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WO2020088867A1 - Fahrzeugstrukturbauteil, baukastensystem und verfahren zur herstellung von fahrzeugstrukturbauteilen - Google Patents

Fahrzeugstrukturbauteil, baukastensystem und verfahren zur herstellung von fahrzeugstrukturbauteilen Download PDF

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Publication number
WO2020088867A1
WO2020088867A1 PCT/EP2019/076501 EP2019076501W WO2020088867A1 WO 2020088867 A1 WO2020088867 A1 WO 2020088867A1 EP 2019076501 W EP2019076501 W EP 2019076501W WO 2020088867 A1 WO2020088867 A1 WO 2020088867A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
insert
vehicle structural
receptacle
structural component
base body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2019/076501
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Hogger
Sebastian Krull
Bernhard STAUDT
Tobias Wehrkamp-Richter
Matthias Nagel
Octavian Knoll
Christoph JAGODA
Oleg Konrad
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Priority to US17/289,793 priority Critical patent/US11753080B2/en
Priority to CN201980052269.5A priority patent/CN112533816B/zh
Publication of WO2020088867A1 publication Critical patent/WO2020088867A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D25/00—Superstructure or monocoque structure sub-units; Parts or details thereof not otherwise provided for
    • B62D25/06—Fixed roofs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D25/00—Superstructure or monocoque structure sub-units; Parts or details thereof not otherwise provided for
    • B62D25/08—Front or rear portions
    • B62D25/081—Cowls
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D29/00—Superstructures, understructures, or sub-units thereof, characterised by the material thereof
    • B62D29/04—Superstructures, understructures, or sub-units thereof, characterised by the material thereof predominantly of synthetic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D29/00—Superstructures, understructures, or sub-units thereof, characterised by the material thereof
    • B62D29/04—Superstructures, understructures, or sub-units thereof, characterised by the material thereof predominantly of synthetic material
    • B62D29/043—Superstructures

Definitions

  • Vehicle structural component modular system and method for producing vehicle structural components
  • the invention relates to a vehicle structural component, a modular system for producing vehicle structural components and a method for producing vehicle structural components.
  • Vehicle structural components serve to stiffen the vehicle structure and are, for example, vertical columns or parts of the vehicle roof structure. Furthermore, they can be used to connect flaps and their functional elements, such as spring-damper elements.
  • Vehicle structural components are often designed for a maximum requirement. However, this means that the weight and manufacturing costs of the
  • Vehicle structure component in all vehicle variants correspond to a maximum value, even if there are lower requirements in some vehicle variants. This unnecessarily consumes resources and unnecessarily increases the vehicle weight of at least some vehicle models.
  • a vehicle structural component comprising a base body with a receptacle and a first insert for stiffening the vehicle structural component, which is accommodated in the receptacle and only partially fills it, and at least one additional insert which is seated in the receptacle.
  • the additional insert arranged in the receptacle in addition to the first insert achieves a higher rigidity of the vehicle structural component than with only one insert.
  • a vehicle structural component with a first Insert which only partially fills the receptacle, represents a basic variant of the vehicle structural component, so to speak.
  • the additional insert which is arranged in addition to the first insert in the receptacle, makes the vehicle structural component suitable for vehicle models with higher requirements, which exceed the requirements in the Go out base variant. By using two inserts, the manufacturing process can be flexibly reacted to the respective requirements.
  • the base body is preferably a plastic component, in particular a fiber-reinforced plastic component. This allows the base body to be manufactured simply and inexpensively.
  • the base body is a short fiber reinforced thermoplastic. Short fiber reinforced thermoplastics can be easily injection molded, so that the base body can be easily manufactured by using such a plastic.
  • the at least one first insert and / or the at least one further insert can consist of a fiber-reinforced plastic.
  • the use of a continuous fiber material is suitable for the inserts.
  • the continuous filaments of the inlays can be impregnated with a resin.
  • the continuous fibers in the inserts preferably run unidirectionally, so that they exhibit anisotropic material behavior. As a result, the vehicle structural component has high rigidity, particularly in the longitudinal direction.
  • the two inserts are in contact with one another along a long side.
  • the vehicle structural component can be made particularly compact.
  • the receptacle is preferably formed by an elongated groove and the first insert and the at least one further insert are preferably rod-shaped, the profile of the insert being designed in accordance with the profile of the elongated groove.
  • the inserts together, in particular if the inserts are in contact with one another along a long side, form a profile which corresponds to the profile of the receptacle.
  • the inserts can be arranged particularly easily and precisely in the receptacle. If the inserts are arranged in the receptacle, they lie against the entire inner surface of the receptacle with at least two opposite longitudinal sides.
  • the inserts used in the receptacle can fill out the receptacle, in particular completely.
  • the further insert can be flush with an outside of the vehicle structural component. This results in an appearance of the vehicle structural component that is as continuous as possible, at least in the area of the inserts.
  • the first insert is connected to the base body, for example by means of extrusion coating or by means of plastic welding.
  • the at least one further insert is preferably also connected to the base body by means of plastic welding.
