DE102016213161A1 - A method of applying a fiber matrix tape to a metal structural member of a vehicle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen eines Faser-Matrix-Bandes auf ein metallisches Strukturbauteil eines Fahrzeugs, insbesondere auf ein Fahrwerk-Bauteil wie Lenker oder Träger, wobei auf das Strukturbauteil ein Haftvermittler aufgetragen und danach das Faser-Matrix-Band unter Erwärmung auf einen Oberflächenabschnitt des Strukturbauteils angedrückt wird. Dabei wird das Aufbringen des Faser-Matrix-Bandes mittels eines grundsätzlich bekannten Legekopfes durchgeführt, welcher weiterhin lokal auf den mit dem Faser-Matrix-Band versehenden Oberflächenabschnitt begrenzt auf diesen den Haftvermittler aufbringt. Hierfür kann bspw. mittels eines grundsätzlich bekannten Multitape-Legekopfes als erste Lage ein Band oder Tape, welcher oder welches den Haftvermittler aufweist oder trägt, aufgebracht und darauf folgend eine oder mehrere Lagen von Faser-Matrix-Bändern ohne spezielles Haftvermittlermaterial aufgebracht werden.The invention relates to a method for applying a fiber-matrix tape on a metallic structural component of a vehicle, in particular on a chassis component such as handlebar or carrier, wherein applied to the structural component, a bonding agent and then the fiber matrix band under heating to a Surface portion of the structural component is pressed. In this case, the application of the fiber matrix band is carried out by means of a basically known laying head, which further applies locally to the surface provided with the fiber matrix band surface portion on this the bonding agent. For this purpose, for example, by means of a basically known multitape laying head as the first layer, a tape or tape, which or which comprises the bonding agent or carries applied and subsequently applied one or more layers of fiber matrix tapes without special Haftvermittlermaterial.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen eines Faser-Matrix-Bandes auf ein metallisches Strukturbauteil eines Fahrzeugs, insbesondere auf ein Fahrwerk-Bauteil wie Lenker oder Träger, wobei auf das Strukturbauteil ein Haftvermittler aufgetragen und danach das Faser-Matrix-Band unter Erwärmung auf einen Oberflächenabschnitt des Strukturbauteils angedrückt wird. Zum Stand der Technik wird neben der DE 10 2013 223 851 A1 auf die zur Bildung des Oberbegriffs des Anspruchs 1 herangezogene DE 10 2014 224 429 A1 verwiesen. The invention relates to a method for applying a fiber-matrix tape on a metallic structural component of a vehicle, in particular on a chassis component such as handlebar or carrier, wherein applied to the structural component, a bonding agent and then the fiber matrix tape under heating to a Surface portion of the structural component is pressed. The state of the art is in addition to the DE 10 2013 223 851 A1 to those used to form the preamble of claim 1 DE 10 2014 224 429 A1 directed.

Grundsätzlich bekannt, vgl. bspw. die vorstehend erstgenannte Schrift, ist das Aufbringen von faserverstärkten Kunststoffbändern, auch Faserbänder oder Tapes genannt, entweder auf vorgeformte Kunststoff-Bauteile oder auf eine Werkzeugform, wodurch nach einem Schichtaufbauverfahren belastungsgerecht optimierte Leichtbau-Bauteile bspw. für den Flugzeugbau geschaffen werden können. Für dieses Aufbringen von vorliegend sog. Faser-Matrix-Bändern wurden bereits geeignete Werkzeuge entwickelt, wobei ein sog. Legekopf mit einer diesem funktional vorgeschalteten Band-Zufuhreinrichtung geeignet von einem Industrie-Roboter geführt ein Faser-Matrix-Band bspw. auf ein vorgeformtes Kunststoff-Bauteil auflegt und dabei erwärmt und andrückt. Zumeist wird das praktisch handelsüblich auf einer Spule aufgewickelte Faser-Matrix-Band in der Band-Zufuhreinrichtung geeignet abgelängt. Basically known, cf. For example, the above-mentioned document, the application of fiber-reinforced plastic tapes, also called slivers or tapes, either on preformed plastic components or on a mold, which can be created for a construction of lightweight construction optimized lightweight components, for example, for aircraft. Suitable tools have already been developed for this application of what are known as fiber matrix tapes, wherein a so-called laying head with a belt feed device arranged in a functionally appropriate manner by an industrial robot guides a fiber matrix belt, for example onto a preformed plastic Hangs up while heating and pressing. In most cases, the practically commercially available wound on a spool fiber matrix tape is cut to length in the tape feeder suitable.

