DE102011111745A1

DE102011111745A1 - Steering box module for internal combustion engine, has corrugated elements with molded reinforcing ribs made from thermoplastic resin, where ribs consist of short fibers from reinforcement material having volume fraction of preset values

Info

Publication number: DE102011111745A1
Application number: DE201110111745
Authority: DE
Inventors: Eckhard Reese; Günther Zoll
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2011-08-24
Filing date: 2011-08-24
Publication date: 2013-02-28

Abstract

The module has machined corrugated elements with molded reinforcing ribs (11) made from thermoplastic resin, where the reinforcing ribs consist of short fibers from a reinforcement material having a volume fraction of 30 percentage. The module consists of a metal plastic hybrid composite. A foam material is arranged in intermediate rib spaces limited by the ribs. A metal insert (10) is made of a metal sheet, and form-fitting elements e.g. beads, nubs, perforations and slits, enable connection of the molded-on thermoplastic material. An edge of the insert is reinforced by a fold. An independent claim is also included for a method for manufacturing a steering box module.

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuergehäusemodul für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs und ein Verfahren zur Herstellung des Steuergehäusemoduls.The invention relates to a control housing module for an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle, and to a method for producing the control housing module.

Steuergehäusemodule für Verbrennungskraftmaschinen werden bislang in der Serienfertigung fast ausschließlich aus Al-Si-Legierungen im Druckguss hergestellt. Bei schwereren Ausführungen kann entsprechend des Kurbelgehäuses auch Grauguss zur Fertigung des Steuergehäusemoduls verwendet werden. Ferner ist auch eine Mg-Legierung in Druckguss möglich, die häufig bei Rennmotoren eingesetzt wird.Control housing modules for internal combustion engines have been produced in series production almost exclusively from Al-Si alloys in die casting. For heavier versions, gray cast iron can also be used to manufacture the control box module, according to the crankcase. Furthermore, a diecast magnesium alloy is also possible, which is frequently used in racing engines.

Die DE 44 00 952 C1 offenbart einen im Aluminium-Druckgussverfahren hergestellten Gehäusedeckel einer Brennkraftmaschine, in dem ein Ölkühler, ein Ölfilter, eine Ölfilterbypassierung und ein Kühlwasservorlauf integriert sind. Um eine Ölfilter-Ölkühlerkombination möglichst Platz sparend in dem Gehäusedeckel unterzubringen, um weitere Funktionen für den Motorbetrieb auf kleinem Bauraum unterzubringen, sind in dem Gehäusedeckel ein Querwasserkanal und ein Querölkanal für eine Ölzuführung zu den Hauptölleitungen mit dazwischen liegenden Öldruck- und Öltemperaturgebern untergebracht.The DE 44 00 952 C1 discloses a housing cover of an internal combustion engine produced in the die-cast aluminum method in which an oil cooler, an oil filter, an oil filter bypass and a cooling water supply are integrated. To accommodate an oil filter oil cooler combination space saving as possible in the housing cover to accommodate more functions for the engine operation in a small space, a transverse water channel and a cross oil passage for oil supply to the main oil lines with intermediate oil pressure and oil temperature sensors are housed in the housing cover.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Steuergehäusemodul für eine Verbrennungskraftmaschine, das an einer Stirnseite der Verbrennungskraftmaschine befestigt ist und an dem Nebenaggregate, wie z. B. Wasserpumpe, Ölfilter, Thermostat, Drehstromgenerator, Lenkhilfepumpe, Kühlmittelverdichter, Riemenspanner sowie Umlenkrollen befestigt oder zum Teil integriert sein können. Vorteilhaft gestattet das Steuergehäusemodul möglichst viele zum Teil voneinander abhängige Nebenaggregate optimal zueinander anzuordnen. Dazu wird der Gehäusedeckel mit einem in Kammern aufgeteilten Hohlraum ausgeführt, in denen die jeweiligen Aggregate wie Ölpumpe, Kühlmittelpumpe oder Thermostatventil aufgenommen werden können. Die Kammern werden dabei über Strömungskanäle miteinander verbunden. Weiter sind außerhalb des Hohlraums Aufnahmestrukturen für die anderen Nebenaggregate vorgesehen.The present invention relates to a control housing module for an internal combustion engine, which is attached to an end face of the internal combustion engine and on the ancillaries, such as. As water pump, oil filter, thermostat, alternator, power steering pump, coolant compressor, belt tensioner and pulleys can be attached or partially integrated. Advantageously, the control housing module allows as many as possible interdependent ancillaries optimally arranged to each other. For this purpose, the housing cover is designed with a chamber divided into chambers, in which the respective units such as oil pump, coolant pump or thermostatic valve can be accommodated. The chambers are connected to each other via flow channels. Furthermore, receiving structures for the other ancillary components are provided outside the cavity.

Aus DE 196 12 360 C1 , DE 196 35 534 A1 , EP 0 843 081 A1 , DE 196 47 299 C1 , DE 196 35 534 C2 und DE 10 2005 025 882 A1 sind Ausführungen eines Steuergehäusemoduls bekannt, ohne dass spezielle Werkstoffe benannt sind.Out DE 196 12 360 C1 . DE 196 35 534 A1 . EP 0 843 081 A1 . DE 196 47 299 C1 . DE 196 35 534 C2 and DE 10 2005 025 882 A1 versions of a control module are known without special materials are named.

Ferner offenbart die DD 211 146 A1 eine Ausführungsform eines Steuergehäusedeckels mit Verrippungen zur Senkung der Geräuschemissionen.Further, the DD 211 146 A1 an embodiment of a control housing cover with ribs to reduce the noise emissions.

Auch DE 10 2005 025 882 A1 betrifft einen Steuergehäusedeckel zur Abdichtung eines Brennkraftmaschinengehäuses mit einer Ölwanne und mit einem Deckelelement, wobei das Deckelelement einen ersten und einen zweiten Deckelbereich aufweist, wobei der zweite Deckelbereich beweglich zum ersten Deckelbereich ausgebildet ist. Dieser Steuergehäusedeckel weist neben einer Geräusch dämpfenden Wirkung einen Ausgleich von Toleranzen und insbesondere durch Wärmedehnung entstehenden Spannungen auf.Also DE 10 2005 025 882 A1 relates to a control housing cover for sealing an engine housing with an oil pan and with a lid member, wherein the lid member has a first and a second lid portion, wherein the second lid portion is formed movable to the first lid portion. This control housing cover has, in addition to a noise-damping effect, a compensation of tolerances and in particular stresses resulting from thermal expansion.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steuergehäusemodul mit einer Vielzahl von zum Teil integrierten Aufnahme-, Anbindungsstrukturen für Nebenaggregate zu schaffen, das auch gegenüber den Steuergehäusedeckeln aus Leichtmetall weiteres Gewichtseinsparungspotential aufweist und zur Kostenverringerung beiträgt.Based on this prior art, it is an object of the present invention to provide a control housing module with a variety of partially integrated recording, connection structures for ancillaries, which also has over the control housing covers made of light metal further weight saving potential and contributes to cost reduction.

Diese Aufgabe wird durch ein Steuergehäusemodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen ausgeführt.This object is achieved by a control housing module having the features of claim 1 and by a method having the features of claim 9. Further developments are set forth in the subclaims.

Eine erste Ausführungsform bezieht sich auf ein Steuergehäusemodul für eine Verbrennungskraftmaschine. Das Steuergehäusemodul weist Integrations- und/oder Anbindungs- und/oder Aufnahmestrukturen für die Nebenaggregate sowie eine Rippenstruktur auf. Bei den Nebenaggregaten, die an dem Steuergehäusemodul zu befestigen sind oder die zumindest teilweise darin integriert vorliegen, kann es sich um einen Radialwellendichtring für eine Kurbelwelle, eine Wasserpumpe, einen Kühlmittelkompressor, einen Generator, einen Ölfilter, einen Leitungskanal für Kühlmittel und/oder eine Ölwannenanbindung handeln. Das erfindungsgemäße Steuergehäusemodul besteht aus einem Metall-Kunststoff-Hybrid-Verbund, der zumindest einen Metall-Einleger aufweist. Die Rippenstruktur besteht aus Verstärkungsrippen, die aus einem thermoplastischen Kunststoff an den Einleger angespritzt sind. Der thermoplastische Kunststoff der Verstärkungsrippen umfasst Kurzfasern aus einem Verstärkungsmaterial mit einem Volumenanteil von zumindest 30%. Der Fasergehalt senkt die Kriechneigung der angespritzten Verstärkungsrippen des Steuergehäusemoduls und verbessert somit dessen Formbeständigkeit auch bei erhöhter Temperatur.A first embodiment relates to a control housing module for an internal combustion engine. The control housing module has integration and / or attachment and / or receiving structures for the ancillaries and a rib structure. The accessories which are to be attached to the control housing module or at least partially integrated therein, it may be a crankshaft radial shaft seal, a water pump, a coolant compressor, a generator, an oil filter, a conduit for coolant and / or an oil pan connection act. The control housing module according to the invention consists of a metal-plastic hybrid composite having at least one metal insert. The rib structure consists of reinforcing ribs, which are molded from a thermoplastic material to the insert. The thermoplastic of the reinforcing ribs comprises short fibers of a reinforcing material with a volume fraction of at least 30%. The fiber content lowers the creep of the injection-molded reinforcing ribs of the control housing module and thus improves its dimensional stability even at elevated temperature.

