DE102019101413A1 - Body frame element with a fiber composite hollow component - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Karosserierahmenelement (1) für ein Kraftfahrzeug, aufweisend ein Faserverbundhohlbauteil (2) mit einem entlang seiner Längserstreckung verlaufenden, in Umfangsrichtung (U) geschlossenen Hohlraum (4) und wenigstens einen Flansch (10, 10*, 20, 20*) zur Anbindung von Fahrzeugkomponenten, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Karosserierahmenelements (1, 1*) mittels einer Spritzpress-Anlage (60).

Figure DE102019101413A1_0000
The invention relates to a body frame element (1) for a motor vehicle, comprising a hollow fiber composite component (2) with a cavity (4) which runs along its longitudinal extent and is closed in the circumferential direction (U) and at least one flange (10, 10 *, 20, 20 *) for connecting vehicle components, and a method for producing such a body frame element (1, 1 *) by means of an injection molding system (60).
Figure DE102019101413A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Karosserierahmenelement für ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Karosserierahmenelements mittels einer Spritzpress-Anlage (Resin Transfer Moulding (RTM)).The invention relates to a body frame element for a motor vehicle and to a method for producing such a body frame element by means of an injection molding system (resin transfer molding (RTM)).

Die Erfindung ist nachfolgend im Kontext von Dachrahmen von Personenkraftfahrzeugen beschrieben, lässt sich aber auch unabhängig von diesem Kontext nutzen, insbesondere für andere tragende Karosserieelemente von Kraftfahrzeugen, mit welchen Fahrzeugkomponenten verbunden werden sollen.The invention is described below in the context of roof frames of passenger vehicles, but can also be used independently of this context, in particular for other load-bearing body elements of motor vehicles to which vehicle components are to be connected.

In klassischen Karosseriestrukturen von Personenkraftfahrzeugen findet sich im Bereich des Dachrahmens (insbesondere zwischen A-Säule und C- oder D-Säule) in der Regel ein mehrteiliger Blechschalenaufbau mit hohen Wandstärken und nötigenfalls hochfesten Materialgüten. Die Blechschalen bilden dabei Flansche aus, an welchen weitere Fahrzeugkomponenten wie beispielsweise Komponenten der Außen- oder Innenverkleidung befestigt werden.In classic body structures of passenger vehicles, there is usually a multi-part sheet metal shell structure with high wall thicknesses and, if necessary, high-strength material grades in the area of the roof frame (in particular between the A pillar and C or D pillar). The sheet metal shells form flanges to which further vehicle components such as components of the outer or inner lining are attached.

In neueren Fahrzeugen werden beispielsweise Aluminium-Strangpressprofile mit Flanschen in gebogenem Zustand eingebracht. Zusätzliche Schalenbauteile (wie insbesondere Seitenrahmen innen/ außen) ergänzen die Flansche des Strangpressprofils.In newer vehicles, for example, extruded aluminum profiles with flanges are inserted in a bent state. Additional shell components (such as inside / outside side frames in particular) complement the flanges of the extruded profile.

In gegenwärtigen Oberklassefahrzeugen der Anmelderin ist ein CFK-Flechtbauteil im RTM-Verfahren eingebracht. Die benötigten Verbindungsflansche sind dabei an zusätzlichen Schalenbauteilen wie beispielsweise dem äußeren oder dem inneren Seitenrahmen ausgebildet, wobei die Schalenbauteile durch partiell eingebrachten Hartschaum zu dem CFK-Flechtbauteil beabstandet und festgelegt sind.A CFRP braided component is incorporated in the RTM process in the applicant's current luxury class vehicles. The required connecting flanges are formed on additional shell components such as, for example, the outer or the inner side frame, the shell components being spaced apart and fixed to the CFRP braided component by partially introduced rigid foam.

In der DE 10 2011 003 626 B4 ist ein Verfahren zur Herstellung derartiger Faserverbundbauteile, die mindestens ein vorgefertigtes Faserverbund-Schalenelement und mindestens ein Faserverbund-Hohlbauteil aufweisen, gezeigt, wobei das mindestens eine Faserverbund-Schalenelement mit dem mindestens einen Faserverbund-Hohlbauteil zu einer Baueinheit vorkonfektioniert wird, die anschließend mittels eines Spritzpressverfahrens zu dem Faserverbund-Bauteil verfestigt wird.In the DE 10 2011 003 626 B4 A method for the production of such fiber composite components, which have at least one prefabricated fiber composite shell element and at least one fiber composite hollow component, is shown, wherein the at least one fiber composite shell element is pre-assembled with the at least one fiber composite hollow component to form a structural unit which is subsequently injection molded is solidified to the fiber composite component.

Davon ausgehend ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Karosserierahmenelement mit einem Faserverbundhohlbauteil sowie ein RTM-Fertigungsverfahren zu verbessern.Based on this, it is an object of the invention to improve a body frame element with a hollow fiber composite component and an RTM manufacturing method.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Karosserierahmenelement mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Karosserierahmenelements, insbesondere mittels einer Spritzpress-Anlage, mit den Merkmalen von Anspruch 11. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.This object is achieved by a body frame element having the features of claim 1 and by a method for producing such a body frame element, in particular by means of an injection molding system, having the features of claim 11. The dependent claims relate to advantageous developments of the invention.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Karosserierahmenelement für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt. Das Karosserierahmenelement weist wenigstens ein Faserverbundhohlbauteil mit einem entlang wenigstens eines Teils der Längserstreckung des Faserverbundhochbauteils verlaufenden, in Umfangsrichtung wenigstens entlang eines Teils der Längserstreckung geschlossenen Hohlraum, auf. Insbesondere weist das Faserverbundhohlbauteil ein Faserverbundrohr auf.According to one aspect of the invention, a body frame element for a motor vehicle is provided. The body frame element has at least one hollow fiber composite component with a cavity which runs along at least part of the longitudinal extension of the high fiber composite component and is closed in the circumferential direction at least along part of the longitudinal extension. In particular, the hollow fiber composite component has a fiber composite tube.