  • the additional insert can also be connected to the base body at a later point in time than the first insert, in particular after an injection molding process has been completed.
  • the at least one first insert and / or the at least one further insert has a rectangular profile.
  • the inserts can thus be easily manufactured.
  • the inserts can be made as long profiles, which can then be cut as required.
  • the at least one first insert and the at least one further insert are identical components, i.e. Components of the same geometry and the same material. A number of different components is thus kept low, which can have an advantageous effect on the overall costs of the vehicle structural component.
  • the vehicle structural component is, for example, a cowl, that is to say a strut, in particular a transverse roof structure component, which connects a left roof frame and a right roof frame to one another in the transverse direction of the vehicle.
  • the vehicle structural component thus contributes to an overall rigidity of a vehicle.
  • the vehicle structural component can also be used in other areas of the vehicle, for example the vehicle structural component can form a vertical column.
  • the object is further achieved according to the invention by a modular system for producing vehicle structural components, with identical basic bodies, which have at least one receptacle, and several inserts, the geometry of the receptacle and the inserts being so coordinated that one or more inserts can optionally be inserted into the same receptacle.
  • the vehicle structural component can be designed according to the respective requirements, depending on the vehicle model.
  • the multiple inserts can completely fill the holder without protruding from it.
  • two or more inserts can completely fill the receptacle together.
  • the last inserted insert is thus flush with the outer surface of the base body.
  • the base body and the insert are preferably plastic components which can be welded together. As a result, the individual components can be reliably connected to one another even after an injection molding process.
  • the object is achieved according to the invention by a method for producing vehicle structural components using the modular system described above, the method comprising the following steps: a) providing a base body with at least one receptacle for an insert and a first insert seated in the receptacle , and b) inserting at least one further insert into the receptacle if the vehicle structural component is to have a higher strength than the component produced in step a).
  • Such a method offers the advantage that a vehicle structural component can be optimally designed for the respective requirements, depending on the vehicle model in which the vehicle structural component is used.
  • the receptacle can be closed by means of an outer skin which covers the receptacle.
  • the receptacle can be closed with a cladding component.
  • the design of the vehicle structural component is completed by covering the receptacle.
  • the at least one further insert can also be connected to the base body after connecting the first insert to the base body.
  • the further insert is preferably connected to the base body by means of plastic welding.
  • the decision for which requirements the vehicle structural component is to be designed can thus be made relatively late in the manufacturing process, for example after an assembly or completion of a body structure, in particular after a painting process. So no additional variants need to be controlled due to the design of the vehicle structural component until the insert is inserted. In this way, the production times can be particularly short and the production memory can be kept smaller due to the reduced variant control.
  • the at least one further insert is welded to the base body in particular after the receptacle has been closed and / or after the vehicle structural component has been painted.
  • the additional insert it is conceivable for the additional insert to be connected to the base body by gluing, riveting or positive locking. With the options mentioned, the insert can be permanently connected to the base body.
  • the at least one first insert is connected to the base body, for example, by inserting it into an appropriate tool and overmoulding it during manufacture of the base body.
  • the base body is produced by means of an additive manufacturing method, for example by means of 3D printing, and the at least one first insert is inserted into the receptacle after the production of the base body and connected to the base body, for example by means of plastic welding.
  • no mold is required to produce the composite from the base body and the first insert.
  • FIG. 2 shows a part of the intermediate product from FIG. 1 in a view from below
  • FIG. 3 shows a cross section through the intermediate product from FIG. 1,
  • FIG. 4 shows part of a vehicle structural component according to the invention in a view from above
  • Figure 5 shows a part of the vehicle structural component according to the invention in a view from above and
  • Figure 6 shows a cross section through the vehicle structural component according to the invention.
  • FIGS. 1 to 3 each show a vehicle structural component 10, which represents an intermediate product 12 in the manufacture of a vehicle structural component 14 according to the invention (see FIG. 4).
  • Figures 1 and 2 show a part of the elongated vehicle structural component 10 in a view from above and from below.
  • FIG. 3 shows a cross section through the vehicle structural component 10.
  • the intermediate product 12 itself is already a functional vehicle structural component 10, specifically a cowl for a motor vehicle.
  • the vehicle structural component 10 comprises a base body 16 in which a plurality of receptacles 18 are present.
  • the receptacles 18 are each formed by an elongated groove which has a rectangular profile and extends almost completely or completely over the entire length of the vehicle structural component 10.
  • the base body 16 is a plastic component, in particular made of a short fiber reinforced thermoplastic.
  • four receptacles 18 are provided, of which two receptacles 18 are arranged on an upper side and two receptacles 18 on an underside of the vehicle structural component 10.
  • the terms “top side” and “bottom side” refer to an assembled state of the vehicle structural component 10 in a motor vehicle.
  • the number of receptacles 18 can vary, depending on the type of vehicle structural component 10.
  • a first insert 20 is arranged in each of the receptacles 18.
  • the first inserts 20 can be reliably connected to the base body 16 by means of extrusion coating or plastic welding.
  • the inserts 20 are preferably fiber-reinforced and contain continuous fibers.
