DE102016002118A1 - Sandwich component and method for series production, as well as motor vehicle body with such sandwich component - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Sandwichbauteil (100) mit zwei Decklagen (120, 130) und einer dazwischen liegenden Kernstruktur, die aus einem geformten Innenblech (110), insbesondere einem Wellblech besteht. Die Decklagen (120, 130) und das Innenblech (110) bilden einen geschlossenen Verbund, wozu die Ränder der Decklagen (120, 130) zu einem kragenartig umlaufenden Randabschluss (140) zusammengefasst und an diesem Randabschluss (140) derart gefügt sind, dass der Rand des Innenblechs (110) abschnittsweise (F) mit eingefügt ist. Die Erfindung betrifft außerdem zwei Verfahren zur Serienherstellung solcher Sandwichbauteile (100) und ferner eine Kraftfahrzeugkarosserie mit wenigstens einem solchen Sandwichbauteil (100).The invention relates to a sandwich component (100) with two cover layers (120, 130) and an interposed core structure, which consists of a shaped inner panel (110), in particular a corrugated metal sheet. The cover layers (120, 130) and the inner panel (110) form a closed composite, for which purpose the edges of the cover layers (120, 130) are combined to form a collar-like circumferential edge termination (140) and are joined to this edge termination (140) in such a way that Edge of the inner panel (110) sections (F) is inserted with. The invention also relates to two methods for series production of such sandwich components (100) and further to a motor vehicle body with at least one such sandwich component (100).
Description
Die Erfindung betrifft ein Sandwichbauteil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und zwei Verfahren zur Serienherstellung solcher Sandwichbauteile. Die Erfindung betrifft ferner eine Kraftfahrzeugkarosserie mit wenigstens einem solchen Sandwichbauteil.The invention relates to a sandwich component according to the preamble of
Sandwichbauteile bestehen typischerweise aus zwei Decklagen und einer dazwischen liegenden Kernstruktur, auf der die Decklagen aufgebracht sind und über die die Decklagen zueinander beabstandet sind. Neben einer Gewichtsersparnis (Leichtbau) lassen sich an die Belastung angepasste Steifigkeiten und Festigkeiten einstellen. Je nach Einsatzzweck muss im Randbereich das Eindringen von Flüssigkeiten und Verunreinigungen verhindert werden. Gängige Randabdichtungsmethoden sind das Versiegeln mit Kleb- und Dichtstoffen. Eine andere Methode ist, den Rand durch das Abfräsen einer Decklage und der Kernstruktur sowie dem anschließenden Umbördeln der verbliebenen Decklage abzudichten. Weiterhin ist der Randbereich häufig mechanischen Belastungen unterworfen, was berücksichtigt werden muss. Hinzu kommt, dass vor allem im Automobilbau aufgrund der großen Stückzahlen auch wirtschaftliche Aspekte, wie bspw. günstige Fertigungsverfahren und kurze Taktzeiten, zu berücksichtigen sind.Sandwich components typically consist of two cover layers and an intervening core structure, on which the cover layers are applied and over which the cover layers are spaced from each other. In addition to weight savings (lightweight construction), stiffness and strength adapted to the load can be set. Depending on the application, the penetration of liquids and impurities must be prevented in the edge area. Common edge sealing methods are the sealing with adhesives and sealants. Another method is to seal the edge by the milling of a cover layer and the core structure and the subsequent beading of the remaining cover layer. Furthermore, the edge region is often subject to mechanical stress, which must be taken into account. In addition, due to the large numbers of items, especially in the automotive industry, economic aspects, such as, for example, favorable production methods and short cycle times, have to be taken into account.