Darüber hinaus weist das Karosserierahmenelement wenigstens einen Flansch zur Anbindung von Fahrzeugkomponenten auf, der fest an das Faserverbundhohlbauteil angeformt, insbesondere angeharzt, ist. Insbesondere kann das Karosserierahmenelement mehrere derartig angeordnete Flansche aufweisen, die insbesondere voneinander in Umfangsrichtung und/oder in Längsrichtung des Faserverbundhohlbauteils beabstandet sind, beispielsweise einen ersten Flansch und einen zweiten Flansch. Unter einer festen Anformung ist vorliegend insbesondere eine nicht zerstörungsfrei lösbare Verbindung zu verstehen.In addition, the body frame element has at least one flange for connecting vehicle components, which is molded onto the hollow fiber composite component, in particular with a resin. In particular, the body frame element can have a plurality of flanges arranged in this way, which are in particular spaced apart from one another in the circumferential direction and / or in the longitudinal direction of the hollow fiber composite component, for example a first flange and a second flange. In the present case, a fixed molding is to be understood in particular to mean a connection which cannot be released without being destroyed.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Karosserierahmenelements gemäß einer Ausführung der Erfindung, insbesondere mittels einer Spritzpress-Anlage, bereitgestellt. Das Verfahren weist zumindest die folgenden Verfahrensschritte auf:

  • - Anordnen von Fasermaterial um einen Hohlbauteilkern; insbesondere wird ein Flechtling um einen Flechtkern geflochten, wobei insbesondere der Flechtkern in einer geeigneten Art und Weise ausgebildet ist, um anschließend an das Aufbringen des Flechtlings in einem Spritzpress-Verfahren verwendet zu werden. Alternativ können auch Textilbänder oder Textilmatten um den Hohlbauteilkern gewickelt werden.
  • - Einlegen des Hohlbauteilkerns mit dem darum angeordneten Fasermaterial in die Kavität der Spritzpress-Anlage; insbesondere ist in der Kavität ein Einlegeplatz für den Hohlbauteilkern mit dem darum angeordneten Fasermaterial vorgesehen.
  • - Anlegen von Flanschmaterial an das um den Hohlbauteilkern angeordnete Fasermaterial; insbesondere ist in der Kavität ein Einlegeplatz für Flanschmaterial an der dafür vorgesehenen Umfangs- und Längserstreckungsposition vorgesehen.
  • - Durchführen des Spritzpress-Vorgangs mittels der Spritzpress-Anlage; insbesondere wird die Kavität verschlossen, Matrixmaterial mit einer geeigneten Druck- und Temperaturführung eingepresst und der Inhalt der Kavität ausgehärtet.
According to a further aspect of the invention, a method for producing a body frame element according to an embodiment of the invention, in particular by means of an injection molding plant, is provided. The method has at least the following method steps:
  • - Arranging fiber material around a hollow component core; in particular, a braid is braided around a braid core, the braid core in particular being designed in a suitable manner in order to be used after the application of the braid in an injection molding process. Alternatively, textile tapes or textile mats can be wrapped around the hollow component core.
  • - Inserting the hollow component core with the fiber material arranged around it into the cavity of the injection molding plant; in particular, an insertion place for the hollow component core with the fiber material arranged around it is provided in the cavity.
  • - Applying flange material to the fiber material arranged around the hollow component core; in particular, an insertion place for flange material is provided in the provided circumferential and longitudinal extension position in the cavity.
  • - Performing the transfer molding process by means of the transfer molding system; in particular, the cavity is closed, matrix material is pressed in with a suitable pressure and temperature control, and the contents of the cavity are hardened.

Dabei bildet sich ein Faserverbundhohlbauteil mit angeformten Flanschen aus. Damit kann zumindest abschnittsweise auf separate Blechschalen und Fügeprozesse in Unterzusammenbauten des Karosseriebaus verzichtet werden.A hollow fiber composite component with molded flanges is formed. This means that separate sheet metal shells and joining processes in sub-assemblies of the body shop can be dispensed with at least in sections.

Die angeformten Flansche bilden Verbindungsflächen aus, insbesondere für Dach, Scheiben und/oder Türdichtungen. Auch in anderen Karosseriebereichen kann ein solches Karosserierahmenelement zur Bereitstellung von Verbindungsflanschen verwendet werden.The molded flanges form connecting surfaces, in particular for roofs, panes and / or door seals. Such a body frame element can also be used in other body areas to provide connecting flanges.

Gemäß unterschiedlichen Ausführungen kann in die Kavität entweder ein Fasermaterial eingelegt werden, sodass der hergestellte Flansch ein Textilfaserelement aufweist, oder es kann ein geeignet geformtes Metallblech eingelegt werden, sodass der Flansch dadurch ausgebildet wird.According to different designs, either a fiber material can be inserted into the cavity so that the flange produced has a textile fiber element, or a suitably shaped metal sheet can be inserted so that the flange is thereby formed.

Wenn der Flansch ein Metallblech, beispielsweise ein Stahlblech, aufweist, bietet das zusätzlich die Möglichkeit, Standard-Fügeverfahren im Karosseriebau (wie beispielsweise Schweißen, Nieten, Schrauben, etc.) für die Einbindung des Faserverbundhohlbauteils in die Karosseriestruktur einzusetzen.If the flange has a metal sheet, for example a steel sheet, this additionally offers the possibility of using standard joining processes in body construction (such as welding, riveting, screwing, etc.) for the integration of the hollow fiber composite component into the body structure.

