DE19825603A1

DE19825603A1 - Lightweight reinforcement is produced within a vehicle component cavity especially a galvanized automobile part

Info

Publication number: DE19825603A1
Application number: DE19825603A
Authority: DE
Inventors: Wolf-Dieter Schneider
Original assignee: M I M HUETTENWERKE DUISBURG GM
Current assignee: M I M HUETTENWERKE DUISBURG GM
Priority date: 1998-06-09
Filing date: 1998-06-09
Publication date: 1999-12-23
Also published as: DE59901354D1

Abstract

A reinforcement is produced in a vehicle component cavity by in-situ formation of a zinc or a zinc alloy foam (4) within the cavity (3). Independent claims are also included for the following: (i) a molded article for producing the above metal foam reinforcement, the article consisting of zinc or a zinc alloy and more than 0.5 wt.% of a foaming agent, especially a hydride of titanium, magnesium and/or zirconium; and (ii) a support structure comprising a basic body of metal (especially zinc, zinc alloy, aluminum, aluminum alloy, magnesium or magnesium alloy) foam which is not foamed within a vehicle component cavity.

Description

Die Erfindung betrifft zunächst einmal ein Verfahren zum Einbringen einer Verstär kung in einen Hohlraum eines Kfz-Bauteils, insbesondere einer A-Säule, einer B-Säu le, einer C-Säule, einer D-Säule, eines Motorträgers, eines Heckträgers, eines Dach querträgers, eines Dachholmes, eines Fahrwerksteils oder dergleichen.The invention relates first of all to a method for introducing a reinforcement kung in a cavity of a motor vehicle component, in particular an A-pillar, a B-Säu le, a C-pillar, a D-pillar, an engine carrier, a rear carrier, a roof cross member, a roof spar, a chassis part or the like.

An Kfz-Bauteile der vorgenannten Art, und insbesondere an Pkw-Bauteile, werden bestimmte Anforderungen gestellt, insbesondere um Personenschäden bei Unfällen zu verhindern bzw. so gering wie möglich zu halten. Aus diesem Grunde werden die in der Regel aus Metall bestehenden Kfz-Bauteile verstärkt. Durch die Verstärkung soll die Knicksteifigkeit und die Energieaufnahme des Kfz-Bauteils erhöht werden. Eine weitere wesentliche Anforderung gerade im Pkw-Bereich besteht darin, daß das ver stärkte Kfz-Bauteil ein möglichst geringes Gewicht haben soll. Darüber hinaus sollen die Herstellungskosten des verstärkten Bauteils möglichst gering sein. Wichtig ist weiterhin, daß die verstärkten Kfz-Bauteile nicht korrodieren, wobei gleichzeitig si chergestellt sein muß, daß die Verstärkung im eingebauten Zustand nicht klappert oder knirscht. Desweiteren müssen die genannten, verstärkten Kfz-Bauteile in einem Temperaturbereich von etwa -40°C bis etwa 200°C ihre uneingeschränkte Funktion beibehalten.On automotive components of the aforementioned type, and in particular on automotive components certain requirements, in particular to cause personal injury in accidents prevent or keep it as low as possible. For this reason, the in usually made of metal automotive components reinforced. By reinforcement should the buckling stiffness and the energy consumption of the motor vehicle component are increased. A Another essential requirement, especially in the car sector, is that the ver strengthened automotive component should be as light as possible. Beyond that the manufacturing costs of the reinforced component should be as low as possible. Important is furthermore that the reinforced motor vehicle components do not corrode, at the same time si It must be ensured that the reinforcement does not rattle when installed or crunches. Furthermore, the above-mentioned reinforced automotive components must be in one Temperature range from about -40 ° C to about 200 ° C their unrestricted function maintained.

Kfz-Bauteile der eingangs genannten Art werden derzeit dadurch verstärkt, daß aus Stahl bestehende Einsätze in die einzelnen Kfz-Bauteile eingeschweißt werden. Diese Stahleinsätze müssen, um in den Hohlraum des Bauteils passend eingesetzt und dort angeschweißt werden zu können, zunächst durch Tiefzieh- bzw. Umformvorgänge in die gewünschte Form gebracht werden. Insgesamt ist das Herstellen einer derartigen, aus Stahl bestehenden Verstärkung und das anschließende Anschweißen recht ar beitsaufwendig und kostenintensiv. Darüber hinaus erhöht sich durch die Stahl-Ver stärkung das Gewicht des Kfz-Bauteils nicht unerheblich.Automotive components of the type mentioned are currently reinforced by the fact that Steel existing inserts are welded into the individual automotive components. This Steel inserts need to fit in and fit into the cavity of the component to be able to be welded on, first by deep drawing or forming processes in the desired shape. Overall, the manufacture of such a reinforcement made of steel and the subsequent welding quite ar laborious and costly. It also increases due to the steel ver strengthening the weight of the vehicle component is not insignificant.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Einbringen einer Verstärkung in einen Hohlraum eines Kfz-Bauteils der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, bei dem die Verstärkung einfach und kostengünstig eingebracht werden kann und wobei das Kfz-Bauteil und die Verstärkung im übrigen den im Kraftfahrzeugbau an derartige Bauteile zu stellenden Anforderungen gerecht werden. The object of the invention is therefore a method for introducing a reinforcement available in a cavity of a motor vehicle component of the type mentioned places where the reinforcement can be introduced easily and inexpensively and wherein the motor vehicle component and the reinforcement in the rest of that in motor vehicle construction to meet requirements to be placed on such components.