  • the inserts 20 serve to stiffen the vehicle structural component 10 and, like the receptacles 18, extend almost completely or completely over the entire length of the vehicle structural component 10.
  • the first inserts 20 are rod-shaped and have a rectangular profile.
  • other profile shapes of the inserts 20 are also conceivable, the profiles of the inserts 20 and the receptacles 18 being matched to one another in such a way that there are no empty spaces in the vehicle structural component 10. That is, the inserts 20 are adapted to the profile of the receptacles 18.
  • a first insert 20 is arranged in a receptacle 18, it does not fill it completely, so that a receptacle for a further insert 24 remains.
  • the vehicle structural component 14 shown in FIGS. 4 to 6 differs from the intermediate product 12 shown in FIGS. 1 to 3 in that an additional insert 24 is additionally seated in each receptacle 18.
  • the additional insert 24 increases the strength of the vehicle structural component 14, in particular a rigidity in the transverse direction of the vehicle, based on an assembled state of the vehicle structural component 14, in comparison to the vehicle structural component 10 described above.
  • the vehicle structural component 14 can thus be adapted to the prevailing requirements by the further insert 24 and can be higher Take up loads as a vehicle structural component 10, in each of which only a first insert 20 is arranged in the receptacles 18.
  • the additional insert 24 is preferably welded to the base body 16, in particular by means of plastic welding.
  • the receptacle 18 is completely filled by the inlays 20, 24 without the inlays 24 protruding from the receptacle.
  • the inserts 24 extend along an upper side or an underside of the vehicle structural component 14, that is to say along an outer surface of the vehicle structural component 10.
  • a part of the outer surface of the vehicle structural component 14 is formed by a surface of an insert 24.
  • the first insert 20 and the further insert 24 are preferably identical components with an identical cross section, as shown in Figure 6. In this way, the inserts can equally be used as first inserts 20 or as further inserts 24.
  • the inserts 20, 24 are in contact with one another along a long side.
  • a modular system 26 which has identically designed base bodies 16 and a plurality of inserts 20, 24.
  • the base body 16 and the insert 20, 24 of the modular system 26 correspond to the components shown in the figures.
  • the required number of inserts 20, 24 can be inserted into the base body 16 in the manufacture of the vehicle structural component 14 according to the invention.
  • a base body 16 is provided with at least one receptacle 18 for an insert 20, 24 and a first insert 20 seated in the receptacle 18.
  • the first insert 20 was connected to the base body 16 either in the injection molding process for producing the base body by inserting the insert 20 into a mold and overmolding with plastic.
  • the first inserts 20 are connected to the base body 16 by means of plastic welding.
  • the base body 16 can have been produced either by means of injection molding or by means of an additive manufacturing process, for example by means of 3D printing.
  • This intermediate product 12, which comprises the base body 16 in each case a first insert 20 per receptacle 18, but no further insert 24, corresponds to the vehicle structural component 10 shown in FIGS. 1 to 3, which already meets the requirements of some vehicle models.
  • the intermediate product 12 is characterized in that the receptacles 18 are not completely filled, that is to say that there is still space for at least one further insert 24 in the receptacle.
  • a further insert 24 is inserted into the receptacle 18.
  • the at least one further insert 24 is inserted into the receptacle 18 at a later point in the manufacturing process than the insertion of the first insert 20, for example after a painting process.
  • the receptacle 18 can be closed by means of an outer skin, not shown, which covers the receptacle 18, or by means of a cladding component, not shown.
  • the at least one further insert 24 can be welded to the base body 16 before or after the receptacle 18 of the vehicle structural component 14 is closed.

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Abstract

Es wird ein Fahrzeugstrukturbauteil (14) angegeben, umfassend einen Grundkörper (16) mit einer Aufnahme (18) und einem ersten Einleger (20) zur Versteifung des Fahrzeugstrukturbauteils (14), der in der Aufnahme (18) untergebracht ist und diese nur teilweise ausfüllt, und mindestens einen weiteren Einleger (24), der in der Aufnahme (18) sitzt. Zudem wird ein Baukastensystem (26) zum Herstellen von Fahrzeugstrukturbauteilen (14) und ein Verfahren zur Herstellung von Fahrzeugstrukturbauteilen (14) angegeben.

Description

Fahrzeugstrukturbauteil, Baukastensystem und Verfahren zur Herstellung von Fahrzeugstrukturbauteilen
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugstrukturbauteil, ein Baukastensystem zum Herstellen von Fahrzeugstrukturbauteilen und ein Verfahren zur Herstellung von Fahrzeugstrukturbauteilen.
Fahrzeugstrukturbauteile dienen zur Versteifung der Fahrzeugstruktur und sind beispielsweise Vertikalsäulen oder Teile der Fahrzeugdachstruktur. Des Weiteren können sie zur Anbindung von Klappen und deren Funktionselementen, wie Feder- Dämpfer-Elementen dienen.
