DE102017219980A1 - Method for producing a fiber-reinforced vehicle body - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Herstellen einer faserverstärkten Bauteilgruppe, insbesondere einer Karosseriekomponente, einer Karosserie oder einer Fahrwerkskomponente, für ein Kraftfahrzeug mit mindestens den folgenden Schritten beschrieben: Bereitstellen der Bauteilgruppe, wobei die Bauteilgruppe mindestens zwei miteinander fest verbundene Bauteile umfasst, Beschichten einer Oberfläche der Bauteilgruppe mit einer Korrosionsschutzschicht, Aufbringen eines Verstärkungselements aus Faserverbundmaterial mit in einer Matrix eingebetteten Verstärkungsfasern, wobei die Matrix einen nicht-ausgehärteten Zustand aufweist, und das Verstärkungselement derart auf zumindest einen Teilbereich der beschichteten Oberfläche der Bauteilgruppe aufgebracht wird, dass ein erster Abschnitt des Verstärkungselements auf. einem von einem ersten Bauteil gebildeten ersten Oberflächenbereich und ein zweiter Abschnitt des Verstärkungselements auf einem von einem zweiten Bauteil gebildeten zweiten Oberflächenbereich angeordnet sind.
Des Weiteren wird eine faserverstärkte Bauteilgruppe bereitgestellt.

Figure DE102017219980A1_0000
A method is described for producing a fiber-reinforced component group, in particular a body component, a body or a chassis component, for a motor vehicle with at least the following steps: providing the component group, wherein the component group comprises at least two components firmly connected to one another, coating a surface of the component group coating with a corrosion protection layer, applying a fiber composite reinforcing member with matrix-embedded reinforcing fibers, wherein the matrix has a non-cured state, and the reinforcing member is applied to at least a portion of the coated surface of the component group such that a first portion of the reinforcing member. a first surface area formed by a first component and a second portion of the reinforcing element are arranged on a second surface area formed by a second component.
Furthermore, a fiber-reinforced component group is provided.
Figure DE102017219980A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer faserverstärkten Bauteilgruppe, insbesondere einer Karosseriekomponente, einer Karosserie oder einer Fahrwerkskomponente, für ein Kraftfahrzeug sowie eine entsprechende Bauteilgruppe.The invention relates to a method for producing a fiber-reinforced component group, in particular a body component, a body or a chassis component, for a motor vehicle and a corresponding component group.

Bei der Herstellung von Kraftfahrzeugen finden Hybridbauteile insbesondere für Karosserie- und Fahrwerkbauteile verstärkt Anwendung, um ein Bauteilgewicht und damit das gesamte Fahrzeuggewicht zu reduzieren. Auf diese Weise lässt sich ein Kraftstoffverbrauch senken und die Fahrdynamik sowie die Fahrzeugeffizienz steigern.In the manufacture of motor vehicles, hybrid components are increasingly used, in particular for body parts and chassis components, in order to reduce a component weight and thus the total vehicle weight. This reduces fuel consumption and increases vehicle dynamics and vehicle efficiency.

Üblicherweise wird zur Herstellung ein metallischer Grundkörper mit Hilfe eines zusätzlichen Bauteils aus Faserverbundmaterial zumindest bereichsweise verstärkt. Derartige Hybridbauteile zeichnen sich durch eine leichte Struktur aus, deren Crasheigenschaften und Steifigkeit bei optimaler Auslegung gegenüber rein metallischen Bauteilen deutlich verbessert werden können. Eine Verbindung zwischen dem metallischen Grundkörper und dem Faserverbundbauteil wird beispielsweise durch Verkleben mit separatem Klebstoff oder Vernieten erzielt. Alternativ ist ein direktes, formschlüssiges Verspritzen des Kunststoffs bekannt.Usually, for the production of a metallic base body with the aid of an additional component made of fiber composite material reinforced at least partially. Such hybrid components are characterized by a lightweight structure, whose crash characteristics and rigidity can be significantly improved with an optimal design compared to purely metallic components. A connection between the metallic base body and the fiber composite component is achieved for example by gluing with separate adhesive or riveting. Alternatively, a direct, positive splashing of the plastic is known.

Ein Hybridbauteil in Form einer B-Säule eines Kraftfahrzeugs und dessen Herstellungsverfahren sind beispielsweise aus der DE 10 2006 058 602 A1 bekannt. Hierbei wird zunächst ein Stapel mit vorimprägnierten Faserstoffen, sogenannten Prepregs, erstellt, welcher anschließend entsprechend einer gewünschten Geometrie zugeschnitten wird. Nachfolgend wird der zugeschnittene Stapel zu einer dreidimensionalen Form vorgeformt. Der vorgeformte Stapel kann anschließend mit einem metallischen Grundkörper verpresst werden. Die Verbindung zwischen beiden Werkstoffen wird mit Hilfe eines Klebstoffs realisiert.A hybrid component in the form of a B pillar of a motor vehicle and its manufacturing method are, for example, from DE 10 2006 058 602 A1 known. In this case, first of all a stack with pre-impregnated fibrous materials, so-called prepregs, is produced, which is then cut to a desired geometry. Subsequently, the cut pile is preformed into a three-dimensional shape. The preformed stack can then be pressed with a metallic base body. The connection between both materials is realized with the help of an adhesive.

Derartige Verfahren erfordern also eine umfassende Vorbereitung, beispielswiese durch Stapelprozesse und Zuschnitte sowie exakte Vorformprozesse zur Herstellung des vorgeformten Verstärkungsbauteils mit ausreichend geringen Toleranzen. Nur so kann in dem anschließend erforderlichen Fügeschritt ein späteres Zusammenfügen und Verkleben mit dem metallischen Bauteil zuverlässig und reproduzierbar durchgeführt werden. Aufgrund des Herstellungsprozesses ergibt sich üblicherweise eine einheitliche Bauteildicke für das Verstärkungsbauteil, so dass weniger belastete und stärker belastete Bauteilbereiche in gleichem Maße verstärkt werden. Dies führt zusammen mit einem anfallenden Verschnitt zu einem hohen Materialaufwand an kostenintensivem Fasermaterial.Thus, such processes require extensive preparation, for example by stacking processes and blanks, as well as exact preforming processes for producing the preformed reinforcing member with sufficiently low tolerances. Only in this way can a subsequent assembly and bonding with the metallic component be carried out reliably and reproducibly in the subsequently required joining step. Due to the manufacturing process usually results in a uniform component thickness for the reinforcing member, so that less loaded and more heavily loaded component areas are reinforced to the same extent. This leads, together with a resulting waste to a high cost of materials in costly fiber material.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Hybridbauteils bereitzustellen. Insbesondere soll ein Verfahrensablauf vereinfacht und ein Einsatz an teurem Fasermaterial und kostenintensivem Werkzeug möglichst gering gehalten werden.An object of the invention is therefore to provide an improved method for producing a hybrid component. In particular, a process flow is to be simplified and a use of expensive fiber material and cost-intensive tool should be kept as low as possible.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einem Bauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den jeweils abhängigen Patentansprüchen.This object is achieved by a method having the features of patent claim 1 and a component having the features of claim 14. Advantageous embodiments will become apparent from the respective dependent claims.

Demnach wird ein Verfahren zum Herstellen einer faserverstärkten Bauteilgruppe, insbesondere einer Karosseriekomponente, einer Karosserie oder einer Fahrwerkskomponente, für ein Kraftfahrzeug mit mindestens den folgenden Schritten vorgesehen:

  1. a. Bereitstellen der Bauteilgruppe, wobei die Bauteilgruppe mindestens zwei miteinander fest verbundene Bauteile umfasst,
  2. b. Beschichten einer Oberfläche der Bauteilgruppe mit einer Korrosionsschutzschicht,
  3. c. Aufbringen eines Verstärkungselements aus Faserverbundmaterial mit in einer Matrix eingebetteten Verstärkungsfasern, wobei die Matrix einen nicht-ausgehärteten Zustand aufweist, und das Verstärkungselement derart auf zumindest einen Teilbereich der beschichteten Oberfläche der Bauteilgruppe aufgebracht wird, dass ein erster Abschnitt des Verstärkungselements auf einem von einem ersten Bauteil der Bauteilgruppe gebildeten ersten Oberflächenbereich und ein zweiter Abschnitt des Verstärkungselements auf einem von einem zweiten Bauteil der Bauteilgruppe gebildeten zweiten Oberflächenbereich angeordnet sind.
Accordingly, a method is provided for producing a fiber-reinforced component group, in particular a body component, a body or a chassis component, for a motor vehicle with at least the following steps:
  1. a. Providing the component group, wherein the component group comprises at least two components connected to one another,
  2. b. Coating a surface of the component group with a corrosion protection layer,
  3. c. Applying a fiber composite reinforcing member to reinforcing fibers embedded in a matrix, wherein the matrix has a non-cured state, and the reinforcing member is applied to at least a portion of the coated surface of the component group such that a first portion of the reinforcing member is on one of a first member the component group formed first surface area and a second portion of the reinforcing element are arranged on a second surface area formed by a second component of the component group.