Weiterhin wurde bereits vorgeschlagen, ein metallisches Fahrzeug-Strukturbauteil auf vergleichbare Weise lokal zu verstärken. Damit können beispielsweise Großserienbauteile im Fahrwerks-Bereich von Personenkraftwagen einfach an individuelle Anforderungen angepasst werden, denn bspw. können geometrisch baugleiche Kraftfahrzeuge mit unterschiedlichen Antriebsaggregaten ausgestattet sein, was unterschiedliche Betriebslasten insbesondere auch im Fahrwerksbereich zur Folge hat. Auch können sich bauähnliche Fahrzeuge mit geometrisch gleichen Fahrwerks-Abmessungen hinsichtlich des Fahrzeug-Aufbaus unterscheiden, was ebenfalls unterschiedliche Lasten zur Folge hat und eine fahrzeugtyp-individuelle Anpassung eines Fahrwerkbauteils, für welches beispielhaft ein Träger (Achsträger, Radträger) oder ein radführender Lenker oder dgl. genannt sei, wünschenswert macht. Furthermore, it has already been proposed to locally reinforce a metallic vehicle structural component in a comparable manner. Thus, for example, large-scale components in the chassis area of passenger cars can be easily adapted to individual requirements, because, for example, geometrically identical motor vehicles can be equipped with different drive units, which has different operating loads especially in the chassis area result. Also, construction-like vehicles with geometrically identical suspension dimensions with respect to the vehicle body can differ, which also has different loads result and a vehicle type individual adaptation of a chassis component, for example, a carrier (axle, wheel) or a wheel-guiding handlebar or the like ., is desirable.

Anders als beim Aufbringen von praktisch handelsüblichen Faser-Matrix-Bändern auf eine vorhandene Kunststoffoberfläche wird für ein erfolgreiches stoffschlüssiges Aufbringen solcher Faser-Matrix-Bänder auf eine metallische Oberfläche, d.h. auf ein Metall-Strukturbauteil eines Fahrzeugs eine Haftvermittlerschicht zwischen dem Metallwerkstoff und dem Faser-Matrix-Band benötigt. Eine solche Haftvermittlerschicht kann dabei durch ein geeignetes thermoplastisches oder duroplastisches Material gebildet sein, welches nach internem Stand der Technik vor dem Aufbringen von Faser-Matrix-Bändern auf ein metallisches Strukturbauteil großflächig aufgebracht, bspw. aufsprüht bzw. durch Pulverbeschichten aufgetragen wird. Ein solcher separater Arbeitsschritt ist aber nicht nur aufwändig sondern auch insofern von Nachteil, als eine großflächige Vorbehandlung des Strukturbauteils unter Materialverschwendung erfolgt, da die Faser-Matrix-Bänder örtlich begrenzt an wenigen Stellen aufgebracht werden. Unlike applying practically commercially available fiber matrix tapes to an existing plastic surface, for a successful cohesive application of such fiber matrix tapes to a metallic surface, i. on a metal structural member of a vehicle requires a tie layer between the metal material and the fiber matrix tape. Such a bonding agent layer may be formed by a suitable thermoplastic or thermosetting material, which is applied over a large area in the internal state of the art prior to the application of fiber-matrix tapes on a metallic structural component, for example. Sprays or applied by powder coating. However, such a separate operation is not only costly but also disadvantageous in that a large-scale pretreatment of the structural component takes place with a waste of material, since the fiber-matrix tapes are applied locally in a few places.