Die
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Sandwichbauteil betreffender Art anzugeben, dass sich, insbesondere auch in der Mittel- und Großserienfertigung, einfach herstellen lässt.The object of the invention is to provide a sandwich component of the kind that can be easily manufactured, especially in medium and large series production.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein erfindungsgemäßes Sandwichbauteil entsprechend dem Patentanspruch 1. Mit nebengeordneten Patentansprüchen erstreckt sich die Erfindung auch auf zwei erfindungsgemäße Verfahren zur Serienherstellung erfindungsgemäßer Sandwichbauteile und auf eine Kraftfahrzeugkarosserie mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Sandwichbauteil. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich analog für alle Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung.This object is achieved by an inventive sandwich component according to
Das erfindungsgemäße Sandwichbauteil hat zwei Decklagen und eine dazwischen liegende Kernstruktur, die aus einem geformten Innenblech, insbesondere einem Wellblech, gebildet ist. Die Decklagen und das Innenblech bilden einen geschlossenen Verbund, wozu die Ränder bzw. Randzonen der Decklagen zu einem kragenartig ausgebildeten, umlaufenden Randabschluss zusammengefasst und an diesem Randabschluss derart miteinander gefügt sind, dass der Rand des Innenblechs abschnittsweise mit in diesen Randabschluss eingebunden bzw. eingefügt ist.The sandwich component according to the invention has two cover layers and an intervening core structure, which is formed from a shaped inner sheet, in particular a corrugated sheet. The cover layers and the inner panel form a closed composite, for which the edges or edge zones of the cover layers are combined to form a collar-like, circumferential edge termination and are joined to one another at this edge termination such that the edge of the inner panel is partially incorporated or inserted into this edge termination ,
Der umlaufende Randabschluss hat eine Doppelfunktion. Dieser dient einerseits der Randabdichtung und fungiert andererseits als Fügeflansch zur Verbindung des Sandwichbauteils mit anderen Bauteilen, bspw. durch Nieten, Kleben, Schweißen, Löten, Schrauben und dergleichen, so dass Zusatzteile zur Anbindung (wie bspw. die oben erwähnten Verbindungselemente) nicht mehr erforderlich sind.The peripheral edge termination has a double function. This serves on the one hand the edge seal and on the other hand acts as a joint flange for connecting the sandwich component with other components, eg. By riveting, gluing, welding, soldering, screws and the like, so that additional parts for connection (such as the above-mentioned fasteners) no longer required are.
Erfindungsgemäß erfolgt die Randabdichtung durch randseitiges Fügen der Decklagen, so dass ein geschlossener Verbund entsteht. Eine separate Randabdichtung, wie bspw. mit der oben beschriebenen Seitenwand oder Kleb- bzw. Dichtstoffversiegelung, ist nicht erforderlich, womit auch ein damit im Zusammenhang stehender Fertigungs- bzw. Herstellaufwand entfällt. Auch das im Stand der Technik häufig praktizierte KTL-Beschichten offner Hohlräume bzw. Rinnen, das insbesondere bei kleinen Querschnitten aufwändig ist, kann entfallen.According to the invention, the edge sealing takes place by marginal joining of the cover layers, so that a closed composite is formed. A separate edge seal, such as. With the above-described side wall or adhesive or sealant sealing, is not required, which also eliminates a related manufacturing or manufacturing effort. Also, in the prior art often practiced KTL coating offner cavities or gutters, which is complex, especially for small cross-sections, can be omitted.
Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass das den Kern bzw. die Kernstruktur bildende Innenblech an seinem Rand abschnittsweise mit in den Randabschluss eingebunden bzw. eingefügt ist. Das Innenblech ist also nicht an seinem gesamten Außenrand in den Randabschluss eingebunden. Vielmehr weist der Randabschluss Abschnitte auf, in denen die Ränder der Decklagen (gegebenenfalls unter Einschluss eines Kleb- oder Dichtstoffs) direkt aufeinander liegen und gefügt sind (zweilagige bzw. doppellagige Fügeverbindung), und Abschnitte, in denen die Ränder der Decklagen indirekt mit dem dazwischenliegenden Rand des Innenblechs aufeinander liegen und unter Einschluss dieser zum Innenblech gehörenden Randzone gefügt sind (dreilagige Fügeverbindung). Das Innenblech wird also nicht nur zwischen den Decklagen festgehalten (typischerweise ist das Innenblech an den Berührungsstellen auch mit den Decklagen verklebt), sondern wird auch über seinen Rand entlang der betreffenden Abschnitte festgehalten, woraus sich vorteilhafte mechanische Eigenschaften, bspw. eine hervorragende Crashstabilität, ergeben.According to the invention, it is further provided that the inner panel forming the core or the core structure is partially integrated or inserted at its edge into the edge termination. The inner panel is therefore not integrated at its entire outer edge in the edge termination. Rather, the edge termination has sections in which the edges of the cover layers (optionally with the inclusion of an adhesive or sealant) lie directly on top of each other and are joined (two-layer or double-layered joint connection), and sections in which the edges of the cover layers indirectly with the intermediate layer Edge of the inner panel lie on each other and are included under inclusion of this belonging to the inner panel edge zone (three-layer joint connection). The inner panel is thus not only held between the cover layers (typically, the inner panel is glued to the contact points with the cover layers), but is also held over its edge along the relevant sections, resulting in advantageous mechanical Properties, for example, an excellent crash stability result.
Das erfindungsgemäße Sandwichbauteil kann außerdem einfach hergestellt werden. Bevorzugte Herstellverfahren sind Gegenstand der nebengeordneten Patentansprüche. Das erfindungsgemäße Sandwichbauteil kann z. B. in einem im Wesentlichen kontinuierlichen Prozess hergestellt werden, was insbesondere für eine Mittel- und Großserienfertigung vorteilhaft ist.The sandwich component according to the invention can also be easily manufactured. Preferred manufacturing methods are the subject of the independent claims. The sandwich component according to the invention can, for. B. are produced in a substantially continuous process, which is particularly advantageous for medium and large series production.
Die Decklagen können aus jedem geeigneten Material gebildet sein. Bevorzugt handelt es sich bei den Decklagen um Blechmaterialien (sogenannte Deckbleche), bspw. Aluminium- und/oder Stahlblech mit einer Blechdicke von bspw. 0,6 mm bis 2,5 mm, bevorzugt 0,8 mm bis 1,2 mm. Gleiches gilt für das Innenblech, wobei es sich bevorzugt um ein Wellblech, insbesondere mit einem Wellenprofil (bspw. Sinuswelle, insbesondere auch mit abgeflachten Wellenbögen) oder Trapezprofil (auch mit steilen, nahezu senkrechten Flanken), handelt. Bevorzugt ist das Innenblech an den Berührungsstellen mit den Decklagen bzw. Deckblechen verklebt oder in sonstiger geeigneter Weise gefügt.The cover layers may be formed of any suitable material. Preferably, the cover layers are sheet materials (so-called cover plates), for example aluminum and / or steel sheet having a sheet thickness of, for example, 0.6 mm to 2.5 mm, preferably 0.8 mm to 1.2 mm. The same applies to the inner panel, which is preferably a corrugated sheet, in particular with a wave profile (for example sine wave, in particular also with flattened wave arcs) or trapezoidal profile (also with steep, almost vertical flanks). Preferably, the inner panel is glued to the contact points with the cover layers or cover plates or joined in any other suitable manner.
Zur Herstellung des kragenartigen, umlaufenden Randabschlusses können die Ränder bzw. Randzonen der Decklagen unter Ausbildung eines flächigen Berührungskontakts aufeinandergepresst bzw. zusammengepresst und gefügt werden. Das Zusammenpressen kann derart erfolgen, dass nur eine der Decklagen an ihrem Rand bzw. in ihrer Randzone verformt wird oder dass beide Decklagen an ihren Rändern bzw. in ihren Randzonen verformt werden.To produce the collar-like, peripheral edge termination, the edges or edge zones of the cover layers can be pressed or pressed together and joined to form a planar contact with the surface. The compression can be carried out such that only one of the cover layers is deformed at its edge or in its edge zone or that both cover layers are deformed at their edges or in their edge zones.
