EP1814772A1 - Verbundbauteil und verfahren zur herstellung eines verbundbauteils - Google Patents

Verbundbauteil und verfahren zur herstellung eines verbundbauteils

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EP1814772A1
EP1814772A1 EP05813623A EP05813623A EP1814772A1 EP 1814772 A1 EP1814772 A1 EP 1814772A1 EP 05813623 A EP05813623 A EP 05813623A EP 05813623 A EP05813623 A EP 05813623A EP 1814772 A1 EP1814772 A1 EP 1814772A1
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EP
European Patent Office
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composite component
insert
component according
mold
steering column
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05813623A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Freestone
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SAS Autosystemtechnik GmbH and Co KG
Original Assignee
SAS Autosystemtechnik GmbH and Co KG
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Publication date
Application filed by SAS Autosystemtechnik GmbH and Co KG filed Critical SAS Autosystemtechnik GmbH and Co KG
Publication of EP1814772A1 publication Critical patent/EP1814772A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a composite component, in particular a shock absorber, a motor vehicle body component, a motor vehicle interior trim part, a structural component, such. a closure flap, as well as a vehicle seat and a method for producing a composite component.
  • the insert is an article that can be completely or partially foamed into the fiber-reinforced polyurethane layer.
  • the inserts are made of plastic and / or metal, for example steel, copper, zinc, aluminum or alloys thereof.
  • the invention is based on the object, an improved composite component, in particular a shock absorber, a steering column impact protection, a motor vehicle body component, a motor vehicle interior trim part, a structural component, such as a flap, and a vehicle seat and a method for producing a To create composite component.
  • the invention provides a composite component with a foamed-in insert of expanded metal.
  • the insert of expanded metal according to the invention has various advantages. In particular, to achieve a certain rigidity of the composite component less metal is needed, which has weight and cost benefits. Furthermore, due to the lattice openings of the expanded metal, a more intimate bond between the metal and the foam can be achieved. As a result, the mechanical strength of the composite component can be improved.
  • the foam is a polyurethane. Depending on the application, this may be soft, semi-hard or hard foam. To further increase the stiffness of the composite component can be added to the foam reinforcing materials, such as mineral fibers or glass fibers.
  • the expanded metal insert is disposed adjacent to a surface of the composite component.
  • the insert is thus completely surrounded by foam and is located close to one of the surfaces of the composite component. This is advantageous for various applications, in particular for applications as a shock absorber and as a backrest of a seat.
  • the expanded metal consists of steel, copper, zinc, aluminum or an alloy.
  • the expanded metal has a grid structure with grid openings of a length of about 10 mm to 30 mm, in particular 20 mm, and a width of about 5 mm to 15 mm, in particular 10 mm.
  • a shock absorber is formed by the composite component. Such shock absorbers are incorporated, for example, in automobiles for improving the safety of the vehicle occupants in an impact.
  • the composite component is designed as a steering column impact protection.
  • a steering column impact protection is designed to be located under the steering column between the steering wheel and the instrument panel.
  • the steering column impact protector serves in particular as knee protection in the event of an impact when the driver's knees are thrown upwards in the direction of the steering column.
  • the expanded metal insert is disposed adjacent to a surface of the steering column impact protector which is in position to be mounted on the steering column so that, in the event of an impact, the knees impact the side of the composite member opposite the insert.
  • the composite component is designed as a motor vehicle body component.
  • the vehicle weight can be reduced while maintaining or improving crash safety.
  • such a motor vehicle body component according to the invention also has room acoustic advantages.
  • the composite component is designed as a motor vehicle interior trim part.
  • a motor vehicle interior trim part can have purely decorative purposes and / or serve as a shock absorber.
  • it may also be a structural component, such as e.g. a closure flap, in particular a glove box lid, or a hat rack.
  • the invention relates to a vehicle seat with a foam-lined insert of expanded metal.
  • the backrest of the vehicle seat may have such a foam-wrapped insert.
  • the invention relates to a method for producing a composite component.
  • an insert is made by expanding a metal.
  • the insert receives thereby for example a latticed structure.
  • the insert is inserted in a mold.
  • a foaming reaction mixture is then introduced into the mold cavity formed by the mold. It is particularly advantageous that the foaming reaction mixture can form an intimate connection with the insert due to the latticed structure of the insert.
