DE102020110241B4

DE102020110241B4 - Body pillar, in particular A pillar, for a motor vehicle

Info

Publication number: DE102020110241B4
Application number: DE102020110241.0A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Bader; Werner Berlin; Michael Demes; Lukas Kaempf; Thomas Vietor; Klaus Dröder; Klaus Dilger
Original assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG; Volkswagen AG
Current assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG; Volkswagen AG
Priority date: 2020-04-15
Filing date: 2020-04-15
Publication date: 2023-02-02
Anticipated expiration: 2040-04-16
Also published as: DE102020110241A1

Abstract

Karosseriesäule mit einem Säulen-Hohlträger mit einem fahrzeugäußeren Blechformteil (1), das zumindest ein Funktionselement aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechformteil (1) Bestandteil eines Hybridbauteils (21) ist, bei dem das Blechformteil (1) in einem Thermoformprozess innenseitig mit einem lang- oder endlosfaserverstärkten thermoplastischen Kunststofflaminat (23) beschichtet ist, und dass in dem Thermoformprozess das Funktionselement als ein Metall-Einleger in das Kunststofflaminat (23) eingepresst ist.Body pillar with a pillar hollow support with a sheet metal part (1) on the outside of the vehicle, which has at least one functional element, characterized in that the sheet metal part (1) is part of a hybrid component (21), in which the sheet metal part (1) is coated on the inside in a thermoforming process with a long or continuous fiber-reinforced thermoplastic plastic laminate (23) is coated, and in that the functional element is pressed as a metal insert into the plastic laminate (23) in the thermoforming process.

Description

Die Erfindung betrifft eine Karosseriesäule, insbesondere A-Säule, für ein zweispuriges Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein Verfahren nach dem Patentanspruch 10.The invention relates to a body pillar, in particular an A pillar, for a two-track motor vehicle according to the preamble of patent claim 1 and a method according to patent claim 10.

Eine gattungsgemäße A-Säule eines zweispurigen Kraftfahrzeugs ist üblicherweise als ein Hohlprofilträger mit einem äußeren Blechformteil sowie einem inneren Blechformteil ausgeführt. An dessen oberen Säulenknoten laufen ein oberer Karosserielängsträger, ein die Windschutzscheibe des Fahrzeugs begrenzendes Rahmenseitenteil sowie eine Querbaugruppe zusammen, in der beispielhaft ein Modul-Querträger integriert sein kann. Am unteren Säulenknoten der A-Säule schließt sich in der Fahrzeuglängsrichtung nach hinten ein seitlicher Schweller an. Zudem sind am äußeren Blechformteil der A-Säule untere und obere Scharnierverstärkungen vorgesehen, um das untere Türscharnier und das obere Türscharnier der Fronttür des Fahrzeugs anzubinden. Eine solche A-Säule ist beispielhaft aus der DE 10 2016 209 186 B3 bekannt.A generic A-pillar of a two-lane motor vehicle is usually designed as a hollow profile support with an outer sheet metal part and an inner sheet metal part. An upper body side member, a frame side part delimiting the windshield of the vehicle, and a transverse assembly, in which a module cross member can be integrated, converge at its upper column nodes. A side sill connects to the lower pillar node of the A-pillar in the longitudinal direction of the vehicle to the rear. In addition, lower and upper hinge reinforcements are provided on the outer panel molding of the A-pillar to connect the lower door hinge and the upper door hinge of the front door of the vehicle. Such an A-pillar is an example from the DE 10 2016 209 186 B3 known.

Die bauteilspezifischen Anforderungen an die A-Säule bestehen unter Anderem aus den folgenden Punkten:

1. Kompensation einer crashbedingten Lasteinwirkung, insbesondere bei einem Fahrzeugcrash mit besonders hoher Energiedichte (das heißt eine Frontalkollision mit geringer seitlicher Überdeckung). Im Stand der Technik ergeben sich in der A-Säule konstruktiv bedingt diverse Schwachstellen aufgrund der hohen Anzahl an Bauteilen und entsprechenden Fügezonen. Das Fügen der Einzelteile erfolgt im Stand der Technik durch Metallschweißverfahren (Mig/Mag-Schweißen und Punktschweißen) sowie durch den Einsatz von Strukturklebstoffen.
2. Stabile Befestigung von Anbauteilen und Absetzen des entsprechenden Anschraubmoment der Anbauteile in der Montage. Im Stand der Technik kann sich in der Fertigung aufgrund eines übermäßig großen Anzugsmoments eine Verformung der Säulen-Struktur ergeben. Die Verformung kann zu funktionellen Beeinträchtigungen führen. Die Verschraubung der Türscharniere wird im aktuellen Stahlbauteil (das heißt das äußere Blechformteil) über eine Kombination aus einer Metallplatte mit Gewinde realisiert, die zur Verstärkung an eine zuvor tiefgezogene Blechschale angeschweißt wird. Die verschweißte Schale mit der Gewindeplatte wird abschließend in die Säulen-Baugruppe mittels Punktschweißen eingebracht.
3. In der Großserienproduktion ist eine Anzahl von Ländervarianten der A-Säule bereitzustellen, die spezifisch auf die jeweiligen Absatzmärkte angepasst werden müssen. Im Stand der Technik müssen daher weitere marktspezifische Bauteile erzeugt und zusätzlich über die Baugruppe umgesetzt werden.
4. Erzeugung einer Dichtwirkung im Hohlprofil der A-Säule: Zur Vermeidung von Korrosion (Trennung von Nass- und Trockenraum) und zur akustischen Entkopplung muss im Hohlprofil der A-Säule eine Dichtfunktion zu angrenzenden Bauteilen integriert sein. Dies wird im Stand der Technik mit zusätzlichen Bauteilen realisiert. Um die Abdichtung in der Baugruppe zu anderen Baugruppen zu gewährleisten, werden im Stand der Technik zwei zusätzliche Kunststoffkomponenten in die Baugruppe eingesetzt. Diese bestehen je aus einer Stützstruktur (Kunststoff) mit einem Verbindungsclip und einem Rand aus Blähschaum, der bei Hitzewirkung aufschäumt.

The component-specific requirements for the A-pillar include the following points:

1. Compensation of a crash-related load effect, in particular in the case of a vehicle crash with a particularly high energy density (ie a frontal collision with little lateral overlap). In the prior art, there are various weak points in the A-pillar due to the design due to the large number of components and corresponding joining zones. In the prior art, the individual parts are joined by metal welding processes (Mig/Mag welding and spot welding) and by the use of structural adhesives.
2. Stable fastening of add-on parts and transfer of the corresponding screwing torque of the add-on parts in the assembly. In the prior art, a deformation of the pillar structure can result during production due to an excessively large tightening torque. The deformation can lead to functional impairments. The screw connection of the door hinges is realized in the current steel component (i.e. the outer sheet metal part) via a combination of a metal plate with a thread, which is welded to a previously deep-drawn sheet metal shell for reinforcement. Finally, the welded shell with the threaded plate is spot welded into the column assembly.
3. In mass production, a number of country variants of the A-pillar must be provided, which must be specifically adapted to the respective sales markets. In the state of the art, therefore, additional market-specific components must be produced and additionally implemented via the assembly.
4. Creation of a sealing effect in the hollow profile of the A-pillar: To avoid corrosion (separation of wet and dry areas) and for acoustic decoupling, a sealing function to adjacent components must be integrated in the hollow profile of the A-pillar. In the prior art, this is realized with additional components. In order to ensure the sealing in the assembly to other assemblies, two additional plastic components are used in the assembly in the prior art. These each consist of a support structure (plastic) with a connecting clip and an edge made of expanded foam, which expands when exposed to heat.

Aus der WO 2019/215020 A1 ist ein hybrides Stahl-Kunststoffhalbzeug mit Abschirmeigenschaften bekannt. Aus der US 2016/0207234 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Hybridbauteils im Metall-/Kunststoffverbund bekannt. Aus der US 2017/0327157 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Hybridstrukturteils eines Kraftfahrzeugs bekannt.From the WO 2019/215020 A1 a hybrid steel-plastic semi-finished product with shielding properties is known. From the U.S. 2016/0207234 A1 a method for producing a three-dimensionally shaped hybrid component in a metal/plastic composite is known. From the U.S. 2017/0327157 A1 a method for producing a hybrid structural part of a motor vehicle is known.