So stellt das FVK-Steuergehäusemodul für eine Verbrennungskraftmaschine in einer Metall-Kunststoff-Hybrid-Verbundbauweise mit den hochkurzfasergefüllten thermoplastischen Kunststoffrippen durch den reduzierten Metallanteil ein kostengünstigeres Steuergehäusemodul mit weiter verringertem Gewicht bereit, das dadurch den wachsenden Anforderungen bezüglich des Kraftstoffverbrauchs und der Abgasemission in der Automobilindustrie gerecht wird.Thus, the FVK control box module for an internal combustion engine in a metal-plastic hybrid composite construction with the high short fiber filled thermoplastic resin ribs provides a more cost effective control box module with further reduced weight through the reduced metal portion Requirements for fuel consumption and exhaust emissions in the automotive industry.

In einer Ausführungsform des Steuergehäusemoduls kann ein Faservolumengehalt von 30% ausreichend sein, der Volumenanteil der Kurzfasern kann aber in weiteren Ausführungsformen auch 40% oder mehr, beispielsweise 50% oder 60% oder noch mehr, etwa bis zu 90% betragen, solange sichergestellt ist, dass der faserhaltige Thermoplast spritzbar ist.In one embodiment of the control box module, a fiber volume content of 30% may be sufficient, but in other embodiments, the volume fraction of short fibers may also be 40% or more, for example 50% or 60% or even more, for example up to 90%, as long as it is ensured that the fiber-containing thermoplastic is sprayable.

Aufgrund des Einsatzes in der Nähe eines Verbrennungsmotors weisen geeignete thermoplastische Kunststoffmaterialien für die Rippen eine hohe Wärmeformbeständigkeit auf, wie etwa Polyamid, Polyphenylensulfid, Polyphthalamid, Polyetheretherketon und Kombinationen davon. Weitere zum Einsatz bei hohen Temperaturen geeignete Thermoplasten sind Polysulfon, Polyetherimid und Polytetrafluorethen.Due to the use in the vicinity of an internal combustion engine, suitable thermoplastic resin materials for the ribs have a high heat resistance, such as polyamide, polyphenylene sulfide, polyphthalamide, polyetheretherketone and combinations thereof. Other thermoplastics suitable for use at high temperatures are polysulfone, polyetherimide and polytetrafluoroethene.

Die das Steuergehäusemodul versteifende Verrippung kann zum einen kraftflussgerecht orientierte Rippenstrukturen als auch regelmäßig geformte längs-, quer-, und/oder diagonal, insbesondere sich kreuzende Verstärkungsrippen umfassen. Zur besseren Schall- und/oder Wärmedämmung können die von den Rippen begrenzten Zwischenrippenräume mit einem Schaummaterial, insbesondere aus Polyamid oder Polyurethan, ausgeschäumt sein.The ribbing stiffening the control housing module can comprise rib structures oriented in accordance with the flow of force as well as regularly shaped longitudinal, transverse, and / or diagonal, in particular intersecting, reinforcing ribs. For better sound and / or thermal insulation, the fin areas bounded by the ribs can be foamed with a foam material, in particular made of polyamide or polyurethane.

Das Steuergehäusemodul kann zumindest abschnittsweise auf der von dem Einleger abgewandten Seite der Rippen mit einer flächigen Verstärkungsstruktur versehen sein. Diese zusätzliche Verstärkungsstruktur kann vor allem in Bereichen erhöhter Krafteinleitung wie den Anbindungsbereichen für den Kühlmittelkompressor und den Generator an dem Steuergehäusemodul sinnvoll sein, es ist aber auch eine vollflächige Abdeckung der Verrippungsstruktur mit der flächigen Verstärkungsstruktur denkbar.The control housing module may be provided with a planar reinforcing structure at least in sections on the side of the ribs facing away from the insert. This additional reinforcement structure may be useful above all in areas of increased introduction of force, such as the connection regions for the coolant compressor and the generator on the control housing module, but it is also conceivable to cover the entire surface of the ribbing structure with the planar reinforcement structure.

Bei der flächigen Verstärkungsstruktur kann es sich um eine entsprechend dem Kraftfluss zugeschnittene faserverstärkte Thermoplastplatte wie ein Organoblech handeln. Unter „Organoblechen” werden plattenförmige endlosfaserverstärkte Thermoplasthalbzeuge verstanden, die sich thermoformen lassen, kurze Prozesszyklen ermöglichen und sich außerdem gut schweißen lassen. Organobleche können dabei aus speziellen Faseranordnungen, die Fasern in definierten Orientierungen aufweisen, eingebettet in der Thermoplastmatrix bestehen. So kann es sich bei den Faseranordnungen um Gewebe, Gelege, Gestricke etc. handeln.The planar reinforcing structure can be a fiber-reinforced thermoplastic sheet cut to length according to the flow of force, such as an organic sheet. "Organic sheet" is understood to mean plate-shaped continuous fiber-reinforced thermoplastic pulleys which can be thermoformed, permit short process cycles and, moreover, can be welded well. Organic sheets may consist of special fiber arrangements having fibers in defined orientations embedded in the thermoplastic matrix. For example, the fiber arrangements can be fabrics, scrims, knits, etc.

Ferner kann eine flächige Verstärkungsstruktur alternativ zu dem Organoblech oder in Kombination damit aus einem mit einem thermoplastischen Kunststoff vorimprägnierten und vorkonsolidierten entsprechend einem Kraftfluss gefertigten TFP-Textil handeln. Mittels des „Tailored Fiber Placements” lassen sich Textileinleger ohne Verschnitt mit den gewünschten kraftflussorientierten Fasern herstellen.Furthermore, a sheet-like reinforcing structure may be an alternative to the organic sheet or, in combination therewith, may be a thermoplastic prepreg-impregnated and preconsolidated TFP textile made according to a flux of force. Tailored fiber placements allow textile inlays to be produced without blending with the desired flow-oriented fibers.

Die flächige Verstärkungsstruktur kann mittels des enthaltenen thermoplastischen Kunststoffs direkt mit den Rippen und/oder dem Einleger verbunden sein, es kann aber auch eine zusätzliche thermoplastische Schicht als Verbindungsschicht vorgesehen sein.The sheet-like reinforcing structure can be connected directly to the ribs and / or the insert by means of the thermoplastic material contained, but an additional thermoplastic layer can also be provided as the bonding layer.

Bei dem thermoplastischen Kunststoff der Thermoplastplatte, des vorimprägnierten TFP-Textils und/oder der Schicht kann es sich, entsprechend den Rippen, ebenfalls um einen wärmeformbeständigen thermoplastischen Kunststoff wie Polyamid, Polyphenylensulfid, Polyphthalamid, Polyetheretherketon und Kombinationen davon handeln. Ebenfalls entsprechend den Rippen kann der thermoplastische Kunststoff einer Verbindungsschicht ebenfalls Kurzfasern aus einem Verstärkungsmaterial in einem Volumenanteil von zumindest 30% umfassen.The thermoplastics of the thermoplastic sheet, the prepreg TFP fabric and / or the sheet may also be, according to the ribs, a heat-resistant thermoplastic such as polyamide, polyphenylene sulfide, polyphthalamide, polyetheretherketone and combinations thereof. Also according to the ribs, the thermoplastic resin of a tie layer may also comprise short fibers of a reinforcing material in a volume fraction of at least 30%.

In einer Ausführungsform kann das Steuergehäusemodul quasi aus zwei Teil-Bauteilen zusammengesetzt werden, von denen jedes einen Einleger mit der angespritzten Rippenstruktur aufweist. Diese beiden Teil-Bauteile sind über die Rippenstrukturen miteinander verbunden, beispielsweise verschweißt.In one embodiment, the control housing module can be composed of quasi two partial components, each of which has an insert with the molded rib structure. These two partial components are connected to one another via the rib structures, for example welded.

