DE102020131396A1

DE102020131396A1 - Hybrid-Cockpitquerträger und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE102020131396A1
Application number: DE102020131396.9A
Authority: DE
Inventors: Ik Keun Choi
Original assignee: Hyundai Mobis Co Ltd
Current assignee: Hyundai Mobis Co Ltd
Priority date: 2019-11-29
Filing date: 2020-11-26
Publication date: 2021-06-02
Also published as: US11753081B2; US20210163072A1; CN112873703A; KR20210067799A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hybrid-Cockpitquerträger, der mittels eines verbesserten Verfahrens hergestellt ist, bei welchem ein Einsatz-Umspritzgießen durchgeführt wird, ohne dass während des Spritzgießens ein Hydraulikdruck auf das Innere eines Metallrohres aufgebracht wird, um so einen Vorgang zur Herstellung eines Hybrid-Cockpitquerträgers zu vereinfachen und die Festigkeit des Cockpitquerträgers zu gewährleisten. Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Hybrid-Cockpitquerträger bereitgestellt, bei welchem ein Verstärkungsmaterial in ein Metallrohr eingesetzt ist, das ein Material eines Cockpitquerträgers ist. Das Metallrohr kann wie ein herkömmlicher Cockpitquerträger aus einem Material wie Aluminium, Magnesium oder Stahl hergestellt sein. Das Verstärkungsmaterial kann durch Extrudieren eines Kunstharzes oder eines Verbundmaterials (beispielsweise PP+GF50%) hergestellt sein. Eine Rippe kann in dem Verstärkungsmaterial ausgebildet sein, um die Fähigkeit zu erhöhen, dem Spritzdruck zu widerstehen, wenn das Metallrohr einsatz-gespritzt wird, und um die Festigkeit zu gewährleisten.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität und den Vorteil der Koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2019-0157778 , eingereicht am 29. November 2019, welche durch Bezugnahme Teil des Gegenstands der vorliegenden Anmeldung ist.
Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hybrid- Cockpitquerträger und insbesondere einen Hybrid-Cockpitquerträger mit einer Struktur, die eine verstärkte Festigkeit aufweist, und ein Verfahren mit einem vereinfachten Prozess zur Herstellung desselben.
Erörterung des Standes der Technik
Ein Cockpitquerträger ist eine Komponente eines Fahrzeugcockpitmoduls und dient der Führung und dem Stützen einer Vielzahl verschiedener Komponenten eines Cockpits, wie eine Lenkwelle, eine Instrumententafel, ein Klimaanlagensystem, einen Airbag, ein Audiosystem etc. Darüber hinaus ist der Cockpitquerträger ein Rahmen, der dazu ausgebildet ist, das seitliche Biegen oder Verwerfen eines Fahrzeugs zu verhindern und die Haltbarkeit einer Fahrzeugkarosserie zu erhöhen. Ferner bildet der Cockpitquerträger eine Führungsfläche, auf welcher die Komponenten des Cockpits angebracht sind, und bietet sicheren Schutz für die Insassen im Fall einer Frontalkollision.
Ein Cockpitquerträger wird unter Verwendung eines Rohres aus einem Metall wie Aluminium, Magnesium oder Stahl oder durch Spritzen eines Kunstharzes oder eines Verbundmaterials hergestellt. In den letzten Jahren wird ein Cockpitquerträger aus einem Hybridmaterial hergestellt, das ein Verbundmaterial oder eine Hybridsubstanz aufweist, um Kosten und Gewicht zu verringern.
1 zeigt ein Beispiel für einen Hybrid-Cockpitquerträger. Ein Herstellungsverfahren für den dargestellten Hybrid-Cockpitquerträger stellt sich wie folgt dar. Ein Aluminiumrohr wird in eine gewünschte Form gebogen und in eine Form eingeführt. Vor dem Spritzen eines Kunstharzes auf das Rohr wird das Innere des Rohres durch Aufbringen von Hydraulikdruck expandiert (als Hydroformverfahren bezeichneter Vorgang). Der aufgebrachte Hydraulikdruck liegt zwischen ungefähr 600 und 900 bar. In diesem Fall wird die Außenseite des Rohres einem Einsatz-Umspritzgießen unterzogen. Hierbei beträgt der Spritzdruck ungefähr 1300 bar.