Aus der DE 10 2015 225 370 B4 sind ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Hybridbauteils, sowie ein hiermit hergestelltes metallisches Hybridbauteil bekannt. Die DE 10 2016 116 787 B3 offenbart eine B-Säule für eine Kraftfahrzeugkarosserie sowie eine Kraftfahrzeugkarosserie mit einer solchen B-Säule. Aus der DE 10 2006 021 883 A1 ist ein Verstärkungsmodul für eine Kraftfahrzeugkarosserie bekannt. Die DE 10 2011 111 232 A1 offenbart ein Leichtbauteil, insbesondere eine Karosseriesäulenverstärkung sowie ein Verfahren zur Herstellung des Leichtbauteils. Aus der DE 10 2011 111 916 A1 ist eine Stützanordnung für eine Karosserie eines Personenkraftwagens bekannt. Die DE 10 2013 209 097 A1 offenbart eine Baugruppe in Faserverbundbauweise für ein Kraftfahrzeug.From the DE 10 2015 225 370 B4 a method for producing a metallic hybrid component and a metallic hybrid component produced therewith are known. The DE 10 2016 116 787 B3 discloses a B-pillar for a motor vehicle body and a motor vehicle body with such a B-pillar. From the DE 10 2006 021 883 A1 a reinforcement module for a motor vehicle body is known. The DE 10 2011 111 232 A1 discloses a lightweight component, in particular a body pillar reinforcement and a method for producing the lightweight component. From the DE 10 2011 111 916 A1 a support arrangement for a body of a passenger car is known. The DE 10 2013 209 097 A1 discloses a composite fiber assembly for a motor vehicle.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Karosseriesäule für ein zweispuriges Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Karosseriesäule bereitzustellen, bei der der Fertigungsaufwand sowie der Bauteilaufwand im Vergleich zum Stand der Technik reduziert ist.The object of the invention is to provide a body pillar for a two-track motor vehicle and a method for producing a body pillar in which the manufacturing effort and the component effort are reduced compared to the prior art.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 oder des Anspruches 10 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.The object is achieved by the features of claim 1 or claim 10. Preferred developments of the invention are disclosed in the dependent claims.

Die Erfindung beruht auf dem Sachverhalt, dass im obigen Stand der Technik eine Vielzahl von Anbauteilen sowie eine große Anzahl Fügeoperationen unterschiedlicher Art (das heißt Schweißprozess, Klebeprozess und/oder mechanischer Fügeprozess) für den Zusammenbau der Karosseriesäule erforderlich sind. Vor diesem Hintergrund ist gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 das Blechformteil der Karosseriesäule Bestandteil eines Hybridbauteils, bei dem das Blechformteil in einem Thermoformprozess innenseitig mit einem langfaserverstärkten oder endlosfaserverstärkten thermoplastischen Kunststofflaminat beschichtet ist. Bei dem Hybridbauteil ist zumindest ein Funktionselement, insbesondere eine Scharnierverstärkung, als ein Metall-Einleger im Thermoformprozess in das Kunststofflaminat einpressbar. Auf diese Weise kann die Anbindung der Scharnierverstärkungen mit reduziertem Bauteilaufwand sowie reduziertem Fertigungsaufwand erfolgen, und zwar mittels nur einer einzigen Verbindungsart während des Thermoform-Prozessschrittes.The invention is based on the fact that, in the above prior art, a large number of add-on parts and a large number of different types of joining operations (ie welding process, gluing process and/or mechanical joining process) are required for assembling the body pillar. Against this background, according to the characterizing part of claim 1, the formed sheet metal part of the body pillar is part of a hybrid component in which the formed sheet metal part is coated on the inside with a long-fiber-reinforced or continuous-fiber-reinforced thermoplastic laminate in a thermoforming process. In the case of the hybrid component, at least one functional element, in particular a hinge reinforcement, can be pressed into the plastic laminate as a metal insert in the thermoforming process. In this way, the hinge reinforcements can be connected with reduced component outlay and reduced production outlay, specifically by means of only a single type of connection during the thermoforming process step.

Erfindungsgemäß wird also durch die zielgerichtete Kombination unterschiedlicher Werkstoffe (Multi Material Design) sowie durch eine neue Bauteilgestaltung die Bauteilanzahl und damit auch die Anzahl an Schnittstellen zwischen den Bauteilen deutlich reduziert. Durch die Verknüpfung eines mit Haftvermittler und/oder einer Kunststoffkoppelschicht vorbeschichteten Stahlbleches (das heißt das äußere Blechformteil) können mit einer bedarfsgerechteten Verstärkung durch faserverstärkte Kunststoffe (etwa endloser- oder langfaserverstärkter thermoplastischer Patch, z.B. ein Organoblech, Glas- als auch Kohlenstofffasertapes) und bevorzugt eine Rippenstruktur aus kurzfaserverstärktem oder langfaserverstärktem Thermoplast die oben beschriebenen Anforderungen in fertigungstechnisch und konstruktiv einfacher Weise erfüllt werden. Zudem ist erfindungsgemäß die Verbindung der Werkstoffe komplett stoffschlüssig und grenzt sich so von den bisher existierenden, meist formschlüssigen Verbindungen, ab. Zusätzlich lässt sich durch die spezielle Rippenstruktur (hergestellt zum Beispiel in einem 2K-Spritzguss) die Dichtfunktion in das Bauteil integrieren, ohne dass weitere Einzelteile benötigt werden.According to the invention, the number of components and thus also the number of interfaces between the components is significantly reduced by the targeted combination of different materials (multi-material design) and by a new component design. By linking a steel sheet pre-coated with an adhesion promoter and/or a plastic coupling layer (i.e. the outer sheet metal part), it is possible to use fiber-reinforced plastics (such as endless or long-fiber-reinforced thermoplastic patches, e.g. an organic sheet, glass and carbon fiber tapes) and preferably a Rib structure made of short-fiber-reinforced or long-fiber-reinforced thermoplastic, the requirements described above can be met in a simple manner in terms of production technology and design. In addition, according to the invention, the connection of the materials is completely integral and thus differs from the previously existing, mostly form-fitting connections. In addition, the sealing function can be integrated into the component thanks to the special rib structure (manufactured, for example, in a 2-component injection molding process) without the need for additional individual parts.

Bei der Erfindung wird eine geeignete Kombination aus Werkstoffen und Verfahren eingesetzt, um die Anforderungen an die A-Säule zu erfüllen. Die Kombination aus vorbeschichtetem Stahlblech mit einem Faserverbund-Patch und mit spritzgegossenen Rippen reduziert die Bauteilanzahl. Die Leistungsfähigkeit der A-Säule kann je nach Materialkombination im Patch und Anordnung der Rippenstruktur angepasst werden. Die Dichtigkeitsfunktion ist in die Rippenstruktur integriert.The invention uses an appropriate combination of materials and methods to meet the A-pillar requirements. The combination of pre-coated sheet steel with a fiber composite patch and injection-molded ribs reduces the number of components. The performance of the A-pillar can be adjusted depending on the combination of materials in the patch and the arrangement of the rib structure. The sealing function is integrated into the rib structure.

Zusammenfassend kann mit der Erfindung eine Reduzierung des Teileumfangs der Baugruppe erzielt werden. Zudem kann eine variable Produktion von Derivaten ohne Zusatzaufwand realisiert werden. Darüber hinaus können Schwachstellen innerhalb der Baugruppe, ein Bauteilverzug nach Anschraubvorgang sowie der Produktionsaufwand minimiert werden.In summary, a reduction in the number of parts in the assembly can be achieved with the invention. In addition, a variable production of derivatives can be realized without additional effort. In addition, weak points within the assembly, component distortion after the screwing process and production costs can be minimized.

Nachfolgend werden Aspekte der Erfindung nochmals im Einzelnen hervorgehoben: So kann in gängiger Praxis das fahrzeugäußere Blechformteil der A-Säule im Querschnitt U-profilförmig ausgebildet sein, und zwar mit einem, in der Fahrzeugquerrichtung äußeren Profilgrund sowie mit davon nach fahrzeuginnen hochgezogenen, vorderen und hinteren Profilwänden. Von diesen sind Randflansche abgekantet, die in Flanschverbindung mit einem fahrzeuginneren Blechformteil der A-Säule bringbar sind. Im Hinblick auf eine ausreichend hohe Bauteilsteifigkeit ist es bevorzugt, wenn das Kunststofflaminat die Innenseite des äußeren Blechformteils (das heißt die A-Säulenverstärkung) im Wesentlichen vollständig überdeckt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine solche vollständige Überdeckung beschränkt. Vielmehr kann das Kunststofflaminat zum Beispiel auch selektiv beschnitten sein und nur an bestimmten Abschnitten auf dem Blechformteil appliziert sein, etwa im Bereich eines Rippenfußes der Rippenstruktur. Mit einem solchen selektiven Beschnitt des Kunststofflaminats wird eine lastgerechte Auslegung unterstützt. Zudem können Kosten eingespart werden.Aspects of the invention are highlighted again in detail below: In current practice, the sheet metal part of the A-pillar on the outside of the vehicle can be designed with a U-shaped profile in cross section, specifically with a profile base that is on the outside in the vehicle transverse direction and with front and rear sections that are drawn up towards the inside of the vehicle profile walls. Of these edge flanges are bent, which can be brought into flange connection with a vehicle inner sheet metal part of the A-pillar. With regard to a sufficiently high component rigidity, it is preferred if the plastic laminate essentially completely covers the inside of the outer sheet metal part (ie the A-pillar reinforcement). However, the invention is not limited to such complete coverage. Rather, the plastic laminate can also be selectively trimmed, for example, and only applied to certain sections of the sheet metal part, for example in the area of a rib base of the rib structure. With such a selective trimming of the plastic laminate, a load-oriented design is supported. In addition, costs can be saved.