Dies bedeutet, dass sich die Bauteilgruppe aus mehreren einzelnen Bauteilen, also zumindest dem ersten und dem zweiten Bauteil, zusammensetzt, welche fest, insbesondere starr, miteinander verbunden sind. Selbstverständlich kann die Bauteilgruppe mehr als die beiden Bauteile umfassen, wobei jedes der Bauteile mit einem oder mehreren der anderen Bauteile entsprechend verbunden ist. Jedenfalls wird die Bauteilgruppe mit der Korrosionsschicht beschichtet, um eine Oberflächenkorrosion zu vermeiden.This means that the group of components consists of several individual components, that is, at least the first and the second component, which are fixed, in particular rigid, interconnected. Of course, the component group may comprise more than the two components, wherein each of the components is connected according to one or more of the other components. In any case, the component group is coated with the corrosion layer in order to avoid surface corrosion.

Anschließend wird das Verstärkungselement auf die mit der Korrosionsschutzschicht beschichtete Bauteilgruppe aufgebrächt, wobei das Verstärkungselement übergreifend über mehrere Bauteile auf der beschichteten Oberfläche der Bauteilgruppe abgelegt wird. Selbstverständlich können mehr als nur ein Verstärkungselement auf diese Weise auf die Bauteilgruppe aufgebracht werden oder das Verstärkungselement aus mehreren nebeneinander und/oder übereinander angeordneten Teilelementen bestehen.Subsequently, the reinforcing element is roughened onto the component group coated with the anticorrosive coating, wherein the reinforcing element is placed across several components on the coated surface of the component group. Of course, more than one reinforcing element can be applied in this way to the component group or the reinforcing element of several side by side and / or or superposed sub-elements exist.

Das Aufbringen des Verstärkungselements erfolgt - wie beschrieben - in einem nicht-ausgehärteten, also einem flüssigen oder zähflüssigen Zustand der Matrix. Hierbei kann die Matrix entweder noch nicht-ausgehärtet sein oder ausgehend von einem ausgehärteten Zustand beziehungsweise einem teilweise ausgehärteten Zustand zurück in den nicht-ausgehärteten Zustand. Als nicht-ausgehärteter Zustand ist also im Rahmen dieser Beschreibung außerdem auch - jedoch keinesfalls abschließend - ein wieder erweichter Zustand oder ein schmelzeflüssiger Zustand, oder aber ein Zustand zwischen diesen beiden Zuständen zu verstehen.The application of the reinforcing element takes place - as described - in a non-cured, so a liquid or viscous state of the matrix. In this case, the matrix may either not yet be cured or starting from a cured state or a partially cured state back into the non-cured state. In the context of this description, therefore, the non-hardened state is also to be understood as meaning, but by no means concluding, a state which has been softened again or a molten state, or else a state between these two states.

Als Matrix-Material eignen sich sowohl duroplastische als auch thermoplastische Werkstoffe. Dieses befindet sich für den Schritt des Aufbringens des Verstärkungselements in dem nicht-ausgehärteten, zähflüssigen Zustand. Im Falle einer thermoplastischen Matrix wird der nicht-ausgehärtete Zustand auch als nicht-konsolidierter Zustand bezeichnet. Erst in einem der nachfolgenden Schritte erfolgt die beschriebene Aushärtung der Matrix und damit des Verstärkungselements. Die Aushärtung der Matrix kann in jeder der beschriebenen Ausführungsformen zum Beispiel durch Aushärten bei Raumtemperatur oder bei einer erhöhten Temperatur, insbesondere in einem Ofen, ausgehärtet werden. Im Falle einer thermoplastischen Matrix wird das Aushärten auch als Konsolidieren bezeichnet.Both thermoset and thermoplastic materials are suitable as the matrix material. This is for the step of applying the reinforcing element in the uncured, viscous state. In the case of a thermoplastic matrix, the uncured state is also referred to as a non-consolidated state. Only in one of the subsequent steps does the described curing of the matrix and thus of the reinforcing element take place. The curing of the matrix can be cured in any of the described embodiments, for example, by curing at room temperature or at an elevated temperature, in particular in an oven. In the case of a thermoplastic matrix, curing is also referred to as consolidation.

Dies bedeutet, dass das Faserverbundmaterial des Verstärkungselements einen Faser-Kunststoff-Verbund mit in einer Matrix eingebetteten Verstärkungsfasern umfasst, wobei die Matrix in dem nicht-ausgehärteten, also in dem flüssigen oder zähflüssigen Zustand vorliegt. Die in der Matrix eingebetteten Verstärkungsfasern sind hierbei entweder teilweise oder vollständig mit der Matrix umgeben. Erst in einem späteren Schritt erfolgt das Aushärten der Matrix und damit des Verstärkungselements, wie nachfolgend noch im Detail beschrieben wird.This means that the fiber composite material of the reinforcing element comprises a fiber-plastic composite with reinforcing fibers embedded in a matrix, wherein the matrix is in the uncured, ie in the liquid or viscous state. The reinforcing fibers embedded in the matrix are in this case either partially or completely surrounded by the matrix. Only in a later step, the curing of the matrix and thus the reinforcing element, as will be described in detail below.

In jedem Fall wird der erste Abschnitt des Verstärkungselements auf dem ersten Oberflächenbereich abgelegt, welcher dem ersten Bauteil zugeordnet ist. Dies bedeutet, dass der erste Oberflächenbereich von dem auf dem ersten Bauteil aufgebrachten Abschnitt der Korrosionsschutzschicht gebildet ist. Entsprechend ist der zweite Oberflächenbereich also der Bereich der Korrosionsschicht, welcher auf der Bauteiloberfläche des zweiten Bauteils aufgebracht ist.In any case, the first portion of the reinforcing element is deposited on the first surface area, which is associated with the first component. This means that the first surface area is formed by the portion of the anticorrosion layer applied to the first component. Accordingly, the second surface area is thus the area of the corrosion layer which is applied to the component surface of the second component.

Auf diese Weise werden die entsprechenden Bauteile zusätzlich zu ihrer bestehenden, festen Verbindung außerdem durch das Verstärkungselement miteinander verbunden. Gegenüber herkömmlichen lokalen Verstärkungen, die lediglich bauteilverstärkend wirken und dementsprechend auf ein jeweiliges, einzelnes Bauteil beschränkt sind, kann auf diese Weise übergreifend über Bauteilgrenzen hinweg eine Verbindung geschaffen werden, welche zusätzlich zu der lokalen Verstärkung außerdem eine Versteifung der gesamten Bauteilgruppe bewirkt. Entsprechend können an die feste Verbindung der Bauteile geringere Lastanforderungen gestellt werden.In this way, in addition to their existing, fixed connection, the corresponding components are also connected to one another by the reinforcing element. Compared with conventional local reinforcements, which only have a component-reinforcing effect and are accordingly limited to a respective, individual component, a connection can be created in this way across component boundaries which, in addition to the local reinforcement, also causes a stiffening of the entire component group. Accordingly, lower load requirements can be placed on the fixed connection of the components.

Bei dem beschriebenen Verfahren erfolgt also ein Urformen beziehungsweise Umformen des Verstärkungselements (also die Herstellung und Formgebung des Verstärkungselements) erst durch das Aufbringen auf die Bauteilgruppe. Ein vorgelagerter Fertigungsprozess zum Vorformen kann demnach entfallen. Entsprechend kann auf teure Vorformwerkzeuge verzichtet und ein Fügeprozess deutlich vereinfacht werden.In the described method, therefore, a primary shaping or reshaping of the reinforcing element (that is, the production and shaping of the reinforcing element) takes place only by the application to the component group. An upstream production process for preforming can therefore be omitted. Accordingly, it is possible to dispense with expensive preforming tools and to significantly simplify a joining process.

Aufgrund der lokalen Verstärkung und Versteifung der Bauteilgruppe kann im Gegenzug eine jeweilige Dicke der einzelnen Bauteile reduziert und bedarfsgerecht ausgelegt werden. Außerdem kann optional beim Aufbringen des Verstärkungselements eine lokale Dicke des Verstärkungselements angepasst werden, indem je nach Bedarf lokal mehr oder weniger Lagen des Faserverbundmaterials aufgebracht werden. Dies bedeutet, dass das Verstärkungselement entlang seiner Erstreckung eine variierende Dicke aufgrund einer lokal unterschiedlichen Lagenanzahl aufweisen kann. Dies ermöglicht einen verbesserten Leichtbau mit einer erhöhten Festigkeit und Steifigkeit sowie Einsparungen von Material bei den einzelnen Bauteilen sowie dem Verstärkungselement.Due to the local reinforcement and stiffening of the component group, in turn, a respective thickness of the individual components can be reduced and designed as needed. In addition, optionally when applying the reinforcing element, a local thickness of the reinforcing element can be adjusted by applying locally more or fewer layers of the fiber composite material as needed. This means that the reinforcing element along its extension may have a varying thickness due to a locally different number of layers. This allows for improved lightweight construction with increased strength and rigidity as well as material savings in the individual components as well as the reinforcing element.