Die zuvor hergeleitete Aufgabe ist erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß insbesondere zur Erhöhung-der Steifigkeit des Bauteils und/oder der Energieauf nahme des Bauteils und/oder zur Gewichtsreduzierung des Bauteils eine aus einem Metallschaum bestehende Verstärkung in den Hohlraum eingebracht wird. Es sei darauf hingewiesen, daß unter dem Ausdruck "Metallschaum" sowohl ein schaumar tiges Material mit im wesentlichen geschlossenen Zellen bzw. Poren, als auch ein schwammartiges Material (Metallschwamm) mit im wesentlichen offenen Zellen bzw. Poren verstanden wird.According to the invention, the previously derived object is essentially achieved by that in particular to increase the rigidity of the component and / or the energy Taking the component and / or to reduce the weight of the component one from one Metal foam existing reinforcement is introduced into the cavity. It is noted that under the expression "metal foam" both a foam term material with essentially closed cells or pores, as well as a sponge-like material (metal sponge) with essentially open cells or Pores is understood.

Bei Versuchen ist festgestellt worden, daß ein Metallschaum als Verstärkung in einem Kfz-Bauteil allen wesentlichen, an ein derartiges Bauteil zu stellenden Anforderun gen gerecht wird. Zunächst einmal verfügt ein derartiger Schaum über eine hohe Knicksteifigkeit und ein hohes Energieaufnahmevermögen. Darüber hinaus hat eine aus Metallschaum bestehende Verstärkung, selbst wenn der Hohlraum des Bauteils vollständig mit Metallschaum gefüllt ist, ein extrem geringes Gewicht. Im übrigen ist es sogar möglich, das Gewicht des Bauteils dadurch zu reduzieren, daß die Wand- bzw. Materialstärke des Bauteils verringert und diese Verringerung auch im Hinblick auf die Festigkeitsanforderungen durch den Metallschaum ausgeglichen wird. Au ßerdem ergeben sich relativ niedrige Herstellungskosten einerseits zur Herstellung des Metallschaums und andererseits beim Einbringen des Metallschaums in den Hohl raum des Bauteils.Experiments have shown that a metal foam reinforcement in one Automotive component all essential requirements to be placed on such a component conditions. First of all, such a foam has a high Stiffness and high energy absorption. In addition, one reinforcement made of metal foam, even if the cavity of the component completely filled with metal foam, extremely light weight. For the rest is it is even possible to reduce the weight of the component in that the wall or Reduced material thickness of the component and this reduction also with regard is balanced to the strength requirements by the metal foam. Au In addition, there are relatively low manufacturing costs for manufacturing the Metal foam and on the other hand when inserting the metal foam into the hollow space of the component.

Obwohl die Erfindung bevorzugt im Kfz-Bereich eingesetzt werden kann, ist sie nicht auf den Kfz-Bereich an sich beschränkt. Letztlich läßt sich die Erfindung überall einsetzen, wo die gleichen oder jedenfalls ähnliche Anforderungen wie im Kfz-Bereich gestellt werden.Although the invention can preferably be used in the automotive field, it is not limited to the automotive sector itself. Ultimately, the invention use wherever the same or at least similar requirements as in Automotive sector.

Der Metallschaum wird einerseits aus flüssigen Metall und andererseits aus Treibmit tel hergestellt. Bei einer Alternative ist vorgesehen, daß das Treibmittel dem Metall au ßerhalb des Hohlraums zugegeben und dann, unmittelbar nach der Zugabe des Treibmittels zum Metall, direkt in den Hohlraum als sich ggf. gerade bildender Metall schaum eingebracht wird. Der nach dem Einbringen des Treibmittels in das Metall entstehende Metallschaum wird bei dieser Variante direkt in den Hohlraum einge schäumt und erstarrt dort. Diese Art des Einbringens erfordert nur eine geringe An zahl von Arbeitsschritten und ist am Bauteil selbst leicht durchzuführen.The metal foam is made of liquid metal on the one hand and blowing agent on the other tel manufactured. In an alternative it is provided that the blowing agent au the metal added outside the cavity and then immediately after the addition of the Blowing agent to the metal, directly into the cavity as metal that may be forming foam is introduced. The one after the blowing agent has been introduced into the metal The resulting metal foam is directly inserted into the cavity in this variant foams and solidifies there. This type of insertion requires only a small amount number of work steps and is easy to carry out on the component itself.

Alternativ ist es auch möglich, daß das Metall in flüssiger Form und gleichzeitig oder wenige Sekunden später das Treibmittel - getrennt vom Metall - in den Hohlraum eingebracht werden. Bei dieser Impf- bzw. Injektionsbehandlung entsteht der Metall schaum erst im Hohlraum selbst, der dann ebenfalls dort erstarrt. Bei beiden Alternati ven ist es so, daß der Hohlraum des Bauteils innerhalb weniger Sekunden nach dem Einbringungsvorgang mit Metallschaum gefüllt ist. Der gesamte Einbringungsvor gang dauert also nur sehr kurze Zeit.Alternatively, it is also possible for the metal to be in liquid form and simultaneously or a few seconds later the blowing agent - separated from the metal - into the cavity be introduced. The metal is formed during this vaccination or injection treatment first foam in the cavity itself, which then also solidifies there. With both alternatives ven is that the cavity of the component within a few seconds after the Insertion process is filled with metal foam. The entire contribution process so it only takes a very short time.