Auch den Einsatz von zumindest zwei Einlegern erfordert eine Ausführungsform des Steuergehäusemoduls, in der ein erster Einleger einen umgeformten Abschnitt als ein Halbprofil bereitstellt, das durch den zweiten Einleger zu einem Hohlprofil ergänzt wird, der dazu mit dem ersten Einleger verbunden ist.Also, the use of at least two inserts requires an embodiment of the control box module in which a first inserter provides a deformed portion as a half profile which is supplemented by the second inserter to a hollow profile connected thereto to the first inserter.

So kann das Steuergehäusemodul auch zumindest ein FVK-Rohr als in den Einleger integrierten Leitungskanal aufweisen.For example, the control housing module can also have at least one FRP tube as a conduit integrated into the insert.

Der verwendete Metall-Einleger besteht vorzugsweise aus einem Metall-Blech, das insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht. Zur besseren Anbindung der angespritzten thermoplastischen Kunststoffrippen weist der Metall-Einleger Formschlusselemente wie Sicken, Noppen, Durchbrüche, Schlitze, etc. auf. Ferner kann der Metall-Einleger ebenfalls zur Verbesserung der Anhaftung der Kunststoffrippen mit einer Haftmittelbeschichtung versehen und dazu mit einem sogenannten Primer behandelt sein. Zur weiteren Versteifung des Steuergehäusemoduls kann zumindest ein Rand des Metalleinlegers durch einen Falz verstärkt sein.The metal insert used is preferably made of a metal sheet, which consists in particular of aluminum or an aluminum alloy. For better connection of the molded thermoplastic plastic ribs, the metal insert has positive locking elements such as beads, nubs, openings, slots, etc. Further, the metal insert may also be provided with an adhesive coating to improve the adhesion of the plastic ribs and treated with a so-called primer. For further stiffening of the control box module, at least one edge of the metal insert can be reinforced by a fold.

Zur Herstellung des Steuergehäusemoduls wird ein Metallblech entsprechend dem Steuergehäusemodul zu dem Einleger konfektioniert, bevor oder nachdem es entsprechend geformt z. B. tiefgezogen wird/wurde. Ferner werden die Formschlusselemente in das Blech/den Einleger beispielsweise durch Stanzen eingebracht. Dieser wird sodann in ein Spritzgießwerkzeug eingelegt. Im Spritzgießwerkzeug wird zumindest die vorgesehene Verrippung aus dem thermoplastischen Kunststoff, der Kurzfasern aus einem Verstärkungsmaterial in einem Volumenanteil von zumindest 30% umfasst, angespritzt. Durch die Formschlusselemente wird der angespritzte Thermoplast formschlüssig mit dem Metalleinleger verbunden. Nach dem Aushärten der Verrippung kann das Steuergehäusemodul aus dem Spritzgießwerkzeug entformt werden.For the preparation of the control housing module, a metal sheet according to the control housing module is assembled to the insert before or after it is shaped accordingly z. B. is deep-drawn / was. Furthermore, the interlocking elements are introduced into the sheet / the inserter, for example by punching. This is then placed in an injection mold. In the injection mold at least the intended ribbing of the thermoplastic material, which comprises short fibers of a reinforcing material in a volume fraction of at least 30%, molded. By the positive locking elements of the molded thermoplastic is positively connected to the metal insert. After curing of the ribbing, the control housing module can be removed from the injection mold.

Weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen des Verfahrens umfassen zumindest einen der folgenden Schritte:
Beim Konfektionieren, Formen und/oder Anspritzen werden Integrations- und/oder Anbindungs- und/oder Aufnahmestrukturen für ausgebildet werden, wobei das Fertigen von Hinterschneidungen mittels eines mehrteiligen Spritzgießwerkzeugs umfasst sein kann.Further embodiments of the method according to the invention comprise at least one of the following steps:
During fabrication, molding and / or injection, integration and / or attachment and / or receiving structures will be formed for, wherein the production of undercuts by means of a multi-part injection molding tool may be included.

Ferner kann unmittelbar nach Bildung der Rippen, auch im gleichen Spritzgießwerkzeug das Ausschäumen der Zwischenrippenräume, etwa mit PA oder PUR erfolgen.Furthermore, immediately after the formation of the ribs, the foaming of the intermediate rib spaces, for example with PA or PUR, can take place in the same injection mold.

Das Anordnen und Verbinden einer flächigen Verstärkungsstruktur auf der von dem Einleger abgewandten Seite der Rippen beispielsweise durch Anschweißen mittels einer thermoplastischen Schicht wird nach Beendigung des Spritzgießzyklus', etwa nach dem Entformen des Bauteils stattfinden.Arranging and bonding a planar reinforcing structure on the side of the ribs facing away from the inserter, for example by welding by means of a thermoplastic layer, will take place after the end of the injection molding cycle, for example after demolding of the component.

Ferner kann die Herstellung des Bauteils das Verbinden von zumindest zwei mit einer angespritzten Rippenstruktur ausgestatteten Einlegern durch Verschweißen an den Rippen umfassen.Further, the fabrication of the component may include bonding at least two inserts provided with a molded rib structure by welding to the ribs.

Die Bildung eines integrierten Hohlprofils in dem Bauteil kann vor dem Spritzgießzyklus durch das Verbinden von zumindest zwei Einlegern erfolgen, alternativ oder zusätzlich kann beim Spritzgießen ein FVK-Rohr in den Einleger als Leitungskanal integriert werden.The formation of an integrated hollow profile in the component can take place prior to the injection molding cycle by connecting at least two inserts, alternatively or additionally, during injection molding, an FRP pipe can be integrated into the insert as a conduit.

Zur Randverstärkung kann vor dem Spritzgießen an zumindest einem Rand des Einlegers ein Falz ausgebildet werden.For edge reinforcement, a fold can be formed on at least one edge of the insert before injection molding.

Zusätzlich zu den Formschlusselementen kann durch das Beschichten des Einlegers mit einem Haftvermittler die Anbindung der daraufhin angespritzten Kunststoffrippen verbessert werden.In addition to the positive-locking elements, the connection of the subsequently molded plastic ribs can be improved by coating the insert with a bonding agent.

Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt. Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung der Beschreibung und dem besseren Verständnis des Gegenstands. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung. Dabei zeigt:These and other advantages are set forth by the following description with reference to the accompanying figures. The reference to the figures in the description is to aid in the description and understanding of the subject matter. The figures are merely a schematic representation of an embodiment of the invention. Showing:

1a, b eine schematische Seiten- und Frontansicht auf ein Steuergehäusemodul, das an der Stirnseite einer Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist, 1a , b is a schematic side and front view of a control housing module, which is arranged on the front side of an internal combustion engine,

2 eine perspektivische Darstellung eines Steuergehäusemoduls aus Al-Si-Druckguss mit Anbindungselementen, 2 a perspective view of a control housing module made of Al-Si die-cast with connecting elements,

3a, b schematische Frontansichten von zwei erfindungsgemäß ausgeführten Steuergehäusemodulen, 3a , b show schematic front views of two control housing modules designed according to the invention,

4 eine schematische Frontansicht eines weiteren erfindungsgemäß ausgeführten Steuergehäusemoduls, 4 a schematic front view of another inventively designed control module,

5a, b, c Seitenschnittansichten von drei erfindungsgemäß ausgeführten Steuergehäusemodulen, 5a , b, c are sectional side views of three control box modules according to the invention,

6a, b eine Seitenschnittansicht durch eine modifizierte faserverstärkte Thermoplastplatte und eine Seitenschnittansicht durch einen Abschnitt eines Steuergehäusemoduls mit zusätzlicher Verstärkung durch eine aufgeschweißte faserverstärkte Thermoplastplatte, 6a , b is a side sectional view through a modified fiber reinforced thermoplastic sheet and a side sectional view through a portion of a control box module with additional reinforcement by a welded fiber reinforced thermoplastic sheet,

7a, b eine schematische Front- und Seitenschnittansicht eines weiteren erfindungsgemäß ausgeführten Steuergehäusemoduls, 7a , b is a schematic front and side sectional view of another control housing module according to the invention,

8 Prozessschritte a) bis f) für das Verschweißen zweier Halbschalen direkt in dem Spritzgießwerkzeug („ENGEL joinmelt”) 8th Process steps a) to f) for welding two half shells directly in the injection mold ("ENGEL joinmelt")

9a, b eine schematische Front- und eine Seitenschnittansicht eines weiteren erfindungsgemäß ausgeführten Steuergehäusemoduls aus zwei zusammengeschweißten Halbmodulen nach dem Prozess aus 8, 9a , b is a schematic front and a side sectional view of a further designed according to the invention control housing module of two welded together half-modules after the process 8th .