Der Erfindung liegt unter anderem die Überlegung zugrunde, den oder die zur Anbindung weiterer Fahrzeugkomponenten benötigten Flansche nicht mittelbar über eine Hartschaum-Beabstandung und ein weiteres Schalenbauteil an dem Faserverbundhohlbauteil anzubringen, sondern direkt.The invention is based, inter alia, on the idea of not attaching the flange or flanges required for connecting further vehicle components indirectly to the hollow fiber composite component via a rigid foam spacer and a further shell component, but rather directly.

Die Erfindung basiert nun unter anderem auf der Idee, beim Spritzpressen (insbesondere beim Resin-Transfer-Moulding (RTM)) dem Flechtling (als Halbzeug für das Faserverbundhohlbauteil) flanschbildende Textilbänder oder Blechstreifen beizulegen und anschließend den Flechtling und die beigelegten Elemente anzuharzen und auszuhärten.The invention is now based, among other things, on the idea of attaching flange-forming textile strips or sheet metal strips to the braiding (as a semi-finished product for the hollow fiber composite component) during transfer molding (in particular resin transfer molding (RTM)) and then resinifying and curing the braiding and the enclosed elements.

Dabei ergibt sich eine Verbindung zwischen dem Faserverbundhohlbauteil und den beigelegten Elementen, die rein vom ausgehärteten Harz getragen wird. Eine Faserverstärkung ist dabei nicht ausgebildet. Eventuelle daraus resultierende Schwächen in der Biege-, Torsions- und/oder Abscherfestigkeit (insbesondere im Verhältnis zu den entsprechenden Festigkeiten des Faserverbundhohlbauteils) an der Anformstelle können toleriert werden, da diejenigen Bauteile, welche an den Flansch angebaut werden sollen, im Regelfall keine strukturellen Kräfte aus dem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs aufnehmen müssen. Es handelt sich bei den anzuordnenden Bauteilen vielmehr um Verkleidungselemente wie beispielsweise Türdichtungen.This creates a connection between the hollow fiber composite component and the enclosed elements, which is carried purely by the hardened resin. A fiber reinforcement is not formed. Any resulting weaknesses in the bending, torsional and / or shear strength (especially in relation to the corresponding strengths of the hollow fiber composite component) at the molding point can be tolerated, since those components that are to be attached to the flange generally do not have any structural forces must start from driving the motor vehicle. Rather, the components to be arranged are cladding elements such as door seals.

Dies gilt insbesondere, wenn gemäß einer Ausführung das Karosserierahmenelement ein Dachrahmen, eine Seitensäule oder ein Teil einer solchen Fahrzeugkomponente ist.This applies in particular if, according to one embodiment, the body frame element is a roof frame, a side pillar or part of such a vehicle component.

Je nachdem, welche Anforderungen an eine Anbindung weiterer Fahrzeugkomponenten bestehen, ist gemäß einer Ausführung der Flansch entlang wenigstens eines Teilbereichs oder entlang der gesamten Längserstreckung des Faserverbundhohlbauteils angeordnet. Natürlich können auch mehrere Flansche entlang unterschiedlicher Teilbereiche und/oder teilweise entlang der gesamten Längserstreckung des Faserverbundhohlbauteils angeordnet sein.Depending on the requirements for connecting additional vehicle components, according to one embodiment the flange is arranged along at least a partial area or along the entire longitudinal extent of the hollow fiber composite component. Of course, several flanges can also be arranged along different partial areas and / or partially along the entire longitudinal extent of the hollow fiber composite component.

Von den Anforderungen an die Anbindung weiterer Fahrzeugkomponenten kann auch abhängen, ob der Flansch gemäß einer Ausführung über seine Längserstreckung betrachtet an einer gleichbleibenden oder einer veränderlichen Umfangsposition des Faserverbundhohlbauteils angeordnet ist.It can also depend on the requirements for the connection of further vehicle components whether, according to one embodiment, the flange, when viewed over its longitudinal extent, is arranged at a constant or a variable circumferential position of the hollow fiber composite component.

Insbesondere um ausgehend von den Karosserierahmenelement einen Außenraum und einen Innenraum des Kraftfahrzeugs abzutrennen, ist neben einem ersten Flansch gemäß einer Ausführung zusätzlich ein zweiter Flansch vorgesehen, wobei der erste Flansch und der zweite Flansch an unterschiedlichen Umfangspositionen des Faserverbundhohlbauteils angeordnet sind. Dabei teilen insbesondere der erste Flansch und der zweite Flansch den Umfang des Karosserierahmenelements, ggf. auch den Umfang des Faserverbundhohlbauteils, in einen äußeren Umfangsbereich und einen inneren Umfangsbereich.In particular, in order to separate an exterior space and an interior space of the motor vehicle starting from the body frame element, a second flange is provided in addition to a first flange according to one embodiment, the first flange and the second flange being arranged at different circumferential positions of the hollow fiber composite component. In particular, the first flange and the second flange divide the circumference of the body frame element, possibly also the circumference of the hollow fiber composite component, into an outer circumferential region and an inner circumferential region.

Damit der äußere Seitenrahmen nicht als zusätzliches Bauteil ausgeführt sein muss, ist gemäß einer Ausführung der äußere Umfangsbereich als Fahrzeugaußenhaut ausgebildet. Die Fahrzeugaußenhaut ist dabei insbesondere dazu eingerichtet, fahrzeugexterne Umgebungseinflüsse wie hohe oder niedrige Temperaturen, Feuchtigkeit, Vereisung, Schmutz, etc. im Wesentlichen ohne sichtbare optische Veränderung über die Zeit auszuhalten.So that the outer side frame does not have to be designed as an additional component, according to one embodiment, the outer circumferential region is designed as a vehicle outer skin. The outer skin of the vehicle is in particular set up to withstand external vehicle influences such as high or low temperatures, moisture, icing, dirt, etc. essentially without any visible optical change over time.