Außerdem ist es möglich, das Treibmittel vor dem Einbringen des Metalls in den Hohl raum einzubringen. Hierbei sind grundsätzlich verschiedene Verfahren möglich. Beim sogenannten Sandwich-Verfahren befindet sich das Treibmittel in einer vorzugsweise aus dem jeweiligen Metall bestehenden Box. Diese wird vom in den Hohlraum ein strömenden Metall aufgeschmolzen, so daß das Treibmittel zur Schaumbildung frei gegeben wird. Außerdem ist es möglich, das Treibmittel in Tablettenform in den Hohl raum des Bauteils einzugeben, bevor das Metall in den Hohlraum eingebracht wird. Weiterhin ist es möglich, in den Hohlraum des Bauteils einen aus dem betreffenden Metall und dem Treibmittel bestehenden Formling einzulegen. Dieser Formling gibt beim Einbringen des flüssigen Metalls das Treibmittel frei und wird im übrigen jeden falls angeschmolzen. Darüber hinaus dient der Formling dazu, Wärmeenergie aus dem flüssigen Metall aufzunehmen, so daß keine zu starke Erhitzung des Bauteils beim Einbringen des Metalls auftritt. Des weiteren kann das Treibmittel in Form von Injek tionsdraht und/oder vorzugsweise mit dem betreffenden Metall ummantelten Injekti onsstücken zu jedem Verfahrenszeitpunkt dem flüssigen Metall zugegeben werden.It is also possible to use the blowing agent before introducing the metal into the cavity bring space. In principle, various methods are possible here. At the The so-called sandwich process preferably contains the blowing agent box made of the respective metal. This is inserted into the cavity flowing metal melted, so that the blowing agent for foaming free is given. It is also possible to put the propellant in tablet form in the cavity enter the space of the component before the metal is introduced into the cavity. Furthermore, it is possible to insert one from the relevant one into the cavity of the component Insert metal and the blowing agent existing molding. This molding gives when the liquid metal is introduced, the blowing agent is released and, moreover, everyone if melted. In addition, the molding is used to extract thermal energy from the absorb liquid metal, so that no excessive heating of the component when Introducing the metal occurs. Furthermore, the propellant can be in the form of Injek tion wire and / or preferably coated with the metal injecti in question on pieces are added to the liquid metal at any point in the process.

Bei einer anderen Alternative ist vorgesehen, in den Hohlraum des Bauteils zunächst einen aus Metallschaum bestehenden Formling oder Formkörper einzulegen. Dieser Formling ist zuvor bereits hergestellt worden. Der Formling hat solche Abmaße, daß zwischen der Wandung des Kfz-Bauteils und dem Formling ein hinreichender Freiraum vorhanden ist, in den Freiraum Metallschaum bzw. Metall einfließen kann. Zur Offenhaltung des Freiraums sind entsprechende Abstandshalter vorgesehen, die auch am Formkörper selbst ausgebildet sein können. Um dabei eine gute Verbindung zwischen dem in den Freiraum eingebrachten Metallschaum und dem Formling sowie dem Kfz-Bauteil an sich zu erzielen, sollten am Formling und am Kfz-Bauteil Hinter schneidungen und/oder korrespondierende Eingriffsabschnitte o. dgl. vorgesehen sein, so daß sich nach dem Erstarren des in den Freiraum eingebrachten Metall schaums eine feste Verbindung ergibt.In another alternative, it is provided first in the cavity of the component insert a molding or molded body consisting of metal foam. This Formling has previously been produced. The molding has such dimensions that a sufficient between the wall of the vehicle component and the molding There is free space into which metal foam or metal can flow. Corresponding spacers are provided to keep the free space open can also be formed on the molded body itself. To make a good connection between the metal foam introduced into the free space and the molding, and To achieve the vehicle component itself, should be on the molding and on the vehicle component rear cuts and / or corresponding engagement sections or the like be so that after the solidification of the metal introduced into the free space foam creates a firm connection.

Bei Versuchen, die angestellt worden sind, ist festgestellt worden, daß sehr geringe Mengen an Treibmittel zur Herstellung des erfindungsgemäßen Metallschaums aus reichen. So kann der Anteil des Treibmittels zwischen 0, 5 und 3 Gew.-%, vorzugs weise bei etwa 1 Gew.-% liegen. Als Treibmittel zur Herstellung des Metallschaums eignen sich besonders Titanhydrid und/oder Zirkoniumhydrid.In experiments that have been carried out, it has been found that very few Amounts of blowing agent for the production of the metal foam according to the invention pass. For example, the proportion of the blowing agent can be between 0, 5 and 3% by weight be about 1 wt .-%. As a blowing agent for the production of the metal foam titanium hydride and / or zirconium hydride are particularly suitable.