Zum Beispiel kann der Schritt des Beschichtens ein Beschichten der Oberfläche mit einer Kathodischen Tauchlackierung (KTL) umfassen. Hierbei kann die Bauteilgruppe in einem noch nicht beschichteten Zustand in ein entsprechendes Tauchbad getaucht werden. Dies eignet sich insbesondere für größere Bauteilgruppen einschließlich einer als ganze Fahrzeugkarosserie ausgeführten Bauteilgruppe.For example, the coating step may include coating the surface with a cathodic dip paint (KTL). Here, the component group can be immersed in a not yet coated state in a corresponding dip. This is particularly suitable for larger component groups, including a component group designed as an entire vehicle body.

Des Weiteren kann der Schritt des Beschichtens ein zumindest teilweises oder vollständiges Aushärten der Korrosionsschutzschicht umfassen, welcher vor dem Schritt des Aufbringens des Verstärkungselements erfolgt. Dies bedeutet, dass die Korrosionsschutzschicht nach dem Schritt des Beschichtens zunächst lediglich teilweise oder vollständig getrocknet beziehungsweise ausgehärtet wird. Dies kann beispielsweise unter Hitzeeinwirkung erfolgen, insbesondere mittels entsprechender Wärmestrahler oder in einem geeigneten Ofen. Erst nach dem teilweisen oder vollständigen Aushärten der Korrosionsschutzschicht wird das Verstärkungselement aufgebracht und selbst in einem späteren Aushärtungsschritt ausgehärtet. Beispielsweise kann das Verstärkungselement auf die bereits abgekühlte oder durch das Aushärten noch warme Bauteilgruppe aufgebracht werden.Further, the step of coating may include at least partially or completely curing the anticorrosive layer which occurs prior to the step of applying the reinforcing element. This means that after the coating step, the anticorrosion layer is first dried or cured only partially or completely. This can be done, for example, under the influence of heat, in particular by means of appropriate heat radiators or in a suitable oven. Only after the partial or complete curing of the corrosion protection layer is the reinforcing element applied and cured even in a later curing step. For example, the reinforcing element can be applied to the already cooled or by curing still hot component group.

Alternativ hierzu oder zusätzlich kann nachfolgend zu dem Schritt des Aufbringens des Verstärkungselements, welcher nach dem Beschichten der Oberfläche der Bauteilgruppe mit der Korrosionsschutzschicht durchgeführt wird, ein Schritt des gemeinsamen Aushärtens der Korrosionsschutzschicht und des Verstärkungselements erfolgen. Dies bedeutet, dass die Korrosionsschicht während des Aufbringens des Verstärkungselements noch nicht oder noch nicht vollständig ausgehärtet ist. In diesen Fällen kann die noch nicht (teilweise) oder noch nicht vollständig ausgehärtete Korrosionsschutzschicht gemeinsam mit dem aufgebrachten, ebenfalls noch nicht ausgehärteten Verstärkungselement ausgehärtet werden.Alternatively or additionally, subsequent to the step of applying the reinforcing element, which is carried out after the coating of the surface of the component group with the corrosion protection layer, a step of co-curing of the corrosion protection layer and the reinforcing element can take place. This means that the corrosion layer is not or has not completely cured during the application of the reinforcing element. In these cases, the not yet (partially) or not fully cured corrosion protection layer can be cured together with the applied, also not yet cured reinforcing element.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der Schritt des Aufbringens des Verstärkungselements ein direktes Ablegen des Verstärkungselements auf die Korrosionsschutzschicht umfassen. Dies bedeutet, dass das Verstärkungselement unmittelbar auf der Korrosionsschutzschicht der Bauteilgruppe abgelegt und mit dieser verbunden wird. Dies kann beispielsweise durch Verkleben erfolgen, wobei als Klebstoff entweder die in dem Faserverbundmaterial enthaltene Matrix oder ein separater Klebstoff eingesetzt wird.According to a preferred embodiment, the step of applying the reinforcing element may comprise depositing the reinforcing element directly on the anti-corrosive layer. This means that the reinforcing element is deposited directly on the corrosion protection layer of the component group and connected to it. This can be done, for example, by gluing, wherein as adhesive either the matrix contained in the fiber composite material or a separate adhesive is used.

Wird die Matrix zur Verbindung des Verstärkungselements mit der Bauteilgruppe eingesetzt, so wirkt diese aufgrund ihres nicht-ausgehärteten, also flüssigen oder zähflüssigen Zustands ebenfalls anhaftend und stellt nach einer Aushärtung eine zuverlässige und haltbare Verbindung zu der Korrosionsschutzschicht her. Bildet dagegen der Klebstoff eine Verbindungsschicht zwischen dem Verstärkungselement beziehungsweise der Matrix und der Korrosionsschutzschicht, so ist auch diese Anordnung im Rahmen dieser Beschreibung trotz der Verbindungsschicht als „direkte“ Verbindung der zu verbindenden Elemente zu verstehen.If the matrix is used to connect the reinforcing element to the component group, it also has an adhesive effect due to its uncured, ie liquid or viscous state and, after curing, produces a reliable and durable connection to the corrosion protection layer. If, on the other hand, the adhesive forms a connecting layer between the reinforcing element or the matrix and the anticorrosive layer, this arrangement should also be understood in the context of this description as a "direct" connection of the elements to be connected, in spite of the connecting layer.

In jedem Fall wird auf diese Weise eine vorgelagerte Herstellung einer Vorform vermieden, welche ansonsten in zusätzlichen Prozessschritten vorbereitet und anschließend mit der Bauteilgruppe verbunden werden müsste. Zusätzlich kann mit Hilfe des direkten Ablegens ein Materialeinsatz minimiert werden, indem nur dort ein Verstärkungselement aufgebracht wird, wo es erforderlich ist und somit eine Größe entsprechend ohne Verschnitt angepasst werden.In any case, an upstream production of a preform is avoided in this way, which otherwise would have to be prepared in additional process steps and then connected to the component group. In addition, with the help of the direct depositing a use of material can be minimized by only there is a reinforcing element is applied, where it is necessary and thus a size to be adjusted accordingly without waste.

Beispielsweise können die Verstärkungsfasern aus einer Gruppe umfassend Glasfasern, Kohlefasern, Aramidfasern, Kunststofffasern, Metallfasern und/oder Naturfasern ausgewählt sein. Selbstverständlich können die genannten Verstärkungsfasern auch in den bekannten Kombinationen miteinander verwendet werden.For example, the reinforcing fibers may be selected from a group comprising glass fibers, carbon fibers, aramid fibers, plastic fibers, metal fibers and / or natural fibers. Of course, the said reinforcing fibers can also be used in the known combinations with each other.

Soll die Bauteilgruppe einer Lackierung unterzogen werden, so kann das Verstärkungselement und gegebenenfalls die Korrosionsschutzschicht zunächst lediglich bis zu einem lackierbaren Zustand ausgehärtet und lackiert werden. Anschließend kann die lackierte Bauteilgruppe einer (weiteren) Wärmebehandlung unterzogen werden, um sowohl den Lack als auch das Verstärkungselement sowie gegebenenfalls die Korrosionsschutzschicht gemeinsam weiter auszuhärten.If the component group is to be subjected to a coating, then the reinforcing element and, if appropriate, the corrosion protection layer can first be cured and painted only to a paintable state. Subsequently, the painted component group of a (further) heat treatment can be subjected to further cure both the paint and the reinforcing element and optionally the anti-corrosion layer together.

Bei der Aushärtung in einem Ofen kann eine vollständige Aushärtung des Verstärkungselements beziehungsweise der Matrix stattfinden. Hierbei begünstigt eine Aushärtetemperatur im Ofen die Aushärtung der Matrix und ermöglicht eine höhere Glasübergangstemperatur als bei einer Aushärtung unter Raumtemperatur, wodurch nochmals verbesserte mechanische Kennwerte erzielbar sind.When curing in an oven, a complete curing of the reinforcing element or the matrix can take place. In this case, a curing temperature in the oven promotes hardening of the matrix and enables a higher glass transition temperature than when curing below room temperature, as a result of which even improved mechanical characteristics can be achieved.

