DE102013215933A1 - Structural component of a vehicle - Google Patents

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DE102013215933A1
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foam body
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foam
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Thomas Hogger
Michael Höschl
Tobias Maurer
Ferdinand Dirschmid
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Bayerische Motoren Werke AG
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Bayerische Motoren Werke AG
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    • B62D29/002Superstructures, understructures, or sub-units thereof, characterised by the material thereof characterised by combining metal and synthetic material a foamable synthetic material or metal being added in situ

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Strukturbauteil (10) eines Fahrzeugs, aufweisend einen Schaumkörper (20) mit einer dreidimensionalen Erstreckung, wobei wenigstens ein Verstärkungselement (30) zur mechanischen Verstärkung des Schaumkörpers (20) zumindest abschnittsweise innerhalb des Schaumkörpers (20) angeordnet ist, wobei das Verstärkungselement (30) wenigstens einen Formschlussabschnitt (32) aufweist, über welchen es mit dem Schaumkörper (20) formschlüssig verbunden ist.The present invention relates to a structural component (10) of a vehicle, comprising a foam body (20) with a three-dimensional extension, wherein at least one reinforcing element (30) for mechanical reinforcement of the foam body (20) at least in sections within the foam body (20) is arranged the reinforcing element (30) has at least one form-fitting section (32) via which it is positively connected to the foam body (20).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Strukturbauteil eines Fahrzeugs sowie ein Verfahren für die Herstellung eines solchen Strukturbauteils.The present invention relates to a structural component of a vehicle and to a method for producing such a structural component.

Grundsätzlich ist es bekannt, dass ein Fahrzeug aus einzelnen Bauteilen in Form von Strukturbauteilen aufgebaut ist. Insbesondere handelt es sich dabei um Karosseriebauteile, welche entsprechend ihres Einsatzortes mechanische Lastübertragung übernehmen. Dabei können die unterschiedlichen Strukturbauteile des Fahrzeugs aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet sein. Um Gewicht einzusparen und trotzdem ausreichendes Bauvolumen zu erzielen, ist es bekannt, dass solche Strukturbauteile Schaumkörper mit dreidimensionalen Erstreckungen aufweisen können. Damit können, z. B. in Türverkleidungen, Dämmmaterialien zur Verfügung gestellt werden, welche eine Geräuschdämpfung und zumindest in geringem Maße auch eine mechanische Stabilisierung erzielen.In principle, it is known that a vehicle is constructed of individual components in the form of structural components. In particular, these are body components, which take over mechanical load transfer according to their place of use. In this case, the different structural components of the vehicle may be formed of different materials. In order to save weight and still achieve sufficient construction volume, it is known that such structural components can have foam bodies with three-dimensional extensions. This can, for. As in door panels, insulation materials are provided which achieve a noise attenuation and at least to a small extent, a mechanical stabilization.

Nachteilhaft bei bekannten Strukturbauteilen, welche Schaumkörper aufweisen, ist es, dass die mechanische Belastbarkeit sich in engen Grenzen bewegt. Insbesondere sind große mechanische Belastungen, wie sie z. B. innerhalb einer Karosserie eines Fahrzeugs auftreten können, nur sehr schwer bzw. überhaupt nicht durch solche Schaumkörper übertragbar. Insbesondere Crash-Situationen sind dabei für den Einsatz von Schaumkörpern ein limitierender Faktor. Bisher können daher Strukturbauteile, welche solche Schaumkörper aufweisen, nicht für die wesentlichen tragenden Baustrukturen des Fahrzeugs eingesetzt werden.A disadvantage of known structural components, which have foam bodies, is that the mechanical load capacity moves within narrow limits. In particular, large mechanical loads, as z. B. can occur within a body of a vehicle, very difficult or not at all by such foam body transferable. In particular, crash situations are a limiting factor for the use of foam bodies. So far, therefore, structural components, which have such foam body, not be used for the main load-bearing structures of the vehicle.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise eine mechanische Stabilisierung des Strukturbauteils zu ermöglichen. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben.It is an object of the present invention to enable a cost-effective and simple way of mechanical stabilization of the structural component. In particular, it is an object of the present invention to at least partially overcome the disadvantages described above.

Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Strukturbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Strukturbauteil beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.The above object is achieved by a structural component having the features of claim 1 and a method having the features of claim 12. Further features and details of the invention will become apparent from the dependent claims, the description and the drawings. In this case, features and details that are described in connection with the structural component according to the invention apply, of course, also in connection with the inventive method and in each case vice versa, so that with respect to the disclosure of the individual aspects of the invention always reciprocal reference is or can be.

Ein erfindungsgemäßes Strukturbauteil eines Fahrzeugs weist einen Schaumkörper mit einer dreidimensionalen Erstreckung auf. Das erfindungsgemäße Strukturbauteil zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens ein Verstärkungselement zur mechanischen Verstärkung des Schaumkörpers zumindest abschnittsweise innerhalb des Schaumkörpers angeordnet ist. Dabei weist das Verstärkungselement wenigstens einen Formschlussabschnitt auf, über welchen es mit dem Schaumkörper formschlüssig verbunden ist.A structural component of a vehicle according to the invention has a foam body with a three-dimensional extension. The structural component according to the invention is characterized in that at least one reinforcing element for mechanical reinforcement of the foam body is arranged at least in sections within the foam body. In this case, the reinforcing element has at least one form-fitting section, via which it is positively connected to the foam body.

Im Gegensatz zu bekannten Schaumkörpern wird also erfindungsgemäß eine mechanische Verstärkung durch das Verstärkungselement erzielt. Um eine ausreichende Kraftübertragung auch in den Schaumkörper hinein zu ermöglichen, wird ein Formschlussabschnitt zur Verfügung gestellt, welcher eine formschlüssige Befestigung des Verstärkungselements am Schaumkörper erzielt. Dieser Formschlussabschnitt kann in unterschiedlichster Weise ausgebildet sein. Insbesondere handelt es sich bei dem Formschlussabschnitt um einen Abschnitt, welcher einer Zugbelastung in vergrößertem Maße standhält. So kann dieser Formschlussabschnitt auch als Zugbefestigungsabschnitt des Verstärkungselements innerhalb des Schaumkörpers bezeichnet werden.In contrast to known foam bodies, therefore, a mechanical reinforcement is achieved by the reinforcing element according to the invention. In order to enable a sufficient transmission of force into the foam body, a form-fitting section is provided, which achieves a positive fastening of the reinforcing element to the foam body. This form-fitting portion may be formed in various ways. In particular, the form-fitting section is a section which withstands a tensile load to an increased extent. Thus, this form-fitting portion may also be referred to as Zugbefestigungsabschnitt of the reinforcing element within the foam body.

Mögliche Beispiele für die Formschlussabschnitte sind Löcher, Hinterschneidungen oder abgewinkelte Bereiche des gesamten Verstärkungselementes. Selbstverständlich ist es vorteilhaft mehrere Formschlussabschnitte zur Verfügung zu stellen, um den Formschluss mechanisch möglichst stabil auszubilden.Possible examples of the form-fitting sections are holes, undercuts or angled regions of the entire reinforcing element. Of course, it is advantageous to provide a plurality of form-fitting sections in order to form the form-fit mechanically as stable as possible.

Unter einem Schaumkörper ist im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Bauteil zu verstehen, welches ein porenförmiges Material aufweist. Dieses Bauteil kann in aufbauender Weise als aufschäumendes Material ausgebildet sein. Auch ein Versindern von einzelnen, kugelförmigen Materialien, kann zu einem erfindungsgemäßen Schaumkörper führen. Bevorzugt ist es, wenn der Schaumkörper besonders leicht und kostengünstig herstellbar ist. Auch ein reduziertes Gewicht des Schaumkörpers ist von Vorteil. Insbesondere ist als Material für den Schaumkörper ein Kunststoffmaterial, bevorzugt ein thermoplastisches Material, vorgesehen.In the context of the present invention, a foam body is to be understood as meaning a component which has a porous material. This component can be constructed in a constructive manner as an intumescent material. Even shrinking of individual, spherical materials, can lead to a foam body according to the invention. It is preferred if the foam body is particularly easy and inexpensive to produce. Also, a reduced weight of the foam body is advantageous. In particular, a plastic material, preferably a thermoplastic material, is provided as material for the foam body.