Beispielhaft können die Randflansche des äußeren Blechformteils vom Kunststofflaminat freigelegt bleiben, um eine einwandfreie Flansch-Verbindung mit dem fahrzeuginneren Blechformteil zu gewährleisten. Zudem kann eine randseitige Schweller-Anschlusskontur im Bereich eines unteren Säulenknotens vom Kunststofflaminat freigelegt sein. In gleicher Weise kann auch eine obere Anschlusskontur im Bereich eines oberen Säulenknotens des äußeren Blechformteils freigelegt sein. An den jeweiligen oberen/unteren Anschlusskonturen können sowohl der Profilgrund als auch die Profilwände vom Kunststofflaminat freigelegt sein.For example, the edge flanges of the outer sheet metal part can remain exposed from the plastic laminate in order to ensure a perfect flange connection with the sheet metal part inside the vehicle. In addition, an edge-side rocker panel connection contour can be exposed by the plastic laminate in the area of a lower pillar node. In the same way, an upper connection contour can also be exposed in the area of an upper column node of the outer shaped sheet metal part. Both the base of the profile and the walls of the profile can be exposed from the plastic laminate at the respective upper/lower connection contours.

Eine einwandfreie Verbundfestigkeit des Metall-Einlegers im Hybridbauteil sowie eine ausreichende Formstabilität des Blechformteils sind von großer Relevanz für die A-Säule. Von daher kann der Metall-Einleger nicht nur in einem Thermoformprozess, sondern zusätzlich in einem Spritzgießprozess an dem Hybridbauteil angebunden werden. In dem Spritzgießprozess kann zudem eine Krafteinleitungsstruktur, insbesondere eine Rippenstruktur, aus kurz- oder langfaserverstärktem, thermoplastischem Kunststoffmaterial auf das fahrzeugäußere Blechformteil aufgespritzt werden. Das kurzfaserverstärkte, thermoplastische Kunststoffmaterial wird bevorzugt zumindest teilweise auf den Metall-Einleger, dem Faserverbund-Kunststoffbauteil sowie dem Blechformteil appliziert.Perfect bond strength of the metal insert in the hybrid component and sufficient dimensional stability of the molded sheet metal part are of great relevance for the A-pillar. Therefore, the metal insert can be connected to the hybrid component not only in a thermoforming process, but also in an injection molding process. In the injection molding process, a force introduction structure, in particular a ribbed structure, made of short- or long-fiber-reinforced thermoplastic material can also be sprayed onto the sheet metal part on the outside of the vehicle. The short fiber verse reinforced thermoplastic material is preferably applied at least partially to the metal insert, the fiber composite plastic component and the sheet metal part.

Von besonderer Relevanz ist auch ein einwandfreies Haftvermögen des Kunststofflaminats auf der Innenseite des äußeren Blechformteils der A-Säule. Vor diesem Hintergrund kann vor Durchführung des Thermoformprozesses auf der Innenseite des Blechformteils eine Haftvermittlerschicht und/oder eine Kunststoffkoppelschicht appliziert werden. Die Haftvermittlerschicht kann zur Vorbereitung des Thermoformprozesses durch Wärmebeaufschlagung aktiviert werden. Zum Start des Thermoformprozesses wird das Kunststofflaminat als eine noch unverformte, ebenflächige Platine bereitgestellt. Diese wird in einer Wärmebehandlungseinrichtung bis auf über eine Plastifizier-Temperatur vorgewärmt, in der die thermoplastische Kunststoffmatrix der Platine aufgeweicht ist.Perfect adhesion of the plastic laminate on the inside of the outer molded sheet metal part of the A-pillar is also of particular relevance. Against this background, before carrying out the thermoforming process, an adhesion promoter layer and/or a plastic coupling layer can be applied to the inside of the shaped sheet metal part. The adhesion promoter layer can be activated in preparation for the thermoforming process by applying heat. At the start of the thermoforming process, the plastic laminate is provided as an as yet undeformed, flat blank. This is preheated in a heat treatment device to above a plasticizing temperature at which the thermoplastic matrix of the circuit board is softened.

In einem ersten Thermoform-Teilschritt kann die Platine im plastifizierten Heißzustand in das äußere Blechformteil eingepresst werden, und zwar unter Bildung des auf dem Blechformteil beschichteten Kunststofflaminats. In einem zweiten Thermoform-Teilschritt kann der Metall-Einleger (in einem Heißpressvorgang) in die noch aufgeweichte Kunststoffmatrix des Kunststofflaminats eingepresst werden. Bevorzugt erfolgen der erste Thermoform-Teilschritt und der zweite Thermoform-Teilschritt in einem gemeinsamen Werkzeughub.In a first partial thermoforming step, the blank can be pressed into the outer sheet metal part in the plasticized hot state, specifically with the formation of the plastic laminate coated on the sheet metal part. In a second thermoforming sub-step, the metal insert can be pressed (in a hot pressing process) into the still softened plastic matrix of the plastic laminate. The first thermoforming sub-step and the second thermoforming sub-step preferably take place in a common tool stroke.

Zur Steigerung der Formschlußverbindung zwischen dem Metall-Einleger und dem Kunststofflaminat ist es bevorzugt, wenn von der Fügefläche des Metall-Einleger eine Vielzahl von stiftförmigen Verbindungselementen abragen. Im zweiten Thermoform-Teilschritt durchstoßen die stiftförmigen Verbindungselemente des Metall-Einlegers das Kunststofflaminat und kommen in Anlage mit dem äußeren Blechformteil. Die stiftförmigen Verbindungselemente wirken daher als Fügetiefen-Anschlag. Beim Anschlagen auf dem Blechformteil deformieren die stiftförmigen Verbindungselemente. Dadurch bildet sich eine Hinterschnittkontur, in die hinein sich die noch plastifizierte Kunststoffmatrix des Kunststofflaminats verdrängt.In order to increase the positive connection between the metal insert and the plastic laminate, it is preferred if a large number of pin-shaped connecting elements protrude from the joining surface of the metal insert. In the second thermoforming sub-step, the pin-shaped connecting elements of the metal insert pierce the plastic laminate and come into contact with the outer sheet metal part. The pin-shaped connecting elements therefore act as a joining depth stop. The pin-shaped connecting elements deform when they hit the shaped sheet metal part. This forms an undercut contour into which the still plasticized plastic matrix of the plastic laminate is displaced.

Zur weiteren Steigerung der Verbundfestigkeit des Metall-Einlegers im Hybridbauteil erfolgt im Anschluss an den Thermoformprozess der Spritzgießprozess, in dem die Krafteinleitungsstruktur (das heißt die Rippenstruktur) appliziert wird. Bevorzugt kann die mit dem kurzfaserverstärkten, thermoplastischen Kunststoffmaterial der Rippenstruktur in Kontakt befindliche Fügefläche des Metall-Einlegers ebenfalls eine Anzahl von stiftförmigen Verbindungselementen aufweisen. Deren Elementspitzen können bereits im unverformten Zustand ausgeweitet sein, um eine Hinterschnittkontur zu bilden, in die hinein sich im Spritzgießprozess das schmelzflüssige, kurzfaserverstärkte, thermoplastische Kunststoffmaterial verdrängt.To further increase the bond strength of the metal insert in the hybrid component, the thermoforming process is followed by the injection molding process, in which the force transmission structure (i.e. the rib structure) is applied. Preferably, the joining surface of the metal insert that is in contact with the short-fiber-reinforced thermoplastic material of the rib structure can also have a number of pin-shaped connecting elements. The tips of the elements can already be expanded in the non-deformed state in order to form an undercut contour into which the molten, short-fiber-reinforced, thermoplastic material is displaced during the injection molding process.

In einer fertigungstechnisch bevorzugten Prozessführung wird das Vormaterial des Blechformteils im Zulieferwerk als eine auf ein Coil aufgewickelte Stahlblech-Bandware hergestellt. Die auf dem Coil aufgewickelte Stahlblech-Bandware kann im fahrzeugbauenden Werk zu einer Stahlblech-Platine abgelängt werden. Im weiteren Prozessverlauf wird aus der Stahlblech-Platine durch Umformen und Stanzen das äußere Säulen-Blechformteil gebildet.In a process that is preferred in terms of production technology, the starting material for the shaped sheet metal part is produced in the supplier plant as sheet steel strip goods wound onto a coil. The sheet steel strip wound on the coil can be cut to length into a sheet steel blank in the vehicle manufacturing plant. In the further course of the process, the outer pillar sheet metal part is formed from the sheet steel blank by forming and punching.

