallic semi-finished product, an adhesion layer and the fiber-reinforced plastic is attached to the adhesion layer. As a result, the connection of the fiber-reinforced plastic to the metallic semifinished product can be considerably improved. The adhesion layer may be, for example, a chemically or a mechanically acting adhesion layer, whereby a particularly stable bond between the adhesion layer, the metallic semifinished product and the fiber-reinforced plastic is achieved.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der faserverstärkte Kunststoff vor dem Anbringen an dem metallischen Halbzeug erhitzt wird. Dadurch kann die Anbindung des faserverstärkten Kunststoffs an dem metallischen Halbzeug verbessert werden. Beispielsweise kann der thermoplastische Kunststoffanteil des faserverstärkten Kunststoffs mittels eines Lasers oder auch mittels beheizter Rollen erhitzt werden. Alternativ ist es beispielsweise auch möglich, dass Strom an die Fasern des faserverstärkten Kunststoffs angelegt wird, infolgedessen sich die Fasern erhitzen und der Kunststoffanteil des faserverstärkten Kunststoffs auf- beziehungsweise angeschmolzen wird. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass eine Ofenheizung oder eine Strahlungsheizung zum Erhitzen des faserverstärkten Kunststoffs eingesetzt wird.A further advantageous embodiment of the invention provides that the fiber-reinforced plastic is heated prior to attachment to the metallic semifinished product. As a result, the connection of the fiber-reinforced plastic to the metallic semifinished product can be improved. For example, the thermoplastic component of the fiber-reinforced plastic can be heated by means of a laser or by means of heated rollers. Alternatively, it is also possible, for example, for current to be applied to the fibers of the fiber-reinforced plastic, as a result of which the fibers are heated and the plastic fraction of the fiber-reinforced plastic is melted up or fused on. In addition, it is also possible that a furnace heating or a radiant heater is used for heating the fiber-reinforced plastic.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der faserverstärkte Kunststoff mit unidirektional ausgerichteten Verstärkungsfasern hergestellt wird. Vorzugsweise wird der faserverstärkte Kunststoff dabei in Form eines Endlosmaterials hergestellt. Mit anderen Worten kann es also vorgesehen sein, dass das metallische Halbzeug durch lokales Auftragen eines vorimprägnierten thermoplastischen Halbzeugs mit unidirektionaler Endlosfaserverstärkung, also einem sogenannten unidirektionalen Tape, verstärkt wird. Bei den Endlosfasern handelt es sich vorzugsweise um Glas- oder Kohlefasern, wobei auch andere Fasertypen möglich sind. Insbesondere die Aufbringung solcher unidirektionalen Tapes trägt erheblich zu einer Erhöhung der Energieaufnahmefähigkeit im Crashfall bei dem Bauteil bei. Ferner ist es auch möglich, dass das Verstärkungselement oder auch weitere Verstärkungselemente mehrdirektional angeordnete Verstärkungsfasern aufweisen.According to a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the fiber-reinforced plastic is produced with unidirectionally oriented reinforcing fibers. Preferably, the fiber-reinforced plastic is produced in the form of a continuous material. In other words, it can thus be provided that the metallic semifinished product is reinforced by local application of a preimpregnated thermoplastic semifinished product with unidirectional continuous fiber reinforcement, that is to say a so-called unidirectional tape. The continuous fibers are preferably glass or carbon fibers, although other fiber types are possible. In particular, the application of such unidirectional tape contributes significantly to an increase in energy absorption capacity in the event of a crash in the component. Furthermore, it is also possible for the reinforcing element or other reinforcing elements to have multidirectionally arranged reinforcing fibers.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.
Dabei zeigen:Showing:
In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.
Ein Bauteil
In
Die Anbringung der Verstärkungselemente
Das metallische Halbzeug
In
Zum Anbringen des Verstärkungselements
Durch das erläuterte Verfahren ist es möglich, die Herstellung eines Hybridbauteils
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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