WO2015055492A1 - Bauteilanordnung - Google Patents

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WO2015055492A1
WO2015055492A1 PCT/EP2014/071618 EP2014071618W WO2015055492A1 WO 2015055492 A1 WO2015055492 A1 WO 2015055492A1 EP 2014071618 W EP2014071618 W EP 2014071618W WO 2015055492 A1 WO2015055492 A1 WO 2015055492A1
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preform
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Thomas Schnaufer
Andreas Beil
Simon Spitzer
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a component arrangement, comprising a first component and a second component, wherein at least one component has a plurality of preforms.
  • preforms For weight-optimized and reduced-speed production, different preforms with different wall thicknesses and layer structures are required. These preforms are infiltrated in a subsequent process step with the plastic or resin forming the matrix, for example in a resin transfer molding tool. Because the contiguous component assemblies are made in one shot, preform overlaps are necessary.
  • the one-sided or one-sided preform overlap entails the disadvantage that a strong S-impact is required, which causes a large loss of function of the component.
  • the present invention has the object to provide a simplified component assembly, with which the disadvantages of the prior art are overcome. Furthermore, it is a particular object of the invention to specify a component arrangement which is distinguished in the connecting region of the two components by high mechanical characteristics.
  • the invention proposes a component arrangement comprising a first and a second component, wherein at least one component has multiple preforms. Furthermore, a preform of the second component can overlap a plurality of preforms of the first component in the connection region of the two components. Instead of a single-cut preform overlap, a two- or multi-section preform overlap is created, thereby increasing the overlap areas, ie the areas where preforms of a component are in contact with preforms of a second component. This improves the mechanical characteristics of the component arrangement, so that the component arrangement can absorb higher forces.
  • the components may be formed as fiber-reinforced components with a matrix of thermosetting or thermoplastic material in which reinforcing fibers of carbon, glass, aramid and / or basalt are embedded.
  • the components may be structural components for vehicles, which are formed from a plurality of preforms.
  • Structural components for the purposes of this invention may be, in particular, side members, A-, B-, C-, D- pillar reinforcements, roof hoops, side frames inside or outside, ring bearers, end wall, tunnels, bottom plate and / or reinforcements of the side sills.
  • the first component is an A pillar of a vehicle and the second component is a roof frame of a vehicle.
  • Each of these components may be formed from one or more preforms.
  • the A-pillar may be constructed in two parts, with an inner shell and an outer shell, each shell comprising at least two preforms.
  • the A-pillar has a four-layer structure, through which a large contact surface in the overlapping portion can be realized.
  • the roof frame can be constructed in several parts, and at least have an inner shell and an outer shell. Each of these shells may, in turn, have one or more preforms which can be brought into contact with the preforms of the A-pillar in the overlapping section.
  • 1 is a side view of a side frame
  • Fig. 2 is a sectional view of Fig. 1 along the section line A-A according to the prior art
  • Fig. 3 is a sectional view taken along section line A-A of Fig. 1 according to the present invention.
  • FIG. 1 an assembly of a side frame is shown by way of example.
  • the geometry is intended to be illustrative only and not limiting the present invention.
  • the side frame 10 has an A-pillar 1 1, which is connected at its upper end to the roof frame 12.
  • the connection is according to the prior art as shown in Fig. 2, formed.
  • the A-pillar is constructed with two shells, with an outer shell 11a and an inner shell I i i.
  • the roof frame 12 is also constructed with two shells, with an outer shell 12a and an inner shell 12i. All trays are made of fiber-reinforced plastic material.
  • the individual shell elements overlap each other, touching each other at a contact surface.
  • the A-pillar 1 is also constructed with two shells with an outer shell and an inner shell.
  • the outer shell is in turn formed from two preforms 11a1 and 1a2.
  • the inner shell also comprises two preforms 11 i1 and 11i2.
  • the roof frame 12 is also constructed with two shells with an outer shell 12a and an inner shell 12i, which are each formed from a preform.
  • the preforms of the A pillar 11 partially overlap the preforms of the roof frame 12.
  • the preforms of the outer shell of the A pillar 11a1 and 11a2 overlap on both sides the preform of the outer shell of the roof frame 12a.
  • the preform 12a is in contact on its outside with the preform 11a1 of the A-pillar 11 and on its inside with the preform 11a2 of the outer shell and the A-pillar 11 in contact.
  • the contact area in a two-sided, undercut connection is twice as large compared to a single-ended connection.