10 in perspektivischer Ansicht einen Sandwichaufbau (A), bestehend aus den Lagen Textileinleger, Strukturkern und faserverstärkte Thermoplastplatte (B), 10 in a perspective view a sandwich construction (A), consisting of the layers textile insert, structural core and fiber-reinforced thermoplastic sheet (B),

11 mögliche Ausführungen des Strukturkerns aus 10, 11 possible designs of the structural core 10 .

12 eine schematische Seitenschnittansicht durch einen Abschnitt des Steuergehäusemoduls mit teilintegrierter Wasserpumpe und zugehöriger Kühlmittelleitung, 12 a schematic side sectional view through a portion of the control housing module with partially integrated water pump and associated coolant line,

13 eine schematische Seitenschnittansicht durch einen Abschnitt des Steuergehäusemoduls mit einer vollständig oder zum Teil in die Struktur integrierten Kühlmittelleitung der Wasserpumpe als FVK-Rohr, 13 2 shows a schematic side sectional view through a section of the control housing module with a coolant line of the water pump completely or partially integrated into the structure as a FRP pipe,

14a, b, c Erläuterungen zu Metall-Kunststoff-Hybrid-Verbunden, 14a , b, c Explanations on metal-plastic hybrid composites,

15a, b, c, d einen Verfahrensablauf beim Hinterspritzen eines Aluminium-Einlegers, 15a , b, c, d a process sequence in the back-injection of an aluminum insert,

16 eine Schnittansicht durch ein geschlossenes und mit Rippen umspritztes Kastenprofil aus zwei mit Sicken versehenen Aluminiumblechen, 16 5 is a sectional view through a closed and ribbed box section made of two beaded aluminum sheets,

17 eine perspektivische Skizze einer Randverstärkung eines Aluminium-Einlegers mittels Falzung, 17 a perspective sketch of an edge reinforcement of an aluminum insert by means of folding,

18 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäß ausgeführten Steuergehäusemoduls, 18 a perspective view of an inventively designed control housing module,

19 eine perspektivische Ansicht eines weiteren erfindungsgemäß ausgeführten Steuergehäusemoduls. 19 a perspective view of another inventively designed control module.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bezieht sich auf ein Steuergehäusemodul in Metall-Kunststoff-Hybrid-Verbundbauweise auf Basis einer hochkurzfasergefüllten thermoplastischen Matrix. Geeignete Fasermaterialien umfassen Glas, Carbon und Polymerfasern, insbesondere Aramid. Es können auch Kombinationen der Fasermaterialien eingesetzt werden. Weitere Fasermaterialien, die zumindest anteilsmäßig eingesetzt werden können, umfassen Metallfasern, Naturfasern, Keramikfasern, Basaltfasern etc.The device according to the invention relates to a control housing module in metal-plastic hybrid composite construction based on a high short fiber filled thermoplastic matrix. Suitable fiber materials include glass, carbon and polymer fibers, especially aramid. It is also possible to use combinations of the fiber materials. Other fiber materials that can be used at least proportionally include metal fibers, natural fibers, ceramic fibers, basalt fibers, etc.

Wie in 1 links prinzipiell dargestellt ist, wird das Hybrid-Steuergehäusemodul 1 an einer Stirnseite einer Verbrennungskraftmaschine 9 befestigt. Dabei sind an dem Steuergehäusemodul 1 Nebenaggregate, wie z. B. Wasserpumpe 3, Ölfilter 6, Thermostat, Drehstromgenerator 5, Lenkhilfepumpe, Kühlmittelverdichter 4, Riemenspanner sowie Umlenkrollen befestigt oder können zum Teil integriert sein, wie auch 2 zeigt. Dort ist auch zu sehen, dass einige Komponenten zumindest teilweise integriert vorliegen können, wie der Ölfilter 6 und ein Leitungskanal 7 für eine Wasserpumpe. Ferner ist ein Radialwellendichtring 2 für die Kurbelwelle zu sehen, und die Anbindungsstruktur 8 für die Verbindung zur Ölwanne. Andere Nebenaggregate wie der Kühlmittelkompressor 4 und der Generator 5 werden an entsprechenden Anbindungsstrukturen befestigt.As in 1 is shown in principle on the left, the hybrid control housing module 1 on a front side of an internal combustion engine 9 attached. These are on the control box module 1 Ancillaries, such. B. water pump 3 , Oil filter 6 , Thermostat, alternator 5 , Power steering pump, coolant compressor 4 , Belt tensioner and pulleys attached or may be partially integrated, as well 2 shows. There it can also be seen that some components can be at least partially integrated, like the oil filter 6 and a duct 7 for a water pump. Furthermore, a radial shaft seal 2 to see for the crankshaft, and the connection structure 8th for the connection to the oil sump. Other ancillaries such as the refrigerant compressor 4 and the generator 5 are attached to appropriate connection structures.

2 zeigt dabei ein im Druckguss hergestelltes Steuergehäusemodul 1 aus einer Al-Si-Legierung nach dem Stand der Technik. 2 shows a manufactured in die-cast control housing module 1 from an Al-Si alloy according to the prior art.

Aufgrund wachsender Anforderungen bezüglich des Kraftstoffverbrauchs und der Abgasemission in der Automobilindustrie ermöglicht das erfindungsgemäße Hybrid-Steuergehäusemodul 1 mit den entsprechenden Anbindungsstrukturen für die integrierten Nebenaggregate durch die Substitution der reinen Metallkomponenten durch ein Metall-Kunststoff-Hybrid-Verbund eine Kosten- und Gewichtsreduktion und damit die Möglichkeit zur Umsetzung eines konsequenten Leichtbaus im Motorbereich.Due to increasing fuel consumption and exhaust emission requirements in the automotive industry, the hybrid control box module of the present invention enables 1 With the appropriate connection structures for the integrated ancillary units through the substitution of the pure metal components by a metal-plastic hybrid composite a cost and weight reduction and thus the possibility of implementing a consistent lightweight construction in the engine area.

Ein erfindungsgemäßes Steuergehäusemodul 1, wie in der Prinzipdarstellung von 3 zu sehen, besteht im Wesentlichen aus einem Aluminiumblech-Einleger 10, der in einer Spritzgießmaschine mit einem hochkurzfasergefüllten (z. B. 30%, 40%, 60% Faservolumenanteil) Thermoplasten (z. B. Polyamid, Polyphenylensulfid/Polyphthalamid, Polyetheretherketon, etc.) mit Rippen 11 umspritzt wird und dadurch seine endgültige Geometrie erhält. Bevorzugte Thermoplasten haben dabei eine hohe Wärmeformbeständigkeit und eine gute Dimensionsstabilität, sowie vorteilhaft hohe Festigkeitswerte. Mögliche Hinterschneidungen, wie z. B. bei der Anbindung des Ölfilters 6, der Anbindung der Wasserpumpe 3 oder einer Aufnahme 2 für die Radialwellendichtung können mit Hilfe von mehrteiligen Spritzgießwerkzeugen realisiert werden.An inventive control housing module 1 , as in the schematic diagram of 3 to see consists essentially of an aluminum sheet inserter 10 used in an injection molding machine with a high short fiber filled (eg 30%, 40%, 60% fiber volume fraction) thermoplastics (eg polyamide, polyphenylene sulfide / polyphthalamide, polyetheretherketone, etc.) with ribs 11 is overmolded and thereby receives its final geometry. Preferred thermoplastics have a high heat resistance and a good dimensional stability, and advantageously high strength values. Possible undercuts, such. B. in the connection of the oil filter 6 , the connection of the water pump 3 or a recording 2 for the radial shaft seal can be realized with the help of multi-part injection molds.