Bei dem zuvor beschriebenen Herstellungsverfahren ist ein Grund für das Aufbringen des Hydraulikdrucks auf das Innere des Aluminiumrohres das Verhindern einer Veränderung der Abmessungen und einer Spritzleckage aufgrund der Verformung des Aluminiumrohres, welche während des Einsatz-Umspritzgießens durch den Spritzdruck bewirkt wird. 2 zeigt ein Beispiel für eine Spritzleckage (links). 2 zeigt ferner eine Ungleichmäßigkeit des Drucks in jeweiligen Bereichen des Rohres.
Wie zuvor beschrieben ist herkömmlicherweise aufgrund des Hydroformvorgangs die Anzahl der Vorgänge zur Herstellung eines Cockpitquerträgers erhöht und es ist erforderlich, Spritzvorrichtungen zu konstruieren, die in der Lage sind, ein Hydroformen durchzuführen, wodurch exzessive Kosten verursacht werden. Andererseits tritt in einem Rohr eine exzessive Verformung auf, wenn kein Hydraulikdruck aufgebracht wird.
Überblick über die Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft das Bereitstellen eines Cockpitquerträgers, der mittels eines verbesserten Verfahrens hergestellt wird, bei welchem ein Einsatz-Umspritzgießen durchgeführt wird, ohne dass während des Spritzgießens ein Hydraulikdruck auf das Innere eines Metallrohres aufgebracht wird, um so einen Vorgang zur Herstellung eines Hybrid-Cockpitquerträgers zu vereinfachen und die Festigkeit des Cockpitquerträgers zu gewährleisten, wodurch die genannten Probleme gelöst werden.
Zur Lösung der Probleme wird nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Hybrid-Cockpitquerträger bereitgestellt, bei welchem ein Verstärkungsmaterial in ein Metallrohr eingesetzt ist, das ein Material eines Cockpitquerträgers ist. Das Metallrohr kann wie ein herkömmlicher Cockpitquerträger aus einem Material wie Aluminium, Magnesium oder Stahl hergestellt sein. Das Verstärkungsmaterial kann durch Extrudieren eines Kunstharzes oder eines Verbundmaterials (beispielsweise PP+GF50%) hergestellt sein.
Eine Rippe kann in dem Verstärkungsmaterial ausgebildet sein, um die Fähigkeit zu erhöhen, dem Spritzdruck zu widerstehen, wenn das Metallrohr einsatz-gespritzt wird, und um die Festigkeit zu erhöhen. Die Rippe kann in zahlreichen verschiedenen Formen hergestellt werden wie beispielsweise in Kreuzform, in linearer Form, in polygonaler Form wie in Dreieckform oder Viereckform, in unregelmäßiger Form, etc.
Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Hybrid-Cockpitquerträgers bereitgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen eines Metallrohres, Bereitstellen eines Verstärkungsmaterials, Einsetzen des Verstärkungsmaterials in das bereitgestellte Metallrohr zur Herstellung eines halbfertigen Cockpitquerträgers, Einsetzen des halbfertigen Cockpitquerträgers in eine Form und Durchführen eines Einsatz-Umspritzgießens auf der Außenseite des Metallrohres in der Form.
Das Verstärkungsmaterial kann durch Spritzgießen, Stranggießen oder schneidendes Bearbeiten entsprechend der Innenform desselben hergestellt werden. Darüber hinaus kann das in das Metallrohr eingesetzte Verstärkungsmaterial unter Verwendung eines Klebers oder anderer Verbindungsteile fixiert werden.
Die zuvor beschriebenen Konfigurationen und Operationen der vorliegenden Erfindung ergeben sich deutlicher anhand von Ausführungsbeispielen, die nachfolgend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben werden.