Eine Abhilfemaßnahme für diese geschilderte Problematik aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ist für ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen des Faser-Matrix-Bandes mittels eines grundsätzlich bekannten Legekopfes durchgeführt wird, welcher weiterhin lokal auf den mit dem Faser-Matrix-Band versehenden Oberflächenabschnitt begrenzt auf diesen den Haftvermittler aufbringt. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche. To point out a remedy for this problem is the object of the present invention. The solution to this problem arises with the features of claim 1 and is for a method according to the preamble of claim 1, characterized in that the application of the fiber matrix tape is carried out by means of a basically known laying head, which continues locally to the with the Fiber matrix band-providing surface portion limited to these applying the bonding agent. Advantageous developments are content of the dependent claims.

Erfindungsgemäß soll der benötigte Haftvermittler nur noch lokal zwischen den auf das Strukturbauteil aufzubringenden Faser-Matrix-Bändern und der metallischen Oberfläche des Strukturbauteils aufgetragen werden. Somit bleiben Oberflächen-Bereiche des Strukturbauteils, in denen kein Haftvermittler benötigt wird, ausgespart; vorteilhafterweise können damit auch diejenigen Oberflächen-Bereiche vom Haftvermittlerauftrag ausgespart werden, welche gemäß internem Stand der Technik vor dem Auftragen von Haftvermittler abgedeckt werden mussten, weil diese bspw. wegen des Einpressens eines Lagers keinen Haftvermittler aufweisen dürfen. Erfindungsgemäß erfolgt das Aufbringen des Haftvermittlers praktisch im gleichen Prozess wie das Aufbringen der Faser-Matrix-Bänder, so dass das mit diesen zu versehende Strukturbauteil hierfür im Rahmen des Fertigungsprozesses nicht zu verschiedenen Bearbeitungsstationen gebracht werden muss, und erfindungsgemäß erfolgt dabei das Aufbringen sowohl des Faser-Matrix-Bandes als auch des Haftvermittlers mittels eines grundsätzlich bekannten und bspw. von einem Industrieroboter geführten Legekopfes bzw. einer einen solchen aufweisenden Legevorrichtung zum automatisierten Ablegen von Faserbändern auf einer Oberfläche, mit welcher bzw. welchem sowohl das Erwärmen des Faser-Matrix-Bandes als auch dessen Andrücken an das Strukturbauteil bzw. auf eine auf dieses in einem vorangegangenen Arbeitsschritt aufgebrachtes Faser-Matrix-Band durchgeführt wird. According to the invention, the required adhesion promoter should only be applied locally between the fiber matrix strips to be applied to the structural component and the metallic surface of the structural component. Thus, surface areas of the structural component, in which no adhesion promoter is needed, are left out; Advantageously, it is thus also possible for those surface areas to be omitted from the adhesion promoter application, which had to be covered according to the internal state of the art prior to the application of adhesion promoter, because these, for example, must not have any adhesion promoter because of the press-fitting of a bearing. According to the invention, the application of the adhesion promoter takes place practically in the same process as the application of the fiber matrix tapes, so that the structural component to be provided therewith need not be brought to different processing stations within the production process, and according to the invention the application of both the fiber takes place Matrix band as well as the adhesion promoter by means of a basically known and, for example, guided by an industrial robot laying head or such a laying device for the automated storage of slivers on a surface, with which or which both the heating of the fiber matrix band as well as its pressing against the structural component or on an applied thereto in a previous step fiber-matrix band is performed.