Als Metall für den Metallschaum eignet sich grundsätzlich Aluminium, da dieses Me tall ein vergleichsweise geringes spezifisches Gewicht hat. Allerdings hat Aluminium eine relativ hohe Schmelztemperatur von etwa 660°C, was beim Einbringen dieses Metalls in das Kfz-Bauteil dazu führen kann, daß sich dieses aufgrund der hohen Temperatur verzieht. Außerdem ist die Porenstruktur von Aluminium nicht gleichmä ßig, so daß eine aus Aluminiumschaum bestehende Verstärkung nicht an jeder Stelle die gleichen Festigkeits- und Energieaufnahmeeigenschaften hat. Darüber hinaus ist das Korrosionsverhalten von Aluminium in Verbindung mit Stahlblech bzw. verzink tem Stahlblech nicht gut.Aluminum is generally suitable as metal for the metal foam, since this me tall has a comparatively low specific weight. However, aluminum has a relatively high melting temperature of about 660 ° C, which is when this is introduced Metal in the vehicle component can cause this due to the high Temperature warps. In addition, the pore structure of aluminum is not uniform ßig, so that a reinforcement made of aluminum foam is not at every point has the same strength and energy absorption properties. Beyond that the corrosion behavior of aluminum in connection with sheet steel or galvanized steel sheet is not good.

Besonders bevorzugt als Ausgangsmetall für den Metallschaum ist Zink, das zu nächst aufgrund seines relativ hohen spezifischen Gewichtes von 7,2, was damit etwa dreimal höher ist als das von Aluminium - eher als ungeeignet erscheint, da das Bau gruppengewicht gerade im Pkw-Fahrzeugbau eine besondere Bedeutung hat. Aller dings läßt sich bei der Herstellung des Zinkschaums eine Volumenvergrößerung von wenigstens 1 : 8 erzielen, während sich bei Aluminium nur eine Volumenvergrößerung von 1 : 5 erzielen läßt. Durch diese Volumenvergrößerung läßt sich das höhere spezifi sche Gewicht von Zink gegenüber Aluminium jedenfalls teilweise kompensieren. We sentlich ist aber, daß Zink eine vergleichsweise geringe Schmelztemperatur von etwa 419°C hat, so daß nicht befürchtet werden muß, daß sich das Bauteil beim Einbringen des Metalls bzw. des Metallschaums in den Hohlraum verzieht. Außerdem ist die Po renstruktur von Zinkschaum sehr homogen und das Korrosionsverhalten ist sehr gut. Zinc that is particularly preferred as the starting metal for the metal foam is next due to its relatively high specific weight of 7.2, which is about is three times higher than that of aluminum - seems rather unsuitable since the construction group weight is particularly important in car vehicle construction. Everything However, in the production of the zinc foam, a volume increase of achieve at least 1: 8, while with aluminum only a volume increase of 1: 5 can be achieved. This increase in volume allows the higher specific At least partially compensate for the weight of zinc compared to aluminum. We However, it is significant that zinc has a comparatively low melting temperature of approximately 419 ° C, so that there is no need to fear that the component will move when inserted the metal or the metal foam warps into the cavity. In addition, the bottom structure of zinc foam is very homogeneous and the corrosion behavior is very good.

Aus den zuvor genannten Gründen ist daher bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß zur Herstellung des Metallschaums lediglich ein einziges Treibmittel und Zink und keine weiteren Ausgangsmaterialien verwendet werden.For the reasons mentioned above is therefore in a preferred embodiment provided that only a single blowing agent for the production of the metal foam and zinc and no other raw materials are used.

Grundsätzlich geeignet ist neben Aluminium und Zink aber auch Magnesium sowie Legierungen der zuvor genannten Metalle.In addition to aluminum and zinc, magnesium is also generally suitable Alloys of the aforementioned metals.

Herstellungstechnisch erfolgt das Einbringen des Metallschaums derart, daß zunächst das Bauteil in ein unteres Formteil einer Form eingelegt wird. Anschließend werden die Form und auch der Hohlraum durch Aufsetzen eines oberen Formteils auf das un tere Formteil geschlossen, so daß dann der Metallschaum bzw. das Metall und das Treibmittel über wenigstens eine Einfüllöffnung in die geschlossene Form bzw. den geschlossenen Hohlraum eingebracht werden können. Alternativ kann das Treibmit tel auch vorab in den Hohlraum eingebracht werden, wie dies zuvor beschrieben worden ist.Technically, the metal foam is introduced in such a way that initially the component is inserted into a lower molded part of a mold. Then be the shape and also the cavity by placing an upper molding on the un tere molding closed so that the metal foam or the metal and the Blowing agent through at least one fill opening in the closed form or closed cavity can be introduced. Alternatively, the propellant tel can also be introduced into the cavity in advance, as previously described has been.

Bauteile der eingangs genannten Art weisen in der Regel Öffnungen auf, die in den Hohlraum münden. Derartige Öffnungen im Bauteil werden durch die zuvor ge nannte Form zumindest im wesentlichen abgedichtet, so daß der Metallschaum beim Einbringen nicht aus dem Hohlraum bzw. dem Bauteil herausschäumt.Components of the type mentioned generally have openings in the Open cavity. Such openings in the component are ge through the previously mentioned shape at least substantially sealed, so that the metal foam when Do not foam out of the cavity or the component.