Des Weiteren können die Verstärkungsfasern als Gewebe, Gelege, Geflecht, Gestrick, unidirektionale Tapes, Bänder oder Rovings ausgebildet sein. Entsprechend kann jedes Verstärkungselement hiervon eine oder mehrere übereinander angeordnete beziehungsweise gestapelte Lagen dieser Halbzeuge aufweisen.Furthermore, the reinforcing fibers may be formed as a woven, scrim, braid, knit, unidirectional tapes, ribbons or rovings. Accordingly, each reinforcing element thereof may comprise one or more superimposed or stacked layers of these semi-finished products.

Der Schritt des Aufbringens des Verstärkungselements kann ein gemeinsames Aufbringen von Matrix und Verstärkungsfasern, oder ein separates Aufbringen von Matrix und Verstärkungsfasern in einer Anzahl von Teilschritten umfassen. Das gemeinsame Aufbringen von Matrix und Verstärkungsfasern kann beispielsweise in Form von vorimprägnierten Verstärkungsfasern, insbesondere als sogenannte „Prepregs“, erfolgen. Alternativ kann ein separater Auftrag erfolgen, indem beispielsweise in einem ersten Teilschritt zunächst Matrix auf die entsprechende Stelle aufgebracht wird und anschließend eine oder mehrere Lagen von trockenen oder ebenfalls vorimprägnierten Verstärkungsfasern. Je nach Bedarf können in weiteren zwischengeordneten Teilschritten weitere Matrix auf beziehungsweise zwischen die Lagen der Verstärkungsfasern aufgebracht werden.The step of applying the reinforcing member may include co-depositing matrix and reinforcing fibers, or separately applying matrix and reinforcing fibers in a number of substeps. The joint application of matrix and reinforcing fibers can be carried out, for example, in the form of preimpregnated reinforcing fibers, in particular as so-called "prepregs". Alternatively, a separate application can be carried out by, for example, initially applying matrix to the appropriate location in a first partial step and subsequently applying one or more layers of dry or also preimpregnated reinforcing fibers. Depending on requirements, additional matrix can be applied to or between the layers of the reinforcing fibers in further intermediate sub-steps.

In beiden Fällen können zur Erzeugung eines mehrlagigen Aufbaus vorzugsweise die einzelnen Lagen nacheinander auf die Bauteilgruppe aufgebracht werden. Also wird in einem ersten Schritt eine erste Lage des Verstärkungselements unmittelbar auf die mit der Korrosionsschutzschicht beschichtete Oberfläche der Bauteilgruppe aufgebracht. In einem späteren Schritt kann auf die erste Lage lediglich abschnittsweise oder vollflächig eine zweite Lage des Verstärkungselements abgelegt werden. Im Anschluss können bei Bedarf weitere Lagen in gleicher Weise aufgetragen werden. Dieser lagenweise Aufbau ermöglicht es, eine Dicke des Verstärkungselements abschnittsweise zu variieren, so dass das Verstärkungselement im Bedarfsfall keine einheitliche Dicke aufweisen muss. So kann zusätzlich teures Fasermaterial und Bauteilgewicht eingespart werden.In both cases, to produce a multi-layer structure, the individual layers may preferably be applied one after the other to the component group. Thus, in a first step, a first layer of the reinforcing element is applied directly to the surface of the component group coated with the anti-corrosion layer. In In a later step, only a second or entire area of a second layer of the reinforcing element can be deposited on the first layer. Afterwards further layers can be applied in the same way if necessary. This layered construction makes it possible to vary a thickness of the reinforcing element in sections, so that the reinforcing element does not have to have a uniform thickness if necessary. Thus, in addition expensive fiber material and component weight can be saved.

Zum Beispiel kann der Schritt des Aufbringens des Verstärkungselements mit dem „Automated Fiber Placement“ (kurz: AFP) Verfahren, dem „Fiber Patch Placement“ (kurz: FPP) Verfahren, dem „Automated Tape Laying“ (kurz: ATL) Verfahren oder mittels Handlaminierens erfolgen.For example, the step of applying the reinforcing element with the "Automated Fiber Placement" (short: AFP) method, the "Fiber Patch Placement" (FPP) method, the "Automated Tape Laying" (ATL) method or means Hand lamination done.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Verstärkungselement entlang eines Kraftflusspfades (auch als Lastpfad bezeichnet) angeordnet sein. Hierzu eignen sich grundsätzlich alle genannten Formen des Verstärkungselements beziehungsweise des Faserverbundmaterials, in besonderer Weise jedoch unidirektionales Faserverbundmaterial, also Tapes beziehungsweise Bänder mit unidirektionaler Faserausrichtung, die entlang eines Kraftflusspfades erstreckt angeordnet werden.According to one embodiment, the reinforcing element may be arranged along a force flow path (also referred to as load path). For this purpose, in principle, all mentioned forms of the reinforcing element or the fiber composite material, but in a special way unidirectional fiber composite material, ie tapes or bands with unidirectional fiber orientation, which are arranged along a power flow path are arranged.

Außerdem kann der Schritt des Bereitstellens der Bauteilgruppe ein festes Verbinden mindestens zweier Bauteile umfassen, insbesondere ein stoffschlüssiges, kraftschlüssiges und/oder formschlüssiges Verbinden, vorzugsweise mittels Kleben und/oder Schweißen. Somit kann die entsprechende Verbindung mit Hilfe des aufgebrachten Verstärkungselements unterstützend verstärkt und versteift werden, so dass geringere Anforderungen an die feste Verbindung gestellt werden können.In addition, the step of providing the component group may comprise a fixed connection of at least two components, in particular a cohesive, non-positive and / or positive connection, preferably by means of gluing and / or welding. Thus, the corresponding connection can be assisted reinforced and stiffened by means of the applied reinforcing element, so that lower requirements can be made of the fixed connection.

Zum Beispiel kann das Verstärkungselement mit jeweils einem Abschnitt auf einem jeweiligen Oberflächenabschnitt der folgenden Bauteile des Kraftfahrzeugs angeordnet sein und diese miteinander verbinden: einen Vorderrahmenwagen und eine A-Säule, und/oder die A-Säule und einen Dachspriegel, und/oder die A-Säule und einen Dachseitenrahmen, und/oder den Dachseitenrahmen und eine C-Säule, und/oder die C-Säule mit einem Kofferraumrahmen, und/oder den Dachseitenrahmen und eine B-Säule, und/oder die B-Säule und den Dachspriegel, und/oder die B-Säule und einen Seitenschweller.For example, the reinforcing element may each be arranged on a respective surface portion of the following components of the motor vehicle and connect them together: a front frame carriage and an A-pillar, and / or the A-pillar and a roof hoop, and / or the A-pillar Pillar and a roof side frame, and / or the roof side frame and a C-pillar, and / or the C-pillar with a trunk frame, and / or the roof side frame and a B-pillar, and / or the B-pillar and the roof bow, and / or the B-pillar and a side sill.

Auf diese Weise ist es möglich im Bedarfsfall eine Verstärkung einer Fahrzeugkarosserie über nahezu eine komplette Fahrzeuglänge bereitzustellen, also von einem Vorderwagenrahmen, über die A-Säule, entlang des Dachseitenrahmens und der C-Säule bis zu einem Kofferraumrahmen mit einem durchgängigen Verstärkungselement aus Faserverbundmaterial oder mehreren entsprechenden, aneinandergesetzten Teilelementen.In this way it is possible, if necessary, to provide a reinforcement of a vehicle body over almost a complete vehicle length, ie from a front end frame, via the A pillar, along the roof side frame and the C pillar, to a boot frame with a continuous fiber composite reinforcing element or more corresponding, juxtaposed sub-elements.

Hierbei, aber auch grundsätzlich für alle Ausführungsformen, kann beispielsweise das Verstärkungselement aus einem einzelnen Element oder aus mehreren Teilelementen ausgeführt sein. Beispielsweise können die mehreren Teilelemente zumindest in ihren Randabschnitten miteinander überlappend angeordnet werden, um eine erforderliche Größe des gesamten Verstärkungselements bereitstellen zu können.Here, but also in principle for all embodiments, for example, the reinforcing element can be made of a single element or of several sub-elements. For example, the plurality of sub-elements can be arranged overlapping each other at least in their edge sections in order to be able to provide a required size of the entire reinforcing element.

Ebenso lassen sich Knotenpunkte, beispielsweise zwischen der B-Säule und dem Dachspriegel und/oder zwischen der B-Säule und dem Schweller, verstärken und somit eine Steifigkeit der Karosserie erhöhen, indem für jede Verbindung jeweils ein Verstärkungselement oder für beide Verbindungen ein gemeinsames, durchgängiges Verstärkungselement vorgesehen wird.Likewise, nodes, for example, between the B-pillar and the roof bow and / or between the B-pillar and the sill, reinforce and thus increase the rigidity of the body by a respective reinforcing element or a common, continuous for each compound Reinforcing element is provided.