Alternativ kann das Karosserierahmenelement auch so ausgebildet sein, dass es eine einfache Anbindung eines zusätzlichen äußeren Seitenrahmens unterstützt. Dann ist gemäß einer Ausführung am äußeren Umfangsbereich ein Außenhautbauteil, das als Fahrzeugaußenhaut ausgebildet ist, zwischen dem ersten und dem zweiten Flansch angeordnet und gegebenenfalls an diesen Flanschen befestigt.Alternatively, the body frame element can also be designed such that it supports a simple connection of an additional outer side frame. Then, according to one embodiment, an outer skin component, which is designed as a vehicle outer skin, is between the first and the second flange on the outer peripheral region arranged and optionally attached to these flanges.

Gemäß unterschiedlichen Ausführungen des Verfahrens wird als Flanschmaterial ein Fasermaterial und/oder ein Metallblech angelegt.According to different embodiments of the method, a fiber material and / or a metal sheet is applied as the flange material.

Um eine einfache Fertigung zu unterstützen, sind gemäß einer Ausführung an der Kavität der Spritzpress-Anlage Ausnehmungen zum Anlegen und zum Anharzen des Flanschmaterials vorgesehen.In order to support simple production, according to one embodiment, recesses are provided on the cavity of the injection molding plant for the application and for the resin of the flange material.

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.

  • 1 zeigt ein bekanntes Karosserierahmenelement nach der betrieblichen Praxis der Anmelderin in einer schematischen Schnittansicht.
  • 2 zeigt ein Karosserierahmenelement nach einer ersten beispielhaften Ausführung der Erfindung in einer schematischen Schnittansicht.
  • 3 zeigt ein Karosserierahmenelement nach einer zweiten beispielhaften Ausführung der Erfindung in einer schematischen Schnittansicht.
  • 4 zeigt in einer schematischen Schnittansicht eine Spritzpress-Anlage, die zur Herstellung eines Karosserierahmenelements nach 2 entsprechend einem Verfahren nach einer beispielhaften Ausführung der Erfindung verwendet wird.
Further advantages and possible uses of the invention result from the following description in connection with the figures.
  • 1 shows a known body frame element according to the operational practice of the applicant in a schematic sectional view.
  • 2nd shows a body frame element according to a first exemplary embodiment of the invention in a schematic sectional view.
  • 3rd shows a body frame element according to a second exemplary embodiment of the invention in a schematic sectional view.
  • 4th shows in a schematic sectional view an injection molding plant, which is used to manufacture a body frame element 2nd according to a method according to an exemplary embodiment of the invention.

1 zeigt in einer schematischen Schnittansicht ein bekanntes Karosserierahmenelement 100, das beispielsweise als Dachrahmenelement in aktuellen Oberklasse-Fahrzeugen der Anmelderin verbaut ist. 1 shows a schematic sectional view of a known body frame element 100 , which is installed, for example, as a roof frame element in the applicant's current luxury class vehicles.

In der dargestellten Schnittansicht entspricht die Zeichenebene einer Fahrzeugquerebene, sodass eine Längserstreckung des bekannten Karosserierahmenelements 100 in etwa senkrecht zur Zeichenebene verläuft und die Umfangsrichtung in der Zeichenebene darstellbar ist. Die Schnittebenen der 2-4 sind analog angesetzt.In the sectional view shown, the plane of the drawing corresponds to a vehicle transverse plane, so that the known body frame element extends longitudinally 100 runs approximately perpendicular to the plane of the drawing and the circumferential direction can be represented in the plane of the drawing. The cutting planes of the 2-4 are applied analogously.

Das bekannte Karosserierahmenelement 100 weist ein Faserverbundhohlbauteil 102 auf, das sich entlang der Längserstreckung des Karosserierahmenelement 100 erstreckt, wobei ein Hohlraum 104 in Umfangsrichtung - zumindest in der Schnittebene, in der vorliegenden bekannten Ausführungsform aber entlang im Wesentlichen der ganzen Längserstreckung - vollständig durch das rohrförmigen Faserverbundhohlbauteil 102 abgegrenzt ist.The well-known body frame element 100 has a hollow fiber composite component 102 on that along the length of the body frame member 100 extends, with a cavity 104 in the circumferential direction - at least in the sectional plane, but in the present known embodiment but essentially along the entire longitudinal extent - completely through the tubular fiber composite hollow component 102 is delimited.

Das Faserverbundhohlbauteil 102 ist mittels eines Spritzpress-Verfahrens, vorliegend eines RTM-Verfahrens, ausgehend von einem Flechtling, der um einen geeigneten Kern geflochten wurde, fertigt.The hollow fiber composite component 102 is manufactured by means of an injection molding process, in the present case an RTM process, starting from a wicker that has been braided around a suitable core.

In Umfangsrichtung um das Faserverbundhohlbauteil 102 ist an einem äußeren Umfangsabschnitt U1 ein äußerer Seitenrahmen 141 angeordnet. An einem inneren Umfangsabschnitt U2 ist ein innerer Seitenrahmen 142 angeordnet.In the circumferential direction around the hollow fiber composite component 102 is on an outer peripheral portion U1 an outer side frame 141 arranged. On an inner peripheral portion U2 is an inner side frame 142 arranged.