Um zu verhindern, daß sich die Bauteile beim Einbringen des flüssigen Metallschaums in den Hohlraum zu stark erhitzen und dabei möglicherweise bestimmte Festigkeitsei genschaften verlieren, ist bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorge sehen, daß die Form zumindest teilweise gekühlt wird. Allerdings ist festgestellt wor den, daß es bei Verwendung von Zink ohne weiteres auch möglich ist, ohne eine Kühlung der Form zu arbeiten. Sobald nämlich das Zink bzw. der Zinkschaum in flüssiger Form in das Bauteil eingebracht bzw. eingeschäumt wird, ergibt sich sofort eine Temperaturverminderung und ein zum Bauteil hin abnehmender Temperatur gradient.To prevent the components from getting in when the liquid metal foam is introduced overheating in the cavity, possibly with certain strength lose properties is preferred in an advantageous embodiment of the invention see that the mold is at least partially cooled. However, it has been established the fact that when using zinc it is also easily possible without one Cool the mold to work. As soon as the zinc or the zinc foam in liquid form is introduced or foamed into the component, results immediately a temperature decrease and a temperature decreasing towards the component gradient.

Statt des unmittelbaren bzw. direkten Einbringens des Metallschaums in den Hohl raum ist es auch möglich, daß in den Hohlraum ein aus einem Metallschaum beste hender, fester Formkörper als Verstärkung eingebracht wird. Um ein Klappen oder Knirschen des auf diese Weise eingebrachten Formkörpers zu verhindern, und dabei gleichzeitig eine möglichst einfache Art der Befestigung des Formkörpers am Bauteil bzw. im Hohlraum zu gewährleisten, sind die ursprünglichen Abmaße des Formkör pers zumindest an seinem dem Hohlraum zugewandten Bereich jedenfalls derart ge ringfügiggrößer als die Abmaße des Hohlraumes, daß der Formkörper nach seinem Einbringen lediglich über eine Verspannung, also über eine reibschlüssige Verbin dung im Hohlraum des Bauteils gehalten wird. Dies kann beispielsweise dadurch re alisiert werden, daß der Formkörper in den Hohlraum eingepreßt wird.Instead of the direct or direct introduction of the metal foam into the hollow space, it is also possible that the best of a metal foam in the cavity hender, solid molded body is introduced as a reinforcement. To fold or To prevent crunching of the molded body introduced in this way, and thereby at the same time, the simplest possible way of fastening the molded body to the component or to ensure in the cavity, the original dimensions of the molded body pers at least on its area facing the cavity slightly larger than the dimensions of the cavity that the molded body according to its Introduced only via tension, i.e. via a frictional connection is kept in the cavity of the component. This can be done by re be alized that the molded body is pressed into the cavity.

Statt der reibschlüssigen Verbindung ist es auch möglich, daß am Formkörper und/oder am Kfz-Bauteil an sich entsprechende Hinterschnitte bzw. Eingriffsmittel vorgesehen sind, um zwischen diesen beiden Bauteilen eine formschlüssige Verbin dung zu realisieren.Instead of the frictional connection, it is also possible for the molded body and / or corresponding undercuts or engagement means on the motor vehicle component are provided to form a positive connection between these two components to realize.

Neben dem Verfahren zum Einbringen einer Verstärkung in einen Hohlraum eines Kfz-Bauteil betrifft die folgende Erfindung aber auch ein derartiges Kfz-Bauteil an sich. Dieses ist, wie zuvor bereits beschrieben worden ist, mit einer aus einem Metall schaum bestehenden Verstärkung versehen, die entweder als flüssiger Schaum direkt oder als fester Formkörper in den Hohlraum eingebracht worden ist. Auch eine Mischform, wie zuvor beschrieben, ist möglich. Es ist darauf hinzuweisen, daß unter dem Ausdruck "Kfz-Bauteil" nicht nur ein einzelnes Bauteil an sich, sondern daß hierunter auch ganze Baugruppen verstanden werden.In addition to the method of introducing a reinforcement into a cavity of a The following invention also relates to a motor vehicle component of such a motor vehicle component yourself. As previously described, this is made of a metal foam existing reinforcement provided either as liquid foam directly or has been introduced into the cavity as a solid molded body. Also one Mixed form as described above is possible. It should be noted that under the term "automotive component" not just a single component in itself, but that this also includes whole assemblies.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Trägerstruktur für ein Kfz-Bauteil.The invention further relates to a support structure for a motor vehicle component.

Trägerstrukturen für Kfz-Bauteile bzw. Kfz-Baugruppen sind bereits bekannt. Bei den Trägerstrukturen handelt es sich beispielsweise um Schalttafelträger, Radioträger, Tür-Innenverkleidungsbaugruppen, Verstärkungen für Haube bzw. Heckklappe und Sitzkomponenten.Support structures for motor vehicle components or motor vehicle assemblies are already known. At the support structures are, for example, control panel supports, radio supports, Door interior trim assemblies, reinforcements for hood or tailgate and Seating components.

An Kfz-Bauteile der vorgenannten Art bzw. die dazu gehörigen Trägerstrukturen werden eine Reihe von Anforderungen gestellt. Hierzu gehören im wesentlichen ho he Steifigkeit, geringes Gewicht, hohe Formstabilität und Korrosionsunempfindlich keit. On automotive components of the aforementioned type or the associated support structures there are a number of requirements. This essentially includes ho he stiffness, low weight, high dimensional stability and insensitive to corrosion speed.