Ein Strukturbauteil eines Fahrzeugs ist insbesondere ein mechanisch belastetes Strukturbauteil. Dabei können z. B. Karosseriebauteile oder Außenhautbauteile des Fahrzeugs durch solche Schaumkörper zur Verfügung gestellt werden. Damit können solche Schaumkörper durch die Verstärkung in mechanischer Sicht mit Hilfe des Verstärkungselementes auch in Crash-Situationen des Fahrzeugs die erhöhte mechanische Stabilität zur Verfügung stellen.A structural component of a vehicle is in particular a mechanically loaded structural component. This z. B. body parts or outer skin components of the vehicle are made available by such foam body. Thus, such foam bodies can provide the increased mechanical stability by reinforcing in a mechanical view by means of the reinforcing element in crash situations of the vehicle.

Vorteilhaft ist es weiter, wenn bei einem erfindungsgemäßen Strukturbauteil der Schaumkörper als Material expandiertes Polypropylen aufweist oder aus expandiertem Polypropylen besteht. Damit wird eine besonders kostengünstige und einfache Lösung für den Schaumkörper zur Verfügung gestellt. Beispielsweise können die einzelnen Verstärkungselemente in eine Werkzeugvorrichtung mit zwei Werkzeughälften eingesetzt werden. Diese beiden Werkzeughälften werden unter Ausbildung einer Kavität geschlossen, so dass anschließend einfache Polypropylenkugeln in diese Kavität eingebracht werden. Unter Temperaturerhöhung, insbesondere durch die Injektion von Heißdampf, kann ein Versintern der einzelnen Polypropylenkugeln miteinander stattfinden und darüber hinaus eine Expansion zur Erzeugung des erfindungsgemäßen Schaumkörpers. Damit wird ein besonders leichtes und trotzdem formstabiles Material zur Verfügung gestellt. Ein weiterer Vorteil durch die Verwendung von expandiertem Polypropylen ist die geringe Korrosionsanfälligkeit, wodurch die Dauerstabilität eines erfindungsgemäßen Strukturbauteils verbessert werden kann. It is also advantageous if, in the case of a structural component according to the invention, the foam body has expanded polypropylene as the material or consists of expanded polypropylene. This provides a particularly cost-effective and simple solution for the foam body. For example, the individual reinforcing elements can be inserted into a tool device with two mold halves. These two mold halves are closed to form a cavity, so that then simple polypropylene balls are introduced into this cavity. By increasing the temperature, in particular by the injection of superheated steam, sintering of the individual polypropylene balls can take place with one another and, moreover, an expansion for producing the foam body according to the invention. This provides a particularly lightweight yet dimensionally stable material. Another advantage of the use of expanded polypropylene is the low susceptibility to corrosion, whereby the long-term stability of a structural component according to the invention can be improved.

Vorteilhaft ist es darüber hinaus, wenn bei einem erfindungsgemäßen Strukturbauteil das Strukturbauteil als Karosseriebauteil des Fahrzeugs ausgebildet ist. Darunter sind insbesondere Bauteile zu verstehen, welche die fahrdynamischen Lasten des Fahrzeugs, insbesondere auch in Crash-Situationen, übernehmen. Beispielsweise können Bereiche der A-Säule, der B-Säule oder der C-Säule des Fahrzeugs als Karosseriebauteile im Sinne der vorliegenden Erfindung durch ein Strukturbauteil zur Verfügung gestellt werden. Auch Teile der Außenhaut des Fahrzeugs, wie z. B. die äußere Türverkleidung, die Motorhaube oder der Kofferraumdeckel, sind im Sinne der vorliegenden Erfindung durch derartige Strukturbauteile zur Verfügung stellbar. Aufgrund der erfindungsgemäßen zur Verfügung gestellten mechanischen Verstärkung mit Hilfe des Verstärkungselements wird es möglich nun eine deutlich größere Breite der Einsatzmöglichkeiten des leichten Schaumkörpers als Material zu erzielen. Damit kann bei gleicher oder sogar durch die Verstärkungselemente verbesserter mechanischer Stabilität des jeweiligen Strukturbauteils positiver Einfluss auf eine Reduktion des Gesamtgewichts des Fahrzeugs genommen werden.In addition, it is advantageous if, in a structural component according to the invention, the structural component is designed as a body component of the vehicle. These are in particular components to be understood, which take over the dynamic loads of the vehicle, especially in crash situations. For example, areas of the A-pillar, the B-pillar or the C-pillar of the vehicle can be provided as body components in the context of the present invention by a structural component. Also parts of the outer skin of the vehicle, such. As the outer door trim, the hood or the boot lid, are within the meaning of the present invention by such structural components available. Because of the mechanical reinforcement provided by means of the reinforcing element according to the invention, it is now possible to achieve a significantly greater breadth of the possible uses of the lightweight foam body as material. This can be taken with the same or even by the reinforcing elements of improved mechanical stability of the respective structural component positive influence on a reduction of the total weight of the vehicle.