In jedem Fall kann ein Aufbringen des Verstärkungselements auf einer Außenseite, also einer einem Nutzer zugewandten Seite, oder auf einer Innenseite, also beispielsweise einer Karosserie-innenliegenden Seite, erfolgen. Auch eine Anordnung des Verstärkungselements in einem Sichtbereich ist möglich, so dass das Verstärkungselement nicht nur einer strukturellen Verstärkung und Versteifung sondern auch optischen Zwecken dienen kann. Entsprechend kann das Verstärkungselement auf einer Bauteilgruppe aufgebracht werden, die durch eine Einstiegsöffnung beziehungsweise Türöffnung einer Fahrzeugkarosserie oder eine Sicke beziehungsweise Vertiefung gebildet wird. Beispielsweise kann eine Anbindung an eine Motorhaube entsprechend ausgebildet sein.In any case, an application of the reinforcing element on an outer side, ie a user-facing side, or on an inner side, so for example, a body-internal side, take place. An arrangement of the reinforcing element in a viewing area is also possible, so that the reinforcing element can serve not only structural reinforcement and stiffening but also optical purposes. Accordingly, the reinforcing element can be applied to a component group which is formed by a manhole or door opening of a vehicle body or a bead or depression. For example, a connection to a bonnet can be designed accordingly.

Ebenfalls beispielsweise kann zumindest eines der Bauteile der Bauteilgruppe aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere Stahl und/oder Aluminium, oder aus einem Kunststoff und/oder einem faserverstärkten Kunststoff gefertigt sein. Entsprechend sind also Bauteilgruppen mit Bauteilen möglich, die alle einheitlich aus einem der genannten Materialien gefertigt sind, oder aber die Bauteile aus unterschiedlichen Werkstoffen fertigt sind.Likewise, for example, at least one of the components of the component group may be made of a metallic material, in particular steel and / or aluminum, or of a plastic and / or a fiber-reinforced plastic. Accordingly, component groups with components are possible, which are all made uniformly from one of the materials mentioned, or the components are made of different materials.

Des Weiteren wird eine faserverstärkte Bauteilgruppe, insbesondere eine Karosseriekomponente, eine Karosserie oder eine Fahrwerkskomponente, für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, mit mindestens zwei miteinander fest verbundenen Bauteilen, und einer mit einer Korrosionsschutzschicht beschichteten Oberfläche der Bauteilgruppe, wobei in einem Teilbereich der beschichteten Oberfläche ein Verstärkungselement derart aufgebracht ist, dass ein erster Abschnitt des Verstärkungselements auf einem von einem ersten Bauteil gebildeten ersten Oberflächenbereich und ein zweiter Abschnitt des Verstärkungselements auf einem von einem zweiten Bauteil gebildeten zweiten Oberflächenbereich angeordnet ist.Furthermore, a fiber-reinforced component group, in particular a body component, a body or a chassis component, provided for a motor vehicle, with at least two components firmly connected to each other, and coated with a corrosion protection layer surface of the component group, wherein in a portion of the coated surface, a reinforcing element such is applied, that a first portion of the reinforcing element on a first component formed by a first component Surface region and a second portion of the reinforcing member is disposed on a second surface area formed by a second component.

Vorzugsweise ist die Bauteilgruppe gemäß dem beschriebenen Verfahren hergestellt.Preferably, the component group is manufactured according to the method described.

Mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens beziehungsweise der beschriebenen Bauteilgruppe kann also eine deutliche Materialeinsparung bei den eingesetzten Bauteilen erzielt werden, indem die Kombination mit dem Verstärkungselement aus Fasermaterial gezielt an ausgewählten Stellen aufgebracht werden kann. Zudem erlaubt das beschrieben Verfahren ein besonders einfaches Fügen des Verstärkungselements auf die Bauteilgruppe, insbesondere auch bei Materialkombinationen aus metallischen Bauteilen und dem Fasermaterial des Verstärkungselements. Insbesondere das gezielte, lokale Aufbringen des Verstärkungselements, beispielsweise entlang der Kraftflusspfade, bewirkt die Möglichkeit einer deutlichen Reduzierung von Klebstoffmengen oder Schweißpunkten zum Verbinden der einzelnen Bauteile. Dies ist insbesondere bei einer als Karosserie ausgebildeten Bauteilgruppe bedeutsam, sodass, sich ein hohes Leichtbaupotential ergibt. Zudem kann auf aufwendige und teure Werkzeuge zur Vorbereitung des faserverstärkten Verstärkungselements verzichtet werden.With the aid of the described method or the described component group, therefore, a significant material saving in the components used can be achieved by the combination with the reinforcing element of fiber material can be selectively applied at selected locations. In addition, the described method allows a particularly simple joining of the reinforcing element to the component group, in particular also in the case of material combinations of metallic components and the fiber material of the reinforcing element. In particular, the targeted, local application of the reinforcing element, for example along the power flow paths, causes the possibility of a significant reduction of adhesive amounts or weld points for connecting the individual components. This is particularly important in a body group formed as a group of components, so that there is a high potential for lightweight construction. In addition, expensive and expensive tools for preparing the fiber-reinforced reinforcing element can be dispensed with.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß der Beschreibung ,
  • 2 eine erste Ausführungsform einer faserverstärkten Bauteilgruppe, und
  • 3 eine zweite Ausführungsform einer faserverstärkten Bauteilgruppe.
The invention will be explained in more detail below with reference to the drawings with reference to embodiments. Show it:
  • 1 a flow chart of a method according to the description,
  • 2 a first embodiment of a fiber-reinforced component group, and
  • 3 a second embodiment of a fiber-reinforced component group.

1 zeigt ein Flussdiagramm zu einem Verfahren zum Herstellen einer faserverstärkten Bauteilgruppe für ein Kraftfahrzeug. Die Bauteilgruppe kann beispielsweise als Karosseriekomponente, eine Karosserie oder eine Fahrwerkskomponente für ein Kraftfahrzeug ausgeführt sein. Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte:

  • Schritt a.: Bereitstellen der Bauteilgruppe, wobei die Bauteilgruppe mindestens zwei miteinander fest verbundene Bauteile umfasst,
  • Schritt b.: Beschichten einer Oberfläche der Bauteilgruppe mit einer Korrosionsschutzschicht,
  • Schritt c.: Aufbringen eines Verstärkungselements aus Faserverbundmaterial mit in einer Matrix eingebetteten Verstärkungsfasern, wobei die Matrix einen nicht-ausgehärteten Zustand aufweist, und das Verstärkungselement derart auf zumindest einen Teilbereich der beschichteten Oberfläche der Bauteilgruppe aufgebracht wird, dass ein erster Abschnitt des Verstärkungselements auf einem von einem ersten Bauteil der Bauteilgruppe gebildeten ersten Oberflächenbereich und ein zweiter Abschnitt des Verstärkungselements auf einem von einem zweiten Bauteil der Bauteilgruppe gebildeten zweiten Oberflächenbereich angeordnet sind.
1 shows a flowchart of a method for producing a fiber-reinforced component group for a motor vehicle. The component group can be embodied for example as a body component, a body or a chassis component for a motor vehicle. The method comprises at least the following steps:
  • Step a .: Provision of the component group, wherein the component group comprises at least two components firmly connected to one another,
  • Step b .: coating a surface of the component group with a corrosion protection layer,
  • Step c. Applying a fiber composite reinforcing member having reinforcing fibers embedded in a matrix, wherein the matrix has a non-cured state, and the reinforcing member is applied to at least a portion of the coated surface of the component group such that a first portion of the reinforcing member lies on top of one another A first surface region formed by a first component of the component group and a second portion of the reinforcing element are arranged on a second surface region formed by a second component of the component group.

Zum Beispiel kann das Faserverbundmaterial des Verstärkungselements einen Faser-Kunststoff-Verbund mit in einer Matrix eingebetteten Verstärkungsfasern umfassen, wobei die Verstärkungsfasern aus einer Gruppe umfassend Glasfasern, Kohlefasern, Aramidfasern, Kunststofffasern, Metallfasern und/oder Naturfasern ausgewählt sind. Die Verstärkungsfasern können hierzu als Gewebe, Gelege, Geflecht, Gestrick, unidirektionale Tapes, Bänder oder Rovings ausgebildet sein.For example, the fiber composite of the reinforcing element may comprise a fiber-plastic composite with matrix-embedded reinforcing fibers, wherein the reinforcing fibers are selected from a group comprising glass fibers, carbon fibers, aramid fibers, plastic fibers, metal fibers and / or natural fibers. The reinforcing fibers can be designed for this purpose as a woven fabric, scrim, braid, knitted fabric, unidirectional tapes, ribbons or rovings.

Zum Beispiel kann im Rahmen des Schritts a. ein festes Verbinden mindestens zweier Bauteile zum Bereitstellen der Bauteilgruppe vorgesehen werden. Insbesondere ein stoffschlüssiges, kraftschlüssiges und/oder formschlüssiges Verbinden, vorzugsweise mittels Kleben und/oder Schweißen, ist hierbei besonders geeignet.For example, in step a. a fixed connection of at least two components to provide the component group are provided. In particular, a cohesive, non-positive and / or positive connection, preferably by means of gluing and / or welding, is particularly suitable here.