Des weiteren besteht gerade für aus Kunststoff bestehende Trägerstrukturen die For derung nach einem geringen Temperaturausdehnungskoeffizienten. Nachteilig bei Kunststoff ist nämlich, daß dieser einen vergleichsweise großen Temperaturausdeh nungskoeffizienten hat. Um diesem Temperaturausdehnungskoeffizienten Rechnung tragen zu können, müssen große Spalte zu benachbarten Bauteilen vorhanden sein. Aus funktionstechnischen und ästhetischen Gründen sind derart große Spalte jedoch nachteilig. Gefordert wird daher stets eine enge Toleranz der Spaltmaße.Furthermore, there is the For especially for support structures made of plastic change to a low coefficient of thermal expansion. A disadvantage of Plastic is namely that it has a comparatively large temperature expansion has coefficient of performance. To account for this coefficient of thermal expansion To be able to carry, there must be large gaps to neighboring components. Such large gaps are, however, for functional and aesthetic reasons disadvantageous. A close tolerance of the gap dimensions is therefore always required.

Aufgabe der Erfindung ist es daher auch, eine Trägerstruktur der zuvor genannten Art zur Verfügung zu stellen, die die zuvor genannten Anforderungen erfüllt, nämlich hohe Steifigkeit, geringes Gewicht, hohe Formstabilität, geringe Temperaturausdeh nungskoeffizienten, enge Toleranz der Spaltmaße und Korrosionsunempfindlichkeit.The object of the invention is therefore also a support structure of the aforementioned To provide a type that meets the aforementioned requirements, namely high rigidity, low weight, high dimensional stability, low temperature expansion coefficients, narrow tolerance of the gap dimensions and corrosion resistance.

Diese Aufgabe ist bei einer Trägerstruktur der zuvor genannten Art erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß die Trägerstruktur einen Grundkörper aus Me tallschaum aufweist. Der Metallschaum hat im Gegensatz zum Kunststoff einen aus gesprochen geringen Temperaturausdehnungskoeffizienten, so daß die erfindungs gemäße Trägerstruktur von vornherein mit großer Paßgenauigkeit hergestellt werden kann. Im eingesetzten Zustand sind die Spalte zu benachbarten Bauteilen minimal. Darüber hinaus bietet der Metallschaum natürlich die gleichen Vorteile, auf die ein gangs bereits hingewiesen worden ist, nämlich hohe Steifigkeit, geringes Gewicht, hohe Formstabilität und Korrosionsunempfindlichkeit.This object is according to the invention in the case of a support structure of the aforementioned type essentially solved in that the support structure is a base body made of Me has tall foam. In contrast to plastic, the metal foam has one spoken low temperature expansion coefficient, so that the Invention appropriate support structure can be manufactured with great accuracy from the outset can. When inserted, the gaps to neighboring components are minimal. In addition, the metal foam naturally offers the same advantages as one has already been pointed out, namely high rigidity, low weight, high dimensional stability and insensitivity to corrosion.

Der Grundkörper der Trägerstruktur kann ohne weiteres in der Art und Weise herge stellt werden, wie dies zuvor bezüglich der Verstärkung des Kfz-Bauteils beschrieben worden ist.The basic body of the support structure can be easily produced in this way are, as previously described with respect to the reinforcement of the motor vehicle component has been.

Bei dem Metall des Metallschaums kommen in erster Linie die Metalle Magnesium, Aluminium und Zink sowie Legierungen aus den zuvor genannten Metallen in Frage. Als Treibmittel können Titanhydrid oder Zirkoniumhydrid verwendet werden.In the metal of the metal foam, there are primarily the metals magnesium, Aluminum and zinc as well as alloys from the aforementioned metals in question. Titanium hydride or zirconium hydride can be used as blowing agents.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die vorliegende Erfindung nicht auf Kfz-Bauteile und Trägerstrukturen für Kfz-Bauteile beschränkt sein muß, sondern bei allen Bauteilen und -gruppen Anwendung finden kann, wo die zuvor beschriebenen Anforderungen, wie Erhöhung der Steifigkeit, Energieaufnahme, Gewichtsreduzierung, Formstabilität, aber auch enge Toleranz der Spaltmaße und geringe Temperaturausdehnungskoeffi zienten sowie Korrosionsunempfindlichkeit, gestellt werden.It should be noted that the present invention does not apply to automotive components and Support structures for automotive components must be limited, but for all components and groups can be used where the requirements described above, such as increasing rigidity, energy absorption, weight reduction, dimensional stability, but also close tolerance of the gap dimensions and low coefficient of thermal expansion and corrosion resistance.

Grundsätzlich ist es möglich, daß der Metallschaum zumindest im wesentlichen offen zellig oder aber geschlossenzellig ausgebildet ist. Bei Verwendung des Metall schaums als Verstärkung bei einem Kfz-Bauteil sollte die Offenzelligkeit, d. h. die Größe der einzelnen Zellen, derart sein, daß Tauchgrund aus dem Schaum wieder ab fließen kann oder aber erst gar nicht in den Metallschaum eindringt. Um von vorn herein zu verhindern, daß der Tauchgrund beim Eintauchen des Bauteils in den Schaum eindringt, könnte auch entweder ein geschlossenzelliger Metallschaum ver wendet werden oder aber zumindest der äußere Bereich des Metallschaums im we sentlichen geschlossenzellig ausgebildet sein, so daß sich quasi eine geschlossene Außenhaut ergibt. Eine derartige Ausbildung läßt sich bei Herstellung des Metall schaums ohne weiteres realisieren.In principle, it is possible that the metal foam is at least essentially open is cellular or closed-cell. When using the metal As a reinforcement in a motor vehicle component, the open cell, ie. H. the The size of the individual cells should be such that the immersion base is removed from the foam can flow or does not even penetrate into the metal foam. To start from the beginning in to prevent the dipping surface when the component is immersed in the Foam penetrates, could either a closed-cell metal foam ver be used or at least the outer area of the metal foam in the we substantial closed-cell design, so that there is virtually a closed Outer skin results. Such training can be done in the manufacture of the metal easily realize foam.