  • the method according to the invention may in particular also be a so-called Reaction Injection Molding (RIM) method, which is also referred to as reaction injection molding. Further, it may also be high speed RIM or re-enforced RIM in which reinforcing materials such as mineral fibers or glass fibers are added to the reaction mixture.
  • RIM Reaction Injection Molding
  • the insert is not attached to the mold, but it is loosely inserted into the mold so that it can move at least in one degree of freedom. For example, if the inserter is placed on the bottom of the mold cavity, it may move toward the bottom of the mold cavity during the course of the foaming reaction. Thereby, the inserter is arranged in the resulting composite component adjacent to the corresponding surface of the composite component.
  • Figure 2 shows the shape of Figure 1 after introduction of a foaming
  • FIG. 3 shows the composite component obtained due to the foaming reaction
  • FIG. 4 shows a flow chart of a method for producing a
  • FIG. 5 shows an insert made of expanded metal for a shock absorber, in particular a steering column impact protection
  • FIG. 6 shows a steering column impact protection with the insert of FIG. 5
  • FIG. 7 shows an installation position of the steering column impact protection of FIG. 6.
  • FIG. 1 shows a mold 100 with an insert 102 of expanded metal inserted into the mold 100.
  • the insert 102 rests on the bottom of the mold 100.
  • the insert 102 is not attached to the mold 100, but is loosely inserted into the mold 100.
  • FIG. 2 shows the mold 100 after a foaming reaction mixture 104 has been introduced into the mold cavity formed by the mold 100.
  • the foaming reaction mixture 104 forms an intimate connection with the feeder 102 during the course of the reaction and moves the feeder 102 from the bottom of the mold 100 in the direction of the arrow 106 to the side of the mold 100 opposite the bottom.
  • the reaction mixture 104 introduced into the mold 100 is preferably polymers which are mixed with reactive feed components, such as polyol and isocyanate.
  • the composite component 108 is, for example, a shock absorber, in particular a motor vehicle shock absorber, for improving the protection of the motor vehicle occupants in the event of an impact.
  • a shock absorber in particular a motor vehicle shock absorber
  • it may be at the Composite component 108 to a steering column impact protection, a motor vehicle body component, a motor vehicle interior trim part or another structural component act.
  • the composite component 108 may also be the seat surface or the backrest of a vehicle seat. In the latter case, the seat surface is formed by the surface 110 of the opposite surface 112 of the composite component.
  • FIG. 4 shows a corresponding flow chart.
  • a feeder is made by expansion of metal.
  • the insert thus produced has a grid-like structure with grid openings of, for example, 10 mm to 30 mm in length and 5 mm to 15 mm in width.
  • the insert is placed in a mold.
  • a foamable reaction mixture is introduced into the mold cavity formed by the mold. After at least partial expiration of the reaction, the mold is opened (step 206), so as to obtain the composite component.
  • FIG. 5 shows an embodiment of the insert 102 made of expanded metal for producing a shock absorber, in particular a steering column impact protection.
  • FIG. 6 shows a steering column impact protector 108 which has been manufactured with the aid of the insert 102 of FIG. 5, as explained with reference to FIGS.
  • FIG. 7 shows an installation position of the steering column impact protection 108 on a steering column 114 of a motor vehicle.
  • the steering column impact protector 108 is disposed between a steering wheel 116 and an instrument panel 118 on the steering column 114.
  • the surface 110 with the insert 102 adjoining the surface 110 is located on the steering column 114, so that the driver's knees can impact the surface 112 of the steering column impact protection 108 in the event of an impact.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verbundbauteil mit einem umschäumten Einleger (102) aus expandiertem Metall, insbesondere einen Lenksäulen-Aufprallschutz.

Description

Verbundbauteil und Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft ein Verbundbauteil, insbesondere einen Stoßabsorber, ein Kraftfahrzeug-Karosseriebauteil, ein Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil, ein Strukturbauteil, wie z.B. eine Verschlussklappe, sowie einen Fahrzeugsitz und ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils.