In 3a) ist ein erfindungsgemäßes Steuergehäusemodul 1 zu sehen, das lediglich mit den Rippen 11 verstärkt ist, während rechts in 3b) zusätzliche lokale Verstärkungen durch angeschweißte faserverstärkte Thermoplastplatten 12, die Organobleche sein können, vorgesehen sind. In 5 sind unter a) und b) die entsprechenden Schnitte dazu dargestellt, die längs durch das Steuergehäusemodul 1 liegen. Die faserverstärkte Thermoplastplatten 12 sind beispielsweise mittels einer Verbindungs- bzw. Schweißschicht 12' mit den Rippenstrukturen 11 verbunden.In 3a) is a control housing module according to the invention 1 to see that just with the ribs 11 is reinforced while right in 3b) additional local reinforcements through welded fiber reinforced thermoplastic sheets 12 , which may be organic sheets, are provided. In 5 under a) and b) the corresponding sections are shown, which are longitudinally through the control housing module 1 lie. The fiber-reinforced thermoplastic sheets 12 are for example by means of a connecting or welding layer 12 ' with the rib structures 11 connected.

Organobleche 12 sind textile Flächenhalbzeuge (z. B. Gelege, Gewebe aus Verstärkungsfasern, etwa Glas-, Kohlenstoff- und/oder Aramidfasern), die mit einem thermoplastischen Kunststoff vorimprägniert und konsolidiert sind. Als weitere Fasertextilien kommen aber auch Geflechte und Gestricke etc. in Frage, und weitere Fasermaterialien, die Alternativ oder in Kombination eingesetzt werden können, sind Metallfasern, wie Stahlfasern, oder auch Keramikfasern, Naturfasern, Basaltfasern oder Polymerfasern. Die Fasern der Fasertextilien können nur in einer Richtung orientiert oder in zwei Richtungen in beliebigem Winkel zueinander, beispielsweise rechtwinklig zueinander orientiert sein.organosheets 12 are textile semifinished products (eg scrim, fabrics of reinforcing fibers, such as glass, carbon and / or aramid fibers), which are pre-impregnated with a thermoplastic and consolidated. As further fiber textiles but also braids and knits, etc. come into question, and other fiber materials, the alternative or used in combination can be metal fibers, such as steel fibers, or ceramic fibers, natural fibers, basalt fibers or polymer fibers. The fibers of the fiber textiles can only be oriented in one direction or oriented in two directions at any angle to each other, for example at right angles to each other.

Wie 4 zeigt, kann die Verrippung des Einlegers 10 in zwei unterschiedlichen Ebenen erfolgen. Als primäre, unregelmäßig geformte Verstärkung kann eine topologisch optimierte Struktur 11a gemäß dem Hauptkraftfluss erfolgen. Diese Struktur 11a dient zur Aufnahme der Hauptlasten, angedeutet durch die Beispiellast F. Die sekundäre, regelmäßig geformte Rippenstruktur 11 zur Verstärkung dient zusammen mit dem Rahmen 14 primär zur Versteifung des Steuergehäusemoduls 1 gegen Biege- und Torsionsbelastung. Durch das Einbringen von Sicken in die Geometrie des Einlegers kann die Struktur zusätzlich versteift werden. Durch eine geschickte Gestaltung kann die Verrippung zudem zu einer Geräuschreduzierung führen.As 4 shows, can the ribbing of the inserter 10 done in two different levels. As a primary, irregularly shaped reinforcement can be a topologically optimized structure 11a according to the main power flow. This structure 11a serves to accommodate the main loads, indicated by the example branch F. The secondary, regularly shaped rib structure 11 for reinforcement serves together with the frame 14 primarily for stiffening the control box module 1 against bending and torsional load. By introducing beads into the geometry of the insert, the structure can be additionally stiffened. By a clever design, the ribbing can also lead to a noise reduction.

Des Weiteren kann der Raum 13 zwischen den Rippen 11 zusätzlich durch einen Kunststoffschaum beispielsweise aus einem Polyamid oder einem Polyurethan nachträglich oder während des eigentlichen Spritzgießprozesses (z. B. im 2-K-Spritzgießen von kompatiblen Thermoplasten) gefüllt werden, vgl. 5b. Dieser kann, in Abhängigkeit vom Porengehalt, der Porendichte sowie der Porengeometrie eine zusätzliche Schallisolierung bewirken. Dabei eignen sich offenzellige Schäume besonders gut für eine Schallisolation, geschlossenzellige dagegen für eine thermische Isolation. Falls notwendig, kann die Verrippung 11 auch auf beiden Seiten des Einlegers 10 erfolgen. In 5c) ist dieser Fall skizziert, wobei zusätzlich die versteifende Sandwichbildung mit weiteren Organoblechen 12 dargestellt ist. Auch hier können Zwischenrippenräume 13 ausgeschäumt sein.Furthermore, the room can 13 between the ribs 11 additionally by a plastic foam, for example, from a polyamide or a polyurethane later or during the actual injection molding process (eg., In 2-component injection molding of compatible thermoplastics) are filled, see. 5b , This can, depending on the pore content, the pore density and the pore geometry cause additional sound insulation. Open-cell foams are particularly well suited for sound insulation, while closed-cell foams are suitable for thermal insulation. If necessary, the ribbing can 11 also on both sides of the depositor 10 respectively. In 5c) this case is outlined, with the addition of stiffening sandwich formation with other organo sheets 12 is shown. Also here can intercostal spaces 13 be foamed.

Die Sandwichbildung mit den angeschweißten Organoblechen 12 kann dabei an besonders belasteten Stellen wie etwa der Anbindung von Generator 5 und Kühlmittelkompressor 4, vgl. 2, erfolgen, dort können die Organobleche 12 auf die Rippenstruktur 11 lokal angeschweißt werden (z. B. durch Infrarot-, Heißgasschweißen), so dass die Organobleche 12 zusammen mit der Verrippung 11 und dem Einleger 10 eine versteifende Sandwich-Struktur bilden (5 und 6).The sandwich formation with the welded organo sheets 12 Can be used in particularly stressed areas such as the connection of generator 5 and refrigerant compressor 4 , see. 2 , done, there can be the organic sheets 12 on the rib structure 11 welded locally (eg by infrared, hot gas welding), so that the organo sheets 12 along with the ribbing 11 and the depositor 10 form a stiffening sandwich structure ( 5 and 6 ).

Die Organobleche 12 können schweißbar gemacht werden, indem sie beispielsweise wie in 6a) dargestellt, auf einer Seite mit einer extrudierten thermoplastischen Folie 12' beim Herstellprozess durch heiße Walzen verbunden werden. Diese thermoplastische Folie 12' kann wie die thermoplastische Kunststoffmatrix des Organoblechs 12 beispielsweise aus Polyamid, Polyphenylensulfid/Polyphthalamid, Polyetheretherketon bestehen, es sind aber auch weitere Thermoplasten denkbar. Die thermoplastische Kunststoffmatrix des Organoblechs 12, die thermoplastische Folie 12' und die angespritzte Rippenstruktur 11 können den gleichen Thermoplastkunststoff umfassen, es kann sich aber auch um unterschiedliche Thermoplasten handeln. Wie das Thermoplastmaterial der Rippen 11 kann auch die thermoplastische Folie 12' hochkurzfasergefüllt sein kann (z. B. mit einem Faservolumenanteil von 30%, 40% oder 60%).The organic sheets 12 can be made weldable by, for example, as in 6a) shown on one side with an extruded thermoplastic film 12 ' be connected by hot rolls in the manufacturing process. This thermoplastic film 12 ' like the thermoplastic matrix of the organic sheet 12 For example, polyamide, polyphenylene sulfide / polyphthalamide, polyetheretherketone, but there are also other thermoplastics conceivable. The thermoplastic matrix of the organic sheet 12 , the thermoplastic film 12 ' and the molded rib structure 11 may comprise the same thermoplastic resin, but they may also be different thermoplastics. Like the thermoplastic material of the ribs 11 can also be the thermoplastic film 12 ' high-short-fiber-filled (eg with a fiber volume fraction of 30%, 40% or 60%).

Das Steuergehäusemodul 1 kann ferner als komplette Sandwich-Konstruktion und damit als Kastenprofil mit den Organoblechen 12 als „Deckeln” gefertigt werden, 7 zeigt dazu Draufsicht und Längsschnitt. Der Aluminium-Einleger 10 wird beidseitig mit Rippen 11 umspritzt, auf die jeweils die Organobleche 12 mit der thermoplastischen Folie 12' angeschweißt werden. Auch hier können die Zwischenräume 13 zwischen den Rippen 11 ausgeschäumt sein.The control box module 1 can also be used as a complete sandwich construction and thus as a box profile with the organo sheets 12 be made as "lids", 7 shows plan view and longitudinal section. The aluminum insert 10 is ribbed on both sides 11 sprayed on each of the organic sheets 12 with the thermoplastic film 12 ' be welded. Again, the spaces between 13 between the ribs 11 be foamed.