Ebenfalls von Vorteil kann es sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Strukturbauteil das wenigstens eine Verstärkungselement eine Ausrichtung entlang zumindest einer Hauptbelastungsrichtung, insbesondere entlang zumindest einer Hauptzugrichtung des Strukturbauteils aufweist. Damit wird die Ausrichtung des Verstärkungselements sich an der jeweiligen tatsächlichen Hauptbelastungssituation orientieren. Die Hauptbelastungssituation mit der entsprechenden Hauptbelastungsrichtung kann z. B. durch Simulation während der Konstruktion des Strukturbauteils ermittelt werden. Damit kann beim Einsetzen des Verstärkungselements vor dem Schäumvorgang zum Erzeugen des Formschluss mit dem Schaumkörper die entsprechende erfindungsgemäße Ausrichtung nach dieser Ausführungsform zur Verfügung gestellt werden. Eine Hauptbelastungsrichtung bezieht sich insbesondere auf die normale Fahrsituation des Fahrzeugs. Jedoch kann, wenn sich ein Unterschied ergibt, eine zusätzliche Hauptbelastungsrichtung auch für eine Crash-Situation des Fahrzeugs zur Verfügung gestellt werden. Mit anderen Worten können mehrere Verstärkungselemente vorgesehen sein, welche ihre Ausrichtung entlang unterschiedlichen Hauptbelastungsrichtungen aufweisen, um dementsprechend unterschiedlichen Belastungssituationen des Fahrzeugs Rechnung zu tragen. Somit sind spezifische Verstärkungselemente vorgesehen, welche z. B. als Crash-Verstärkungselemente und als Fahrsituation-Verstärkungselemente zu verstehen sind. Damit kann gezielt auf einzelne mechanische Belastungssituationen Einfluss genommen werden, ohne die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu beeinträchtigen.It may also be advantageous if, in a structural component according to the invention, the at least one reinforcing element has an alignment along at least one main loading direction, in particular along at least one main pulling direction of the structural component. Thus, the orientation of the reinforcing element will be oriented to the respective actual main load situation. The main load situation with the corresponding main load direction can, for. B. be determined by simulation during the construction of the structural component. Thus, when inserting the reinforcing element before the foaming process to produce the positive connection with the foam body, the corresponding inventive alignment according to this embodiment can be provided. A main load direction relates in particular to the normal driving situation of the vehicle. However, if there is a difference, an additional main load direction may be provided even for a crash situation of the vehicle. In other words, a plurality of reinforcing elements may be provided, which have their orientation along different main load directions, in order to take account of different load situations of the vehicle accordingly. Thus, specific reinforcing elements are provided which z. B. are to be understood as crash-reinforcing elements and as a driving situation reinforcing elements. This can be used to selectively influence individual mechanical load situations, without affecting the advantages of the present invention.