Je nach Modell und Ausstattung eines Fahrzeugs liegen häufig unter-1- schiedliche Anforderungen an die verwendeten Fahrzeugstrukturbauteile vor. Um eine hohe Variantenvielfalt, die auch einen hohen Aufwand bei der Steuerung der Fertigungsprozesse nach sich ziehen würde, zu vermeiden, werden
Fahrzeugstrukturbauteile häufig auf eine Maximalanforderung ausgelegt. Das bedeutet jedoch, dass das Gewicht und die Herstellkosten des
Fahrzeugstrukturbauteils in allen Fahrzeugvarianten einem Maximalwert entsprechen, auch wenn in einigen Fahrzeugvarianten geringere Anforderungen vorliegen. Dadurch werden unnötig Ressourcen verbraucht und das Fahrzeuggewicht zumindest einiger Fahrzeugmodelle unnötig erhöht.
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein hinsichtlich der vorliegenden Anforderungen optimiertes Fahrzeugstrukturbauteil sowie ein Baukastensystem und ein Verfahren zur effizienten und kostensparenden Herstellung von Fahrzeugstrukturbauteilen anzugeben.
Diese Aufgabe wird zum einen erfindungsgemäß gelöst durch ein Fahrzeugstrukturbauteil, umfassend einen Grundkörper mit einer Aufnahme und einem ersten Einleger zur Versteifung des Fahrzeugstrukturbauteils, der in der Aufnahme untergebracht ist und diese nur teilweise ausfüllt, und mindestens einen weiteren Einleger, der in der Aufnahme sitzt.
Durch den zusätzlich zum ersten Einleger in der Aufnahme angeordneten weiteren Einleger wird eine höhere Steifigkeit des Fahrzeugstrukturbauteils erreicht als mit nur einem Einleger. Ein Fahrzeugstrukturbauteil mit einem ersten Einleger, der die Aufnahme nur teilweise ausfüllt, stellt sozusagen eine Basisvariante des Fahrzeugstrukturbauteils dar. Durch den weiteren Einleger, der zusätzlich zu dem ersten Einleger in der Aufnahme angeordnet ist, ist das Fahrzeugstrukturbauteil für Fahrzeugmodelle mit höheren Anforderungen geeignet, welche über die Anforderungen in der Basisvariante hinausgehen. Durch die Verwendung von zwei Einlegern kann im Fertigungsverfahren flexibel auf die jeweiligen Anforderungen reagiert werden.
Der Grundkörper ist vorzugsweise ein Kunststoffbauteil, insbesondere ein faserverstärktes Kunststoffbauteil. Dadurch lässt sich der Grundkörper einfach und kostengünstig hersteilen. Beispielsweise ist der Grundkörper ein kurzfaserverstärkter Thermoplast. Kurzfaserverstärkte Thermoplasten lassen sich einfach Spritzgießen, sodass der Grundkörper durch die Verwendung eines derartigen Kunststoffs einfach herstellbar ist.
Der mindestens eine erste Einleger und/oder der mindestens eine weitere Einleger kann aus einem faserverstärkten Kunststoff bestehen. Für die Einleger eignet sich die Verwendung eines Endlosfasermaterials. Die Endlosfasern der Einleger können mit einem Harz getränkt sein. Vorzugsweise verlaufen die Endlosfasern in den Einlegern unidirektional, sodass diese ein anisotropes Materialverhalten zeigen. Dadurch weist das Fahrzeugstrukturbauteil vor allem in Längsrichtung eine hohe Steifigkeit auf.
Gemäß einer Ausführungsform sind die beiden Einleger entlang einer Längsseite miteinander in Kontakt. Dadurch kann das Fahrzeugstrukturbauteil besonders kompakt ausgebildet sein.
Die Aufnahme ist vorzugsweise durch eine längliche Rille gebildet und der erste Einleger und der mindestens eine weitere Einleger sind vorzugsweise stabförmig, wobei das Profil der Einleger entsprechend dem Profil der länglichen Rille ausgebildet ist. Das heißt, dass die Einleger zusammen, insbesondere wenn die Einleger entlang einer Längsseite miteinander in Kontakt sind, ein Profil bilden, das dem Profil der Aufnahme entspricht. Auf diese Weise lassen sich die Einleger besonders einfach und passgenau in der Aufnahme anordnen. Wenn die Einleger in der Aufnahme angeordnet sind, liegen sie mit mindestens zwei gegenüberliegenden Längsseiten vollflächig an einer Innenwand der Aufnahme an. Die in der Aufnahme eingesetzten Einleger können die Aufnahme ausfüllen, insbesondere vollständig ausfüllen. Dabei kann der weitere Einleger bündig mit einer Außenseite des Fahrzeugstrukturbauteils abschließen. Somit ergibt sich zumindest im Bereich der Einleger ein möglichst stufenloses Erscheinungsbild des Fahrzeugstrukturbauteils.
Um den ersten Einleger ausreichend fest an dem Grundkörper zu befestigen, ist der erste Einleger beispielsweise mittels Umspritzens oder mittels Kunststoffschweißens mit dem Grundkörper verbunden.