Ein weiterer Herstellungsweg ist in 8a) bis f) dargestellt und besteht darin, zwei Einleger 10 zeitgleich in einem Werkzeug 20 mittels eines Angusssystems 23, 24 mit Rippen zu umspritzen (a), die Werkzeughälften 21, 22 auseinander zu fahren (b), so dass jeweils ein Einleger 10 in einer Formschale jeder Werkzeughälfte 21, 22 verbleibt und eine Werkzeughälfte 21 abzusenken, so dass sich die beiden Einleger 10 gegenüberliegen (c). Nach einer Kühlphase zur Aushärtung werden diese beiden Einleger 10 mittels einer Heizvorrichtung 30 im selben Werkzeug 20 an den Berührungsflächen der Rippen erwärmt (d) etwa mittels Infrarot oder Heißgas und miteinander verschweißt (e) durch Zusammenfahren der Werkzeughälften 21, 22. Danach kann das fertige Bauteil 1', das in 8 ein Rohrprofil ist, entformt werden. Das in 8 skizzierte Verfahren zum Heiß-Gas-Schweißen direkt in der Spritzgießform wurde von den Firmen Engel, Hummel-Formen und KVT Bielefeld entwickelt und ist unter dem Namen „ENGEL joinmelt” bekannt.Another manufacturing route is in 8a) to f) and consists of two depositors 10 at the same time in a tool 20 by means of a gating system 23 . 24 to be covered with ribs (a), the tool halves 21 . 22 to drive apart (b), so that each one depositor 10 in a mold shell of each mold half 21 . 22 remains and a tool half 21 lower so that the two depositors 10 opposite (c). After a cooling phase to cure these two depositors 10 by means of a heating device 30 in the same tool 20 heated at the contact surfaces of the ribs (d) about by means of infrared or hot gas and welded together (e) by moving together the mold halves 21 . 22 , After that, the finished component 1' , this in 8th a pipe profile is to be demolded. This in 8th sketched process for hot gas welding directly in the injection mold was developed by the companies Engel, Hummel-Formen and KVT Bielefeld and is known under the name "ENGEL joinmelt".

Ein auf diese Weise herstellbares Steuergehäusemodul 1 ist in 9 dargestellt. An zwei Aluminium-Einleger 10 sind einseitig die Rippenstrukturen 11 angespritzt, und beide Hälften an den Berührungsflächen der Rippen 11 miteinander verschweißt (indizierter Bereich S).A manufacturable in this way control housing module 1 is in 9 shown. On two aluminum inserts 10 are one-sided the rib structures 11 injected, and both halves at the contact surfaces of the ribs 11 welded together (indicated area S).

Generell könnte zwischen dem Einleger 10 und dem äußeren Organoblech 12 anstelle der Rippenstruktur 11 auch ein Strukturkern 11 als Abstandshalter für die Sandwich-Struktur eingesetzt werden (10). Mögliche Ausführungen für einen Strukturkern 11 sind in 11 dargestellt.Generally speaking, between the depositor 10 and the outer organo sheet 12 instead of the rib structure 11 also a structural core 11 used as spacers for the sandwich structure ( 10 ). Possible designs for a structural core 11 are in 11 shown.

Für eine Teilintegration von Nebenaggregaten (z. B. Wasserpumpe 3) kann der Einleger 10 durch einen Umformprozess entsprechend der einen Hälfte der zu integrierenden Komponente geformt sein, wobei die zweite Hälfte 10' auf dem Einleger 10 befestigt wird (12). Durch die Verbindung des umgeformten Abschnitts des Einlegers 10 und der zweiten Hälfte 10', die die Teilintegration der Wasserpumpe 3 gestattet, wird eine integrierte Kühlmittelleitung 7 geschaffen. Bei einer Integration der Wasserpumpe 3 kann, wie in 13 skizziert, die notwendige Kühlmittelleitung 7 vollständig oder zum Teil durch ein FVK-Rohr 7 in die mit Rippen umspritzte Einlegerstruktur 10 integriert werden. Dabei kann das FVK-Rohr 7 entweder in einem vorhergehenden Schritt oder auch direkt im Spritzgießwerkzeug konsolidiert und mit Rippen umspritzt werden. For partial integration of ancillary equipment (eg water pump 3 ) can the depositor 10 be formed by a forming process corresponding to the one half of the component to be integrated, wherein the second half 10 ' on the depositor 10 is attached ( 12 ). By connecting the deformed portion of the insert 10 and the second half 10 ' that the partial integration of the water pump 3 allowed, becomes an integrated coolant line 7 created. With an integration of the water pump 3 can, as in 13 outlines the necessary coolant line 7 completely or partly through a FRP pipe 7 into the ribbed insert structure 10 to get integrated. Here, the FRP pipe 7 either consolidated in a previous step or directly in the injection mold and overmoulded with ribs.

Dazu verwendete FVK-Rohrhalbzeuge können kontinuierlich im Flechtverfahren hergestellt werden. Die Formgebung und Konsolidierung kann alternativ über die Projektilinjektionstechnik (PIT), die Wasser- bzw. Gasinjektionstechnik (WIT/GIT), das Kernausschmelzverfahren oder auch das Schlauchblasverfahren erfolgen. Weitere Verfahrensvarianten sind die Flechtpultrusion oder das laserunterstützte Thermoplastwickeln.FVK semi-finished tubes used for this purpose can be continuously produced by braiding. Shaping and consolidation can alternatively take place via the projectile injection technique (PIT), the water or gas injection technique (WIT / GIT), the core remelting process or the tube blowing process. Further process variants are braided pultrusion or laser-assisted thermoplastic winding.

Der Aluminiumblech-Einleger 10 wird aus einem Aluminiumblech geformt. Metallische Blechstrukturen, die mit einem Kunststoff umspritzt werden, um ihre Beulneigung auszugleichen, werden als Metall-Kunststoff-Hybrid-Verbunde bezeichnet. Dabei werden dünnwandige Metallprofile, die wie in 14a gezeigt bei einer Belastung F zum Beulen neigen, mit eine Kunststoffrippenstruktur ausgestattet, die das Metallprofil 10 in Richtung von Pfeilen 11 versteift, so dass sich das Metallprofil 10 durch die relativ geringen Haltekräfte 11 der Kunststoffrippenstruktur bei der Belastung F in Form halten lässt (14b 14c) zeigt ein Hybridprofil aus einem mit Rippen versteiften Metallprofil, das eine deutlich dünnere Wandstärke als ohne Rippen aufweisen kann.The aluminum sheet inserter 10 is formed from an aluminum sheet. Metallic sheet metal structures, which are encapsulated with a plastic to compensate for their tendency to buckle, are referred to as metal-plastic hybrid composites. These are thin-walled metal profiles, as in 14a shown at a load F tend to buckling, equipped with a plastic rib structure, the metal profile 10 in the direction of arrows 11 stiffened so that the metal profile 10 due to the relatively low holding forces 11 keep the plastic rib structure in shape under load F ( 14b 14c ) shows a hybrid profile of a rib-stiffened metal profile, which can have a significantly thinner wall thickness than without ribs.

Generell sind solche Metall-Kunststoff-Hybrid-Verbundbauteile im Stand der Technik bekannt, so bezieht sich die DE 10 2009 014 244 A1 auf ein Verbundbauteil für einen Stoßfängerträger mit zumindest einem Querträger und mit einem jeweiligen Deformationselement und die EP 1 340 668 A2 auf ein Verbundbauteil für einen Instrumententafel-Träger oder Querträger.In general, such metal-plastic hybrid composite components are known in the art, so refers to DE 10 2009 014 244 A1 to a composite component for a bumper beam with at least one cross member and with a respective deformation element and the EP 1 340 668 A2 to a composite component for an instrument panel carrier or cross member.