Figurenliste
Die genannten und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich für den Fachmann deutlicher durch die detaillierte Beschreibung exemplarischer Ausführungsbeispiele derselben unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, in welchen:

1 eine exemplarische Ansicht eines Hybrid-Cockpitquerträgers zeigt;
2 zeigt Ansichten zur Beschreibung von Problemen eines herkömmlichen Hybrid-Cockpitquerträgers;
3 ist eine Explosionsdarstellung eines Hybrid-Cockpitquerträgers nach der vorliegenden Erfindung;
4 ist eine Querschnittsansicht eines Verstärkungsmaterials (20);
5 ist eine Ansicht zur Darstellung einer Außenseite eines halbfertigen Cockpitquerträgers, bei welchem das Verstärkungsmaterial (20) in ein Metallrohr (10) eingesetzt ist; und
6 ist eine exemplarische Ansicht eines Hybrid-Cockpitquerträgerprodukts, das entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellt und abschließend montiert wurde.

Detaillierte Beschreibung exemplarischer Ausführungsbeispiele
Die Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung und Verfahren zur Verwirklichung derselben ergeben sich deutlicher aus Ausführungsbeispielen, die nachfolgend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher beschrieben werden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die nachfolgenden Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann in zahlreichen unterschiedlichen Formen implementiert werden. Diese Ausführungsbeispiele werden vielmehr nur angeführt, um die Offenbarung der vorliegenden Erfindung zu vervollständigen und dem Fachmann zu ermöglichen, die Art der vorliegenden Erfindung zu verstehen. Die vorliegende Erfindung ist durch die Kategorie der Ansprüche definiert. In der vorliegenden Beschreibung verwendete Begriffe dienen der Beschreibung der Ausführungsbeispiele und sollen die vorliegende Erfindung nicht beschränken. Wie vorliegend verwendet umfassen Ausdrücke im Singular, sofern nicht im Kontext anders definiert, Ausdrücke im Plural. Es sei ferner darauf hingewiesen, dass die Begriffe „aufweist“, „aufweisend“, „umfasst“ und/oder „umfassend“, sofern vorliegend verwendet, das Vorhandensein angegebener Komponenten, Schritte, Operationen und/oder Elemente angeben, jedoch das Vorhandensein und/oder das Hinzufügen eines oder mehrere anderer Komponenten, Schritte, Operationen und/oder Elemente nicht ausschließen.
Nachfolgend werden exemplarische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher beschrieben. Im Hinblick auf das Hinzufügen von Bezugszeichen für Elemente in jeder Zeichnung sei darauf hingewiesen, dass gleiche Bezugszeichen, die bereits zur Bezeichnung gleicher Elemente in anderen Zeichnungen verwendet wurden, wo immer möglich für diese Elemente verwendet werden. Ferner entfallen bei der Beschreibung der vorliegenden Erfindung detaillierte Beschreibungen, die sich auf bekannte Funktionen oder Konfigurationen beziehen, um den Gegenstand der vorliegenden Erfindung nicht unnötig zu verunklaren.
3 ist eine Explosionsdarstellung eines Hybrid-Cockpitquerträgers nach der vorliegenden Erfindung.
Ein rohr- oder stabförmiges Verstärkungsmaterial 20 wird in ein Metallrohr 10 eingesetzt. Das Metallrohr 10 besteht aus einem Material wie Aluminium, Magnesium oder Stahl. Das Verstärkungsmaterial 20 ist durch Extrudieren eines Kunstharzes oder eines Verbundmaterials (beispielsweise pp+GF50%) hergestellt.
Wie zuvor beschrieben kann, wenn das Metallrohr 10 mit einer mehrlagigen Struktur hergestellt ist, bei welcher das Verstärkungsmaterial 20 in das Metallrohr 10 eingesetzt ist, die Dicke oder der Durchmesser im Vergleich mit einem Metallrohr mit derselben Spezifikation wie das Metallrohr 10 verringert werden, wodurch die zusätzlichen Effekte einer Kostenverringerung, einer Gewichtsverringerung und einer erhöhten Designflexibilität erreicht werden.
4 ist eine Querschnittsansicht eines Verstärkungsmaterials 20.
Durch das Verwenden einer kreuzförmigen („+“) Rippe 30 in einem extrudierten Rohr kann die Fähigkeit, Spritzdruck zu widerstehen, erhöht werden, wenn das Metallrohr 10 umspritzt wird, und eine Festigkeit gegen eine Fahrzeugkollision sowie eine Festigkeit gegen ein Durchhängen können gewährleistet werden, wenn der Cockpitquerträger nach der Herstellung in einem tatsächlichen Fahrzeug verwendet wird.