Die beiden Seitenrahmen 141 und 142 sind im Verhältnis zu dem Faserverbundhohlbauteil 102 mittels eines Hartschaums 106 einer ausgehärteten Schaumverbindung positioniert und dadurch auch zu dem Faserverbundhohlbauteil 102 festgelegt. Gegebenenfalls erfolgt eine weitere Festlegung durch eine Verbindung der beiden Seitenrahmen 141 und 142 an deren Flanschen zueinander, beispielsweise mittels einer Nietverbindung.The two side frames 141 and 142 are in relation to the hollow fiber composite component 102 using a rigid foam 106 a cured foam connection positioned and thereby also to the fiber composite hollow component 102 fixed. If necessary, a further determination is made by connecting the two side frames 141 and 142 at their flanges to one another, for example by means of a riveted joint.

2 zeigt in einer schematischen Schnittansicht ein Karosserierahmenelement 1 nach einer beispielhaften Ausführung der Erfindung, das vorliegend als Dachrahmenelement ausgebildet ist, aber auch in anderen Anwendungen in analoger Ausbildung verwendet werden kann. 2nd shows a schematic sectional view of a body frame element 1 According to an exemplary embodiment of the invention, which in the present case is designed as a roof frame element, but can also be used in other applications with an analog design.

In der dargestellten Schnittansicht entspricht die Zeichenebene einer Fahrzeugquerebene, sodass eine Längserstreckung des Karosserierahmenelements 1 in etwa senkrecht zur Zeichenebene verläuft und die Umfangsrichtung in der Zeichenebene darstellbar ist. Die Schnittebenen der 3 und 4 sind analog angesetzt.In the sectional view shown, the plane of the drawing corresponds to a vehicle transverse plane, so that the body frame element extends longitudinally 1 runs approximately perpendicular to the plane of the drawing and the circumferential direction can be represented in the plane of the drawing. The cutting planes of the 3rd and 4th are applied analogously.

Das Karosserierahmenelement 1 weist ein Faserverbundhohlbauteil 2 auf, das sich entlang der Längserstreckung des Karosserierahmenelement 1 erstreckt, bei welchem ein Faserflechtling in einer ausgehärteten Kunststoffmatrix angeordnet ist. Durch das Faserverbundhohlbauteil 2 ist ein Hohlraum 4 in Umfangsrichtung U - zumindest in der Schnittebene, im vorliegenden Ausführungsbeispiel aber entlang im Wesentlichen der ganzen Längserstreckung - vollständig durch das rohrförmige Faserverbundhohlbauteil 2 abgegrenzt.The body frame element 1 has a hollow fiber composite component 2nd on that along the length of the body frame member 1 extends, in which a fiber braid is arranged in a hardened plastic matrix. Through the hollow fiber composite component 2nd is a cavity 4th in the circumferential direction U - At least in the sectional plane, but in the present exemplary embodiment along essentially the entire longitudinal extent - completely through the tubular fiber composite hollow component 2nd delimited.

Radial außen an dem Faserverbundhohlbauteil 2 ist an einer Umfangsposition U10 ein erster Flansch 10 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel der 2 ist der Flansch 10 ein Faserverbundbauteil, bei welchem Faserbänder und/oder Fasermatten in einer ausgehärteten Kunststoffmatrix angeordnet sind. Jedenfalls greifen das Fasermaterial des Flansch 10 und die Fasern des Flechtlings des Faserverbundhohlbauteils 2 an der Umfangsposition U10 nicht ineinander oder sind sogar voneinander beabstandet.Radially on the outside of the hollow fiber composite component 2nd is at a circumferential position U10 a first flange 10th arranged. In the embodiment of the 2nd is the flange 10th a fiber composite component in which fiber tapes and / or fiber mats are arranged in a hardened plastic matrix. In any case, the fiber material of the flange grips 10th and the fibers of the braid of the fiber composite hollow component 2nd at the circumferential position U10 not in one another or even spaced apart.

An einer von der Umfangsposition U10 in Umfangsrichtung beabstandeten Umfangsposition U20 ist radial außen an dem Faserverbundhohlbauteil 1 ein zweiter Flansch 20 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel der 2 ist auch der Flansch 20 ein Faserverbundbauteil, bei welchem Faserbänder und/oder Fasermatten in einer ausgehärteten Kunststoffmatrix angeordnet sind. Jedenfalls greifen das Fasermaterial des Flansch 20 und die Fasern des Flechtlings des Faserverbundhohlbauteils 2 an der Umfangsposition U20 nicht ineinander oder sind sogar voneinander beabstandet. At one of the circumferential position U10 circumferentially spaced circumferential position U20 is radially outside of the hollow fiber composite component 1 a second flange 20 arranged. In the embodiment of the 2nd is also the flange 20 a fiber composite component in which fiber tapes and / or fiber mats are arranged in a hardened plastic matrix. In any case, the fiber material of the flange grips 20 and the fibers of the braid of the fiber composite hollow component 2nd at the circumferential position U20 not in one another or even spaced apart.

Beide Flansche 10 und 20 könnten jedoch im Ausführungsbeispiel der 2 auch als Metallbleche ausgebildet sein.Both flanges 10th and 20 could, however, in the embodiment of the 2nd also be designed as metal sheets.

Der erste Flansch 10 und der zweite Flansch 20 teilen den Umfang des Karosserierahmenelements 1 in einen äußeren Umfangsbereich U1 und einen inneren Umfangsbereich U2. An dem äußeren Umfangsbereich U1 ist das Faserverbundhohlbauteil 2 an seiner Außenseite als Fahrzeugaußenhaut 7.2 ausgebildet, also insbesondere resistent gegen Einflüsse aus der Umgebung des Fahrzeuges ausgebildet. Im Ausführungsbeispiel sind auch die Außenseiten der beiden Flansche 10 und 20 jeweils als Außenhaut 7.10 bzw. 7.20 ausgebildet.The first flange 10th and the second flange 20 divide the circumference of the body frame member 1 in an outer peripheral area U1 and an inner peripheral area U2 . On the outer peripheral area U1 is the hollow fiber composite component 2nd on the outside as a vehicle outer skin 7.2 trained, in particular resistant to influences from the surroundings of the vehicle. The outer sides of the two flanges are also in the exemplary embodiment 10th and 20 each as an outer skin 7.10 or. 7.20 educated.