  • the preforms 11i1 and 11i2 of the inner shell of the A-pillar 1 1 comprise the preform 12i of the inner shell of the roof frame on both sides.
  • the inner preform 11i2 of the A pillar 11 is longer and overlaps the inner preform 12i of the roof frame 12 over a longer portion than the inner preform 11i1.
  • the preforms of the A-pillar 11 need not surround the preforms of the roof frame 12 symmetrically, but may have on one side a larger contact surface than on the other side, such as this is illustrated by way of example and representatively in FIG. 3 by the preforms and 1 1 i2.
  • the danger of a weak point in the overlapping or connecting portion can be significantly reduced.
  • the geometric stiffness jump is reduced significantly at such a junction.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bauteilanordnung, umfassend ein erstes Bauteil (11) und ein zweites Bauteil (12), wobei mindestens ein Bauteil (11) mehrere Preforms (11i1, 11i2, 11a1, 11a2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Verbindungsbereich (V) der beiden Bauteile (11, 12) mehrere Preforms (11i1, 11i2, 11a1, 11a2) des ersten Bauteils (11) ein Preform des zweiten Bauteils (12) überlappen.

Description

Bauteilanordnung
Die Erfindung betrifft eine Bauteilanordnung, umfassend ein erstes Bauteil und ein zweites Bauteil, wobei mindestens ein Bauteil mehrere Preforms aufweist.
Im heutigen Fahrzeugbau werden große Anstrengungen unternommen, um den Verbrauch der Fahrzeuge zu reduzieren. Eine wesentliche Rolle spielt dabei die Reduktion des Gesamtgewichts, da die Masse des Fahrzeugs, d.h. das Fahrzeuggewicht sich unmittelbar auf den Verbrauch auswirkt. Die verwendeten Materialien spielen eine maßgebliche Rolle, denn sie tragen nicht nur zum Bauteilgewicht sondern auch zur Bauteilsteifigkeit bei. In jüngster Zeit halten faserverstärkte Kunststoffe Einzug in den Fahrzeugbau. Bei diesen Materialien sind in einer Kunststoffmatrix aus Epoxidharz Verstärkungsfasern eingebettet. Große faserverstärkte Kunststoffbauteile, die im Fahrzeugbau als Strukturbauteile verwendet werden, sind aus mehreren Einzel-Preforms in einem Schuss hergestellt. Solche Preforms sind trockene Fasermatten, die in einem vorhergehenden Umformschritt endkonturnah beschnitten wurden und auf eine vorbestimmte Geometrie umgeformt wurden. Zur gewichtsoptimalen und verschnittreduzierten Fertigung sind verschiedene Preforms mit unterschiedlichen Wanddicken und Lagenaufbauten notwendig. Diese Preforms werden in einem folgenden Verfahrensschritt mit dem die Matrix bildenden Kunststoff bzw. Harz infiltriert, bspw. in einem Resin-Transfer-Molding-Werkzeug. Da die zusammenhängenden Bauteilanordnungen in einem Schuss hergestellt werden, sind Preform-Überlappungen notwendig.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, bspw. bei der Zusammenbaugruppe des Seitenrahmens eines Fahrzeugs im Bereich, in dem die A-Säule an den Dachrahmen stößt, eine ein-schnittige Preform- Überlappung zu generieren.
Aufgrund dieser einseitigen oder ein-schnittigen Preform-Überlappung kann dementsprechend nur eine begrenzte Kraft von einem Bauteil auf das andere Bauteil übertragen werden. An diesen Stellen findet eine Kraftübertragung allein über Reinharz statt, was zur Folge hat, dass an der Preform- Überlappung in der Zusammenbaugruppe Seitenrahmen, Schwachstellen entstehen.
Um diesen Schwachstellen entgegen zu wirken, wurde im Stand der Technik versucht, die Überlappungslänge im Bereich der Preform-Überlappung zu erhöhen. Die ein-schnittige bzw. einseitige Preformüberlappung bringt jedoch den Nachteil mit sich, dass ein starker S-Schlag erforderlich ist, der eine große Funktionseinbuße des Bauteils bewirkt.
Ausgehend von diesem Stand der Technik macht es sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, eine vereinfachte Bauteilanordnung anzugeben, mit der die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden. Ferner ist es eine besondere Aufgabe der Erfindung, eine Bauteilanordnung anzugeben, die sich in dem Verbindungsbereich der beiden Bauteile durch hohe mechanische Kennwerte auszeichnet.