Die in 4 dargestellte Rippe 30 ist kreuzförmig („+“) ausgebildet, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Um das Ziel der Erhöhung der Festigkeit des Verstärkungsmaterials 20 zu erreichen, kann die Rippe 30 in zahlreichen verschiedenen Formen ausgebildet sein, beispielsweise einer einfachen linearen („-‟) Form, einer polygonalen Form, wie eine Dreieckform oder eine Viereckform, einer unregelmäßigen Form (Sternform oder ovale Form), oder dergleichen.
5 zeigt einen halbfertigen Cockpitquerträger in einem Zustand, in welchem das Verstärkungsmaterial 20 in das Metallrohr 10 eingesetzt ist. Hierbei bezeichnet der Ausdruck „halbfertiger Cockpitquerträger“ ein Produkt vor der Durchführung eines Einsatz-Umspritzens durch Einlegen des halbfertigen Cockpitquerträgers in eine Form für das Einsatz-Umspritzen. Nach dem Einlegen des halbfertigen Cockpitquerträgers in die Form wird das Einsatz-Umspritzen mit einem Kunstharz unmittelbar durchgeführt, ohne einen bei einem herkömmlichen Prozess erforderlichen Hydroformvorgang unter Aufbringung von Hydraulikdruck durchzuführen.
6 ist eine exemplarische Ansicht eines Hybrid-Cockpitquerträgerprodukts, das entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellt und abschließend montiert wurde. Zahlreiche verschiedene erforderliche Halterungen und Stützen sind an einem einsatz-gespritzten Querträger angebracht.
Nach der vorliegenden Erfindung sind die Festigkeit (A) gegen Noise Vibration Harshness (NVH - Geräusch, Vibration, Rauheit), die Festigkeit (B) eine Kollision und die Festigkeit (C) gegen Durchhängen sämtlich verbessert. Um die Festigkeiten zu verbessern, werden jedoch die Kosten nicht erhöht und der Prozess wird nicht verkompliziert, sondern es wird vielmehr der Hydroformvorgang eliminiert. Somit sind die Kosten im Hinblick auf den Prozess verringert und der Prozess ist vereinfacht.
Nachfolgend wird ein Prozess zur Herstellung des Hybrid-Cockpitquerträgers durch Einsatz-Spritzgießen ausführlich beschrieben.
Zuerst wird ein Metallrohr 10 bereitgestellt. Als Metallmaterial kann ein Material wie Aluminium, Magnesium oder Stahl verwendet werden.
Ein Verstärkungsmaterial 20 wird bereitgestellt. Das Verstärkungsmaterial 20 kann aus einem Kunstharz oder einem Verbundmaterial (beispielsweise PP+GF50%) mit hoher Festigkeit bestehen. Das Verstärkungsmaterial 20 kann durch Spritzgießen, Stranggießen oder schneidendes Bearbeiten entsprechend der Innenform desselben hergestellt werden.
Das Verstärkungsmaterial 20 wird in das bereitgestellte Metallrohr 10 eingesetzt. Es ist ein kaltes oder ein warmes Einsetzen möglich, und die Abmessungen des Metallrohrs 10 und des Verstärkungsmaterials 20 und eines Spalts zwischen diesen werden entsprechend dem durchgeführten Einsetzverfahren bestimmt. Ob ein Kleber oder Verbindungsteile (beispielsweise Schrauben oder dergleichen) zwischen dem Metallrohr 10 und dem Verstärkungsmaterial 20 verwendet wird, wird ferner entsprechend den Designspezifikationen des Fachmanns bestimmt.
Ein wie zuvor beschrieben hergestellter halbfertiger Cockpitquerträger wird in eine Form eingelegt.
Die Außenseite eines Rohrs in der Form wird einem Einsatz-Umspritzen unterzogen. In diesen Fall ist ein Hydroformen zum Expandieren des Inneren des Rohres mittels Hydraulikdruck nicht nötig. Daher ist der Spritzdruck von ungefähr 1300 bar, der herkömmlicherweise verwendet wird, auf einen Druck von weniger als ungefähr 1000 bar oder einen Druck von mehreren Hundert bar verringert, der geringer oder gleich 1000 bar ist.