Zur Herstellung solcher Hybridbauteile wird ein dünnwandiges Metallprofil beispielsweise durch Tiefziehen geformt, zuvor oder danach konfektioniert und zur Schaffung von Durchbrüchen, Schlitzen, Sicken oder Noppen gestanzt. Der geformte und gestanzte Metall-Einleger wird in das Spritzgießwerkzeug eingelegt und fixiert. 15a) bis d) zeigt beispielhaft den Ablauf beim Hinterspritzen eines Aluminium-Einlegers 10' in einem Spritzgießwerkzeug 20 für ein Hybrid-Modul 1'. 15a zeigt eine Werkzeughälfte des Sprizgießwerkezugs, 15b den dort eingelegten Aluminium-Einleger 10'. Anschließend wird das geschlossene Werkzeug im Standard-Spritzgießverfahren mit einem thermoplastischen Kunststoff (z. B. PA, PPS/PPA, PEEK) gefüllt. Während des Füllvorganges dringt die Kunststoffschmelze durch die gestanzten und versickten Öffnungen und umschließt die Kanten des Metalleinlegers. Nach Erstarren der Kunststoffschmelze entsteht ein formschlüssiger und dauerhafter Verbund zwischen beiden Materialien, die somit eine stabile Einheit bilden. Nach dem Abkühlen kann der mit dem Kunststoff 11' umspritze Einleger 10' (15c) als fertiges Bauteil 1' (15d) entnommen und ohne weitere Nachbearbeitung montiert werden.For the production of such hybrid components, a thin-walled metal profile is formed, for example, by deep drawing, before or after confectioning and punched to create openings, slots, beads or nubs. The shaped and stamped metal insert is inserted and fixed in the injection mold. 15a) to d) shows an example of the procedure for the back injection of an aluminum insert 10 ' in an injection mold 20 for a hybrid module 1' , 15a shows a tool half of the Sprizgießwerkezugs, 15b the inserted aluminum insert there 10 ' , Subsequently, the closed mold is filled with a thermoplastic material (eg PA, PPS / PPA, PEEK) in the standard injection molding process. During the filling process, the plastic melt penetrates through the punched and chamfered openings and encloses the edges of the metal insert. After solidification of the plastic melt creates a positive and permanent bond between the two materials, which thus form a stable unit. After cooling, the plastic can be used 11 ' overmoulded insert 10 ' ( 15c ) as a finished component 1' ( 15d ) and assembled without further post-processing.

Für eine gute Verbundhaftung zwischen der Kunststoffstruktur und dem Aluminiumblech kann das Blech ferner vor dem Spritzgießprozess mit einem Haftmittel (sog. Primer) beschichtet werdenFor a good bond between the plastic structure and the aluminum sheet, the sheet may also be coated with an adhesive (so-called primer) before the injection molding process

Um eine hohe Biege- und Torsionssteifigkeit zu erreichen, kann das Steuergehäusemodul 1 auch als geschlossenes Kastenprofil ausgeführt sein, bei dem zwei nicht notwendigerweise symmetrische und mit Sicken versehene Halbschalen 10 (vgl. 18) aus Organoblechen mit der Rippenstruktur 11 aus hochkurzfasergefülltem (z. B. 30%, 40%, 60 % Faservolumenanteil) thermoplastischen Kunststoff (z. B. PA 6.6, PPS/PPA, PA 4.6, PEEK) umspritzt und dabei gleichzeitig an in die Schalen 10 eingebrachten Bohrungen gefügt werden. Die beiden Halbschalen 10 werden vor dem Spritzgießprozess auf die Endgeometrie umgeformt.To achieve high bending and torsional rigidity, the control housing module 1 be designed as a closed box section, in which two not necessarily symmetrical and provided with beads half shells 10 (see. 18 ) of organo sheets with the rib structure 11 made of high-short fiber-filled (eg 30%, 40%, 60% fiber volume fraction) thermoplastic material (eg PA 6.6, PPS / PPA, PA 4.6, PEEK) and simultaneously injected into the shells 10 introduced holes are added. The two half shells 10 are converted to the final geometry before the injection molding process.

Um die freien Ränder des Einlegers 10 zu stabilisieren, können, wie in 19 dargestellt, umwickelte oder umspritzte FVK-Rohre 14 mit Hohlquerschnitt als Randversteifungen verwendet werden. Eine Ausführungsform für ein beispielhaftes Steuergehäusemodul 1 ist in 18 dargestellt. Dort ist eine Randversteifung mit einem FVK-Rohr 14 vorgesehen. Zusätzlich können solche Rohre 14 zur Aufnahme der Hauptlasten auch quer durch das Steuergehäusemodul 1 gelegt werden, wie in 19 angezeigt.Around the free edges of the insert 10 to stabilize, as in 19 represented, wrapped or overmoulded FRP pipes 14 be used with hollow cross section as edge reinforcements. An embodiment for an exemplary control box module 1 is in 18 shown. There is an edge reinforcement with a FRP pipe 14 intended. In addition, such pipes can 14 to accommodate the main loads also across the control housing module 1 be laid as in 19 displayed.

Durch das Hinterspritzen des Einlegers kann das Steifigkeitsverhalten der auftretenden Beanspruchung angepasst werden. Es wird die Möglichkeit zur Bildung von geschlossenen Profilquerschnitten geschaffen. Der hinterspritzte Einleger bietet gegenüber den Leichtmetall-Steuergehäusemodulen weiteres Gewichtseinsparungspotential so dass eine weitere Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und damit der Schadstoffemission ermöglicht wird. Zudem ist das FVK-Steuergehäusemodul gegenüber den Leichtmetall-Steuergehäusemodulen kostengünstiger und kann mit hoher Herstellgenauigkeit, auch ohne Nachbearbeitung gefertigt werden. Ferner sind eine Materialdämpfung sowie ein hohes Maß an Funktionsintegration (z. B. integriertes Gewinde) und die Möglichkeit eines Health-Monitoring durch Sensorintegration gegeben.By injecting the back of the insert, the stiffness behavior of the occurring stress can be adjusted. The possibility of forming closed profile cross-sections is created. The back-injected insert offers over the light metal control housing modules further weight saving potential so that a further reduction in fuel consumption and thus the emission of pollutants is possible. In addition, the FVK control housing module is cheaper compared to the light metal control housing modules and can be manufactured with high manufacturing accuracy, even without reworking. Furthermore, material damping and a high degree of functional integration (eg integrated thread) and the possibility of health monitoring through sensor integration are given.

In der Ausführungsform als Sandwich mit dem zusätzlich auf den Rippen angeordneten Organoblech ergeben sich weitere Möglichkeiten zur Verminderung der Schallemission und/oder der thermischen Isolation sowie eine Erhöhung der Bauteilsteifigkeit.In the embodiment as a sandwich with the additionally arranged on the ribs organo sheet arise further possibilities for reducing the noise emission and / or the thermal insulation and an increase in the component stiffness.

Vorteilhaft vermeidet ein Steuergehäuse in Metall-Kunststoff-Hybrid-Verbundbauweise eine Wasseraufnahme in den Grundköper und bietet auch ohne Ausschäumung und Sandwich eine erhöhte Bauteilsteifigkeit.Advantageously avoids a control housing in metal-plastic-hybrid composite construction, a water absorption in the Grundköper and also without foaming and sandwich increased component stiffness.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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DE 102009014244 A1 [0070] DE 102009014244 A1 [0070]
EP 1340668 A2 [0070] EP 1340668 A2 [0070]

Claims

Steuergehäusemodul (1) für eine Verbrennungskraftmaschine, das Integrations- und/oder Anbindungs- und/oder Aufnahmestrukturen für Nebenaggregate (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) und eine Rippenstruktur umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergehäusemodul (1) aus einem Metall-Kunststoff-Hybrid-Verbund besteht, der zumindest einen Metall-Einleger (10) aufweist, wobei die Rippenstruktur aus angespritzten Verstärkungsrippen (11, 11a) aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht, der Kurzfasern aus einem Verstärkungsmaterial mit einem Volumenanteil von zumindest 30% umfasst.Control housing module ( 1 ) for an internal combustion engine, the integration and / or attachment and / or receiving structures for ancillaries ( 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 . 8th ) and a rib structure , characterized in that the control box module ( 1 ) consists of a metal-plastic hybrid composite, the at least one metal insert ( 10 ), wherein the rib structure consists of injection-molded reinforcing ribs ( 11 . 11a ) consists of a thermoplastic material comprising short fibers of a reinforcing material with a volume fraction of at least 30%.

Steuergehäusemodul (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenanteil der Kurzfasern zumindest 40%, vorzugsweise zumindest 50%, besonders bevorzugt zumindest 60% beträgt.Control housing module ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the volume fraction of the short fibers is at least 40%, preferably at least 50%, particularly preferably at least 60%.

Steuergehäusemodul (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Kunststoffmaterial eine hohe Wärmeformbeständigkeit aufweist, und insbesondere aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Polyamid, Polyphenylensulfid, Polyphthalamid, Polyetheretherketon und Kombinationen davon umfasst.Control housing module ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the thermoplastic material has a high heat resistance, and in particular is selected from a group comprising polyamide, polyphenylene sulfide, polyphthalamide, polyetheretherketone and combinations thereof.