Besonders bevorzugt ist es, wenn bereits im Zulieferwerk die Stahlblech-Bandware mit der Haftvermittlerschicht und/oder der Kunststoffkoppelschicht appliziert ist. Auf diese Weise können im fahrzeugbauenden Werk zusätzliche Prozessschritte zur Applikation der Haftvermittlerschicht vor der Durchführung des Thermoformprozesses wegfallen.It is particularly preferred if the strip steel goods with the adhesion promoter layer and/or the plastic coupling layer are already applied in the supplier's works. In this way, additional process steps for applying the adhesion promoter layer before carrying out the thermoforming process can be omitted in the vehicle manufacturing plant.

Das in das Blechformteil eingepresste Kunststofflaminat kann mit seiner Beschnittkante in etwa auf Höhe einer Übergangskante zwischen der Profilwand und dem Randflansch des Blechformteils abschließen oder um einen Höhenversatz darunter angeordnet sein. Im Hinblick auf einen betriebssicheren Prozessablauf muss stets gewährleistet sein, dass das Kunststofflaminat mit seiner Beschnittkante außerhalb der Fügeebene zwischen dem äußeren Blechformteil und dem inneren Blechformteil liegt. Für eine sichere Handhabung durch den Werker ist es besonders bevorzugt, wenn in der spritzgegossenen Krafteinleitungsstruktur ein zusätzlicher Kantenschutz integriert ist, der nach erfolgtem Spritzgießprozess die Beschnittkante des Kunststofflaminat überdeckt. Auf diese Weise kann ein Ausfransen von Fasern aus der Beschnittkante des Kunststofflaminats verhindert werden.The plastic laminate pressed into the shaped sheet metal part can end with its trimmed edge approximately at the height of a transition edge between the profile wall and the edge flange of the shaped sheet metal part or be arranged at a height offset below it. With regard to an operationally reliable process flow, it must always be ensured that the cut edge of the plastic laminate lies outside the joint plane between the outer sheet metal part and the inner sheet metal part. For safe handling by the worker, it is particularly preferred if an additional edge protection is integrated in the injection molded force introduction structure, which covers the trimmed edge of the plastic laminate after the injection molding process has taken place. In this way, fraying of fibers from the trimmed edge of the plastic laminate can be prevented.

In einer konkreten Ausführungsvariante kann die Rippenstruktur Querrippen aufweisen, die die vordere Profilwand mit der hinteren Profilwand des äußeren Blechformteils in der Fahrzeuglängsrichtung kraftübertragend verbinden. Zusätzlich kann die Krafteinleitungsstruktur Längsrippen aufweisen, die sich in der Fahrzeughochrichtung (das heißt in der Blechformteil-Längsrichtung) erstrecken.In a specific embodiment variant, the rib structure can have transverse ribs that connect the front profile wall to the rear profile wall of the outer shaped sheet metal part in the longitudinal direction of the vehicle in a force-transmitting manner. In addition, the force introduction structure can have longitudinal ribs that extend in the vertical direction of the vehicle (that is to say in the longitudinal direction of the sheet metal part).

Bei einer Großserienfertigung kann das fahrzeugäußere Blechformteil der A-Säule als Positionierhilfe eine Positionieröffnung (das heißt ein RPS-Punkt) aufweisen. In die Blechformteil-Positionieröffnung ist in einem Positionier-Prozessschritt während der Säulen-Fertigung ein Positionierdorn einfahrbar sowie aus dieser ausfahrbar. Erfindungsgemäß kann das Kunststofflaminat eine Positionierdorn-Durchtrittsöffnung aufweisen, die im Wesentlichen in Flucht zur Blechformteil-Positionieröffnung angeordnet ist. Bei einer automatisierten Serienfertigung der Karosseriesäule erfolgen in unterschiedlichen Arbeitsstationen Positionier-Prozessschritte mittels Positionierdorne, um das Blechformteil lagerichtig in der jeweiligen Arbeitsstation zu positionieren. Die Durchführung dieser Positionier-Prozessschritte ist mit einem beträchtlichem Materialabrieb zwischen den Positionierdornen und dem Öffnungsrand der Blechformteil-Positionieröffnung verbunden. Dieser Materialabrieb kann wie folgt verhindert werden: So kann bevorzugt im Spritzgießprozess das kurzfaserverstärkte, thermoplastische Kunststoffmaterial neben der Krafteinleitungsstruktur zusätzlich einen Öffnungsrand-Schutz ausbilden, der den Öffnungsrand der Blechformteil-Positionieröffnung einfasst. Auf diese Weise wird ein direkter Kontakt der Positionierdorne mit dem Öffnungsrand der Blechformteil-Positionieröffnung vermieden.In the case of large-scale production, the molded sheet metal part of the A-pillar on the outside of the vehicle can have a positioning opening (that is to say an RPS point) as a positioning aid. In a positioning process step during column production, a positioning mandrel can be moved into and out of the shaped sheet metal part positioning opening. According to the invention the plastic laminate can have a positioning mandrel passage opening which is arranged essentially in alignment with the sheet metal part positioning opening. In automated series production of the body pillar, positioning process steps are carried out in different work stations using positioning mandrels in order to position the sheet metal part in the correct position in the respective work station. Carrying out these positioning process steps is associated with considerable material abrasion between the positioning mandrels and the edge of the shaped sheet metal part positioning opening. This material abrasion can be prevented as follows: In the injection molding process, the short-fiber-reinforced thermoplastic material can also form an opening edge protection in addition to the force introduction structure, which encloses the opening edge of the shaped sheet metal part positioning opening. In this way, direct contact of the positioning mandrels with the opening edge of the sheet metal part positioning opening is avoided.

Das Kunststofflaminat kann aus einem beliebig hergestellten Faser-Halbzeug gefertigt sein. Beispielhaft kann das Kunststofflaminat ein Organoblech sein, in dem ein textiles Fasergewebe in eine thermoplastische Kunststoffmatrix eingebettet ist. Alternativ dazu kann das Kunststofflaminat in einem Tape-Legeprozess aus einer Mehrzahl von übereinander beliebig ausgerichtet gestapelten Tapes mit jeweils unidirektionaler Faserausrichtung ausgebildet sein. The plastic laminate can be made from any semi-finished fiber product. For example, the plastic laminate can be an organic sheet in which a textile fiber fabric is embedded in a thermoplastic matrix. As an alternative to this, the plastic laminate can be formed in a tape laying process from a plurality of tapes stacked one on top of the other in any orientation, each with a unidirectional fiber orientation.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.An exemplary embodiment of the invention is described below with reference to the accompanying figures.

Es zeigen:

1 in einer perspektivischen Teilansicht eine A-Säule in angedeuteter Einbaulage;
2 die A-Säule in Alleinstellung sowie in Explosionsdarstellung;
3 eine Schnittansicht entlang einer Schnittebene A aus der 1;
4 bis 6 jeweils Ansichten, anhand derer eine Prozessabfolge zur Herstellung des Hybridbauteils veranschaulicht ist; und
7 eine Schnittansicht entlang der Schnittebene B aus der 1.

Show it:

1 in a perspective partial view of an A-pillar in indicated installation position;
2 the A-pillar alone and in an exploded view;
3 a sectional view along a sectional plane A from FIG 1 ;
4 until 6 each is a view showing a process sequence for manufacturing the hybrid component; and
7 a sectional view along the section plane B from FIG 1 .

In der 1 ist in schematischer Darstellung eine in einer Fahrzeugkarosserie verbaute A-Säule angedeutet. Die A-Säule ist als ein Hohlprofilträger mit einem äußeren Blechformteil 1 und einem inneren Blechformteil 3 ausgeführt. An einem oberen Säulenknoten 5 der A-Säule läuft ein oberer Karosserielängsträger 7, ein die Windschutzscheibe des Fahrzeugs begrenzendes Rahmenseitenteil 9 sowie eine Querbaugruppe 11 zusammen. Am unteren Säulenknoten 13 der A-Säule schließt sich in der Fahrzeuglängsrichtung x nach hinten ein seitlicher Schweller 15 an. Zudem weist das äußere Blechformteil 1 der A-Säule eine obere Anschraubbasis 17 sowie eine untere Anschraubbasis 19 zur Verschraubung von nicht gezeigten oberen und unteren Türscharnieren der Fronttür des Fahrzeugs auf.In the 1 an A-pillar installed in a vehicle body is indicated in a schematic representation. The A-pillar is designed as a hollow profile support with an outer shaped sheet metal part 1 and an inner shaped sheet metal part 3 . At an upper pillar node 5 of the A-pillar, an upper body side member 7, a frame side part 9 delimiting the windshield of the vehicle, and a transverse assembly 11 converge. A side sill 15 adjoins the lower pillar node 13 of the A pillar to the rear in the vehicle longitudinal direction x. In addition, the outer shaped sheet metal part 1 of the A-pillar has an upper screw-on base 17 and a lower screw-on base 19 for screwing on upper and lower door hinges (not shown) of the front door of the vehicle.