Was nun das lokal begrenzte Aufbringen von Haftvermittler mit einem solchen Legekopf betrifft, so kann hierfür ein grundsätzlich bekannter sog. Multitape-Legekopf zum Einsatz kommen, mit welchem wahlweise verschiedene Faser-Matrix-Bänder, welche im weiteren der Einfachheit halber auch als „Tapes“ bezeichnet werden, auf eine Struktur aufgelegt werden können. Bspw. zeigt der eingangs genannte Stand der Technik eine Legevorrichtung zum automatisierten Ablegen von Faserbändern auf einer Oberfläche mit einem mehrere Spulen, auf welchen jeweils ein Faserband aufgewickelt ist, aufweisenden dort sog. Spulengatter. Mit einem solchen Multitape-Legekopf kann nun als erste Lage auf die metallische Oberfläche eines erfindungsgemäß zu verstärkenden Strukturbauteils ein Band oder ein Tape, welches den oder einen geeigneten Haftvermittler aufweist oder trägt, aufgebracht und darauf folgend auf dieses erste Band oder Tape eine oder mehrere Lagen von weiteren Faser-Matrix-Bändern (ohne speziellen Haftvermittler) aufgebracht werden. Letztere haften dabei durch das übliche Anschmelzen aneinander. As far as the locally limited application of adhesion promoter with such a laying head is concerned, a basically known so-called multitape laying head can be used for this purpose, with which optionally different fiber matrix tapes, which in the following also are referred to as "tapes" for the sake of simplicity. can be placed on a structure. For example. shows the above-mentioned prior art, a laying device for the automated storage of slivers on a surface with a plurality of coils, on each of which a sliver is wound, having there so-called. Creel. With such a multi-tape laying head can now as a first layer on the metallic surface of a structural component to be reinforced according to the invention or a tape or tape, which or has a suitable adhesion promoter applied, and subsequently on this first tape or tape one or more layers be applied by other fiber matrix tapes (without special adhesion promoter). The latter adhere to each other by the usual melting.

Es ist aber auch möglich, im Rahmen des grundsätzlich bekannten automatisierten Ablegens eines üblichen und somit zunächst keinen für das Aufbringen auf einem Metallbauteil vorgesehen Haftvermittler aufweisenden Faser-Matrix-Bandes dieses vor dem Aufbringen auf die metallische Oberfläche des Strukturbauteils zumindest an seiner für den Kontakt mit dem Strukturbauteil vorgesehenen Seite mit Haftvermittler-Material zu versehen, d.h. im Fertigungsprozess eines erfindungsgemäß gefertigten Strukturbauteils das erste direkt auf dessen Metalloberfläche aufzubringende Faser-Matrix-Band mit dem Haftvermittler auszustatten. Hierfür kann das zunächst noch keinen Haftvermittler aufweisende Faser-Matrix-Band zeitlich und räumlich vor dem Aufbringen auf das Strukturbauteil durch ein am Legekopf oder an dessen Band-Zufuhreinrichtung vorgesehenes Reservoir mit viskosem Haftvermittlermaterial hindurch geführt werden, womit zumindest eine Seite des Bandes mit Haftvermittler benetzt wird. Alternativ kann das Faser-Matrix-Band vor dem Aufbringen im oder am Legekopf oder an dessen Band-Zufuhreinrichtung mit einem weiteren Band, welches Haftvermittlermaterial aufweist, derart zusammengeführt werden, dass beide Bänder geeignet übereinander liegend auf das Strukturbauteil aufgelegt werden. However, it is also possible, within the framework of the generally known automated depositing of a conventional and thus initially no intended for application on a metal component adhesion promoter fiber matrix tape this before application to the metallic surface of the structural component at least at its for contact with to provide the structural component provided side with adhesion promoter material, ie in the manufacturing process of a structural component produced according to the invention, to equip the first fiber-matrix band to be applied directly to the metal surface thereof with the adhesion promoter. For this purpose, the fiber matrix strip initially having no adhesion promoter can be guided temporally and spatially prior to application to the structural component through a reservoir of viscous adhesive material provided on the laying head or on its belt supply device, whereby at least one side of the belt is wetted with adhesion promoter becomes. Alternatively, the fiber matrix tape can be brought together before application in or on the laying head or on its belt feeding device with another band, which adhesive agent, so that both bands are placed suitably one above the other on the structural component.