Der Schritt b. des Beschichtens kann beispielsweise als Beschichten der Oberfläche mit einer Kathodischen Tauchlackierung (KTL) erfolgen.The step b. the coating can be done, for example, as a coating of the surface with a cathodic dip coating (KTL).

Des Weiteren kann der Schritt b. des Beschichtens einen lediglich optionalen zusätzlichen Zwischenschritt b1. des zumindest teilweisen oder vollständigen Aushärtens der Korrosionsschutzschicht umfassen, welcher vor dem Schritt c. des Aufbringens des Verstärkungselements erfolgt. Wird dieser Zusatzschritt b1 nicht durchgeführt, erfolgt das folgende Aufbringen des Verstärkungselements auf eine nicht ausgehärtete Korrosionsschutzschicht.Furthermore, the step b. the coating only an optional additional intermediate step b1. the at least partial or complete curing of the corrosion protection layer, which before the step c. the application of the reinforcing element takes place. If this additional step b1 is not carried out, the subsequent application of the reinforcing element takes place on a non-hardened corrosion protection layer.

Vorzugsweise kann der Schritt c. des Aufbringens des Verstärkungselements ein direktes Ablegen des Verstärkungselements auf die Korrosionsschutzschicht umfassen. Außerdem kann der Schritt c. entweder ein gemeinsames Aufbringen von Matrix und Verstärkungsfasern, zum Beispiel als Prepreg, oder ein separates Aufbringen von Matrix und Verstärkungsfasern umfassen, wobei das separate Aufbringen in einer Anzahl von Teilschritten c1, c2,... erfolgt. Beispielsweise kann in einem ersten Teilschritt zunächst eine Matrix aufgebracht und anschließend die Verstärkungsfasern auf die Matrix aufgebracht werden. Entsprechend können anschließend weitere Lagen Matrix und/oder Verstärkungsfasern aufgebracht werden.Preferably, the step c. the application of the reinforcing element comprises a direct deposition of the reinforcing element on the anti-corrosion layer. In addition, step c. either a common application of matrix and reinforcing fibers, for example as a prepreg, or a separate application of matrix and reinforcing fibers, wherein the separate application in a number of sub-steps c1, c2, ... is carried out. For example, in a first partial step, first a matrix is applied and then the reinforcing fibers are applied to the matrix. Accordingly, further layers of matrix and / or reinforcing fibers can then be applied.

Selbstverständlich können auch beim gemeinsamen Aufbringen von Matrix und Verstärkungsfasern mehrere Lagen in aufeinanderfolgenden Teilschritten c1, c2, ... aufgebracht werden. Of course, it is also possible to apply a plurality of layers in successive partial steps c1, c2,... When the matrix and reinforcing fibers are applied together.

Zum Beispiel kann der Schritt c. des Aufbringens des Verstärkungselements mit dem „Automated Fiber Placement“ (AFP) Verfahren, dem „Fiber Patch Placement“ (FPP) Verfahren, dem „Automated Tape Laying“ (ATL) Verfahren oder mittels Handlaminierens erfolgen. Vorzugsweise kann das Verstärkungselement entlang eines Kraftflusspfades auf die Bauteilgruppe aufgebracht werden.For example, step c. the application of the reinforcing element with the "Automated Fiber Placement" (AFP) method, the "Fiber Patch Placement" (FPP) method, the "Automated Tape Laying" (ATL) method or by means of hand lamination done. Preferably, the reinforcing element can be applied to the component group along a force flow path.

Ebenfalls optional kann im Anschluss an den Schritt c. ein Schritt d. des (gemeinsamen) Aushärtens von Verstärkungselement und Korrosionsschutzschicht vorgesehen sein. Wurde das Verstärkungselement auf eine nicht oder nur teilweise ausgehärtete Korrosionsschutzschicht aufgebracht, so wird ein gemeinsames Aushärten bewirkt. Wurde das Verstärkungselement dagegen auf eine bereits ausgehärtete Korrosionsschutzschicht aufgebracht, so härtet im Schritt d. lediglich das Verstärkungselement weiter aus.Also optional, following step c. a step d. the (common) curing of reinforcing element and corrosion protection layer can be provided. If the reinforcing element has been applied to an uncured or only partially cured corrosion protection layer, joint curing is effected. On the other hand, if the reinforcing element has been applied to an already hardened corrosion protection layer, then in step d. only the reinforcing element on.

Des Weiteren kann optional in einem nachfolgenden Schritt e. ein Lack auf die verstärkte Bauteilgruppe aufgebracht und dieser getrocknet beziehungsweise ausgehärtet werden.Furthermore, optionally in a subsequent step e. a paint applied to the reinforced component group and this dried or cured.

2 zeigt eine erste Ausführungsform einer faserverstärkten Bauteilgruppe 10. Diese kann beispielsweise als Karosseriekomponente oder Fahrwerkskomponente für ein Kraftfahrzeug ausgebildet sein und ist in 2 als Fahrzeugkarosserie 10 dargestellt. Diese umfasst mehrere fest miteinander verbundene Bauteile 11a-11h. Dargestellt sind als Bauteile 11a-11h ein Vorderrahmenwagen 11a und eine A-Säule 11b, sowie ein Dachspriegel 11h, und ein in Verlängerung zur A-Säule 11b angeordneter Dachseitenrahmen 11c, der an seinem hinteren Ende in eine C-Säule 11d übergeht. Die C-Säule 11d ist mit einem Kofferraumrahmen 11e verbunden. Zusätzlich ist der Dachseitenrahmen 11c mit einem oberen Ende einer B-Säule 11g verbunden, welche an einem unteren Ende an einem Seitenschweller 11f befestigt ist. 2 shows a first embodiment of a fiber-reinforced component group 10 , This can be designed for example as a body component or chassis component for a motor vehicle and is in 2 as a vehicle body 10 shown. This comprises several firmly interconnected components 11a - 11h , Shown are as components 11a - 11h a front frame car 11a and an A-pillar 11b , as well as a roof hoop 11h , and one in extension to the A-pillar 11b arranged roof side frame 11c , at its rear end into a C-pillar 11d passes. The C-pillar 11d is with a trunk frame 11e connected. In addition, the roof side frame 11c with an upper end of a B-pillar 11g connected, which at a lower end to a side skirt 11f is attached.

Diese Bauteilgruppe 10 weist eine Oberfläche auf, die mit einer Korrosionsschutzschicht beschichtet ist. In Teilbereichen 12 der beschichteten Oberfläche sind jeweils Verstärkungselemente 13 aus Faserverbundmaterial aufgebracht, die bauteilübergreifend angeordnet sind. So ist ein erstes Verstärkungselement 13 mit einem ersten Abschnitt 13a auf einem von dem Vorderrahmenwagen 11a gebildeten ersten Oberflächenbereich angeordnet und mit einem zweiten Abschnitt 13b auf einem von der A-Säule 11b gebildeten zweiten Oberflächenbereich angeordnet. Ein weiterer, dritter Abschnitt 13c des Verstärkungselements 13 ist mit einem von dem Dachseitenrahmen 11c gebildeten Oberflächenbereich, ein vierter Abschnitt 13d des Verstärkungselements 13 mit einem von der C-Säule 11d gebildeten Oberflächenbereich und ein fünfter Abschnitt 13e des Verstärkungselements 13 mit einem von dem Kofferraumwagen 11e gebildeten Oberflächenbereich verbunden.This component group 10 has a surface coated with a corrosion protection layer. In subareas 12 the coated surface are each reinforcing elements 13 made of fiber composite material, which are arranged across components. So is a first reinforcing element 13 with a first section 13a on one of the front frame cars 11a formed first surface area and arranged with a second section 13b on one of the A-pillar 11b arranged formed second surface area. Another, third section 13c of the reinforcing element 13 is with one of the roof side frame 11c formed surface area, a fourth section 13d of the reinforcing element 13 with one from the C-pillar 11d formed surface area and a fifth section 13e of the reinforcing element 13 with one of the trunk car 11e connected surface area connected.

