DE102009023033B4 - Process for producing a semi-finished product for a soil structure - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines aus einem Faserverbundwerkstoff bestehenden Halbzeugs für eine Bodenstruktur (1) eines Kraftfahrzeugs, wobei mehrere Hauptfaserlagen (8) übereinander geschichtet und in eine Matrix eingebettet werden, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vorbereitung von Sitzquerträgern (7) der Bodenstruktur (1) mehrere Unterfaserlagen (9), deren Fasern im Wesentlichen in Längsrichtung der Sitzquerträger (7) verlaufen und die im Wesentlichen auf die geometrischen Abmessungen der entstehenden Sitzquerträger (7) beschränkt sind, bei der Herstellung der Hauptfaserlagen (8) in dieselben eingearbeitet werden, wobei die Unterfaserlagen (9) in die Hauptfaserlagen (8) durch Einlegen eingearbeitet werden und gemeinsam in eine Matrix eingebettet werden.Method for producing a semifinished product consisting of a fiber composite material for a floor structure (1) of a motor vehicle, wherein a plurality of main fiber layers (8) are stacked and embedded in a matrix, characterized in that for the preparation of seat cross members (7) of the floor structure (1) more Sub-fiber layers (9) whose fibers extend substantially in the longitudinal direction of the seat cross member (7) and which are essentially limited to the geometric dimensions of the resulting seat cross member (7) are incorporated in the manufacture of the main fiber layers (8) in the lower fiber layers (9) are incorporated into the main fiber layers (8) by inserting and embedded together in a matrix.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines aus einem Faserverbundwerkstoff bestehenden Halbzeugs für eine Bodenstruktur eines Kraftfahrzeugs, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.The invention relates to a method for producing a semifinished product consisting of a fiber composite material for a floor structure of a motor vehicle, according to the type defined in more detail in the preamble of claim 1.

Ein gattungsgemäßes Verfahren ist aus der US 6,854,791 B1 bekannt.A generic method is from the US Pat. No. 6,854,791 B1 known.

Die DE 10 2005 024 263 A1 beschreibt einen Karosserieboden für ein Kraftfahrzeug mit Sitzquerträgern.The DE 10 2005 024 263 A1 describes a body floor for a motor vehicle with seat cross members.

Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist es bekannt, Faserverbundwerkstoffe für Bauteile von Kraftfahrzeugen einzusetzen, um deren Gewicht zu verringern. Beispielsweise beschreibt die DE 10 2005 024 265 A1 einen aus einem Faserverbundwerkstoff bestehenden Karosserieboden.From the general state of the art it is known to use fiber composites for components of motor vehicles in order to reduce their weight. For example, this describes DE 10 2005 024 265 A1 a body floor consisting of a fiber composite material.

Wenn ein solches Bauteil eine im Wesentlichen zweidimensionale Erstreckung aufweist, so ist dessen Herstellung verhältnismäßig einfach. Wenn es sich jedoch um ein dreidimensionales Bauteil handelt, welches insbesondere in einer senkrecht zu seiner Hauptebene verlaufenden Richtung größere Flächenanteile aufweist, so muss bei der Fertigung häufig ein höherer Aufwand in Kauf genommen werden.If such a component has a substantially two-dimensional extent, its production is relatively simple. However, if it is a three-dimensional component, which has larger area proportions, in particular in a direction perpendicular to its main plane, then a higher outlay often has to be accepted during production.