Die Erfindung betrifft schließlich auch eine Vorrichtung zum Einbringen eines Metall schaums in einen Hohlraum eines Kfz-Bauteils, insbesondere einer A-Säule, B-Säule, einer C-Säule, einer D-Säule, eines Motorträgers, eines Heckträgers, eines Dachquer trägers, eines Dachholmes, eines Fahrwerksteils o. dgl., mit wenigstens einem Schmelzofen für ein Metall, wenigstens einer Einrichtung zur Zugabe von Treibmittel, und einer Steuereinrichtung zur Steuerung der Zugabemenge des Metalls und des Treibmittels zum Hohlraum. Weiterhin kann eine von der Steuereinrichtung ange steuerte Ventileinrichtung vorgesehen sein. Durch eine derartige Vorrichtung lassen sich das erfindungsgemäße Verfahren und dabei die gesteuerte Zugabe von Metall und Treibmittel ohne weiteres realisieren.Finally, the invention also relates to a device for introducing a metal foam into a cavity of a motor vehicle component, in particular an A pillar, B pillar, a C-pillar, a D-pillar, an engine mount, a rear mount, a roof cross Carrier, a roof spar, a chassis part or the like. With at least one Melting furnace for a metal, at least one device for adding blowing agent, and a control device for controlling the addition amount of the metal and the Propellant to the cavity. Furthermore, one of the control device controlled valve device may be provided. Let through such a device the inventive method and the controlled addition of metal and realize propellants without further ado.

Um den Metallschaum direkt in den Hohlraum einbringen zu können, bietet es sich an, wenn die Vorrichtung eine Mischkammer aufweist, die einerseits mit dem Schmelzofen und andererseits mit der Einrichtung zur Zugabe eines Treibmittels, wo bei es sich um eine Injektionseinrichtung handeln kann, verbunden ist, wobei im An schluß an den Schmelzofen und auch im Anschluß an die Mischkammer wenigstens ein Förderrohr zur Förderung des Metallschaums in den Hohlraum vorgesehen ist. In order to be able to insert the metal foam directly into the cavity, it offers itself when the device has a mixing chamber which on the one hand with the Melting furnace and on the other hand with the device for adding a blowing agent, where when it can be an injection device, is connected, in the An close to the melting furnace and also at least after the mixing chamber a delivery pipe for delivering the metal foam into the cavity is provided.

Grundsätzlich kann auf die Mischkammer aber auch verzichtet werden. In diesem Falle ist die Injektionseinrichtung für das Treibmittel direkt mit dem Förderrohr ver bunden oder aber fördert das Treibmittel unmittelbar in den Hohlraum.In principle, the mixing chamber can also be dispensed with. In this Trap is the injection device for the propellant ver directly with the delivery pipe bound or promotes the blowing agent directly into the cavity.

Um ein vorzeitiges Erstarren des Metalls und/oder des Metallschaums zu verhindern, sollten die Mischkammer und/oder das Förderrohr beheizt sein.To prevent premature solidification of the metal and / or the metal foam, the mixing chamber and / or the delivery pipe should be heated.

Um eine gute Durchmischung des Metalls und des Treibmittels und damit einen ho mogenen Schaum zu erzielen, bietet es sich außerdem an, wenn ein Rührwerk in der Mischkammer vorgesehen ist und/oder das Treibmittel im Bereich des Bodens der Mischkammer in die Mischkammer eingebracht, vorzugsweise eingeblasen wird.To ensure thorough mixing of the metal and the blowing agent and thus a ho To achieve homogeneous foam, it is also useful if an agitator in the Mixing chamber is provided and / or the propellant in the bottom of the Mixing chamber introduced into the mixing chamber, is preferably blown.

Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Vorrichtung weiterhin zweckmäßiger weise eine Form zum Einlegen wenigstens eines Bauteils mit einem unteren Formteil und einem oberen Formteil auf, wobei die Form über wenigstens eine Einfüllöffnung mit dem Förderrohr verbunden ist bzw. verbindbar ist. Desweiteren kann der Form eine Kühleinrichtung zugeordnet sein.In addition, the device according to the invention has more expedient as a form for inserting at least one component with a lower molding and an upper mold part, the mold having at least one fill opening is connected or can be connected to the delivery pipe. Furthermore, the shape a cooling device can be assigned.

Die Förderung des Metalls und/oder des Treibmittels und/oder des Metallschaums kann derart sein, daß sich eine Schwerkraftförderung ergibt. Alternativ können För derpumpen einer Fördereinrichtung vorgesehen sein.The promotion of the metal and / or the blowing agent and / or the metal foam can be such that gravity is produced. Alternatively, För derpumpen a conveyor can be provided.