Der mindestens eine weitere Einleger ist vorzugsweise ebenfalls mittels Kunststoffschweißens mit dem Grundkörper verbunden. Dadurch kann der weitere Einleger auch zu einem späteren Zeitpunkt als der erste Einleger mit dem Grundkörper verbunden werden, insbesondere nach Abschluss eines Spritzgussprozesses.
Gemäß einer Ausführungsform hat der mindestens eine erste Einleger und/oder der mindestens eine weitere Einleger ein rechteckiges Profil. Die Einleger können dadurch einfach herstellbar sein. Beispielsweise lassen sich die Einleger als lange Profile hersteilen, die dann je nach Bedarf zugeschnitten werden können.
Vorzugsweise sind der mindestens eine erste Einleger und der mindestens eine weitere Einleger identische Bauteile, d.h. Bauteile gleicher Geometrie und gleichen Materials. Somit wird eine Anzahl unterschiedlicher Komponenten gering gehalten, was sich vorteilhaft auf die Gesamtkosten des Fahrzeugstrukturbauteils auswirken kann.
Das Fahrzeugstrukturbauteil ist beispielsweise ein Windlauf, also eine Verstrebung, insbesondere ein Dachquerstrukturbauteil, die in Fahrzeugquerrichtung einen linken Dachrahmen und einen rechten Dachrahmen miteinander verbindet. Somit trägt das Fahrzeugstrukturbauteil zu einer Gesamtsteifigkeit eines Fahrzeugs bei. Das Fahrzeugstrukturbauteil kann jedoch auch in anderen Bereichen des Fahrzeugs eingesetzt sein, zum Beispiel kann das Fahrzeugstrukturbauteil eine Vertikalsäule bilden.
Die Aufgabe wird des Weiteren erfindungsgemäß gelöst durch ein Baukastensystem zum Herstellen von Fahrzeugstrukturbauteilen, mit identisch ausgeführten Grundkörpern, die mindestens eine Aufnahme aufweisen, und mehreren Einlegern, wobei die Aufnahme und die Einleger in ihrer Geometrie so aufeinander abgestimmt sind, dass wahlweise ein oder mehrere Einleger in dieselbe Aufnahme eingesetzt werden können. Somit kann mittels des Baukastensystems das Fahrzeugstrukturbauteil je nach Fahrzeugmodell entsprechend den jeweiligen Anforderungen ausgelegt werden.
Dabei können die mehreren Einleger die Aufnahme vollständig ausfüllen ohne aus dieser herauszuragen. Beispielsweise können zwei oder mehr Einleger zusammen die Aufnahme vollständig ausfüllen. Somit schließt der zuletzt eingelegte Einleger bündig mit der Außenfläche des Grundkörpers ab.
Die Grundkörper und die Einleger sind vorzugsweise Kunststoffbauteile, welche miteinander verschweißbar sind. Dadurch lassen sich die einzelnen Bauteile auch nach einem Spritzgussprozess zuverlässig miteinander verbinden.
Des Weiteren wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Fahrzeugstrukturbauteilen unter Verwendung des vorhergehend beschriebenen Baukastensystems, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: a) Bereitstellen eines Grundkörpers mit mindestens einer Aufnahme für einen Einleger, sowie eines in der Aufnahme sitzenden, ersten Einlegers, und b) Einsetzen mindestens eines weiteren Einlegers in die Aufnahme, wenn das Fahrzeugstrukturbauteil eine höhere Festigkeit aufweisen soll als das im Schritt a) hergestellte Bauteil.
Ein solches Verfahren bietet den Vorteil, dass ein Fahrzeugstrukturbauteil optimal auf die jeweiligen Anforderungen ausgelegt werden kann, abhängig davon, in welchem Fahrzeugmodell das Fahrzeugstrukturbauteil verwendet wird.
Nach dem Einsetzen des mindestens einen weiteren Einlegers kann die Aufnahme mittels einer Außenhaut, die die Aufnahme überdeckt, geschlossen werden. Alternativ kann die Aufnahme mit einem Verkleidungsbauteil geschlossen werden. Durch das Überdecken der Aufnahme ist die Auslegung des Fahrzeugstrukturbauteils abgeschlossen. Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens kann der mindestens eine weitere Einleger nach dem Verbinden des ersten Einlegers mit dem Grundkörper ebenfalls mit dem Grundkörper verbunden werden. Die Verbindung des weiteren Einlegers mit dem Grundkörper erfolgt vorzugsweise mittels Kunststoffschweißens.
Die Entscheidung, für welche Anforderungen das Fahrzeugstrukturbauteil ausgelegt werden soll, kann dadurch relativ spät im Herstellungsprozess erfolgen, zum Beispiel nach einer Montage beziehungsweise Fertigstellung einer Karosseriestruktur, insbesondere nach einem Lackiervorgang. Es müssen also bis zum Einsetzen des Einlegers keine zusätzlichen Varianten bedingt durch die Auslegung des Fahrzeugstrukturbauteils gesteuert werden. Auf diese Weise können die Produktionszeiten besonders kurz sein und der Produktionsspeicher kann aufgrund der reduzieren Variantensteuerung kleiner gehalten werden.