Bevorzugt sind die Decklagen bzw. deren aufeinanderliegenden Ränder entlang des umlaufenden Randabschlusses durch stoffschlüssiges Fügen, insbesondere durch Verklebung, Verlötung und/oder Verschweißung, gefügt. Die Fügeverbindung ist bevorzugt derart ausgeführt, dass eine zuverlässige und alterungsbeständige Abdichtung gegen Flüssigkeiten und Verunreinigungen besteht.Preferably, the cover layers or their superimposed edges along the peripheral edge termination by material joining, in particular by gluing, soldering and / or welding, joined. The joint connection is preferably designed such that a reliable and aging-resistant seal against liquids and contaminants exists.
Das erfindungsgemäße Sandwichbauteil weist (in der Draufsicht) bevorzugt einen im Wesentlichen rechteckigen Umriss auf, wobei das Innenblech nur an zwei gegenüberliegenden Seiten dieses rechteckigen Umrisses in den umlaufenden Randabschluss eingefügt ist. An den beiden anderen Seiten ist das Innenblech bevorzugt durch die an ihren Rändern zusammengefassten Decklagen formschlüssig fixiert. Wie bereits erläutert, handelt es sich bei dem Innenblech bevorzugt um ein Wellblech, mit einer Vielzahl vom Wellenverlauf gebildeten Rinnen. In diesem Fall erfolgt die Einbindung in den Randabschluss entlang der zu diesen Rinnen parallelen Längsseiten und quer hierzu kann dann entlang der beiden Querseiten lediglich eine formschlüssige Fixierung erfolgen, wie nachfolgend noch näher erläutert.The sandwich component according to the invention preferably has (in plan view) a substantially rectangular outline, wherein the inner panel is inserted into the circumferential edge termination only on two opposite sides of this rectangular outline. On the other two sides, the inner panel is preferably fixed in a form-fitting manner by the cover layers combined at their edges. As already explained, the inner panel is preferably a corrugated sheet with a plurality of grooves formed by the wave pattern. In this case, the integration into the edge termination takes place along the longitudinal sides parallel to these grooves and transversely thereto, only a form-fitting fixation can then take place along the two transverse sides, as explained in more detail below.
Der kragenartig umlaufende Randabschluss kann eine Breite von 10 mm bis 50 mm und bevorzugt von 15 mm bis 25 mm aufweisen. Die aus einem umgeformten Innenblech gebildete Kernstruktur kann eine Dicke bzw. Höhe von 3 mm bis 25 mm aufweisen. Mit den o. g. Decklagendicken ergibt sich damit eine bevorzugte Bauteildicke bzw. -höhe von ca. 3 mm bis ca. 30 mm.The collar-like peripheral edge termination may have a width of 10 mm to 50 mm and preferably of 15 mm to 25 mm. The core structure formed from a deformed inner panel may have a thickness or height of 3 mm to 25 mm. With the o. G. Cover layer thicknesses thus results in a preferred component thickness or height of about 3 mm to about 30 mm.
Das erfindungsgemäße Sandwichbauteil kann in Serie in einem kontinuierlichen oder quasi-kontinuierlichen Herstellprozess aus Bandmaterial, insbesondere vom Coil abgerollten Blechbändern, hergestellt werden. Die Serienherstellung kann ohne Zwischentransporte und/oder Umsetzen in einer entsprechend ausgebildeten Anlage erfolgen.The sandwich component according to the invention can be produced in series in a continuous or quasi-continuous production process from strip material, in particular sheet metal strips unrolled from the coil. The series production can be done without intermediate transports and / or reacting in a suitably designed system.