Aus der DE 101 61 155 A1 ist ein Verbundbauteil aus Polyurethan mit einem Einleger bekannt. Bei dem Einleger handelt es sich um einen Gegenstand der ganz oder teilweise in die faserverstärkte Polyurethanschicht eingeschäumt werden kann. Die Einleger bestehen aus Kunststoff und / oder Metall, beispielsweise Stahl, Kupfer, Zink, Aluminium oder Legierungen hiervon.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Verbundbauteil, insbesondere einen Stoßabsorber, einen Lenksäulen-Aufprallschutz, ein Kraftfahrzeug-Karosseriebauteil, ein Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil, ein Strukturbauteil, wie z.B. eine Verschlussklappe, sowie einen Fahrzeugsitz und ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils zu schaffen. Die der Erfindung zu Grunde liegenden Aufgaben werden jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Die Erfindung schafft ein Verbundbauteil mit einem umschäumten Einleger aus expandiertem Metall. Gegenüber herkömmlichen Einlegern aus Metall, hat der erfindungsgemäße Einleger aus expandiertem Metall verschiedene Vorteile. Insbesondere wird zur Erreichung einer bestimmten Steifigkeit des Verbundbauteils weniger Metall benötigt, was Gewichts- und Kostenvorteile hat. Femer ist aufgrund der Gitteröffnungen des expandierten Metalls eine innigere Verbindung zwischen dem Metall und dem Schaumstoff erreichbar. Dadurch lässt sich die mechanische Beanspruchbarkeit des Verbundbauteils verbessern.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Schaumstoff um ein Polyurethan. Je nach Anwendung kann es sich dabei um weichen, halbharten oder harten Schaumstoff handeln. Zur weiteren Erhöhung der Steifigkeit des Verbund bauteils können dem Schaumstoff Verstärkungsmaterialien, wie zum Beispiel Mineralfasern oder Glasfasern zugesetzt sein.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist der Einleger aus expandiertem Metall angrenzend an eine Oberfläche des Verbundbauteils angeordnet. Der Einleger ist also vollständig von Schaumstoff umgeben und befindet sich nahe an einer der Oberflächen des Verbundbauteils. Dies ist für verschiedene Anwendungen, insbesondere für Anwendungen als Stoßabsorber und als Rückenlehne eines Sitzes, vorteilhaft.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung besteht das expandierte Metall aus Stahl, Kupfer, Zink, Aluminium oder einer Legierung.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung hat das expandierte Metall eine Gitterstruktur mit Gitteröffnungen einer Länge von ca. 10 mm bis 30 mm, insbesondere 20 mm, und einer Breite von ca. 5 mm bis 15 mm, insbesondere 10 mm. Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird durch das Verbundbauteil ein Stoßabsorber gebildet. Solche Stoßabsorber werden zum Beispiel in Kraftfahrzeuge zur Verbesserung der Sicherheit der Fahrzeug-Insassen bei einem Aufprall eingebaut.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Verbundbauteil als Lenksäulen-Aufprallschutz ausgebildet. Ein Lenksäulen-Aufprallschutz ist zur Anordnung unter der Lenksäule zwischen dem Lenkrad und der Instrumententafel ausgebildet. Der Lenksäulen-Aufprallschutz dient insbesondere als Knieschutz bei einem Aufprall, wenn die Knie des Fahrers in Richtung auf die Lenksäule hochgeschleudert werden.
Vorzugsweise ist der Einleger aus expandiertem Metall angrenzend an eine Oberfläche des Lenksäulen-Aufprallschutzes angeordnet, welche sich in Einbauposition an der Lenksäule befindet, so dass die Knie im Falle eines Aufpralls auf die dem Einleger gegenüberliegende Seite des Verbundbauteils aufprallen.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist das Verbundbauteil als Kraftfahrzeug- Karosseriebauteil ausgebildet. Von besonderem Vorteil ist hierbei, dass sich das Fahrzeuggewicht bei gleichbleibender oder verbesserter Crash-Sicherheit reduzieren lässt. Insbesondere bei Verwendung von Polyurethan hat ein solches erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug-Karosseriebauteil auch raumakustische Vorteile.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Verbundbauteil als Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil ausgebildet. Ein solches Kraftfahrzeug- Innenverkleidungsteil kann dabei rein dekorative Zwecke haben und / oder als Stoßabsorber dienen. Ferner kann es sich auch um ein strukturelles Bauteil handeln, wie z.B. eine Verschlussklappe, insbesondere ein Handschuhkastendeckel, oder eine Hutablage.