Ein weiterer Vorteil ist erzielbar, wenn bei einem erfindungsgemäßen Strukturbauteil der wenigstens eine Formschlussabschnitt eine Sperrrichtung aufweist, in welcher der Formschluss wirkt, welche quer oder im Wesentlichen quer zu einer Hauptbelastungsrichtung, insbesondere zumindest einer Hauptzugrichtung des Strukturbauteils, ausgerichtet ist. Mit anderen Worten bringt der Formschlussabschnitt eine Erstreckung mit sich, welche eine Sperre gegen Herausziehen des Verstärkungselementes aus dem Schaumkörper zur Verfügung stellt. Insbesondere bei Strukturbauteilen, bei welchen ein Verstärkungselement einen Befestigungsabschnitt, wie er später noch erläutert wird, vorgesehen ist, bringt diese Ausführungsform einen besonders großen Vorteil mit sich. Unter einer Ausrichtung quer zur Hauptbelastungsrichtung ist also eine seitliche Erstreckung mit im Bereich von insbesondere ca. 90° der Sperrrichtung zur Hauptbelastungsrichtung möglich. Durch diese Sperrmöglichkeit werden insbesondere auch die gleichen Vorteile erzielt, wie sie im voranstehenden Absatz bereits erläutert worden sind. Unter der Begrifflichkeit einer Ausbildung quer zur Hauptbelastungsrichtung sind dabei insbesondere auch Winkel zulässig, welche eine Ausrichtung im Bereich zwischen ca. 70° und ca. 110° zur Verfügung stellen.A further advantage can be achieved if, in the case of a structural component according to the invention, the at least one form-fitting section has a blocking direction in which the positive locking acts, which is aligned transversely or substantially transversely to a main loading direction, in particular at least one main pulling direction of the structural component. In other words, the form-fitting section brings with it an extension which provides a barrier against withdrawal of the reinforcing element from the foam body. Particularly in the case of structural components in which a reinforcing element is provided with a fastening section, as will be explained later, this embodiment has a particularly great advantage. Under an orientation transverse to the main load direction, therefore, a lateral extent in the range of in particular about 90 ° of the reverse direction to the main load direction is possible. By this blocking possibility in particular the same advantages are achieved, as they have already been explained in the preceding paragraph. In particular, angles are also permitted under the terminology of a formation transverse to the main load direction, which provide an orientation in the range between approximately 70 ° and approximately 110 °.

Vorteilhaft ist es weiter, wenn bei einem erfindungsgemäßen Strukturbauteil das Verstärkungselement zumindest eines der folgenden Materialien aufweist, insbesondere aus einem der folgenden Materialien besteht:

  • – Aluminium
  • – Stahl
  • – Faserverbund
It is furthermore advantageous if in a structural component according to the invention the reinforcing element has at least one of the following materials, in particular consists of one of the following materials:
  • - Aluminum
  • - Stole
  • - fiber composite

Erfindungsgemäß wird also insbesondere ein Metall verwendet. Als Faserverbundmaterialien sind z. B. Glasfaserverbundmaterialien oder Kohlefaserverbundmaterialien (GFK oder CFK) einsetzbar. Auch die Kombination unterschiedlicher Materialien ist für das Verstärkungselement denkbar. Selbstverständlich können auch unterschiedliche Verstärkungselemente aus unterschiedlichen Materialien in einem gemeinsamen Schaukörper für ein erfindungsgemäßes Strukturbauteil kombiniert werden. Bei einer Ausführungsform aus Metall wird insbesondere eine blechförmige Struktur verwendet, welche durch einfache Biege- bzw. Stanzverfahren den Formschlussabschnitt zur Verfügung stellen kann. According to the invention, therefore, in particular a metal is used. As fiber composite materials z. As glass fiber composites or carbon fiber composite materials (GRP or CFRP) can be used. The combination of different materials is conceivable for the reinforcing element. Of course, it is also possible to combine different reinforcing elements made of different materials in a common body for a structural component according to the invention. In one embodiment of metal, in particular a sheet-like structure is used, which can provide the form-fitting section by simple bending or stamping processes.