Der mindestens eine weitere Einleger wird insbesondere nach dem Schließen der Aufnahme und/oder nach dem Lackieren des Fahrzeugstrukturbauteils mit dem Grundkörper verschweißt. Alternativ ist es denkbar, dass der weitere Einleger mit dem Grundkörper durch Kleben, Nieten oder Formschluss verbunden wird. Durch die genannten Möglichkeiten kann der Einleger dauerhaft mit dem Grundkörper verbunden werden.
Der mindestens eine erste Einleger wird beispielsweise mit dem Grundkörper verbunden, indem er bei der Herstellung des Grundkörpers in ein entsprechendes Werkzeug eingelegt und umspritzt wird. Dies hat den Vorteil, dass der Einleger auf besondere einfache und effiziente Weise bereits bei der Herstellung des Grundkörpers mit diesem verbunden wird und kein weiterer Montageschritt zur Verbindung des Einlegers mit dem Grundkörper notwendig ist.
In einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens wird der Grundkörper mittels eines additiven Herstellungsverfahrens, beispielsweise mittels 3D-Drucks, hergestellt und der mindestens eine erste Einleger wird nach der Herstellung des Grundkörpers in die Aufnahme eingesetzt und mit dem Grundkörper verbunden, beispielsweise mittels Kunststoffschweißens. Bei dieser Variante wird zur Herstellung des Verbunds aus Grundkörper und erstem Einleger keine Werkzeugform benötigt. Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1 einen Teil eines Zwischenerzeugnisses bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Fahrzeugstrukturbauteils in einer Ansicht von oben,
Figur 2 einen Teil des Zwischenerzeugnisses aus Figur 1 in einer Ansicht von unten,
Figur 3 einen Querschnitt durch das Zwischenerzeugnis aus Figur 1 ,
Figur 4 einen Teil eines erfindungsgemäßen Fahrzeugstrukturbauteils in einer Ansicht von oben,
Figur 5 einen Teil des erfindungsgemäßen Fahrzeugstrukturbauteils in einer Ansicht von oben und
Figur 6 einen Querschnitt durch das erfindungsgemäße Fahrzeugstrukturbauteil.
Die Figuren 1 bis 3 zeigen jeweils ein Fahrzeugstrukturbauteil 10, das ein Zwischenerzeugnis 12 bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Fahrzeugstrukturbauteils 14 (siehe Figur 4) darstellt. Die Figuren 1 und 2 zeigen einen Teil des länglichen Fahrzeugstrukturbauteils 10 jeweils in einer Ansicht von oben und von unten. Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch das Fahrzeugstrukturbauteil 10.
Das Zwischenerzeugnis 12 selbst ist bereits ein funktionsfähiges Fahrzeugstrukturbauteil 10, und zwar ein Windlauf für ein Kraftfahrzeug.
Wie insbesondere in Figur 3 besonders gut zu erkennen ist, umfasst das Fahrzeugstrukturbauteil 10 einen Grundkörper 16, in dem mehrere Aufnahmen 18 vorhanden sind. Die Aufnahmen 18 sind jeweils durch eine längliche Rille gebildet, die ein rechteckiges Profil hat und sich nahezu vollständig oder vollständig über die gesamte Länge des Fahrzeugstrukturbauteils 10 erstreckt.
Der Grundkörper 16 ist ein Kunststoffbauteil, insbesondere aus einem kurzfaserverstärkten Thermoplasten. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind vier Aufnahmen 18 vorgesehen, von denen zwei Aufnahmen 18 an einer Oberseite und zwei Aufnahmen 18 an einer Unterseite des Fahrzeugstrukturbauteils 10 angeordnet sind. Die Begriffe „Oberseite“ und„Unterseite“ beziehen sich dabei auf einen montierten Zustand des Fahrzeugstrukturbauteils 10 in einem Kraftfahrzeug. Die Anzahl der Aufnahmen 18 kann jedoch variieren, je nach Art des Fahrzeugstrukturbauteils 10.
In jeder der Aufnahmen 18 ist jeweils ein erster Einleger 20 angeordnet. Beispielsweise können die ersten Einleger 20 mittels Umspritzens oder Kunststoffschweißens mit dem Grundkörper 16 zuverlässig verbunden sein.
Die Einleger 20 sind vorzugsweise faserverstärkt und enthalten Endlosfasern. Die Einleger 20 dienen der Versteifung des Fahrzeugstrukturbauteils 10 und erstrecken sich ebenso wie die Aufnahmen 18 nahezu vollständig oder vollständig über die gesamte Länge des Fahrzeugstrukturbauteils 10.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die ersten Einleger 20 stabförmig und haben ein rechteckiges Profil. Es sind jedoch auch andere Profilformen der Einleger 20 denkbar, wobei die Profile der Einleger 20 und der Aufnahmen 18 derart aufeinander abgestimmt sind, dass sich keine Leerräume im Fahrzeugstrukturbauteil 10 ergeben. Das heißt, die Einleger 20 sind an das Profil der Aufnahmen 18 angepasst.