Wie aus der 2 hervorgeht, ist das fahrzeugäußere Blechformteil 1 Bestandteil eines Hybridbauteils 21. Das Hybridbauteil 21 weist neben dem äußeren Blechformteil 1 ein langfaserverstärktes thermoplastisches Kunststofflaminat 23, eine Rippenstruktur 25 aus kurzfaserverstärktem, thermoplastischem Kunststoffmaterial sowie Metall-Einleger auf, die in der 1 oder 2 nicht gezeigt sind. Von den Metall-Einlegern ist in der 3 exemplarisch ein Metall-Einleger gezeigt, der eine obere Scharnierverstärkung 39 bildet.How from the 2 shows, the vehicle outer molded sheet metal part 1 is part of a hybrid component 21. In addition to the outer molded sheet metal part 1, the hybrid component 21 has a long-fiber-reinforced thermoplastic plastic laminate 23, a ribbed structure 25 made of short-fiber-reinforced thermoplastic plastic material and metal inserts, which are 1 or 2 are not shown. From the metal inserts is in the 3 a metal insert is shown as an example, which forms an upper hinge reinforcement 39 .

Nachfolgend wird anhand der 3 der Materialaufbau des Hybridbauteils 21 beschrieben: Demzufolge ist das Kunststofflaminat 23 (in einem später beschriebenen Thermoformprozess) in die Innenseite des äußeren Blechformteils 1 eingepresst. Das äußere Blechformteil 1 ist im Querschnitt U-profilförmig, und zwar mit einem, in der Fahrzeugquerrichtung y äußeren Profilgrund 27 sowie mit davon nach fahrzeuginnen hochgezogenen, vorderen und hinteren Profilwänden 29, 31. Von den Profilwänden 29, 31 sind jeweils Randflansche 33 abgekantet. Gemäß der 3 überdeckt das Kunststofflaminat 23 die Innenseite des äußeren Blechformteils 1 nahezu vollständig, mit den folgenden Ausnahmen: Die beiden Randflansche 33 sind vom Kunststofflaminat 23 freigelegt. Ebenso ist eine randseitige Schweller-Anschlusskontur 35 im Bereich des unteren Säulenknotens 13 freigelegt. Ferner ist auch eine obere randseitige Anschlusskontur 37 im Bereich des oberen Säulenknotens 5 freigelegt. In den beiden Anschlusskonturen 35, 37 ist sowohl am Profilgrund 27 als auch an den beiden Profilwänden 29, 31 kein Kunststofflaminat 23 vorgesehen.The following is based on the 3 the material structure of the hybrid component 21 is described: Accordingly, the plastic laminate 23 (in a thermoforming process described later) is pressed into the inside of the outer shaped sheet metal part 1 . The outer shaped sheet metal part 1 has a U-shaped profile in cross-section, namely with an outer profile base 27 in the vehicle transverse direction y and with front and rear profile walls 29, 31 that are drawn up towards the inside of the vehicle. According to the 3 the plastic laminate 23 covers the inside of the outer shaped sheet metal part 1 almost completely, with the following exceptions: the two edge flanges 33 are uncovered by the plastic laminate 23 . Likewise, a rocker panel connection contour 35 on the edge is exposed in the area of the lower pillar node 13 . Furthermore, an upper edge connection contour 37 in the area of the upper column node 5 is exposed. No plastic laminate 23 is provided in the two connection contours 35, 37 either on the profile base 27 or on the two profile walls 29, 31.

Der in der 3 gezeigte Metall-Einleger 39 ist im später beschriebenen Thermoformprozess in Form- und Stoffschlussverbindung mit dem Kunststofflaminat 23 gebracht. In der 3 ist der Metall-Einleger 39 zudem randseitig mit dem kurzfaserverstärkten, thermoplastischen Kunststoffmaterial der Rippenstruktur 25 umspritzt. In der spritzgegossenen Rippenstruktur 25 ist eine umlaufende Einfassung 60 (3 oder 6) integriert, die zusammen mit dem Kunststofflaminat 23 den Rand des Metall-Einlegers 39 umgreift. Der Metall-Einleger 39 ist nicht unmittelbar in Anlage mit dem äußeren Blechformteil 1, sondern vielmehr unter Zwischenlage des Kunststofflaminats 23 positioniert. Die nicht gezeigte untere Scharnierverstärkung ist analog zur oberen Scharnierverstärkung 39 gemäß der 3 realisiert und in gleicher Weise im Hybridbauteil 21 integriert.The Indian 3 The metal insert 39 shown is brought into a positive and material connection with the plastic laminate 23 in the thermoforming process described later. In the 3 the metal insert 39 is also encapsulated at the edge with the short-fiber-reinforced thermoplastic material of the rib structure 25 . In the injection molded rib structure 25 is a peripheral border 60 ( 3 or 6 ) integrated, which, together with the plastic laminate 23, surrounds the edge of the metal insert 39. The metal insert 39 is not positioned directly in contact with the outer shaped sheet metal part 1, but rather with the plastic laminate 23 interposed. The lower one, not shown Hinge reinforcement is analogous to the upper hinge reinforcement 39 according to FIG 3 realized and integrated in the hybrid component 21 in the same way.

Die Rippenstruktur 25 weist ferner in der 2 oder 3 jeweils Querrippen 41 auf, die die vordere Profilwand 29 kraftübertragend mit der hinteren Profilwand 31 des äußeren Blechformteils 1 verbinden. Zudem weist die Rippenstruktur 25 Längsrippen 43 auf, die sich in der Fahrzeughochrichtung z mit Abstand zwischen den beiden Profilwänden 29, 31 des äußeren Blechformteils 1 erstrecken.The rib structure 25 also has in the 2 or 3 each has transverse ribs 41 which connect the front profile wall 29 to the rear profile wall 31 of the outer shaped sheet metal part 1 in a force-transmitting manner. In addition, the rib structure 25 has longitudinal ribs 43 which extend in the vehicle vertical direction z at a distance between the two profile walls 29, 31 of the outer shaped sheet metal part 1.

In der 3 ist das äußere Blechformteil 1 in Flanschverbindung mit dem inneren Blechformteil 3 gezeigt, bei dem die Randflansche der Blechformteile 1, 3 an einer Fügeebene F miteinander in Schweißverbindung sind. Um eine einwandfreie Flanschverbindung zu gewährleisten, schließt eine Beschnittkante 45 des Kunststofflaminats 23 mit einem Höhenversatz h unterhalb der Fügeebene F ab. Erfindungsgemäß ist in der 3 im Kunststoffmaterial der Rippenstruktur 25 einen Kantenschutz 47 integriert, der die Beschnittkante 45 des Kunststofflaminats 23 überdeckt.In the 3 the outer shaped sheet metal part 1 is shown in flange connection with the inner shaped sheet metal part 3, in which the edge flanges of the shaped sheet metal parts 1, 3 are welded together at a joint plane F. In order to ensure a perfect flange connection, a trimmed edge 45 of the plastic laminate 23 ends with a height offset h below the joining plane F. According to the invention 3 an edge protection 47 integrated in the plastic material of the rib structure 25, which covers the trimmed edge 45 of the plastic laminate 23.

Wie aus der 3 weiter hervorgeht, sind die Oberkanten 49 der Quer- und Längsrippen 41, 43 der Rippenstruktur 25 von dem inneren Blechformteil 3 beabstandet, um beim Fügen der Blechformteil 1, 3 eine Störkontur zu vermeiden. Für eine Dichtfunktion, ähnlich wie bei herkömmlichen Blähschaumteilen, ist in der 3 in dem Zwischenraum zwischen dem inneren Blechformteil 3 und den Rippen-Oberkanten 49 ein Dichtelement 51 eingesetzt (zum Beispiel verklebt), das eine Dichtfunktion, ähnlich wie die aus dem Stand der Technik bekannten Blähschaumteile, erfüllt.How from the 3 As can further be seen, the upper edges 49 of the transverse and longitudinal ribs 41, 43 of the rib structure 25 are spaced apart from the inner shaped sheet metal part 3 in order to avoid an interfering contour when the shaped sheet metal parts 1, 3 are joined. For a sealing function, similar to conventional expanded foam parts, is in the 3 a sealing element 51 is inserted (for example glued) in the space between the inner shaped sheet metal part 3 and the upper edges 49 of the ribs, which fulfills a sealing function similar to the expanded foam parts known from the prior art.