Im Falle einer Bodenstruktur eines Kraftfahrzeugs weist diese in Querrichtung des Fahrzeugs verlaufende, sogenannte Sitzquerträger auf, an denen die Fahrzeugsitze befestigt werden. Diese Sitzquerträger weisen neben ihrem horizontalen Befestigungsabschnitt auch jeweilige vertikale Abschnitte auf, die den Versatz des Befestigungsabschnitts vom Hauptkörper der Bodenstruktur erzeugen. Diese vertikalen Abschnitte erhöhen jedoch den Fertigungsaufwand, da zur Herstellung derselben eine Umformung des Bauteils erforderlich ist. Des weiteren haben die Sitzquerträger die Aufgabe, die bei einem Seitenaufprall auftretenden, teilweise sehr hohen Kräfte aufzunehmen, um einen größtmöglichen Insassenschutz zu bieten. Diese Anforderungen an den Sitzquerträger erschweren noch dessen wie oben beschrieben recht aufwändige Herstellung.In the case of a floor structure of a motor vehicle, this has transverse to the vehicle running, so-called seat cross member on which the vehicle seats are attached. These seat cross members, in addition to their horizontal attachment portion also respective vertical portions which generate the offset of the attachment portion of the main body of the soil structure. However, these vertical sections increase the manufacturing cost, as for the production of the same a deformation of the component is required. Furthermore, the seat cross member have the task to absorb the occurring in a side impact, sometimes very high forces to provide the greatest possible occupant protection. These requirements for the seat cross member still complicate its quite complicated production as described above.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines aus einem Faserverbundwerkstoff bestehenden Halbzeugs für eine Bodenstruktur eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, mittels welchem eine einfache Herstellung einer Bodenstruktur mit einer hohen Festigkeit möglich ist.It is therefore an object of the present invention to provide a method for producing a fiber composite consisting of a semi-finished product for a floor structure of a motor vehicle, by means of which a simple production of a soil structure with a high strength is possible.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.According to the invention, this object is achieved by the features mentioned in claim 1.

Durch die Einarbeitung der zur Erzeugung der Sitzquerträger vorgesehenen Unterfaserlagen in die Hauptfaserlagen kann bereits bei der Herstellung der Gewebelagen das komplette Halbzeug zur Herstellung der Bodenstruktur erzeugt werden, welches später durch eine geeignete Umformung in lediglich einem Arbeitsgang zu der fertigen Bodenstruktur verarbeitet werden kann. Dadurch ergibt sich ein erheblich verringerter Herstellungsaufwand, bei dem das ansonsten erforderliche, sehr aufwändige Drapieren und Legen der Fasern vermieden werden kann, wodurch sich letztendlich ein erheblich schnelleres und kostengünstigeres Verfahren zur Herstellung des aus einem Faserverbundwerkstoff bestehenden Halbzeugs für die Bodenstruktur des Kraftfahrzeugs ergibt.By incorporating the intended for the production of the seat crossmember sub-fiber layers in the main fiber layers, the complete semifinished product for the production of the soil structure can already be produced in the production of the fabric layers, which can be processed later by a suitable transformation in only one operation to the finished soil structure. This results in a significantly reduced production costs, in which the otherwise required, very complex draping and laying of the fibers can be avoided, which ultimately results in a significantly faster and cheaper method for producing the existing of a fiber composite semifinished product for the floor structure of the motor vehicle.

In einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass an den nach der Umformung der Bodenstruktur an den bei der Erzeugung der Sitzquerträger entstehenden Hohlräumen Schließteile zum Verschließen der Hohlräume angebracht werden. Durch diese Ausgestaltung werden die Sitzquerträger einteilig mit der Bodenstruktur hergestellt, was zu einer Bodenstruktur mit einer sehr hohen Festigkeit führt, da im Crashfall die Sitzquerträger und die Bodenstruktur miteinander verbunden bleiben und lediglich das darunter angeordnete Schließteil gegebenenfalls abgeschert wird.In a very advantageous embodiment of the invention can be provided that are attached to the forming of the bottom structure of the resulting in the production of the seat crossmember cavities closing parts for closing the cavities. With this configuration, the seat cross members are made in one piece with the floor structure, resulting in a floor structure with a very high strength, since in the event of a crash, the seat cross member and the floor structure remain interconnected and only the closing part arranged underneath is optionally sheared off.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen. Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.Further advantageous embodiments and modifications of the invention will become apparent from the remaining dependent claims. Hereinafter, an embodiment of the invention with reference to the drawing is shown in principle.