Diese Aufgabe wird durch eine Bauteilanordnung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche stellen vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung dar.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Bauteilanordnung vor, die ein erstes und ein zweites Bauteil umfasst, wobei mindestens ein Bauteil mehrere Preforms aufweist. Weiterhin können im Verbindungsbereich der beiden Bauteile mehrere Preforms des ersten Bauteils ein Preform des zweiten Bauteils überlappen. Anstatt einer ein-schnittigen Preform- Überlappung, wird so eine zwei- oder mehrschnittige Preform-Überlappung erzeugt, wodurch die Überlappungsflächen, d.h. die Flächen, an denen Preforms eines Bauteils mit Preforms eines zweiten Bauteils in Kontakt stehen, vergrößert wird. Dies verbessert die mechanischen Kennwerte der Bauteilanordnung, so dass die Bauteilanordnung höhere Kräfte aufnehmen kann.
Weiterhin können die Bauteile als faserverstärkte Bauteile ausgebildet sein mit einer Matrix aus duroplastischem oder thermoplastischem Material, in der Verstärkungsfasern aus Kohlenstoff, Glas, Aramid und/oder Basalt eingebettet sind.
Darüber hinaus können die Bauteile Strukturbauteile für Fahrzeuge sein, die aus einer Mehrzahl von Preforms ausgebildet sind. Strukturbauteile im Sinne dieser Erfindung können insbesondere Längsträger, A-, B-, C-, D- Säulenverstärkungen, Dachspriegel, Seitenrahmen innen oder außen, Ringträger, Stirnwand, Tunnel, Bodenblech und/oder Verstärkungen der Seitenschweller sein.
In einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist das erste Bauteil eine A- Säule eines Fahrzeugs und das zweite Bauteil ein Dachrahmen eines Fahrzeugs. Jedes dieser Bauteile kann aus einem oder mehreren Preforms ausgebildet sein.
Weiterhin kann die A-Säule zweiteilig aufgebaut sein, mit einer inneren Schale und einer äußeren Schale, wobei jede Schale mindestens zwei Preforms umfasst. Somit weist die A-Säule einen vierlagigen Aufbau auf, durch den eine große Kontaktfläche im Überlappungsabschnitt realisierbar ist. Durch Unterteilung der A-Säule in zwei oder mehrere einzelne Preforms kann die Wanddicke dieser einzelnen Preforms so reduziert werden, dass die Summe der Wanddicken der aufgeteilten Preforms in etwa der Wanddicke eines Preforms gemäß dem Stand der Technik entspricht, der mit nur einer ein-schnittigen Überlappung an dem Dachrahmen befestigt ist.
Darüber hinaus kann der Dachrahmen mehrteilig aufgebaut sein, und zumindest eine innere Schale und eine äußere Schale aufweisen. Jede dieser Schalen kann wiederum einen oder mehrere Preforms aufweisen, die mit den Preforms der A-Säule im Überlappungsabschnitt in Kontakt bringbar sind.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figurenbeschreibung näher erläutert. Die Ansprüche, die Figuren und die Beschreibung enthalten eine Vielzahl von Merkmalen, die im Folgenden im Zusammenhang mit beispielhaft beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert werden. Der Fachmann wird diese Merkmale auch einzeln und in anderen Kombinationen betrachten, um weitere Ausführungsformen zu bilden, die an entsprechende Anwendungen der Erfindung angepasst sind.
Es zeigen in schematischer Darstellung:
Fig. 1 eine Seitenansicht auf einen Seitenrahmen,
Fig. 2 eine Schnittansicht aus Fig. 1 entlang der Schnittlinie A-A gemäß dem Stand der Technik, und
Fig. 3 eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie A-A aus Fig. 1 gemäß der vorliegenden Erfindung.
In Fig. 1 ist beispielhaft eine Zusammenbaugruppe eines Seitenrahmens dargestellt. Die Geometrie soll hier nur darstellenden Charakter haben und die vorliegende Erfindung nicht beschränken. Im vorderen Fahrzeugbereich, in Fig. 1 linksseitig dargestellt, weist der Seitenrahmen 10 eine A-Säule 1 1 auf, die an ihrem oberen Ende mit dem Dachrahmen 12 verbunden ist. Die Verbindung ist gemäß dem Stand der Technik wie in Fig. 2 dargestellt, ausgebildet. Die A-Säule ist zweischalig aufgebaut, mit einer Außenschale 11a und einer Innenschale I i i. Der Dachrahmen 12 ist ebenfalls zweischalig aufgebaut, mit einer Außenschale 12a und einer Innenschale 12i. Alle Schalen sind aus faserverstärktem Kunststoffmaterial ausgebildet. Im Verbindungsbereich V überlappen die einzelnen Schalenelemente einander, wobei sie sich an einer Kontaktfläche berühren.