Die in den 1 bis 3 gezeigte A-Säule wird im fahrzeugbauenden Werk im Karosseriebau in eine Fahrzeugkarosserie verbaut. Nach dem Karosseriebau folgt in gängiger Praxis ein KTL-Prozess, in dem die Fahrzeugkarosserie in einem Tauchbad mit KTL-Lack benetzt wird. Die mit KTL-Lack benetzte Fahrzeugkarosserie wird in einem KTL-Ofen bis auf eine Temperatur aufgeheizt, in der der KTL-Lack aushärtet.The in the 1 until 3 The A-pillar shown is built into a vehicle body in the vehicle manufacturing plant in the body shop. After body construction, a KTL process follows in common practice, in which the vehicle body is wetted with KTL paint in an immersion bath. The vehicle body wetted with KTL paint is heated in a KTL oven to a temperature at which the KTL paint hardens.

Das in der 3 gezeigte Dichtelement 51 kann als ein Blähschaumteil realisiert sein. Dessen nicht aufgeblähte Ausgangskomponente wird im Karosseriebau (d.h. vor dem KTL-Prozess) in die A-Säule eingebaut. Erst im KTL-Prozess bläht sich das Dichtelement 51 unter Hitzeeinwirkung auf und dichtet den Zwischenraum zwischen dem inneren Blechformteil 3 und den Rippen-Oberkanten 49 ab. Auf diese Weise kann der KTL-Lack nach dem KTL-Tauchbad prozesssicher ablaufen.That in the 3 The sealing element 51 shown can be implemented as an expanded foam part. Its non-inflated starting component is installed in the A-pillar during body construction (ie before the KTL process). Only in the KTL process does the sealing element 51 expand under the effect of heat and seal the space between the inner shaped sheet metal part 3 and the upper edges 49 of the ribs. In this way, the KTL paint can be processed reliably after the KTL immersion bath.

Mittels der erfindungsgemäßen A-Säule wird in der oben angedeuteten Fahrzeugbau-Prozesskette zusätzlich der folgende Vorteil erzielt: So perlt nach dem KTL-Tauchbad der KTL-Lack von der Kunststoff-Oberfläche des Kunststofflaminats 23 und der Rippenstruktur 25 ab und bleibt nicht darauf benetzt. Der KTL-Lack bleibt somit lediglich auf der freigelegten BlechOberfläche des Blechformteils 1 benetzt. Dies führt zu einem reduzierten Materialaufwand an KTL-Lack und damit zu einer Kosteneinsparung.The A-pillar according to the invention also achieves the following advantage in the vehicle construction process chain indicated above: After the KTL immersion bath, the KTL paint drips off the plastic surface of the plastic laminate 23 and the rib structure 25 and does not remain wet on it. The CDP paint thus only remains wet on the exposed sheet metal surface of the shaped sheet metal part 1 . This leads to a reduced cost of material for KTL paint and thus to cost savings.

Nachfolgend wird anhand der 4 bis 6 eine Prozessabfolge zur Herstellung des Hybridbauteils 21 beschrieben: Demnach wird zunächst in der 4 zur Vorbereitung des Thermoformprozesses eine ebenflächige Platine 53 bereitgestellt, aus der im Thermoformprozess das Kunststofflaminat 23 geformt wird.The following is based on the 4 until 6 a process sequence for the production of the hybrid component 21 described: Accordingly, first in the 4 in preparation for the thermoforming process, a planar blank 53 is provided, from which the plastic laminate 23 is formed in the thermoforming process.

Der Thermoformprozess ist erfindungsgemäß in zwei Thermoform-Teilschritte aufgeteilt: In einem ersten Thermoform-Teilschritt (4) wird die ebenflächige Platine 53 bis auf über die Plastifizier-Temperatur vorgewärmt, in der die thermoplastische Kunststoffmatrix der Platine 53 aufgeweicht ist. Zusätzlich wird das bereits vorgeformte Blechformteil 1 erwärmt, um die darauf applizierte Haftvermittlerschicht 55 (4) zu aktivieren. Anschließend wird mit einer Fügekraft in einer Fügerichtung I (4) die Platine 53 im plastifizierten Heißzustand in das Blechformteil 1 (in einem Heißpressvorgang) eingepresst, und zwar unter Bildung des auf dem Blechformteil beschichteten Kunststofflaminats 23 (5).According to the invention, the thermoforming process is divided into two partial thermoforming steps: In a first partial thermoforming step ( 4 ) the planar circuit board 53 is preheated to above the plasticizing temperature at which the thermoplastic matrix of the circuit board 53 is softened. In addition, the already preformed sheet metal part 1 is heated in order to apply the adhesion promoter layer 55 ( 4 ) to activate. Subsequently, with a joining force in a joining direction I ( 4 ) the plate 53 in the plasticized hot state is pressed into the shaped sheet metal part 1 (in a hot pressing process), specifically with the formation of the plastic laminate 23 coated on the shaped sheet metal part ( 5 ).

Im zweiten Thermoform-Teilschritt (5) wird der (ggf. vorgewärmte) Metall-Einleger 39 mit einer Fügekraft in der Fügerichtung I in die noch plastifizierte Kunststoffmatrix des Kunststofflaminats 23 eingetrieben. An der unteren Fügefläche 57 des Metall-Einlegers 49 sind eine Vielzahl von stiftförmigen Verbindungselementen 59 ausgebildet. Deren Elementspitzen bilden einen Fügetiefen-Anschlag. Beim Einpressvorgang durchdringen die stiftförmigen Verbindungselemente 59 des Metalleinlegers 39 das Kunststofflaminat 23 und kommen mit dem Profilgrund 27 des äußeren Blechformteils 1 in Kontakt. Dadurch werden die stiftförmigen Verbindungselemente 59 unter Bildung einer Hinterschnittkontur deformiert, in die hinein sich die noch plastifizierte Kunststoffmatrix des Kunststofflaminats 23 verdrängt.In the second thermoforming step ( 5 ) the (possibly preheated) metal insert 39 is driven into the still plasticized plastic matrix of the plastic laminate 23 with a joining force in the joining direction I. A multiplicity of pin-shaped connecting elements 59 are formed on the lower joining surface 57 of the metal insert 49 . Their element tips form a joint depth stop. During the pressing-in process, the pin-shaped connecting elements 59 of the metal insert 39 penetrate the plastic laminate 23 and come into contact with the profile base 27 of the outer shaped sheet metal part 1 . As a result, the pin-shaped connecting elements 59 are deformed, forming an undercut contour into which the still plasticized plastic matrix of the plastic laminate 23 is displaced.

Die beiden obigen Thermoform-Teilschritte können in werkzeugtechnisch beliebiger Weise realisiert werden. Bevorzugt ist jedoch ein One-Shot-Prozess, bei dem in einem gemeinsamen Werkzeughub die beiden Thermoform-Teilschritt gleichzeitig erfolgen.The two above thermoforming sub-steps can be implemented in any way in terms of tool technology. However, a one-shot process is preferred, in which the two thermoforming sub-steps take place simultaneously in a common tool stroke.

Nach dem Thermoformprozess erfolgt der Spritzgießprozess (6), bei dem die Rippenstruktur 25 hergestellt wird. Das kurzfaserverstärkte, thermoplastische Kunststoffmaterial der Rippenstruktur 25 wird um die Randseite des Metall-Einlegers 39 spritzgegossen. Dadurch bildet sich eine umlaufende Einfassung 60 gemäß der 6, die gleichzeitig auch in Stoffschlussverbindung mit dem Kunststofflaminat 23 gebracht ist. Zur Steigerung der Verbindungsfestigkeit weist der Metall-Einleger 39 an seiner, der Rippenstruktur 25 zugewandten Fügefläche ebenfalls eine Vielzahl von stiftförmigen Verbindungselementen 63 auf, deren Elementköpfe ausgeweitet sind. Dadurch bildet sich eine Hinterschnittkontur, in die hinein sich das schmelzflüssige, kurzfaserverstärkte, thermoplastische Kunststoffmaterial verdrängt.After the thermoforming process, the injection molding process takes place ( 6 ), in which the rib structure 25 is produced. The short fiber reinforced thermoplastic material of the rib structure 25 is injection molded around the edge of the metal insert 39 . This forms a peripheral border 60 according to the 6 , which is also brought into material connection with the plastic laminate 23 at the same time. To increase the strength of the connection, the metal insert 39 also has a large number of pin-shaped connection elements 63 on its joining surface facing the rib structure 25, the element heads of which are widened. This forms an undercut contour into which the molten, short-fiber-reinforced, thermoplastic material is displaced.