An den Ansatzstellen der beiden Flansche 10 und 20 - seitlich der Umfangspositionen U10 bzw. U20 - ergeben sich aus der Fertigung mittels eines Spritzpressverfahrens Reinharzbereiche 5.1, 5.2, 5.3 und 5.4, insbesondere aufgrund von Überlappungen und vorzusehenden Entformungsrichtungen an den Halbformen der Spritzpresse.At the attachment points of the two flanges 10th and 20 - to the side of the circumferential positions U10 or. U20 - Pure resin areas result from the production by means of an injection molding process 5.1 , 5.2 , 5.3 and 5.4 , in particular due to overlaps and demoulding directions to be provided on the half molds of the injection press.

3 zeigt in einer schematischen Schnittansicht ein Karosserierahmenelement 1*, das vorliegend als Dachrahmenelement ausgebildet ist, aber auch in anderen Anwendungen in analoger Ausbildung verwendet werden kann, nach einer weiteren beispielhaften Ausführung der Erfindung. 3rd shows a schematic sectional view of a body frame element 1* , which is designed as a roof frame element in the present case, but can also be used in other applications with an analog design, according to a further exemplary embodiment of the invention.

Das Karosserierahmenelement 1* weist ein Faserverbundhohlbauteil 2 auf, das sich entlang der Längserstreckung des Karosserierahmenelements 1 erstreckt, bei welchem ein Faserflechtling in einer ausgehärteten Kunststoff- bzw. Harzmatrix angeordnet ist. Durch das Faserverbundhohlbauteil 2 ist ein Hohlraum 4 in Umfangsrichtung U - zumindest in der Schnittebene, im vorliegenden Ausführungsbeispiel aber entlang im Wesentlichen der ganzen Längserstreckung - vollständig durch das rohrförmige Faserverbundhohlbauteil 2 abgegrenzt.The body frame element 1* has a hollow fiber composite component 2nd on that along the longitudinal extent of the body frame member 1 extends, in which a fiber plait is arranged in a cured plastic or resin matrix. Through the hollow fiber composite component 2nd is a cavity 4th in the circumferential direction U - At least in the sectional plane, but in the present exemplary embodiment along essentially the entire longitudinal extent - completely through the tubular fiber composite hollow component 2nd delimited.

Radial außen an dem Faserverbundhohlbauteil 2 ist an einer Umfangsposition U10 ein erster Flansch 10* angeordnet. Im Ausführungsbeispiel der 3 ist der Flansch 10* ein geeignet gebogenes Stahlblech, welches mittels eines ausgehärteten Harzes (bzw. Kunststoffes; die beiden Begriffe werden vorliegend synonym verwendet) fest mit dem Faserverbundhohlbauteil 2 verbunden ist. Anstatt eines Stahlblechs kann natürlich auch ein entsprechend oder analog geformtes Blech aus einer anderen Eisen-, einer Aluminium-, einer Magnesium- oder einer anderen geeigneten Metalllegierung verwendet werden.Radially on the outside of the hollow fiber composite component 2nd is at a circumferential position U10 a first flange 10 * arranged. In the embodiment of the 3rd is the flange 10 * a suitably curved steel sheet which is fixed to the hollow fiber composite component by means of a hardened resin (or plastic; the two terms are used synonymously in the present case) 2nd connected is. Instead of a steel sheet, it is of course also possible to use an appropriately or analogously shaped sheet made of another iron, an aluminum, a magnesium or another suitable metal alloy.

An einer von der Umfangsposition U10 in Umfangsrichtung beabstandeten Umfangsposition U20 ist radial außen an dem Faserverbundhohlbauteil 1 ein zweiter Flansch 20* angeordnet. Im Ausführungsbeispiel der 2 ist auch der Flansch 20* ein geeignet gebogenes Stahlblech, welches mittels eines ausgehärteten Kunststoffes bzw. Harzes fest mit dem Faserverbundhohlbauteil 2 verbunden ist.At one of the circumferential position U10 circumferentially spaced circumferential position U20 is radially outside of the hollow fiber composite component 1 a second flange 20 * arranged. In the embodiment of the 2nd is also the flange 20 * a suitably curved steel sheet, which is fixed to the hollow fiber composite component by means of a hardened plastic or resin 2nd connected is.

Beide Flansche 10* und 20* könnten jedoch im Ausführungsbeispiel der 3 auch als Metallbleche ausgebildet sein, bei welchen Faserbänder und/oder Fasermatten in einer ausgehärteten Kunststoffmatrix angeordnet sind.Both flanges 10 * and 20 * could, however, in the embodiment of the 3rd can also be designed as metal sheets in which fiber tapes and / or fiber mats are arranged in a hardened plastic matrix.

Der erste Flansch 10* und der zweite Flansch 20* teilen den Umfang des Karosserierahmenelements 1 in einen äußeren Umfangsbereich U1 und einen inneren Umfangsbereich U2.The first flange 10 * and the second flange 20 * divide the circumference of the body frame member 1 in an outer peripheral area U1 and an inner peripheral area U2 .