Es zeigt:

  • 1 eine aus einem mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Halbzeug gebildete Bodenstruktur eines Kraftfahrzeugs;
  • 2 ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Halbzeug für die Bodenstruktur;
  • 3 eine perspektivische Darstellung der Faserlagen des Halbzeugs aus 2;
  • 4 einen Schnitt durch die Faserlagen aus 3;
  • 5 das Halbzeug aus 2 in seinem umgeformten Zustand; und
  • 6 einen Schnitt durch die Bodenstruktur nach der Linie VI - VI aus 1.
It shows:
  • 1 a bottom structure of a motor vehicle formed from a semi-finished product produced by the method according to the invention;
  • 2 a semi-finished product for the soil structure produced by the method according to the invention;
  • 3 a perspective view of the fiber layers of the semifinished product 2 ;
  • 4 a section through the fiber layers 3 ;
  • 5 the semifinished product 2 in its deformed state; and
  • 6 a section through the soil structure according to the line VI - VI off 1 ,

1 zeigt eine Draufsicht einer Bodenstruktur 1 für eine in seiner Gesamtheit nicht dargestelltes Kraftfahrzeug. Die Bodenstruktur 1 besteht aus einem Faserverbundwerkstoff bzw. einem faserverstärkten Kunststoff, wie beispielsweise CFK oder GFK, und weist in der dargestellten Ausführungsform einen Mitteltunnel 2, zwei beiderseits des Mitteltunnels 2 angeordnete Seitenteile 3, jeweilige an den Rändern der Seitenteile 3 angeordnete, in Längsrichtung „x“ des Kraftfahrzeugs verlaufende Schweller 4 sowie einen hinteren Querträger 5 und einen vorderen Querträger 6 auf. Die Seitenteile 3 sind des weiteren mit im vorliegenden Fall jeweils zwei in einer mit „y“ bezeichneten Querrichtung des Kraftfahrzeugs verlaufenden Sitzquerträger 7 versehen, an denen nicht dargestellte Fahrzeugsitze befestigt werden. Im vorliegenden Fall verläuft der vordere Querträger 6 nicht exakt in y-Richtung, dies ist jedoch von der Karosserieform des Kraftfahrzeugs abhängig und kann daher selbstverständlich auch anders gestaltet sein. 1 shows a plan view of a soil structure 1 for a motor vehicle not shown in its entirety. The soil structure 1 consists of a fiber composite material or a fiber-reinforced plastic, such as CFRP or GRP, and has in the illustrated embodiment, a center tunnel 2 , two on either side of the center tunnel 2 arranged side parts 3 , respectively at the edges of the side parts 3 arranged, extending in the longitudinal direction "x" of the motor vehicle sill 4 and a rear cross member 5 and a front cross member 6 on. The side parts 3 are further in the present case in each case two in a transverse direction of the motor vehicle designated "y" extending seat cross member 7 provided on which not shown vehicle seats are attached. In the present case, the front cross member runs 6 not exactly in the y-direction, but this is dependent on the body shape of the motor vehicle and therefore can of course be designed differently.

Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung der beiden ein Halbzeug für die Bodenstruktur 1 darstellenden Seitenteile 3 beschrieben, von denen in 2 das linke Seitenteil 3 dargestellt ist. Die Herstellung des rechten Seitenteils 3 weicht jedoch nicht von der des linken Seitenteils 3 ab. In den 3 und 4 ist zu erkennen, dass das Seitenteil 3 mehrere Hauptfaserlagen 8, die im Wesentlichen über die gesamte Fläche des Seitenteils 3 verlaufen, sowie mehrere Unterfaserlagen 9 aufweist, die im Wesentlichen auf die geometrischen Abmessungen der Sitzquerträger 7 beschränkt sind. Im vorliegenden Fall verlaufen die einzelnen Fasern der Hauptfaserlagen 8 im Wesentlichen diagonal zu den Außenwandungen des Seitenteils 3 und damit der Bodenstruktur 1, wohingegen die Fasern der Unterfaserlagen 9 im Wesentlichen in Längsrichtung der Sitzquerträger 7 und damit in der Fahrzeugquerrichtung y verlaufen. Vorzugsweise können die Fasern in den Hauptfaserlagen im Wesentlichen in einer 45°-Richtung zu der x- und y- Richtung verlaufen. Im vorliegenden Fall sind zwei Hauptfaserlagen 8 und fünf zwischen denselben angeordnete Unterfaserlagen 9 vorgesehen, es könnte jedoch auch jede andere geeignete Anzahl an Hauptfaserlagen 8 und Unterfaserlagen 9 vorgesehen sein.The following is a method for producing the two a semi-finished product for the soil structure 1 performing side panels 3 of which in 2 the left side part 3 is shown. The production of the right side part 3 does not deviate from that of the left side part 3 from. In the 3 and 4 it can be seen that the side part 3 several main fiber layers 8th , which essentially covers the entire surface of the side panel 3 run, as well as several sub-fiber layers 9 which essentially depends on the geometric dimensions of the seat cross member 7 are limited. In the present case, the individual fibers of the main fiber layers run 8th essentially diagonally to the outer walls of the side part 3 and thus the soil structure 1 whereas the fibers of the sub-fiber layers 9 essentially in the longitudinal direction of the seat cross member 7 and thus extend in the vehicle transverse direction y. Preferably, the fibers in the main fiber layers may extend in a substantially 45 ° direction to the x and y directions. In the present case are two main fiber layers 8th and five sub-fiber layers disposed therebetween 9 However, it could also be any other suitable number of main fiber layers 8th and underfiber layers 9 be provided.