Wenn ein erster Einleger 20 in einer Aufnahme 18 angeordnet ist, füllt er diese nicht vollständig aus, sodass eine Aufnahme für einen weiteren Einleger 24 verbleibt.
Das in den Figuren 4 bis 6 dargestellte Fahrzeugstrukturbauteil 14 unterscheidet sich von dem in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Zwischenerzeugnis 12 dadurch, dass in jeder Aufnahme 18 zusätzlich ein weiterer Einleger 24 sitzt. Durch den weiteren Einleger 24 ist eine Festigkeit des Fahrzeugstrukturbauteils 14, insbesondere eine Steifigkeit in Fahrzeugquerrichtung, bezogen auf einen montierten Zustand des Fahrzeugstrukturbauteils 14, im Vergleich zu dem vorhergehend beschriebenen Fahrzeugstrukturbauteil 10 erhöht.
Somit kann das Fahrzeugstrukturbauteil 14 durch den weiteren Einleger 24 an die jeweils herrschenden Anforderungen angepasst sein und kann höhere Belastungen aufnehmen als ein Fahrzeugstrukturbauteil 10, bei dem jeweils nur ein erster Einleger 20 in den Aufnahmen 18 angeordnet ist.
Der zusätzliche Einleger 24 ist vorzugsweise mit dem Grundkörper 16 verschweißt, insbesondere mittels Kunststoffschweißens.
Durch die Einleger 20, 24 zusammen ist die Aufnahme 18 vollständig ausgefüllt, ohne dass die Einleger 24 aus der Aufnahme herausragen. Dadurch erstrecken sich die Einleger 24 entlang einer Oberseite beziehungsweise einer Unterseite des Fahrzeugstrukturbauteils 14, also entlang einer Außenfläche des Fahrzeugstrukturbauteils 10. Insbesondere ist ein Teil der Außenfläche des Fahrzeugstrukturbauteils 14 durch eine Fläche eines Einlegers 24 gebildet.
Die ersten Einleger 20 und die weiteren Einleger 24 sind vorzugsweise identische Bauteile mit einem identischen Querschnitt, wie in Figur 6 dargestellt. Auf diese Weise können die Einleger gleichermaßen als erste Einleger 20 oder als weiter Einleger 24 verwendet werden.
In einem montierten Zustand, wie in den Figuren 4 bis 6 gezeigt, sind die Einleger 20, 24 entlang einer Längsseite miteinander in Kontakt.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Fahrzeugstrukturbauteils 14 wird ein erfindungsgemäßes Baukastensystem 26 bereitgestellt, das identisch ausgeführten Grundkörper 16 und mehrere Einleger 20, 24 aufweist. Die Grundkörper 16 und die Einleger 20, 24 des Baukastensystems 26 entsprechen den in den Figuren gezeigten Bauteilen. Somit kann bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Fahrzeugstrukturbauteils 14 die erforderliche Anzahl an Einlegern 20, 24 in den Grundkörper 16 eingesetzt werden.
Um ein erfindungsgemäßes Fahrzeugstrukturbauteil 14 unter Verwendung des Baukastensystems 26 herzustellen, werden folgende Schritte durchgeführt:
Zunächst wird ein Grundkörper 16 mit mindestens einer Aufnahme 18 für einen Einleger 20, 24 sowie ein in der Aufnahme 18 sitzender, erster Einleger 20 bereitgestellt.
Der erste Einleger 20 wurde entweder beim Spritzgussprozess zum Herstellen des Grundkörpers 16 mit diesem verbunden, indem der Einleger 20 in eine Werkzeugform eingelegt und mit Kunststoff umspritzt wurde. Alternativ kann der erste Einleger 20 mittels Kunststoffschweißens mit dem Grundkörper 16 verbunden werden. Der Grundkörper 16 kann in diesem Fall entweder mittels Spritzgießens oder mittels eines additiven Fertigungsverfahrens, beispielsweise mittels 3D-Drucks, hergestellt worden sein. Dieses Zwischenerzeugnis 12, das den Grundkörper 16 jeweils einen ersten Einleger 20 je Aufnahme 18, aber keinen weiteren Einleger 24, umfasst, entspricht dem in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Fahrzeugstrukturbauteil 10, welches bereits den Anforderungen einiger Fahrzeugmodelle genügt. Insbesondere zeichnet sich das Zwischenerzeugnis 12 dadurch aus, dass die Aufnahmen 18 nicht vollständig ausgefüllt sind, das heißt, dass noch Platz für mindestens einen weiteren Einleger 24 in der Aufnahme ist.
Wenn das Fahrzeugstrukturbauteil 14 allerdings eine höhere Festigkeit aufweisen soll als das im vorhergehenden Schritt hergestellte Fahrzeugstrukturbauteil 10, wird ein weiterer Einleger 24 in die Aufnahme 18 eingesetzt.
Das Einsetzen des mindestens einen weiteren Einlegers 24 in die Aufnahme 18 erfolgt dabei zu einem späteren Zeitpunkt im Fertigungsprozess als das Einsetzen des ersten Einlegers 20, zum Beispiel nach einem Lackiervorgang.