Claims

1. A method for introducing a reinforcement into a cavity of a motor vehicle component, in particular an A-pillar, B-pillar, a C-pillar, a D-pillar, an engine mount, a rear support, a roof cross member, a roof rail, a chassis part or the like . Like., characterized in that in particular to increase the stiffness of the component and / or the energy consumption of the component and / or to reduce the weight of the component, a reinforcement consisting of a metal foam is introduced into the cavity.

2. The method according to claim 1, characterized in that the metal foam at least one metal in liquid form and at least one blowing agent is and that the liquid metal and the blowing agent outside the cavity are added together, the metal immediately after the addition of the Propellant to the metal is introduced into the cavity, or that the metal in in liquid form and at the same time or a few seconds later the propellant separates from the metal - be introduced into the cavity.

3. The method according to claim 1, characterized in that the blowing agent before Introducing the metal into the cavity.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that for Production of the metal foam 0.5 to 3% by weight of blowing agent, preferably about 1 % By weight titanium hydride and / or zirconium hydride, and as a metal for the metal foam Aluminum, magnesium or zinc or an alloy with at least two of them is used before said metals.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the Component is inserted into a lower mold part of a mold that the mold after Insert the component by placing an upper molded part on the lower molded part is closed, and that the metal foam or the metal via a filler opening into the closed mold.

6. The method according to claim 4, characterized in that the component in the hollow has space-opening and that the openings at least by the shape least be essentially sealed.

7. The method according to claim 5 or 6, characterized in that the shape at least at least partially cooled.

8. The method according to claim 1, characterized in that in the cavity from a metal foam existing solid molded body introduced as a reinforcement becomes.

9. The method according to claim 8, characterized in that the molded body over a positive connection is held on the component.

10. The method according to claim 8 or 9, characterized in that in the hollow space is a shaped body, the dimensions of which are smaller than the dimensions of the cavity is used so that between the molded body and the motor vehicle component Free space results and that the free space is foamed with metal foam.

11. The method according to claim 8, characterized in that the original Ab dimensions of the molded body at least at its area facing the cavity in some cases are so slightly larger than the dimensions of the cavity that the molded body after its introduction in any case, preferably only over a tension is held in the cavity of the component.

12. Motor vehicle component, in particular A pillar, B pillar, C pillar, D pillar, engine mount, rear Carrier, roof cross member, roof spar, chassis part or the like., With a cavity and egg ner reinforcement in the cavity, characterized in that the reinforcement, esp especially to increase the buckling stiffness of the component and / or the energy Taking the component and / or to reduce the weight of the component, at least partially wise consists of a metal foam.

13. Motor vehicle component according to claim 12, characterized in that in the cavity Solid molded body consisting of a metal foam introduced as reinforcement is that the original dimensions of the molded body at least on its the hollow area facing the area are at least partially so slightly larger than that than the dimensions of the cavity, that the molded body after insertion, in any case also, preferably only via tension in the cavity of the component will.

14. Motor vehicle component according to claim 12, characterized in that the molded body is held positively in the component.

15. Support structure for a motor vehicle component, characterized in that the support structure has a base body made of a metal foam.

16. Support structure according to claim 15, characterized in that at least be abundantly at least one applied to the base body, in particular from Plastic existing coating is provided.

17. Support structure according to claim 15 or 16, characterized in that in the Support structure at least one opening, in particular for inserting at least one egg ner fitting is provided.

18. Motor vehicle component or support structure according to one of the preceding claims, because characterized in that the metal of the metal foam aluminum, magnesium or zinc or an alloy with at least two of the aforementioned metals having.

19. Motor vehicle component or support structure according to one of the preceding claims, since characterized in that the blowing agent for the production of the metal foam titanium is hydride and / or zirconium hydride.

20. Motor vehicle component or support structure according to one of the preceding claims, there characterized in that the metal foam is at least substantially open-celled is formed and that, preferably, the outer region at least substantially is closed cell.

21. Motor vehicle component or support structure according to one of claims 9 to 16, characterized ge indicates that the metal foam is essentially closed-cell is.

22. Device for introducing a metal foam into a cavity Motor vehicle component, in particular an A pillar, a B pillar, a C pillar, a D pillar, one Engine carrier, a rear carrier, a roof cross member, a roof rail, one Undercarriage part or the like, with at least one melting furnace for a metal, at least a device for adding a propellant and a control device for Control of the amount of metal and propellant added to the cavity.

23. The device according to claim 22, characterized in that a mixing chamber is provided, on the one hand with the melting furnace and on the other hand with the device device for adding a blowing agent is connected, and that, preferably, in the An close to the mixing chamber at least one delivery pipe is provided.

24. The device according to claim 23, characterized in that the mixing chamber and / or the conveyor pipe are heated.

25. The apparatus of claim 23 or 24, characterized in that in the Mixing chamber a stirrer is provided and / or that the propellant in the area the bottom of the mixing chamber introduced into the mixing chamber, preferably a is blown.

26. Device according to one of claims 22 to 25, characterized in that at least one mold for inserting at least one component with a lower one Molding and an upper molding is provided, and that the shape over little at least one filling opening is connected or connectable to the delivery pipe.

27. The apparatus according to claim 26, characterized in that the shape of a Cooling device is assigned.

28. Device according to one of claims 22 to 27, characterized in that a conveying device for conveying the metal and / or the propellant and / or the metal foam is provided and / or that the melting furnace and / or the one Direction for adding a blowing agent and / or the mixing chamber arranged in this way are that there is a gravity promotion.