Somit erstreckt sich das eine Verstärkungselement 13 nahezu über eine gesamte Fahrzeuglänge entlang einer Dachlinie und sorgt somit für eine besonders vorteilhafte lokale Verstärkung und Versteifung der ganzen Karosserie. In diesem Fall ist das Verstärkungselement 13 entlang eines bekannten Kraftflusspfades der Fahrzeugkarosserie angeordnet und verstärkt zudem die üblicherweise geklebten und/oder geschweißten gegenseitigen Verbindungen der einzelnen Bauteile. Diese können beispielsweise jeweils aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere Stahl und/oder Aluminium, aus einem Kunststoff und/oder einem faserverstärkten Kunststoff gefertigt sein. Hierbei sind die einzelnen Bauteile insbesondere mittels stoffschlüssiger, kraftschlüssiger und/oder formschlüssiger Verfahren miteinander verbunden, zum Beispiel mittels Kleben und/oder Schweißen.Thus, the one reinforcing element extends 13 Almost over an entire vehicle length along a roof line and thus ensures a particularly advantageous local reinforcement and stiffening of the entire body. In this case, the reinforcing element 13 arranged along a known power flow path of the vehicle body and also reinforces the usually glued and / or welded mutual connections of the individual components. These can be made, for example, each of a metallic material, in particular steel and / or aluminum, from a plastic and / or a fiber-reinforced plastic. Here, the individual components are connected to each other in particular by means of cohesive, non-positive and / or positive locking methods, for example by means of gluing and / or welding.

Das Faserverbundmaterial des Verstärkungselements 13 umfasst einen Faser-Kunststoff-Verbund mit in einer Matrix eingebetteten Verstärkungsfasern (lediglich angedeutet), wobei die Verstärkungsfasern aus einer Gruppe umfassend Glasfasern, Kohlefasern, Aramidfasern, Kunststofffasern, Metallfasern und/oder Naturfasern ausgewählt sein können. In der dargestellten Ausführungsform sind die Verstärkungsfasern des ersten Verstärkungselements 13 als unidirektionale Tapes, Bänder oder Rovings ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich können die Verstärkungsfaser des ersten Verstärkungselements 13 aber auch als Gewebe, Gelege, Geflecht oder Gestrick vorgesehen werden.The fiber composite material of the reinforcing element 13 comprises a fiber-plastic composite with matrix-embedded reinforcing fibers (merely indicated), wherein the reinforcing fibers may be selected from a group comprising glass fibers, carbon fibers, aramid fibers, plastic fibers, metal fibers and / or natural fibers. In the illustrated embodiment, the reinforcing fibers of the first reinforcing element 13 designed as unidirectional tapes, ribbons or rovings. Alternatively or additionally, the reinforcing fiber of the first reinforcing element 13 but also be provided as tissue, scrim, braid or knit.

3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer faserverstärkten Bauteilgruppe 20. Diese stimmt im Wesentlichen mit der in 2 beschriebenen ersten Ausführungsform überein, so dass für identische oder gleichwirkende Bauteile und Komponenten auf die dortige Beschreibung verwiesen wird. 3 shows a further embodiment of a fiber-reinforced component group 20 , This is basically the same as in 2 described first embodiment, so that reference is made to the description there for identical or equivalent components and components.

Im Unterschied dazu weist die zweite Ausführungsform der faserverstärkten Bauteilgruppe 20 zusätzliche Verstärkungselemente 21,22 auf. So ist auf jeder Fahrzeugseite ein weiteres Verstärkungselement 21 vorgesehen, um eine Verbindung der A-Säule 11b beziehungsweise des Dachseitenrahmens 11c mit einem Dachspriegel 11h zu verstärken.In contrast, the second embodiment of the fiber-reinforced component group 20 additional reinforcing elements 21 . 22 on. So is on each side of the vehicle another reinforcing element 21 provided to connect the A-pillar 11b or the roof side frame 11c with a roof hoop 11h to reinforce.

Hierbei sind jeweils ein erster Abschnitt 21a dieser Verstärkungselemente 21 auf einem von der A-Säule 11b beziehungsweise dem Dachseitenrahmen 11c gebildeten ersten Oberflächenbereich und jeweils ein zweiter Abschnitt 21b dieser Verstärkungselemente 21 auf einem von dem Dachspriegel 11h gebildeten zweiten Oberflächenbereich angeordnet. Meist sind der Dachseitenrahmen 11c und die A-Säule 11b als einteiliges Bauteil ausgeführt. Grundsätzlich können diese aber auch als separate Bauteile hergestellt und fest miteinander verbunden sein. Entsprechend kann das dort vorgesehene Verstärkungselement 21 auf den drei zugehörigen Oberflächenbereichen 21a,21b aufgebracht sein. Here are each a first section 21a these reinforcing elements 21 on one of the A-pillar 11b or the roof side frame 11c formed first surface area and in each case a second section 21b these reinforcing elements 21 on one of the roof bows 11h arranged formed second surface area. Most are the roof side frame 11c and the A-pillar 11b designed as a one-piece component. In principle, however, these can also be produced as separate components and firmly connected to one another. Accordingly, the provided there reinforcing element 21 on the three associated surface areas 21a . 21b be upset.

Jeweils ein weiteres Verstärkungselement 22 ist im Bereich der B-Säule 11g vorgesehen, um den Dachseitenrahmen 11c und die B-Säule 11g sowie die B-Säule 11g und einen Seitenschweller 11f miteinander zu verbinden. Entsprechend ist das Verstärkungselement 22 mit jeweils einem Abschnitt 22a,22b,22c auf den jeweiligen Oberflächenbereichen dieser genannten Bauteile aufgebracht. Selbstverständlich kann das Verstärkungselement 22 auch derart aufgeführt sein, dass ein Abschnitt 22a,22b des Verstärkungselements 22 auf dem Dachseitenrahmen 11c und der B-Säule 11g angeordnet ist. Eine Verbindung mit einem Oberflächenbereich der B-Säule 11g und dem Seitenschweller 11f kann in diesem Fall durch ein weiteres, separates Verstärkungselement erfolgen.In each case a further reinforcing element 22 is in the area of the B-pillar 11g provided to the roof side frame 11c and the B-pillar 11g as well as the B-pillar 11g and a side sill 11f to connect with each other. Accordingly, the reinforcing element 22 each with a section 22a . 22b . 22c applied to the respective surface areas of these components. Of course, the reinforcing element 22 also be listed in such a way that a section 22a . 22b of the reinforcing element 22 on the roof side frame 11c and the B-pillar 11g is arranged. A compound with a surface area of the B-pillar 11g and the side skirts 11f can be done in this case by another, separate reinforcing element.

Auch in der zweiten Ausführungsform können die einzelnen Verstärkungselemente 13,21,22 entlang eines Kraftflusspfades angeordnet sein. Dies bedeutet insbesondere, dass deren Faserorientierungen entlang der Kraftflusspfade ausgerichtet sind. Zum Beispiel können aber auch an Knotenpunkten Verstärkungselemente 22 mit Verstärkungsfasern vorgesehen werden, die mehrdirektional, also als Gewebe, Gelege, Geflecht oder Gestrick angeordnet sind.Also in the second embodiment, the individual reinforcing elements 13 . 21 . 22 be arranged along a power flow path. This means, in particular, that their fiber orientations are aligned along the force flow paths. For example, but also at nodes points reinforcing elements 22 be provided with reinforcing fibers, which are arranged mehrdirektional, ie as a fabric, scrim, braid or knitted fabric.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102006058602 A1 [0004]DE 102006058602 A1 [0004]

Claims (15)