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Fahrzeugsitz mit einem umschäumten Einleger aus expandiertem Metall. Insbesondere die Rückenlehne des Fahrzeugsitzes kann einen solchen umschäumten Einleger aufweisen. Durch die Verwendung des expandierten Metalls lässt sich das Gewicht bei gleicher Bequemlichkeit und Steifigkeit reduzieren.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils. Zunächst wird ein Einleger durch Expansion eines Metalls hergestellt. Der Einleger erhält dadurch zum Beispiel eine gitterförmige Struktur. Der Einleger wird in einer Form eingelegt. In das durch die Form gebildete Formnest wird dann ein schäumendes Reaktionsgemisch eingebracht. Von besonderem Vorteil ist dabei, dass das schäumende Reaktionsgemisch aufgrund der gitterförmigen Struktur des Einlegers eine innige Verbindung mit dem Einleger eingehen kann.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann es sich insbesondere auch um ein sogenanntes Reaction Injection Molding (RIM) Verfahren handeln, welches auch als Reaktionsspritzguss bezeichnet wird. Ferner kann es sich auch um High Speed RIM oder Re-Enforced RIM handelt, bei den Verstärkungsmaterialien, wie zum Beispiel Mineralfasern oder Glasfasern dem Reaktionsgemisch zugesetzt werden.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird der Einleger nicht an der Form befestigt, sondern er wird lose in die Form eingelegt, so dass er sich zumindest in einem Freiheitsgrad bewegen kann. Wird der Einleger zum Beispiel auf den Boden des Formnests gelegt, so kann er sich während des Ablaufs der schäumenden Reaktion in Richtung auf die dem Boden gegenüberliegende Seite des Formnests zu bewegen. Dadurch wird der Einleger in dem resultierenden Verbundbauteil angrenzend zu der entsprechenden Oberfläche des Verbundbauteils angeordnet.
Im weiteren werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 einen Schnitt durch eine Form mit einem eingelegten Einleger,
Figur 2 die Form der Figur 1 nach Einbringung eines schäumenden
Reaktionsgemisches während des Ablaufs der Reaktion,
Figur 3 das aufgrund der schäumenden Reaktion erhaltende Verbundbauteil, Figur 4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines
Verbundbauteils,
Figur 5 einen Einleger aus expandiertem Metall für einen Stoßabsorber, insbesondere einen Lenksäulenaufprallschutz,
Figur 6 einen Lenksäulenaufprallschutz mit dem Einleger der Figur 5,
Figur 7 eine Einbauposition des Lenksäulenaufprallschutzes der Figur 6.
Die Figur 1 zeigt eine Form 100 mit einem in die Form 100 eingelegten Einleger 102 aus expandiertem Metall. In dem hier betrachteten Ausführungsbeispiel liegt der Einleger 102 auf dem Boden der Form 100 auf. Der Einleger 102 ist nicht an der Form 100 befestigt, sondern lose in die Form 100 eingelegt.
Die Figur 2 zeigt die Form 100, nachdem in das durch die Form 100 gebildete Formnest ein schäumendes Reaktionsgemisch 104 eingebracht worden ist. Das schäumende Reaktionsgemisch 104 geht während des Reaktionsablaufs mit dem Einleger 102 eine innige Verbindung ein und bewegt den Einleger 102 von dem Boden der Form 100 in Pfeilrichtung 106 auf die dem Boden gegenüberliegende Seite der Form 100 zu.
Nach Öffnung der Form 100 erhält man so das Verbundbauteil 108 mit dem Einleger 102, der angrenzend an eine Oberfläche 110 des Verbundbauteils 108 angeordnet ist, wie in der Figur 3 dargestellt.
Bei dem in die Form 100 eingebrachten Reaktionsgemisch 104 handelt es sich vorzugsweise um Polymere, die mit reaktiven Einsatzkomponenten vermischt werden, wie zum Beispiel Polyol und Isocyanat.
Bei dem Verbundbauteil 108 handelt es sich beispielsweise um einen Stoßabsorber, insbesondere einen Kraftfahrzeug-Stoßabsorber, zur Verbesserung des Schutzes der Kraftfahrzeug-Insassen bei einem Aufprall. Beispielsweise kann es sich bei dem Verbundbauteil 108 um einen Lenksäulen-Aufprallschutz, ein Kraftfahrzeug- Karosseriebauteil, ein Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil oder ein sonstiges Strukturbauteil handeln. Ferner kann es sich bei dem Verbundbauteil 108 auch um die Sitzfläche oder die Rückenlehne eines Fahrzeugsitzes handeln. In letzterem Fall wird die Sitzfläche durch die der Oberfläche 110 gegenüberliegende Oberfläche 112 des Verbundbauteils gebildet.