Zur Herstellung des Halbzeugs werden die Hauptfaserlagen 8 übereinandergeschichtet, wobei die Unterfaserlagen 9 in die Hauptfaserlagen 8 durch Einlegen eingearbeitet werden und gemeinsam in eine Matrix eingebettet werden. Auf diese Weise können bereits bei der Gewebeherstellung die Sitzquerträger 7 mittels der Unterfaserlagen 9 erzeugt werden, wobei durch den Verlauf der Fasern der Unterfaserlagen 9 in Längsrichtung der Sitzquerträger 7 dieselben eine hohe Steifigkeit erhalten, wodurch sie insbesondere im Falle eines Seitenaufpralls sehr hohe Kräfte aufnehmen können. Zur Einbettung der Faserlagen 8 und 9 in die Matrix kann auf an sich bekannte Verfahren zurückgegriffen werden, bei denen die Faserlagen 8 und 9 mit einem Harz infiltriert werden.The main fiber layers are used to produce the semi-finished product 8th stacked, the sub-fiber layers 9 into the main fiber layers 8th be incorporated by inserting and embedded together in a matrix. In this way, already in tissue production, the seat crossmember 7 by means of the underfiber layers 9 produced by the course of the fibers of the sub-fiber layers 9 in the longitudinal direction of the seat cross member 7 the same obtain a high rigidity, whereby they can absorb very high forces, especially in the case of a side impact. For embedding the fiber layers 8th and 9 in the matrix can be used on per se known methods in which the fiber layers 8th and 9 be infiltrated with a resin.

Durch eine an sich bekannte Umformung kann aus dem in 2 dargestellten Halbzeug des Seitenteils 3 ein entsprechend konturiertes Seitenteil 3 erzeugt werden, welches in 5 dargestellt ist und ebenfalls ein Halbzeug darstellt, da es erst nach dem Verbinden desselben mit dem Mitteltunnel 2, den Schwellern 4, dem hinteren Querträger 5 und dem vorderen Querträger 6 sowie dem weiteren Seitenteil 3 zu der Bodenstruktur 1 wird.By a known deformation can from the in 2 shown semifinished product of the side part 3 a correspondingly contoured side part 3 be generated, which in 5 is shown and also represents a semi-finished, since it only after connecting the same with the center tunnel 2 , the sills 4 , the rear cross member 5 and the front cross member 6 and the other side part 3 to the soil structure 1 becomes.