In der 7 ist eine Schnittdarstellung entlang der Schnittebene B aus der 1 gezeigt. Demzufolge weist das äußere Blechformteil 1 als Positionierhilfe eine Positionieröffnung 67 auf. In einem Positionier-Prozessschritt wird ein angedeuteter Positionierdorn 69 in die Blechformteil-Positionieröffnung 67 eingefahren. Zudem weist das Kunststofflaminat eine Durchtrittsöffnung 71 auf, die fluchtend zur Blechformteil-Positionieröffnung 67 ausgerichtet ist. Wie aus der 7 weiter hervorgeht, bildet das kurzfaserverstärkte, thermoplastische Kunststoffmaterial der Rippenstruktur 25 zusätzlich einen Öffnungsrand-Schutz 73 aus, der den Öffnungsrand 75 der Blechformteil-Positionieröffnung 67 überdeckt. Auf diese Weise kann während des Positionier-Prozessschritts ein Materialabrieb zwischen dem Positionierdorn 69 und dem Blechformteil 1 vermieden werden.In the 7 is a sectional view along the section plane B from FIG 1 shown. Accordingly, the outer shaped sheet metal part 1 has a positioning opening 67 as a positioning aid. In a positioning process step, an indicated positioning mandrel 69 is moved into the positioning opening 67 of the shaped sheet metal part. In addition, the plastic laminate has a passage opening 71 which is aligned with the positioning opening 67 for the shaped sheet metal part. How from the 7 As can further be seen, the short-fiber-reinforced thermoplastic material of the rib structure 25 also forms an opening edge protection 73 which covers the opening edge 75 of the shaped sheet metal part positioning opening 67 . In this way, material abrasion between the positioning mandrel 69 and the shaped sheet metal part 1 can be avoided during the positioning process step.

BezugszeichenlisteReference List

11: äußeres Blechformteilouter sheet metal part
33: inneres Blechformteilinner sheet metal part
55: oberer Säulenknotenupper column node
77: oberer Karosserielängsträgerupper body rail
99: Rahmenseitenteilframe side panel
1111: Querbaugruppecross assembly
1313: unterer Säulenknotenlower column node
1515: Schwellersills
1717: obere Anschraubbasistop bolt-on base
1919: untere Anschraubbasislower bolt-on base
2121: Hybridbauteilhybrid component
2323: Kunststofflaminatplastic laminate
2525: Rippenstrukturrib structure
2727: äußerer Profilgrundouter profile reason
29, 3129, 31: Profilwändeprofile walls
3333: Randflanscheedge flanges
3535: Schweller-AnschlusskonturRocker connection contour
3737: obere Anschlusskonturupper connection contour
3939: obere Scharnierverstärkungupper hinge reinforcement
4141: Querrippencross ribs
4343: Längsrippenlongitudinal ribs
4545: Beschnittkantecrop edge
4747: Kantenschutzedge protection
4949: Oberkantetop edge
5151: Dichtelementsealing element
5353: Platinecircuit board
5555: Haftvermittlerschichtadhesion promoter layer
5959: stiftförmige Verbindungselementepin-shaped fasteners
6060: umlaufende Einfassungsurrounding edging
6363: stiftförmige Verbindungselementepin-shaped fasteners
6767: Positionieröffnungpositioning hole
6969: Positionierdornpositioning mandrel
7171: Durchtrittsöffnungpassage opening
7373: Öffnungsrand-SchutzOpening Edge Protection
7575: Öffnungsrandopening edge
Ff: Fügeebenejoining plane
hH: Höhenversatzheight offset
II: Fügerichtungjoining direction

Claims

Karosseriesäule mit einem Säulen-Hohlträger mit einem fahrzeugäußeren Blechformteil (1), das zumindest ein Funktionselement aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechformteil (1) Bestandteil eines Hybridbauteils (21) ist, bei dem das Blechformteil (1) in einem Thermoformprozess innenseitig mit einem lang- oder endlosfaserverstärkten thermoplastischen Kunststofflaminat (23) beschichtet ist, und dass in dem Thermoformprozess das Funktionselement als ein Metall-Einleger in das Kunststofflaminat (23) eingepresst ist.Body pillar with a pillar hollow support with a sheet metal part (1) on the outside of the vehicle, which has at least one functional element, characterized in that the sheet metal part (1) is part of a hybrid component (21), in which the sheet metal part (1) is coated on the inside in a thermoforming process with a long or continuous fiber-reinforced thermoplastic plastic laminate (23) is coated, and in that the functional element is pressed as a metal insert into the plastic laminate (23) in the thermoforming process.

Karosseriesäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das fahrzeugäußere Blechformteil (1) im Querschnitt U-profilförmig ist, und zwar mit einem in der Fahrzeugquerrichtung (y) äußeren Profilgrund (27) sowie mit davon nach fahrzeuginnen hochgezogenen, vorderen und hinteren Profilwänden (29, 31) mit davon abgekanteten Randflanschen (33), die in Flanschverbindung mit einem fahrzeuginneren Blechformteil (3) des Säulen-Hohlträgers bringbar sind, und dass das Kunststofflaminat (23) die Innenseite des äußeren Blechformteils (1) vollständig überdeckt, und zwar mit Ausnahme der Randflansche (33) und/oder mit Ausnahme einer randseitigen Schweller-Anschlusskontur (35) im Bereich eines unteren Säulenknotens (13) sowie einer randseitigen Anschlusskontur (37) im Bereich eines oberen Säulenknotens (5), und dass an der jeweiligen Anschlusskontur (35, 37) sowohl der Profilgrund (27) als auch die Profilwände (29, 31) vom Kunststofflaminat (23) freigelegt sind.body pillar after claim 1 , characterized in that the sheet metal part (1) on the outside of the vehicle has a U-shaped profile in cross-section, specifically with an outer profile base (27) in the vehicle transverse direction (y) and with front and rear profile walls (29, 31) raised from it towards the inside of the vehicle of which beveled edge flanges (33) which can be brought into flange connection with a vehicle-internal sheet metal part (3) of the column hollow beam, and that the art material laminate (23) completely covers the inside of the outer shaped sheet metal part (1), with the exception of the edge flanges (33) and/or with the exception of an edge-side rocker panel connection contour (35) in the region of a lower pillar node (13) and a edge-side connection contour ( 37) in the area of an upper column node (5), and that both the profile base (27) and the profile walls (29, 31) are exposed from the plastic laminate (23) at the respective connecting contour (35, 37).

Karosseriesäule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hybridbauteil (21) zusätzlich eine Rippenstruktur aus kurz- oder langfaserverstärktem, thermoplastischem Kunststoffmaterial aufweist, und dass die Krafteinleitungsstruktur (25) in einem, nach dem Thermoformprozess folgenden Spritzgießprozess zumindest teilweise auf dem Kunststofflaminat (23), auf dem Blechformteil (1) und/oder auf dem Metall-Einleger (39) appliziert ist, und/oder dass der Metall-Einleger (39) randseitig mit dem kurz- oder langfaserverstärkten, thermoplastischen Kunststoffmaterial der Krafteinleitungsstruktur (25) umspritzt ist, und zwar unter Bildung einer umlaufenden Einfassung (60), die zusammen mit dem Kunststofflaminat (23) den Rand des Metall-Einlegers (39) umgreift.body pillar after claim 1 or 2 , characterized in that the hybrid component (21) additionally has a rib structure made of short- or long-fiber-reinforced, thermoplastic material, and that the force introduction structure (25) in an injection molding process following the thermoforming process at least partially on the plastic laminate (23), on the sheet metal part (1) and/or applied to the metal insert (39), and/or that the metal insert (39) is overmoulded at the edge with the short- or long-fiber-reinforced thermoplastic material of the force introduction structure (25), with formation a peripheral border (60) which, together with the plastic laminate (23), surrounds the edge of the metal insert (39).

Karosseriesäule nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststofflaminat (23) unter Zwischenlage einer Haftvermittlerschicht und/oder Kunststoffkoppelschicht (55) auf der Innenseite des Blechformteils (1) appliziert ist, und dass die Haftvermittlerschicht (55) vor Durchführung des Thermoformprozesses auf die Innenseite des Blechformteils (1) applizierbar ist, und/oder dass die Haftvermittlerschicht (55) thermisch aktivierbar ist, sobald deren Aktivierungstemperatur erreicht ist.body pillar after claim 1 , 2 or 3 , characterized in that the plastic laminate (23) is applied to the inside of the shaped sheet metal part (1) with an adhesion promoter layer and/or plastic coupling layer (55) interposed, and in that the adhesion promoter layer (55) is applied to the inside of the shaped sheet metal part (1 ) can be applied, and/or that the adhesion promoter layer (55) can be thermally activated as soon as its activation temperature has been reached.