Die Figur 4 zeigt ein entsprechendes Flussdiagramm. In dem Schritt 200 wird ein Einleger durch Expansion von Metall hergestellt. Der so hergestellte Einleger hat eine gitterförmige Struktur mit Gitteröffnungen von zum Beispiel 10 mm bis 30 mm Länge und 5 mm bis 15 mm Breite. In dem Schritt 202 wird der Einleger in eine Form eingelegt. In dem Schritt 204 wird ein schaumfähiges Reaktionsgemisch in das durch die Form gebildete Formnest eingetragen. Nach zumindest teilweisem Ablauf der Reaktion wird die Form geöffnet (Schritt 206), so dass man das Verbundbauteil erhält.
Die Figur 5 zeigt eine Ausführungsform des Einlegers 102 aus expandiertem Metall zur Herstellung eines Stoßabsorbers, insbesondere eines Lenksäulen- Aufprallschutzes.
Die Figur 6 zeigt einen Lenksäulen-Aufprallschutz 108, der wie mit Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 4 erläutert, mit Hilfe des Einlegers 102 der Figur 5 hergestellt worden ist.
Die Figur 7 zeigt eine Einbauposition des Lenksäulen-Aufprallschutzes 108 an einer Lenksäule 114 eines Kraftfahrzeugs. Der Lenksäulen-Aufprallschutz 108 ist zwischen einem Lenkrad 116 und einer Instrumententafel 118 an der Lenksäule 114 angeordnet. Die Oberfläche 110 mit dem an die Oberfläche 110 angrenzenden Einleger 102 befindet sich dabei an der Lenksäule 114, so dass die Knie des Fahrers bei einem Aufprall auf die Oberfläche 112 des Lenksäulen-Aufprallschutzes 108 aufprallen können. Bezugszeichenliste
100 Form
102 Einleger
104 Reaktionsgemisch
106 Pfeilrichtung
108 Verbundmaterial, Lenksäulen-Aufprallschutz
110 Oberfläche
112 Oberfläche
114 Lenksäule
116 Lenkrad
118 Instrument

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verbundbauteil mit einem umschäumten Einleger (102) aus expandiertem Metall.
2. Verbundbauteil nach Anspruch 1 , wobei es sich bei dem Schaumstoff (104) um ein Polyurethan handelt.
3. Verbundbauteil nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Einleger angrenzend an eine Oberfläche (110) des Verbundbauteils angeordnet ist.
4. Verbundbauteil nach Anspruch 1 , 2 oder 3, wobei es sich bei dem Metall um Stahl, Kupfer, Zink, Aluminium oder eine Legierung handelt.
5. Verbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das expandierte Metall Gitteröffnungen von einer Länge von ca. 10 mm bis 30 mm, vorzugsweise ca. 20 mm, und einer Breite von ca. 5 mm bis 15 mm, vorzugsweise ca. 10 mm, aufweist.
6. Verbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich um einen Stoßabsorber handelt.
7. Verbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich um einen Lenksäulenaufprallschutz handelt.
8. Verbundbauteil nach Anspruch 7, wobei der Einleger angrenzend an eine Oberfläche des Verbundbauteils angeordnet ist, welche in einer Einbauposition des Verbundbauteils an eine Lenksäule (114) angrenzt.
9. Verbund bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich um ein Kraftfahrzeug-Karosseriebauteil handelt.
10. Verbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich um ein Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil handelt.
11. Verbund bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich um ein Stukturbauteil, beispielsweise eine Verschlussklappe oder eine Hutablage, handelt.
12. Verbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Einleger (102) vollständig von dem Schaumstoff umgeben ist.
13. Verbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schaumstoff sämtliche Gitteröffnungen des Einlegers durchdringt.
14. Fahrzeugsitz mit einem Verbundbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
15. Fahrzeugsitz nach Anspruch 14, mit einer Rückenlehne, die das Verbundbauteil aufweist.
16. Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils (108) mit folgenden Schritten:
Herstellung eines Einlegers (102) aus expandiertem Metall,
Einlegen des Einlegers in eine Form (100),
Einbringung eines schäumenden Reaktionsgemisches in die Form.
17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Einleger lose in die Form eingelegt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei sich der Einleger während der Reaktion in Richtung auf die der Ausgangsposition des Einlegers gegenüberliegende Seite der Form zu bewegt.
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