Vorteilhaft ist es ebenfalls, wenn bei einem erfindungsgemäßen Strukturbauteil der Formschlussabschnitt ausgebildet ist, zumindest abschnittsweise mit wenigstens einer der folgenden Formen:

  • – Durchbruch
  • – Hinterschneidung
  • – Abstellung
It is likewise advantageous if, in the case of a structural component according to the invention, the form-fitting section is formed, at least in sections, with at least one of the following forms:
  • - Breakthrough
  • - undercut
  • - shutdown

Bei der voranstehenden Liste handelt es sich um eine nicht abschließende Aufzählung. Unter einer Abstellung ist dabei eine winklige Anordnung vorzugsweise mit einem Anstellwinkel von ≥ 30° vorgesehen. Bevorzugt sind sogar Abstellwinkel im Bereich von ≥ 45°. Die beste Sperrwirkung ergibt sich bei Abstellwinkel im Bereich von ca. 90°. Selbstverständlich kann ein Verstärkungsbauteil auch unterschiedliche Formen miteinander kombinieren bzw. mehrere unterschiedlich ausgebildete Formschlussabschnitte aufweisen.The list above is a non-exhaustive list. Under a shutdown an angular arrangement is preferably provided with an angle of attack of ≥ 30 °. Preference is even beveling in the range of ≥ 45 °. The best barrier effect results with a clearance angle in the range of approx. 90 °. Of course, a reinforcing member may also combine different shapes or have a plurality of differently shaped positive-locking sections.

Ein Strukturbauteil gemäß der vorliegenden Erfindung kann dahingehend weitergebildet werden, dass das Verstärkungselement wenigstens einen Befestigungsabschnitt aufweist, welcher aus dem Schaukörper herausragt, wobei der Befestigungsabschnitt für die Befestigung an zumindest einem benachbarten Bauteil ausgebildet ist. Damit wird die Befestigungsmöglichkeit vom Schaumkörper auf das Verstärkungselement umgelagert. Der Schaumkörper selbst muss nun nicht mehr in möglicherweise aufwendiger oder schwieriger Weise mit einem benachbarten Bauteil verbunden werden. Handelt es sich z. B. bei dem benachbarten Bauteil um ein Metallbauteil, so kann durch Klebeverfahren, Schweißverfahren oder bekannte Schraub- bzw. Nietverfahren die Verbindung zum Befestigungsabschnitt des Verstärkungselementes, welches bevorzugt ebenfalls aus Metall ausgebildet ist, durchgeführt werden. Insbesondere wird auf diese Weise auch eine kostengünstige und einfache Kombination zweier erfindungsgemäßer Strukturbauteile möglich. In einem solchen Fall würden die beiden Befestigungsabschnitte der beiden benachbarten Strukturbauteile miteinander zur Befestigung korrelieren. Dabei wird über diesen Befestigungsabschnitt insbesondere die Hauptlast übertragen. Eine Nebenlast kann, z. B. über den im nachfolgenden Absatz beschriebenen Formschluss, auch direkt in den Schaumkörper eingebracht werden.A structural component according to the present invention may be further developed in that the reinforcing element has at least one attachment portion which protrudes from the body, wherein the attachment portion for attachment to at least one adjacent component is formed. Thus, the possibility of attachment is transferred from the foam body to the reinforcing element. The foam body itself no longer has to be connected to a neighboring component in a possibly complex or difficult manner. Is it z. B. in the adjacent component to a metal component, so by adhesive bonding, welding or known screw or riveting the connection to the mounting portion of the reinforcing element, which is preferably also formed of metal, are performed. In particular, a cost-effective and simple combination of two structural components according to the invention becomes possible in this way. In such a case, the two attachment portions of the two adjacent structural components would correlate with each other for attachment. In particular, the main load is transmitted via this attachment section. An auxiliary load can, for. B. via the positive locking described in the following paragraph, also be introduced directly into the foam body.