Verfahren zum Herstellen einer faserverstärkten Bauteilgruppe (10,20), insbesondere einer Karosseriekomponente, einer Karosserie oder einer Fahrwerkskomponente, für ein Kraftfahrzeug mit mindestens den folgenden Schritten: a. Bereitstellen der Bauteilgruppe (10,20), wobei die Bauteilgruppe (10,20) mindestens zwei miteinander fest verbundene Bauteile (11a-11h) umfasst, b. Beschichten einer Oberfläche der Bauteilgruppe (10,20) mit einer Korrosionsschutzschicht, c. Aufbringen eines Verstärkungselements (13,21,22) aus Faserverbundmaterial mit in einer Matrix eingebetteten Verstärkungsfasern, wobei die Matrix einen nicht-ausgehärteten Zustand aufweist, und das Verstärkungselement derart auf zumindest einen Teilbereich der beschichteten Oberfläche der Bauteilgruppe (10,20) aufgebracht wird, dass ein erster Abschnitt (13a-13e, 21a-21b,22a-22c) des Verstärkungselements (13,21,22) auf einem von einem ersten Bauteil (11a-11h) der Bauteilgruppe gebildeten ersten Oberflächenbereich und ein zweiter Abschnitt (13a-13e,21a-21b,22a-22c) des Verstärkungselements (13,21,22) auf einem von einem zweiten Bauteil (11a-11h) der Bauteilgruppe gebildeten zweiten Oberflächenbereich angeordnet sind.Method for producing a fiber-reinforced component group (10, 20), in particular a body component, a body or a chassis component, for a motor vehicle with at least the following steps: a. Providing the component group (10, 20), wherein the component group (10, 20) comprises at least two components (11a-11h) firmly connected to one another, b. Coating a surface of the component group (10, 20) with a corrosion protection layer, c. Applying a reinforcing element (13, 21, 22) of fiber composite material with reinforcing fibers embedded in a matrix, the matrix having a non-cured state, and the reinforcing element being applied to at least a portion of the coated surface of the component group (10, 20), a first portion (13a-13e, 21a-21b, 22a-22c) of the reinforcing element (13, 21, 22) is formed on a first surface area formed by a first component (11a-11h) of the component group and a second portion (13a-13e 21a-21b, 22a-22c) of the reinforcing element (13, 21, 22) are arranged on a second surface area formed by a second component (11a-11h) of the component group. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Beschichtens ein Beschichten der Oberfläche der Bauteilgruppe (10,20) mit einer Kathodischen Tauchlackierung (KTL) umfasst.Method according to Claim 1 wherein the step of coating comprises coating the surface of the component group (10, 20) with a cathodic dip coating (KTL). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schritt des Beschichtens ein zumindest teilweises oder vollständiges Aushärten der Korrosionsschutzschicht umfasst, welcher vor dem Schritt des Aufbringens des Verstärkungselements (13,21,22) erfolgt.Method according to Claim 1 or 2 wherein the step of coating comprises at least partially or completely curing the anticorrosive layer which occurs prior to the step of applying the reinforcing element (13, 21, 22). Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei nachfolgend zu dem Schritt des Aufbringens des Verstärkungselements (13,21,22) ein Schritt des gemeinsamen Aushärtens der Korrosionsschutzschicht und des Verstärkungselements (13,21,22) erfolgt.Method according to at least one of Claims 1 to 3 in which, subsequent to the step of applying the reinforcing element (13, 21, 22), a step of co-curing of the anti-corrosive layer and the reinforcing element (13, 21, 22) takes place. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4; wobei der Schritt des Aufbringens des Verstärkungselements (13,21,22) ein direktes Ablegen des Verstärkungselements (13,21,22) auf die Korrosionsschutzschicht umfasst.Method according to at least one of Claims 1 to 4 ; wherein the step of applying the reinforcing element (13, 21, 22) comprises depositing the reinforcing element (13, 21, 22) directly on the anti-corrosive layer. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Faserverbundmaterial des Verstärkungselements (13,21,22) einen Faser-Kunststoff-Verbund mit in einer Matrix eingebetteten Verstärkungsfasern umfasst, wobei die Verstärkungsfasern aus einer Gruppe umfassend Glasfasern, Kohlefasern, Aramidfasern, Kunststofffasern, Metallfasern und/oder Naturfasern ausgewählt sind.Method according to at least one of Claims 1 to 5 wherein the fiber composite material of the reinforcing element (13, 21, 22) comprises a fiber-plastic composite with reinforcing fibers embedded in a matrix, wherein the reinforcing fibers are selected from a group comprising glass fibers, carbon fibers, aramid fibers, plastic fibers, metal fibers and / or natural fibers. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Verstärkungsfasern als Gewebe, Gelege, Geflecht, Gestrick, unidirektionale Tapes, Bänder oder Rovings ausgebildet sind.Method according to at least one of Claims 1 to 6 , wherein the reinforcing fibers are formed as tissue, scrim, braid, knitted fabric, unidirectional tapes, ribbons or rovings. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Schritt des Aufbringens des Verstärkungselements (13,21,22) ein gemeinsames Aufbringen von Matrix und Verstärkungsfasern, oder ein separates Aufbringen von Matrix und Verstärkungsfasern in einer Anzahl von Teilschritten umfasst.Method according to at least one of Claims 1 to 7 wherein the step of applying the reinforcing element (13, 21, 22) comprises jointly applying matrix and reinforcing fibers, or separately applying matrix and reinforcing fibers in a number of sub-steps. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Schritt des Aufbringens des Verstärkungselements (13,21,22) mit dem „Automated Fiber Placement“ (AFP) Verfahren, dem „Fiber Patch Placement“ (FPP) Verfahren, dem „Automated Tape Laying“ (ATL) Verfahren oder mittels Handlaminierens erfolgt.Method according to at least one of Claims 1 to 8th wherein the step of applying the reinforcing element (13,21,22) with the "Automated Fiber Placement" (AFP) method, the "Fiber Patch Placement" (FPP) method, the "Automated Tape Laying" (ATL) method or means Hand lamination takes place. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Verstärkungselement (13,21,22) entlang eines Kraftflusspfades angeordnet ist.Method according to at least one of Claims 1 to 9 wherein the reinforcing element (13, 21, 22) is arranged along a force flow path. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Schritt des Bereitstellens der Bauteilgruppe (10,20) ein festes Verbinden mindestens zweier Bauteile (11a-11h) umfasst, insbesondere ein stoffschlüssiges, kraftschlüssiges und/oder formschlüssiges Verbinden, vorzugsweise mittels Kleben und/oder Schweißen.Method according to at least one of Claims 1 to 10 wherein the step of providing the component group (10, 20) comprises a fixed connection of at least two components (11a-11h), in particular a cohesive, non-positive and / or positive connection, preferably by means of gluing and / or welding. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Verstärkungselement (13,21,22) mit jeweils einem Abschnitt (13a-13e, 21a-21b,22a-22c) auf einem jeweiligen Oberflächenabschnitt der folgenden Bauteile des Kraftfahrzeugs angeordnet ist und diese miteinander verbindet: einen Vorderrahmenwagen (11a) und eine A-Säule (11b), und/oder die A-Säule (11b) und einen Dachspriegel (11h), und/oder die A-Säule (11b) und einen Dachseitenrahmen (11c), und/oder den Dachseitenrahmen (11c) und eine C-Säule (11d), und/oder die C-Säule (11d) mit einem Kofferraumrahmen (11e), und/oder den Dachseitenrahmen (11c) und eine B-Säule (11g), und/oder die B-Säule (11g) und den Dachspriegel (11h), und/oder die B-Säule (11g) und einen Seitenschweller (11f).Method according to at least one of Claims 1 to 11 wherein the reinforcing member (13, 21, 22), each having a portion (13a-13e, 21a-21b, 22a-22c), is disposed on and interconnects a respective surface portion of the following components of the motor vehicle: a front frame carriage (11a) and an A pillar (11b), and / or the A pillar (11b) and a roof hoop (11h), and / or the A pillar (11b) and a roof side frame (11c), and / or the roof side frame (11c) and a C pillar (11d), and / or the C pillar (11d) having a trunk frame (11e), and / or the roof side frame (11c) and a B pillar (11g), and / or the B pillar (11g) and the roof hoop (11h), and / or the B-pillar (11g) and a side sill (11f). Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei zumindest eines der Bauteile (11a-11h) der Bauteilgruppe (10,20) aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere Stahl und/oder Aluminium, oder aus einem Kunststoff und/oder einem faserverstärkter Kunststoff gefertigt ist.Method according to at least one of Claims 1 to 12 , wherein at least one of the components (11a-11h) of the component group (10,20) is made of a metallic material, in particular steel and / or aluminum, or of a plastic and / or a fiber-reinforced plastic. Faserverstärkte Bauteilgruppe (10,20), insbesondere eine Karosseriekomponente, eine Karosserie oder eine Fahrwerkskomponente, für ein Kraftfahrzeug, mit mindestens zwei miteinander fest verbundenen Bauteilen (11a-11h), und einer mit einer Korrosionsschutzschicht beschichteten Oberfläche der Bauteilgruppe (10,20), wobei in einem Teilbereich der beschichteten Oberfläche ein Verstärkungselement (13,21,22) aus Faserverbundmaterial derart aufgebracht ist, dass ein erster Abschnitt (13a-13e, 21a-21b,22a-22c) des Verstärkungselements (13,21,22) auf einem von einem ersten Bauteil (11a-11h) gebildeten ersten Oberflächenbereich und ein zweiter Abschnitt (13a-13e, 21a-21b,22a-22c) des Verstärkungselements (13,21,22) auf einem von einem zweiten Bauteil (11a, 11h) gebildeten zweiten Oberflächenbereich angeordnet ist.Fiber-reinforced component group (10,20), in particular a body component, a body or a chassis component, for a Motor vehicle, with at least two components (11a-11h) fixedly connected to one another, and a surface of the component group (10, 20) coated with a corrosion protection layer, wherein a reinforcing element (13, 21, 22) of fiber composite material is applied in a partial area of the coated surface in that a first portion (13a-13e, 21a-21b, 22a-22c) of the reinforcing member (13, 21, 22) is formed on a first surface portion formed by a first member (11a-11h) and a second portion (13a-13e 21a-21b, 22a-22c) of the reinforcing element (13, 21, 22) is arranged on a second surface area formed by a second component (11a, 11h). Faserverstärkte Bauteilgruppe (10,20) nach Anspruch 14, wobei die Bauteilgruppe (10,20) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 hergestellt ist.Fiber-reinforced component group (10,20) after Claim 14 , wherein the component group (10,20) according to one of Claims 1 to 13 is made.
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