Danach wird nach dem Durchführen eines Druckhaltevorgangs oder dergleichen die Form geöffnet (Formöffnen), um ein geformtes Produkt herauszunehmen, und erforderliche Komponenten wie eine Lenksäule, eine Halterung und eine Stütze werden an dem geformten Produkt angebracht. Eine abschließende Prüfung wird mittels einer Lehre, beispielsweise einer Ausschusslehre, durchgeführt, um einen fertigen Hybrid-Cockpitquerträger freizugeben.
Da ein für einen herkömmlichen Hybrid-Cockpitquerträger erforderlicher Hydroformvorgang nicht vorgesehen ist, ist gemäß der vorliegenden Erfindung die Anzahl der Herstellungsprozesse verringert, und Hydroformvorrichtungen sind nicht erforderlich, wodurch die Festigkeit eines Cockpitquerträgers erhöht ist und die Festigkeit gegen NVH, die Festigkeit gegen eine Kollision und die Festigkeit gegen Durchhängen sämtlich verbessert sind.
Die Konfiguration der vorliegenden Erfindung wurde unter Bezugnahme auf die exemplarischen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung näher beschrieben, jedoch ist für den Fachmann ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung in einer anderen spezifischen Form, die von dem in dieser Beschreibung offenbarten Inhalt verschieden ist, implementiert werden kann, ohne den technischen Gedanken oder ein essentielles Merkmal der vorliegenden Erfindung zu verändern. Somit ist anzuerkennen, dass die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele in jedem Sinne illustrativ und nicht restriktiv sind. Der rahmen der vorliegenden Erfindung ist eher durch die nachfolgenden Ansprüche als durch die detaillierte Beschreibung wiedergegeben und eine Interpretation dahingehend zu erfolgen hat, dass der Rahmen der Ansprüche und sämtlicher Änderungen oder modifizierten Formen, welche aus den Äquivalenten derselben abgeleitet sind, in den Rahmen der vorliegenden Erfindung fallen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

KR 1020190157778 [0001]

Claims

Hybrid-Cockpitquerträger mit: einem Metallrohr; und einem Verstärkungsmaterial, das in das Metallrohr eingesetzt ist.
Hybrid-Cockpitquerträger nach Anspruch 1, bei welchem das Verstärkungsmaterial aus mindestens einem Material besteht, das unter einem Kunstharz und einem Verbundmaterial gewählt ist.
Hybrid-Cockpitquerträger nach Anspruch 2, bei welchem das Verbundmaterial PP+GF50% ist.
Hybrid-Cockpitquerträger mit: einem Metallrohr; und einem Verstärkungsmaterial, das in das Metallrohr eingesetzt ist, wobei eine Rippe im Inneren des Verstärkungsmaterials vorgesehen ist, um eine Fähigkeit zu erhöhen, Spritzdruck zu widerstehen, wenn das Metallrohr umspritzt wird, und um die Festigkeit zu gewährleisten.
Hybrid-Cockpitquerträger nach Anspruch 4, bei welchem das Verstärkungsmaterial aus mindestens einem Material besteht, das unter einem Kunstharz und einem Verbundmaterial gewählt ist.
Hybrid-Cockpitquerträger nach Anspruch 5, bei welchem das Verbundmaterial PP+GF50% ist.
Hybrid-Cockpitquerträger nach Anspruch 4, bei welchem die Rippe kreuzförmig ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Hybrid-Cockpitquerträgers, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen eines Metallrohres und eines in das Metallrohr einzusetzenden Verstärkungsmaterials; Einsetzen des Verstärkungsmaterials in das bereitgestellte Metallrohr zur Herstellung eines halbfertigen Cockpitquerträgers; Einsetzen des halbfertigen Cockpitquerträgers in eine Form; und Durchführen eines Einsatz-Umspritzgießens auf der Außenseite des Metallrohres in der Form.
Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem bei dem Bereitstellen des Verstärkungsmaterials das Verstärkungsmaterial nach einem der folgenden Verfahren hergestellt wird: einem Spritzgießverfahren, einem Stranggießverfahren und einem schneidenden Bearbeitungsverfahren.
Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem das Einsetzen des Verstärkungsmaterials in das bereitgestellte Metallrohr das Fixieren des in das Metallrohr eingesetzten Verstärkungsmaterials mittels eines Verbindungsteils aufweist.