Nach dem Einsetzen des weiteren Einlegers 24 kann die Aufnahme 18 mittels einer nicht dargestellten Außenhaut, die die Aufnahme 18 überdeckt, oder mittels eines nicht dargestellten Verkleidungsbauteils, geschlossen werden.
Das Verschweißen des mindestens einen weiteren Einlegers 24 mit dem Grundkörper 16 kann vor oder nach dem Schließen der Aufnahme 18 des Fahrzeugstrukturbauteils 14 erfolgen.

Claims

Patentansprüche
1 . Fahrzeugstrukturbauteil (14), umfassend einen Grundkörper (16) mit einer Aufnahme (18) und einem ersten Einleger (20) zur Versteifung des Fahrzeugstrukturbauteils (14), der in der Aufnahme (18) untergebracht ist und diese nur teilweise ausfüllt, und mindestens einen weiteren Einleger (24), der in der Aufnahme (18) sitzt.
2. Fahrzeugstrukturbauteil (14) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (16) ein Kunststoffbauteil, insbesondere ein faserverstärktes Kunststoffbauteil, ist.
3. Fahrzeugstrukturbauteil (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine erste Einleger (20) und/oder der mindestens eine weitere Einleger (24) aus einem faserverstärkten Kunststoff besteht.
4. Fahrzeugstrukturbauteil (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Einleger (20, 24) entlang einer Längsseite miteinander in Kontakt sind.
5. Fahrzeugstrukturbauteil (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (18) durch eine längliche Rille gebildet ist und der erste Einleger (20) und der mindestens eine weitere Einleger (24) stabförmig sind, wobei das Profil der Einleger (20, 24) entsprechend dem Profil der länglichen Rille ausgebildet ist.
6. Fahrzeugstrukturbauteil (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Aufnahme (18) eingesetzten Einleger (20, 24) die Aufnahme (18) ausfüllen.
7. Fahrzeugstrukturbauteil (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Einleger (20) mittels Umspritzens oder mittels Kunststoffschweißens mit dem Grundkörper (16) verbunden ist.
8. Fahrzeugstrukturbauteil (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine weitere Einleger (20) mittels Kunststoffschweißens mit dem Grundkörper (16) verbunden ist.
9. Fahrzeugstrukturbauteil (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine erste Einleger (20) und/oder der mindestens eine weitere Einleger (24) ein rechteckiges Profil hat.
10. Fahrzeugstrukturbauteil (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine erste Einleger (20) und der mindestens eine weitere Einleger (24) identische Bauteile sind.
1 1. Fahrzeugstrukturbauteil (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeugstrukturbauteil (14) ein Windlauf ist.
12. Baukastensystem (26) zum Herstellen von Fahrzeugstrukturbauteilen (14), mit identisch ausgeführten Grundkörpern (16), die mindestens eine
Aufnahme (18) aufweisen, und mehreren Einlegern (20, 24), wobei die Aufnahme (18) und die Einleger (20, 24) in ihrer Geometrie so aufeinander abgestimmt sind, dass wahlweise ein oder mehrere Einleger (20, 24) in dieselbe Aufnahme (18) eingesetzt werden können.
13. Baukastensystem (26) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Einleger (20, 24) die Aufnahme (18) vollständig ausfüllen ohne aus dieser herauszuragen.
14. Baukastensystem (26) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundkörper (16) und die Einleger (20, 24) Kunststoffbauteile sind, welche miteinander verschweißbar sind.
15. Verfahren zur Herstellung von Fahrzeugstrukturbauteilen (14) unter Verwendung des Baukastensystems (26) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: a) Bereitstellen eines Grundkörpers (16) mit mindestens einer Aufnahme (18) für einen Einleger (24), sowie eines in der Aufnahme (18) sitzenden, ersten
Einlegers (20), und b) Einsetzen mindestens eines weiteren Einlegers (24) in die Aufnahme (18), wenn das Fahrzeugstrukturbauteil (14) eine höhere Festigkeit aufweisen soll als das im Schritt a) hergestellte Bauteil.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (18) mittels einer Außenhaut, die die Aufnahme (18) überdeckt, geschlossen wird.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine weitere Einleger (24) nach dem Verbinden des ersten Einlegers
(20) mit dem Grundkörper (16) ebenfalls mit dem Grundkörper (16) verbunden wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine weitere Einleger (24) nach dem Schließen der Aufnahme (18) und/oder nach dem Lackieren des Fahrzeugstrukturbauteils (14) mit dem Grundkörper (16) verschweißt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine erste Einleger (20) mit dem Grundkörper (16) verbunden wird, indem er bei der Herstellung des Grundkörpers (16) in ein entsprechendes Werkzeug eingelegt und umspritzt wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (16) mittels eines additiven Herstellungsverfahrens hergestellt wird und der mindestens eine erste Einleger (20) nach der Herstellung des Grundkörpers (16) in die Aufnahme (18) eingesetzt und mit dem Grundkörper (16) verbunden wird.
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