Steuergehäusemodul (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verrippung (11, 11a) kraftflussgerechte Rippenstrukturen (11a) und regelmäßig geformte längs-, quer-, und/oder diagonal, insbesondere sich kreuzende Verstärkungsrippen (11) umfasst, und wobei insbesondere in den von den Rippen (11, 11a) begrenzten Zwischenrippenräumen (13) ein Schaummaterial, insbesondere aus Polyamid oder Polyurethan, angeordnet ist.Control housing module ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the ribbing ( 11 . 11a ) ridge structures suitable for flow ( 11a ) and regularly shaped longitudinal, transverse, and / or diagonal, in particular intersecting reinforcing ribs ( 11 ), and in particular in which of the ribs ( 11 . 11a ) limited intercostal spaces ( 13 ) is arranged a foam material, in particular of polyamide or polyurethane.

Steuergehäusemodul (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergehäusemodul (1) zumindest abschnittsweise auf der von dem Einleger (10) abgewandten Seite der Rippen (11, 11a) mit einer flächigen Verstärkungsstruktur (12) versehen ist, die – eine entsprechend einem Kraftfluss zugeschnittene faserverstärkte Thermoplastplatte (12), insbesondere ein Organoblech (12) und/oder – ein mit einem thermoplastischen Kunststoff vorimprägniertes und vorkonsolidiertes entsprechend einem Kraftfluss gefertigtes TFP-Textil ist, wobei die flächigen Verstärkungsstruktur (12) direkt oder mittels einer thermoplastischen Schicht (12') mit den Rippen (11, 11a) verbunden ist, und wobei der thermoplastische Kunststoff der Thermoplastplatte (12), des vorimprägnierten TFP-Textils und/oder der Schicht (12') aus einem wärmeformbeständigen thermoplastischen Kunststoff aus einer Gruppe umfassend Polyamid, Polyphenylensulfid, Polyphthalamid, Polyetheretherketon und Kombinationen davon, besteht, und wobei die thermoplastische Schicht (12') insbesondere Kurzfasern aus einem Verstärkungsmaterial in einem Volumenanteil von zumindest 30% umfasst.Control housing module ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the control housing module ( 1 ) at least in sections on that of the depositor ( 10 ) facing away from the ribs ( 11 . 11a ) with a flat reinforcing structure ( 12 ), which - a fiber-reinforced thermoplastic sheet cut to a power flow ( 12 ), in particular an organic sheet ( 12 ) and / or - a TFP textile which has been prepreg-impregnated with a thermoplastic and is pre-consolidated in accordance with a flux of force, the sheet-like reinforcing structure ( 12 ) directly or by means of a thermoplastic layer ( 12 ' ) with the ribs ( 11 . 11a ), and wherein the thermoplastic of the thermoplastic sheet ( 12 ), the prepreg TFP textile and / or the layer ( 12 ' ) of a heat-resistant thermoplastic material from a group comprising polyamide, polyphenylene sulfide, polyphthalamide, polyether ether ketone and combinations thereof, and wherein the thermoplastic layer ( 12 ' ) comprises in particular short fibers of a reinforcing material in a volume fraction of at least 30%.

Steuergehäusemodul (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergehäusemodul (1) zumindest zwei Einleger (10, 10') umfasst, – die jeweils mit einer Rippenstruktur (11, 11a) ausgestattet und über die Rippenstrukturen (11, 11a) miteinander verbunden sind, oder – von denen ein erster Einleger (10) zumindest einen umgeformten Abschnitt als ein Halbprofil bereitstellt, das mit dem zweiten Einleger (10') verbunden ist, der das Halbprofil zu einem Hohlprofil ergänzt.Control housing module ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the control housing module ( 1 ) at least two depositors ( 10 . 10 ' ), each with a ribbed structure ( 11 . 11a ) and via the rib structures ( 11 . 11a ), or - of which a first depositor ( 10 ) provides at least one reshaped section as a half-profile which is connected to the second insert ( 10 ' ), which supplements the half-profile to a hollow profile.

Steuergehäusemodul (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergehäusemodul (1) zumindest ein FVK-Rohr (14) als eine in den Einleger (10) integrierte Leitung (7) umfasst.Control housing module ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that the control housing module ( 1 ) at least one FRP pipe ( 14 ) as one in the depositor ( 10 ) integrated line ( 7 ).

Steuergehäusemodul (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Metall-Einleger (10) aus einem Metall-Blech, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht, und Formschlusselemente, umfassend Sicken, Noppen, Durchbrüche, Schlitze, zur Anbindung des angespritzen thermoplastischen Kunststoffs aufweist, wobei der Metall-Einleger (10) mit oder ohne eine Haftmittelbeschichtung für den thermoplastischen Kunststoff ausgestattet ist, und wobei insbesondere zumindest ein Rand des Metalleinlegers durch einen Falz verstärkt ist.Control housing module ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that the metal insert ( 10 ) consists of a metal sheet, in particular of aluminum or an aluminum alloy, and form-fitting elements comprising beads, knobs, apertures, slots, for connecting the molded thermoplastic plastic, wherein the metal insert ( 10 ) is provided with or without an adhesive coating for the thermoplastic material, and wherein in particular at least one edge of the metal insert is reinforced by a fold.

Verfahren zur Herstellung eines Steuergehäusemoduls (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend die Schritte: – Konfektionieren eines Metallblechs entsprechend dem Steuergehäusemodul (1) zu dem Einleger (10), – Formen, insbesondere Tiefziehen, Stanzen und Einlegen des Einlegers (10) in ein Spritzgießwerkzeug (20), – Schließen des Spritzgießwerkzeugs (20) und Anspritzen zumindest der Verrippung (11, 11a) mit dem thermoplastischen Kunststoff, der Kurzfasern aus einem Verstärkungsmaterial in einem Volumenanteil von zumindest 30% umfasst, – Aushärten der Verrippung (11, 11a) und Entformen des Steuergehäusemoduls (1) aus dem Spritzgießwerkzeug (20).Method for producing a control housing module ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 8, comprising the steps: - assembling a metal sheet according to the control housing module ( 1 ) to the depositor ( 10 ), - forming, in particular deep drawing, punching and inserting the insert ( 10 ) in an injection mold ( 20 ), - closing the injection mold ( 20 ) and injection molding at least the ribbing ( 11 . 11a ) with the thermoplastic comprising short fibers of a reinforcing material in a volume fraction of at least 30%, - hardening of the ribbing ( 11 . 11a ) and demolding the control box module ( 1 ) from the injection mold ( 20 ).

Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Verfahren zumindest einen der Schritte umfasst: – beim Konfektionieren, Formen und/oder Anspritzen Ausbilden von Integrations- und/oder Anbindungs- und/oder Aufnahmestrukturen für die Nebenaggregate, und/oder – Fertigen von Hinterschneidungen mittels eines mehrteiligen Spritzgießwerkzeugs, und/oder – Ausschäumen der Zwischenrippenräume (13), und/oder – Anordnen und Verbinden einer flächigen Verstärkungsstruktur (12) auf der von dem Einleger (10) abgewandten Seite der Rippen (11, 11a), und/oder – Verbinden von zumindest zwei mit einer Rippenstruktur (11, 11a) ausgestatteten Einlegern (10, 10') durch Verschweißen an den Rippen (11, 11a) und/oder – Verbinden von zumindest zwei Einlegern (10, 10') unter Bildung eines Hohlprofils, und/oder – Integrieren eines FVK-Rohrs in den Einleger (10) als Leitung (7), – Bilden eines Falzes (14) an zumindest einem Rand des Einlegers (10), und/oder – vor dem Anspritzen Beschichten des Einlegers (10) mit einem Haftvermittler.Method according to claim 9, wherein the method comprises at least one of the steps: - in the case of packaging, shaping and / or injection molding, forming integration and / or attachment and / or receiving structures for the ancillary units, and / or - producing undercuts by means of a multi-part injection molding tool, and / or - foaming the intercostal spaces ( 13 ), and / or - arranging and connecting a planar reinforcing structure ( 12 ) on the of the depositor ( 10 ) facing away from the ribs ( 11 . 11a ), and / or - connecting at least two with a rib structure ( 11 . 11a ) ( 10 . 10 ' ) by welding to the ribs ( 11 . 11a ) and / or - connecting at least two depositors ( 10 . 10 ' ) to form a hollow profile, and / or - integrating a FRP pipe in the insert ( 10 ) as a leader ( 7 ), - forming a fold ( 14 ) on at least one edge of the depositor ( 10 ), and / or - before injection coating of the inserter ( 10 ) with a bonding agent.