In Umfangsrichtung um das Faserverbundhohlbauteil 2 ist an dem äußeren Umfangsabschnitt U1 ein äußerer Seitenrahmen 40 angeordnet, der im Ausführungsbeispiel mittels einer Nietverbindung, einer Klebeverbindung oder einer anderen geeigneten Verbindung sowohl an dem ersten Flansch 10* als auch im zweiten Flansch 20* befestigt ist. Der äußere Zeitrahmen 40 ist an seiner Außenseite als Außenhaut des Fahrzeuges ausgebildet.In the circumferential direction around the hollow fiber composite component 2nd is on the outer peripheral portion U1 an outer side frame 40 arranged, both in the exemplary embodiment by means of a riveted connection, an adhesive connection or another suitable connection on the first flange 10 * as well as in the second flange 20 * is attached. The outer time frame 40 is designed on the outside as the outer skin of the vehicle.

4 zeigt in einer schematischen Schnittansicht (entlang der Schnittebene der 2) eine Spritzpress-Anlage 60, die zur Herstellung eines Karosserierahmenelements 1 nach 2 entsprechend einem Verfahren nach einer beispielhaften Ausführung der Erfindung verwendet wird. 4th shows in a schematic sectional view (along the sectional plane of FIG 2nd ) an injection molding machine 60 used to manufacture a body frame member 1 to 2nd according to a method according to an exemplary embodiment of the invention.

Die Spritzpress-Anlage 60 ist zur Durchführung eines RTM-Spritzpressens eingerichtet und weist eine obere Halbform 61 und eine untere Halbform 62 auf.The injection molding machine 60 is set up to carry out an RTM injection molding and has an upper half shape 61 and a lower half shape 62 on.

In 4 ist die Spritzpress-Anlage 60 in einem geschlossenen Zustand bei der Aushärtung des Matrixmaterials mit aneinander anliegenden Halbformen 61 und 62 dargestellt.In 4th is the injection molding machine 60 in a closed state during the curing of the matrix material with half-molds lying against one another 61 and 62 shown.

Die Darstellung des Konturschnitts der beiden Halbformen 61 und 62 ist nur schematischen beispielhaft zu verstehen und soll verdeutlichen, dass zuerst das Flanschmaterial (also beispielsweise Fasermaterial oder ein Metallblech) und anschließend der mit dem Flechtling umwickelte Kern, aus welchem sich beim Spritzpressen das Faserverbundhohlbauteil 2 ergibt, in die untere Halbform 62 eingelegt werden können. Anschließend kann die obere Halbform 61 angelegt werden.The representation of the contour cut of the two half forms 61 and 62 is only to be understood as a schematic example and is intended to clarify that First the flange material (for example fiber material or a metal sheet) and then the core wrapped with the wicker, from which the hollow fiber composite component is made during the injection molding 2nd results in the lower half form 62 can be inserted. Then the upper half shape 61 be created.

Zur Herstellung des Karosserierahmenelements 1 aus 2 werden also folgende Verfahrensschritte durchgeführt: Anordnen von Fasermaterial 63 in Form eines Flechtlings um einen Hohlbauteilkern 64; Einlegen des Hohlbauteilkerns 64 mit dem darum angeordneten Fasermaterial 63 in die Kavität 65 der Spritzpress-Anlage 60; Anlegen von Flanschmaterial 66.1, 66.2 an das um den Hohlbauteilkern 64 angeordnete Fasermaterial; Durchführen des Spritzpress-Vorgangs mittels der Spritzpress-Anlage 60, insbesondere unter Zuführung 67 von Matrixmaterial in die Kavität 65.For the production of the body frame element 1 out 2nd the following process steps are carried out: arranging fiber material 63 in the form of a wicker around a hollow component core 64 ; Insert the hollow component core 64 with the fiber material arranged around it 63 into the cavity 65 the injection molding machine 60 ; Creation of flange material 66.1 , 66.2 to the around the hollow component core 64 arranged fiber material; Carrying out the injection molding process using the injection molding machine 60 , especially with feeding 67 of matrix material into the cavity 65 .

Dabei härtet unter geeigneter Temperaturführung und geeigneter Druckführung das Matrixmaterial aus, wodurch das Karosserierahmenelement entsteht. Unabhängig von einer Ausbildung der Flansche mit einem Fasermaterial oder mit einem Metallblech sind die Flansche 10 und 20 jeweils durch das ausgehärtete Harz fest mit dem Faserverbundhohlbauteil 2 verbunden.The matrix material hardens under suitable temperature and pressure conditions, which creates the body frame element. The flanges are independent of the formation of the flanges with a fiber material or with a metal sheet 10th and 20 each with the hardened resin firmly to the fiber composite hollow component 2nd connected.

BezugszeichenlisteReference list

100100
bekanntes Karosserierahmenelementknown body frame element
102102
FaserverbundhohlbauteilHollow fiber composite component
104104
Hohlraumcavity
141141
äußerer Seitenrahmenouter side frame
142142
innerer Seitenrahmen inner side frame
1,1*1.1 *
KarosserierahmenelementBody frame element
22nd
FaserverbundhohlbauteilHollow fiber composite component
44th
Hohlraumcavity
55
ReinharzbereichPure resin area
77
FahrzeugaußenhautVehicle outer skin
10, 10*10, 10 *
erster Flanschfirst flange
20, 20*20, 20 *
zweiter Flanschsecond flange
4040
äußerer Seitenrahmenouter side frame
6060
Spritzpress-AnlageInjection molding machine
6161
erste Halbformfirst half form
6262
zweite Halbformsecond half form
6363
FasermaterialFiber material
6464
HohlbauteilkernHollow component core
6565
Kavitätcavity
6666
FlanschmaterialFlange material
6767
Zuführung Feeder
UU
UmfangsrichtungCircumferential direction
U1U1
äußerer Umfangsabschnittouter peripheral portion
U2U2
innerer Umfangsabschnittinner peripheral portion
U10U10
Umfangsposition des ersten FlanschsCircumferential position of the first flange
U20U20
Umfangsposition des zweiten FlanschsCircumferential position of the second flange