Karosseriesäule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung des Blechformteils (1) ein Coil bereitstellbar ist, dass die Stahlblech-Bandware zu einer Platine (53) abgelängt wird, und dass aus der abgelängten Platine (53) in einem Umform- und Stanzprozess das Blechformteil (1) gebildet wird, und dass die Haftvermittlerschicht und/oder Kunststoffkoppelschicht (55) bereits auf die Stahlblech-Bandware applizierbar ist.Body pillar according to one of the preceding claims, characterized in that for the production of the shaped sheet metal part (1) a coil can be provided, that the sheet steel tape is cut to length to form a blank (53), and that the blank (53) cut to length is formed in a forming and stamping process the shaped sheet metal part (1) is formed, and that the adhesion promoter layer and/or plastic coupling layer (55) can already be applied to the sheet steel coiled goods.

Karosseriesäule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststofflaminat (23) mit einer Beschnittkante (45) in etwa auf Höhe einer Übergangskante zwischen Profilwand (29, 31) und Randflansch (33) des Blechformteils (1) abschließt oder um einen Höhenversatz darunter derart angeordnet ist, dass das Kunststofflaminat (23) keine Störkontur beim Fügen der Blechformteile (1, 3) bildet, und dass in der spritzgegossenen Krafteinleitungsstruktur (25) ein Kantenschutz (47) integriert ist, der die Beschnittkante (45) des Kunststofflaminats (23) überdeckt.Body pillar according to one of the preceding claims, characterized in that the plastic laminate (23) terminates with a trimmed edge (45) approximately at the height of a transition edge between profile wall (29, 31) and edge flange (33) of the shaped sheet metal part (1) or by a height offset underneath is arranged in such a way that the plastic laminate (23) does not form any disruptive contours when the sheet metal parts (1, 3) are joined, and that an edge protector (47) is integrated in the injection-molded force introduction structure (25) and protects the trimmed edge (45) of the plastic laminate ( 23) covered.

Karosseriesäule nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Krafteinleitungsstruktur (25) Querrippen (41), die die vordere Profilwand (29) mit der hinteren Profilwand (31) des Blechformteils (1) in der Fahrzeuglängsrichtung (x) kraftübertragend verbinden, und/oder Längsrippen (43) aufweist, die sich in der Fahrzeughochrichtung (z) mit Abstand zwischen den beiden Profilwänden (29, 31) des Blechformteils (1) erstrecken.Body pillar according to one of claims 3 until 6 , characterized in that the force introduction structure (25) transverse ribs (41), which connect the front profile wall (29) with the rear profile wall (31) of the sheet metal part (1) in the vehicle longitudinal direction (x) in a force-transmitting manner, and/or longitudinal ribs (43) which extend in the vehicle vertical direction (z) at a distance between the two profile walls (29, 31) of the shaped sheet metal part (1).

Karosseriesäule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechformteil (1) als Positionierhilfe eine Positionieröffnung (67) aufweist, und dass in einem Positionier-Prozessschritt ein Positionierdorn (69) in die Positionieröffnung (67) des Blechformteils (1) einfahrbar ist, und dass das Kunststofflaminat (23) eine Durchtrittsöffnung (71) aufweist, die fluchtend zur Blechformteil-Positionieröffnung (67) angeordnet ist, und/oder dass die Krafteinleitungsstruktur (25) einen Öffnungsrand-Schutz (73) ausbildet, der den Öffnungsrand (75) der Blechformteil-Positionieröffnung (67) überdeckt, um während des Positionier-Prozessschritts einen Materialabrieb zwischen Positionierdorn (69) und Blechformteil (1) zu unterbinden.Body pillar according to one of the preceding claims, characterized in that the shaped sheet metal part (1) has a positioning opening (67) as a positioning aid, and in that a positioning mandrel (69) can be moved into the positioning opening (67) of the shaped sheet metal part (1) in a positioning process step , and that the plastic laminate (23) has a passage opening (71) which is arranged flush with the positioning opening (67) for the shaped sheet metal part, and/or that the force introduction structure (25) forms an opening edge protection (73) which protects the opening edge (75 ) covers the shaped sheet metal part positioning opening (67) in order to prevent material abrasion between the positioning mandrel (69) and shaped sheet metal part (1) during the positioning process step.

Karosseriesäule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Thermoformprozess der Metall-Einleger (39) mit einer Fügekraft in einer Fügerichtung (I) in das plastifizierte Kunststoffmaterial das Faserverbundkunststoffes (23) eintreibbar ist, und zwar bis ein Fügetiefen-Anschlag (59) des Metall-Einlegers (39) in Kontakt mit dem Blechformteil (1) kommt, und dass von der Fügefläche (57) des Metall-Einlegers (39) eine Vielzahl von stiftförmige Verbindungselemente (59) vorragen, deren Elementspitzen den Fügetiefen-Anschlag bilden, und/oder dass im Thermoformprozess die stiftförmigen Verbindungselemente (59) deformieren, und zwar unter Bildung einer Hinterschnittkontur, in die hinein sich die noch plastifizierte Kunststoffmatrix des Kunststofflaminats (23) verdrängt.Body pillar according to one of the preceding claims, characterized in that in the thermoforming process the metal insert (39) can be driven into the plasticized plastic material with a joining force in a joining direction (I) of the fiber composite plastic (23) up to a joining depth stop (59 ) of the metal insert (39) comes into contact with the shaped sheet metal part (1), and that a large number of pin-shaped connecting elements (59) protrude from the joint surface (57) of the metal insert (39), the element tips of which form the joint depth stop , and/or that the pin-shaped connecting elements (59) deform in the thermoforming process, specifically with the formation of an undercut contour into which the still plasticized plastic matrix of the plastic laminate (23) is displaced.

Verfahren zur Herstellung einer Karosseriesäule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vorbereitung des Thermoformprozesses das Kunststofflaminat (23) als eine Platine (53) bereitgestellt wird, die bis auf über eine Plastifizier-Temperatur vorgewärmt wird, bei der die thermoplastische Kunststoffmatrix der Platine (53) aufgeweicht ist, und dass in einem ersten Thermoform-Teilschritt die Platine (53) im plastifizierten Heißzustand auf das Blechformteil (1) gepresst wird, und zwar unter Bildung des auf dem Blechformteil (1) beschichteten Kunststofflaminats (23), und dass in einem zweiten Thermoform-Teilschritt der Metall-Einleger (39) in das Kunststofflaminat (23) eingepresst wird, und zwar im noch plastifizierten Heißzustand des Kunststofflaminats (23).Method for producing a body pillar according to one of the preceding claims, characterized in that in preparation for the thermoforming process, the plastic laminate (23) is provided as a blank (53) which is preheated to above a plasticizing temperature at which the thermoplastic matrix of the Board (53) is softened, and that in a first thermoforming sub-step the board (53) in is pressed onto the shaped sheet metal part (1) in a plasticized hot state, with formation of the plastic laminate (23) coated on the shaped sheet metal part (1), and that in a second partial thermoforming step the metal insert (39) is pressed into the plastic laminate (23). is, namely in the still plasticized hot state of the plastic laminate (23).

Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vorbereitung des Thermoformprozesses die auf dem Blechformteil (1) applizierte Haftvermittlerschicht (55) durch Wärmebeaufschlagung aktiviert wird.procedure after claim 10 , characterized in that in preparation for the thermoforming process, the adhesion promoter layer (55) applied to the shaped sheet metal part (1) is activated by the application of heat.

Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die lang- oder endlosfaserverstärkten thermoplastischen Platine (53) ein Organoblech ist, in dem ein textiles Fasergewebe in eine thermoplastische Kunststoffmatrix eingebettet ist, oder dass die Platine (53) in einem Tape-Legeprozess aus einer Mehrzahl von übereinander gestapelten Tapes mit jeweils unidirektionaler Faserausrichtung gebildet ist.Procedure according to one of Claims 10 or 11 , characterized in that the long or continuous fiber-reinforced thermoplastic board (53) is an organic sheet in which a textile fiber fabric is embedded in a thermoplastic matrix, or that the board (53) in a tape laying process from a plurality of tapes stacked on top of each other is formed with each unidirectional fiber orientation.

Verfahren nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Thermoformprozess ein Spritzgießprozess folgt, in dem die Krafteinleitungsstruktur (25) spritzgegossen wird, und dass in der spritzgegossenen Krafteinleitungsstruktur (25) die Rippen (41, 43), der Kantenschutz (47) und/oder der Öffnungsrand-Schutz (73) integriert sind.procedure after claim 10 , 11 or 12 , characterized in that after the thermoforming process follows an injection molding process in which the force introduction structure (25) is injection molded, and that in the injection molded force introduction structure (25) the ribs (41, 43), the edge protection (47) and / or the opening edge Protection (73) are integrated.