Die sich hiervon abgrenzende Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt. Wie daraus ersichtlich ist, ist die A-Säule 1 ebenfalls zweischalig aufgebaut mit einer Außenschale und einer Innenschale. Die Außenschale ist wiederum aus zwei Preforms 11a1 und 1 1a2 ausgebildet. Die Innenschale umfasst ebenfalls zwei Preforms 11 i1 und 11i2 auf. Der Dachrahmen 12 ist auch hier zweischalig aufgebaut mit einer Außenschale 12a und einer Innenschale 12i, die jeweils aus einem Preform ausgebildet sind. In dem Verbindungsbereich V überlappen die Preforms der A-Säule 11 abschnittsweise die Preforms des Dachrahmens 12. Wie daraus zu ersehen ist, überlappen die Preforms der Außenschale der A-Säule 11a1 und 11 a2 beidseitig den Preform der Außenschale des Dachrahmens 12a. Dadurch steht der Preform 12a an seiner Außenseite mit dem Preform 11a1 der A-Säule 11 in Kontakt und an seiner Innenseite mit dem Preform 11a2 der Außenschale und der A-Säule 11 in Berührung. Somit ist die Kontaktfläche bei einer zweiseitigen, hinterschnittigen Verbindung doppelt so groß im Vergleich zu einer einschnittigen Verbindung. Analog dazu umfassen die Preforms 11i1 und 11i2 der Innenschale der A-Säule 1 1 den Preform 12i der Innenschale des Dachrahmens beidseitig. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist der innere Preform 11i2 der A-Säule 11 länger und überlappt den inneren Preform 12i des Dachrahmens 12 über einen längeren Abschnitt als der innere Preform 11i1.
Grundsätzlich müssen die Preforms der A-Säule 11 die Preforms des Dachrahmens 12 nicht symmetrisch umschließen, sondern können auf einer Seite eine größere Kontaktfläche als auf der anderen Seite aufweisen, wie dies beispielhaft und repräsentativ in Fig. 3 durch die Preforms und 1 1 i2 dargestellt ist. Durch die vorliegende Erfindung kann die Gefahr einer Schwachstelle im Überlappungs- bzw. Verbindungsabschnitt merklich reduziert werden. Darüber hinaus wird auch der geometrische Steifigkeitssprung an einer solchen Verbindungsstelle merklich reduziert.

Claims

Patentansprüche
1. Bauteilanordnung, umfassend ein erstes Bauteil (11 ) und ein zweites Bauteil (12), wobei mindestens ein Bauteil (11) mehrere Preforms (1 1 i1 , 11 i2, 1 1a1 , 1 1a2) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
im Verbindungsbereich (V) der beiden Bauteile (1 1 , 12) mehrere Preforms (1 1 i1 , 11 i2, 11a1 , 11a2) des ersten Bauteils (11) ein Preform des zweiten Bauteils (12) überlappen.
2. Bauteilanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile (11 , 12) faserverstärkte Bauteile sind mit einer Matrix aus duroplastischem oder thermoplastischem Material in der
Verstärkungsfasern aus Kohlenstoff, Glas, Aramid und/oder Basalt eingebettet sind.
3. Bauteilanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass
die Bauteile (1 1 , 12) Strukturbauteile für Fahrzeuge sind.
4. Bauteilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Bauteil (11) eine A-Säule eines Fahrzeug ist und das zweite Bauteil (12) ein Dachrahmen eines Fahrzeugs ist.
5. Bauteilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die A-Säule zweiteilig aufgebaut ist mit einer inneren Schale (11i) und einer äußeren Schale (11a), wobei jede Schale (11 a, 1 1 i) mindestens zwei Preforms (11 i1 , 11i2, 11a1 , 11a2) umfasst.
6. Bauteilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der Dachrahmen (12) mehrteilig aufgebaut ist und zumindest eine innere Schale 12i und eine äußere Schale 12a aufweist.
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