Das erste erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Bearbeitungsschritte bzw. -stufen:
- – Umformen eines ersten, das Innenblech bildenden Bandmaterials;
- – Verbinden des ersten umgeformten Bandmaterials mit einem zweiten Bandmaterial und einem dritten Bandmaterial zur Erzeugung der Decklagen, gegebenenfalls unter Klebstoffzuführung;
- – Zusammenfassen der Decklagen, wobei zwischen dem Innenblech und den Decklagen unter Ausbildung eines kragenartig umlaufenden Randabschlusses ein geschlossener Verbund erzeugt wird, was insbesondere durch Zusammenpressen der Randzonen erfolgt, wie oben beschrieben;
- – Abtrennen des geschlossenen Verbunds von den Material- bzw. Blechbändern.
- - Forming a first, the inner plate forming strip material;
- - Connecting the first formed strip material with a second strip material and a third strip material for producing the cover layers, optionally with adhesive supply;
- - Summarizing the cover layers, wherein between the inner panel and the cover layers to form a collar-like circumferential edge termination a closed bond is generated, which takes place in particular by compressing the edge zones, as described above;
- - Separating the closed composite of the material or sheet metal strips.
Das randseitige Fügen der Decklagen entlang des Randabschlusses kann, wie oben erläutert, durch Verkleben, Verlöten, Verschweißen oder dergleichen erfolgen. Das randseitige Fügen erfolgt besonders bevorzugt durch Erzeugen einer umlaufenden Laserschweißnaht, was bspw. vor, während oder nach dem Abtrennen erfolgen kann. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass mit der selben Laserstrahleinrichtung bzw. mit dem selben Laserstrahl sowohl das Verschweißen als auch das Abtrennen erfolgt, d. h. es wird im Wesentlichen gleichzeitig eine Trenn- und Fügeoperation ausgeführt.The marginal joining of the cover layers along the edge termination can, as explained above, be done by gluing, soldering, welding or the like. The edge-side joining is particularly preferably carried out by generating a circumferential laser weld, which can be done, for example, before, during or after the separation. It is particularly preferred that both the welding and the separation take place with the same laser beam device or with the same laser beam, d. H. Essentially a separating and joining operation is carried out at the same time.
Das zweite erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich zum ersten erfindungsgemäßen Verfahren im Wesentlichen dadurch, dass die letzten Schritte in einer umgekehrten Abfolge ausgeführt werden. Demnach umfasst das zweite erfindungsgemäße Verfahren die Bearbeitungsschritte bzw. -stufen:
- – Umformen eines ersten, das Innenblech bildenden Bandmaterials;
- – Verbinden des ersten umgeformten Bandmaterials mit einem zweiten und dritten Bandmaterial zur Erzeugung der Decklagen;
- – Abtrennen des aus Innenblech und Decklagen gebildeten Verbunds von den Material- bzw. Blechbändern;
- – Zusammenfassen der Decklagen bzw. deren Ränder, wobei zwischen dem Innenblech und den Decklagen unter Ausbildung eines kragenartig umlaufenden Randabschlusses ein geschlossener Verbund erzeugt wird.
- - Forming a first, the inner plate forming strip material;
- - bonding the first formed strip material to a second and third strip material to form the cover layers;
- - Separating the composite formed from the inner sheet and cover layers of the material or sheet metal strips;
- - Summing the cover layers or their edges, wherein between the inner panel and the cover layers to form a collar-like circumferential edge termination a closed composite is generated.
Die Erfindung wird nachfolgend in nicht einschränkender Weise unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert, wobei die in der Zeichnung gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale, auch losgelöst von konkreten Merkmalskombinationen, die Erfindung weiterbilden können.The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing, wherein the features shown in the drawing and / or explained below, even detached from concrete combinations of features, can further develop the invention.
Wie aus den Schnittansichten (gemäß
Eine Besonderheit des metallischen Sandwichbauteils
Das Sandwichbauteil bzw. Sandwichblech
Das Sandwichbauteil
Die Verfahrensschritte bzw. -stufen können in einer entsprechend ausgebildeten Anlage ausgeführt werden. Die Anlage kann also aus zugeführten Blechbändern in Serie erfindungsgemäße Sandwichbauteile
Bei der in
Bei dem Sandwichbauteil
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