Aus 6 geht des Weiteren hervor, dass bei der beschriebenen Umformung zur Erzeugung der Sitzquerträger 7 jeweilige Hohlräume 10 entstehen, die durch Schließteile 11 verschlossen werden, welche vorzugsweise ebenfalls aus einem Faserverbundwerkstoff bestehen. Die Schließteile 11 werden vorzugsweise durch Verkleben mit der Bodenstruktur 1 verbunden, wobei es besonders vorteilhaft ist, in dem von den Sitzquerträgern 7 in die restliche Bodenstruktur 1 übergehenden Bereich Ausnehmungen 12 vorzusehen, um die Schließteile 11 so anzubringen, dass ein ebener Boden der Bodenstruktur 1 entsteht. Durch das Schließteil 11 ergibt sich ein geschlossener Querschnitt, der die Steifigkeit der Bodenstruktur 1 insbesondere im Bereich der Sitzquerträger wesentlich erhöht. Innerhalb der Ausnehmungen 12 befindet sich im vorliegenden Fall ein Klebemittel 13, das die sichere Verbindung der Schließteile 11 mit der Bodenstruktur 1 gewährleistet.Out 6 goes further, that in the described deformation to produce the seat crossmember 7 respective cavities 10 emerge by closing parts 11 are closed, which preferably also consist of a fiber composite material. The closing parts 11 are preferably by gluing to the soil structure 1 connected, wherein it is particularly advantageous in the of the seat cross members 7 in the remaining soil structure 1 transition area recesses 12 provide to the closing parts 11 so attach a level floor to the floor structure 1 arises. Through the closing part 11 results in a closed cross-section, which determines the rigidity of the soil structure 1 especially in the area of the seat cross member significantly increased. Inside the recesses 12 is in the present case an adhesive 13 that the secure connection of the closing parts 11 with the soil structure 1 guaranteed.

Claims (6)

Verfahren zur Herstellung eines aus einem Faserverbundwerkstoff bestehenden Halbzeugs für eine Bodenstruktur (1) eines Kraftfahrzeugs, wobei mehrere Hauptfaserlagen (8) übereinander geschichtet und in eine Matrix eingebettet werden, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vorbereitung von Sitzquerträgern (7) der Bodenstruktur (1) mehrere Unterfaserlagen (9), deren Fasern im Wesentlichen in Längsrichtung der Sitzquerträger (7) verlaufen und die im Wesentlichen auf die geometrischen Abmessungen der entstehenden Sitzquerträger (7) beschränkt sind, bei der Herstellung der Hauptfaserlagen (8) in dieselben eingearbeitet werden, wobei die Unterfaserlagen (9) in die Hauptfaserlagen (8) durch Einlegen eingearbeitet werden und gemeinsam in eine Matrix eingebettet werden.Method for producing a semifinished product consisting of a fiber composite material for a floor structure (1) of a motor vehicle, wherein a plurality of main fiber layers (8) are stacked and embedded in a matrix, characterized in that for the preparation of seat cross members (7) of the floor structure (1) more Sub-fiber layers (9) whose fibers extend substantially in the longitudinal direction of the seat cross member (7) and which are essentially limited to the geometric dimensions of the resulting seat cross member (7) are incorporated in the manufacture of the main fiber layers (8) in the lower fiber layers (9) are incorporated into the main fiber layers (8) by inserting and embedded together in a matrix. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an den nach der Umformung der Bodenstruktur (1) an den bei der Erzeugung der Sitzquerträger (7) entstehenden Hohlräumen (10) Schließteile (11) zum Verschließen der Hohlräume (10) angebracht werden.Method according to Claim 1 , characterized in that after the forming of the floor structure (1) to the in the production of the seat cross member (7) resulting cavities (10) closing parts (11) for closing the cavities (10) are attached. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließteile (11) mit der Bodenstruktur (1) verklebt werden.Method according to Claim 2 , characterized in that the closing parts (11) are glued to the floor structure (1). Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem von den Sitzquerträgern (7) in die Bodenstruktur (1) übergehenden Bereich Ausnehmungen (12) zur Anbringung der Schließteile (11) erzeugt werden. Method according to Claim 2 or 3 , characterized in that in the area of the seat cross members (7) in the soil structure (1) merging region recesses (12) for attachment of the closing parts (11) are generated. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern der Hauptfaserlagen (8) im Wesentlichen diagonal zu den Außenwandungen der Bodenstruktur verlaufen.Method according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that the fibers of the main fiber layers (8) extend substantially diagonally to the outer walls of the soil structure. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in den Hauptfaserlagen (8) die Fasern im Wesentlichen in 45°-Richtung verlaufen.Method according to Claim 5 , characterized in that in the main fiber layers (8) the fibers extend substantially in the 45 ° direction.
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