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102011003626 B4 [0006]DE 102011003626 B4 [0006]

Claims (14)

Karosserierahmenelement (1) für ein Kraftfahrzeug, aufweisend: - ein Faserverbundhohlbauteil (2) mit einem entlang seiner Längserstreckung verlaufenden, in Umfangsrichtung (U) geschlossenen Hohlraum (4), insbesondere ein Faserverbundrohr, gekennzeichnet durch - wenigstens einen Flansch (10, 10*, 20, 20*) zur Anbindung von Fahrzeugkomponenten, der fest an das Faserverbundhohlbauteil (2) angeformt ist.Body frame element (1) for a motor vehicle, comprising: - a hollow fiber composite component (2) with a cavity (4) which runs along its longitudinal extent and is closed in the circumferential direction (U), in particular a composite fiber tube, characterized by - at least one flange (10, 10 *, 20, 20 *) for connecting vehicle components, which is firmly molded onto the hollow fiber composite component (2). Karosserierahmenelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch an das Faserverbundhohlbauteil angeharzt ist.Body frame element according to Claim 1 , characterized in that the flange is resin-molded to the hollow fiber composite component. Karosserierahmenelement gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (10, 20) ein Textilfaserelement aufweist.Body frame element according to Claim 1 or 2nd , characterized in that the flange (10, 20) has a textile fiber element. Karosserierahmenelement gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (10*, 20*) ein Metallblech aufweist.Body frame element according to Claim 1 or 2nd , characterized in that the flange (10 *, 20 *) has a metal sheet. Karosserierahmenelement gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (10, 10*, 20, 20*) entlang wenigstens eines Teilbereichs oder der gesamten Längserstreckung des Faserverbundhohlbauteils (2) angeordnet ist.Body frame element according to one of the preceding claims, characterized in that the flange (10, 10 *, 20, 20 *) is arranged along at least a partial region or the entire longitudinal extent of the hollow fiber composite component (2). Karosserierahmenelement gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Karosserierahmenelement (1) ein Dachrahmen, eine Seitensäule oder ein Teil einer solchen Fahrzeugkomponente ist.Body frame element according to one of the preceding claims, characterized in that the body frame element (1) is a roof frame, a side pillar or part of such a vehicle component. Karosserierahmenelement gemäß einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen zweiten Flansch (20, 20*), wobei der erste Flansch (10, 10*) und der zweite Flansch (20, 20*) an unterschiedlichen Umfangspositionen (U10, U20) des Faserverbundhohlbauteils (2) angeordnet sind.Body frame element according to one of the preceding claims, characterized by a second flange (20, 20 *), the first flange (10, 10 *) and the second flange (20, 20 *) at different circumferential positions (U10, U20) of the hollow fiber composite component ( 2) are arranged. Karosserierahmenelement gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Flansch und der zweite Flansch den Umfang des Karosserierahmenelements in einen äußeren Umfangsbereich (U1) und einen inneren Umfangsbereich (U2) teilen.Body frame element according to Claim 7 , characterized in that the first flange and the second flange divide the circumference of the body frame element into an outer circumferential region (U1) and an inner circumferential region (U2). Karosserierahmenelement gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Umfangsbereich (U1) als Fahrzeugaußenhaut (7) ausgebildet ist.Body frame element according to Claim 8 , characterized in that the outer peripheral region (U1) is designed as a vehicle outer skin (7). Karosserierahmenelement gemäß einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass am äußeren Umfangsbereich ein Außenhautbauteil (40), das als Fahrzeugaußenhaut ausgebildet ist, zwischen dem ersten und dem zweiten Flansch angeordnet und an diesen Flanschen befestigt ist.Body frame element according to one of the Claims 7 or 8th , characterized in that an outer skin component (40), which is designed as a vehicle outer skin, is arranged between the first and the second flange and is fastened to these flanges on the outer peripheral region. Verfahren zur Herstellung eines Karosserierahmenelements (1, 1*) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche mittels einer Spritzpress-Anlage (60), aufweisend die Verfahrensschritte: - Anordnen von Fasermaterial (63) um einen Hohlbauteilkern (64), - Einlegen des Hohlbauteilkerns mit dem darum angeordneten Fasermaterial in die Kavität (65) der Spritzpress-Anlage, - Anlegen von Flanschmaterial (66.1, 66.2) an das um den Hohlbauteilkern angeordnete Fasermaterial, - Durchführen des Spritzpress-Vorgangs mittels der Spritzpress-Anlage.Method for producing a body frame element (1, 1 *) according to one of the preceding claims by means of an injection molding plant (60), comprising the method steps: - arranging fiber material (63) around a hollow component core (64), Inserting the hollow component core with the fiber material arranged around it into the cavity (65) of the injection molding plant, - applying flange material (66.1, 66.2) to the fiber material arranged around the hollow component core, - Carrying out the transfer molding process using the transfer molding system. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Flanschmaterial ein Fasermaterial angelegt wird.Procedure according to Claim 11 , characterized in that a fiber material is created as the flange material. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Flanschmaterial ein Metallblech angelegt wird.Procedure according to Claim 11 , characterized in that a metal sheet is created as the flange material. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass an der Kavität Ausnehmungen zum Anlegen und zum Anharzen des Flanschmaterials vorgesehen sind.Method according to one of the Claims 11 to 13 , characterized in that recesses are provided on the cavity for engaging and for resin-bonding the flange material.
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