Was den genannten Haftvermittler bzw. ein geeignetes Haftvermittlermaterial betrifft so kann dieser bzw. dieses ein Duroplast-basiertes Material oder ein Thermoplast-basiertes Material, welches durch Erhitzen in viskosen Zustand gebracht wird, sein. Dieser bzw. dieses zeichnet sich durch verbindungsfördende Eigenschaften zwischen einem Metallwerkstoff und einem Faserverbundwerkstoff aus und kann insbesondere reaktive Endgruppen aufweisen. As for the aforesaid primer or a suitable primer material, this or this may be a thermoset-based material or a thermoplastic-based material which is brought into a viscous state by heating. This or this is characterized by connection-promoting properties between a metal material and a fiber composite material and may in particular have reactive end groups.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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  • DE 102014224429 A1 [0001] DE 102014224429 A1 [0001]

Claims (6)

Verfahren zum Aufbringen eines Faser-Matrix-Bandes auf ein metallisches Strukturbauteil eines Fahrzeugs, insbesondere auf ein Fahrwerk-Bauteil wie Lenker oder Träger, wobei auf das Strukturbauteil ein Haftvermittler aufgetragen und danach das Faser-Matrix-Band unter Erwärmung auf einen Oberflächenabschnitt des Strukturbauteils angedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen des Faser-Matrix-Bandes mittels eines grundsätzlich bekannten Legekopfes durchgeführt wird, welcher weiterhin lokal auf den mit dem Faser-Matrix-Band versehenden Oberflächenabschnitt begrenzt auf diesen den Haftvermittler aufbringt. Method for applying a fiber matrix tape on a metallic structural component of a vehicle, in particular on a chassis component such as handlebar or carrier, wherein applied to the structural component, a bonding agent and then pressed the fiber matrix tape under heating to a surface portion of the structural component is, characterized in that the application of the fiber matrix tape is carried out by means of a basically known laying head, which further applied locally on the provided with the fiber matrix tape surface portion limited to this the adhesion promoter. Verfahren nach Anspruch 1, wobei mittels eines grundsätzlich bekannten Multitape-Legekopfes als erste Lage ein Band oder Tape, welcher oder welches den Haftvermittler aufweist oder trägt, aufgebracht und darauf folgend eine oder mehrere Lagen Faser-Matrix-Bändern aufgebracht wird oder werden.  The method of claim 1, wherein by means of a basically known multitape laying head as a first layer, a tape or tape, which or which comprises the bonding agent or carries, applied and subsequently one or more layers of fiber matrix tapes is or will be applied. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein übliches und zunächst keinen für das Aufbringen auf einem Metallbauteil vorgesehen Haftvermittler aufweisendes Faser-Matrix-Band vor dem Aufbringen zumindest an seiner für den Kontakt mit dem Strukturbauteil vorgesehenen Seite im oder am Legekopf oder an dessen Band-Zufuhreinrichtung mit Haftvermittler-Material versehen wird.  A method according to claim 1 or 2, wherein a conventional and initially not provided for applying to a metal component adhesion promoter exhibiting fiber matrix tape prior to application at least on its intended for contact with the structural component side in or on the laying head or on its band Supply device is provided with adhesion promoter material. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Faser-Matrix-Band vor dem Aufbringen durch ein am Legekopf oder an dessen Band-Zufuhreinrichtung vorgesehenes Reservoir mit viskosem Haftvermittlermaterial geführt wird.  The method of claim 3, wherein the fiber matrix tape is passed before application by a reservoir provided on the laying head or at its tape supply reservoir with viscous adhesive material. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Faser-Matrix-Band vor dem Aufbringen im oder am Legekopf oder an dessen Band-Zufuhreinrichtung mit einem weiteren Band, welches Haftvermittlermaterial aufweist, zusammengeführt wird.  The method of claim 3, wherein the fiber matrix tape is brought together prior to application in or on the laying head or at its tape feeding device with another band, which has Haftvermittlermaterial. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei als Haftvermittler ein Duroplast-basiertes Material oder ein Thermoplast-basiertes Material, welches durch Erhitzen in viskosen Zustand gebracht wird, verwendet wird und welches durch verbindungsfördende Eigenschaften zwischen einem Metallwerkstoff und einem Faserverbundwerkstoff gekennzeichnet ist und insbesondere reaktive Endgruppen aufweist.  Method according to one of the preceding claims, wherein as adhesion promoter, a thermoset-based material or a thermoplastic-based material, which is brought by heating in a viscous state, is used and which is characterized by compound-promoting properties between a metal material and a fiber composite material, and in particular reactive end groups having.
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