Wie bereits im voranstehenden Absatz angedeutet worden ist, kann es vorteilhaft sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Strukturbauteil der Schaumkörper wenigstens einen Formschluss-Befestigungsabschnitt aufweist, welcher für einen Formschluss mit einem benachbarten Bauteil ausgebildet ist. Damit kann zusätzlich eine direkte Einbringung, insbesondere einer Nebenbelastung, in den Schaumkörper erfolgen. Ein solcher Formschlussabschnitt ist insbesondere auf die Einbringung von Druckkräften bzw. Druckbelastungen in den Schaumkörper ausgelegt. Damit kann eine Unterscheidung in die einzelne Lastarten erfolgen, so dass je nach Material des Schaumkörpers und des Verstärkungselementes eine ideale Belastungssituation erzielt wird. Damit können der Materialaufwand und insbesondere auch das Gewicht des gesamten Strukturbauteils weiter optimiert und damit reduziert werden.As has already been indicated in the preceding paragraph, it can be advantageous if, in the case of a structural component according to the invention, the foam body has at least one positive-fit fastening section which is designed for positive locking with an adjacent component. Thus, in addition, a direct introduction, in particular a secondary load, carried in the foam body. Such a form-fit section is designed in particular for the introduction of compressive forces or pressure loads into the foam body. Thus, a distinction can be made in the individual load types, so that depending on the material of the foam body and the reinforcing element an ideal load situation is achieved. Thus, the cost of materials and in particular the weight of the entire structural component can be further optimized and thus reduced.

Ein weiterer Vorteil ist erzielbar, wenn bei einem erfindungsgemäßen Strukturbauteil der Schaumkörper als Material Polyurethanschaum aufweist oder aus Polyurethanschaum besteht. In einem solchen Fall wird eine besonders leichte Ausbildung des Schaumkörpers möglich. Auch der Kosteneinsatz bei der Verwendung eines derartigen Materials kann hinsichtlich Rohstoffkosten und hinsichtlich Herstellkosten reduziert werden.A further advantage can be achieved if, in the case of a structural component according to the invention, the foam body has polyurethane foam as the material or consists of polyurethane foam. In such a case, a particularly easy training of the foam body is possible. Also, the cost of using such a material can be reduced in terms of raw material costs and manufacturing costs.

Auch vorteilhaft ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Strukturbauteil eine Vielzahl von Formschlussabschnitten in Form von Löchern nebeneinander angeordnet sind, um eine gitterartige Struktur auszubilden. In einem solchen Fall kann durch die Vielzahl der Löcher eine Reduktion des Gewichts des Verstärkungselements bei gleichbleibender oder im Wesentlichen gleichbleibender mechanischer Stabilität erreicht werden. Gleichzeitig wird die Wirkung des Formschlusses durch die Vielzahl der Formschlussabschnitte in Form der Löcher verstärkt.It is also advantageous if, in the case of a structural component according to the invention, a multiplicity of form-fitting sections in the form of holes are arranged next to one another in order to form a grid-like structure. In such a case, a reduction of the weight of the reinforcing element with constant or substantially constant mechanical stability can be achieved by the plurality of holes. At the same time, the effect of the positive connection is reinforced by the multiplicity of form-fitting sections in the form of the holes.

Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren für die Herstellung eines erfindungsgemäßen Strukturbauteils, aufweisend die folgenden Schritte:

  • – Einsetzen wenigstens eines Verstärkungselements mit wenigstens einem Formschlussabschnitt in eine Schäumform,
  • – Schäumen des Schaumkörpers in der Schäumform unter Erzeugen des Formschlusses zu dem wenigstens einen Verstärkungselement.
Likewise provided by the present invention is a process for the production of a structural component according to the invention, comprising the following steps:
  • Inserting at least one reinforcing element with at least one positive-fit section into a foaming mold,
  • - Foaming the foam body in the foam mold while generating the positive connection to the at least one reinforcing element.

Durch die Herstellung eines erfindungsgemäßen Strukturbauteils werden die gleichen Vorteile erzielt, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Strukturbauteil erläutert worden sind.The production of a structural component according to the invention has the same advantages achieved, as have been explained in detail with respect to a structural component according to the invention.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen schematisch:Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description in which, with reference to the drawings, embodiments of the invention are described in detail. The features mentioned in the claims and in the description may each be essential to the invention individually or in any desired combination. They show schematically:

1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strukturbauteils, 1 a first embodiment of a structural component according to the invention,

2 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strukturbauteils, 2 a further embodiment of a structural component according to the invention,

3 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strukturbauteils, 3 a further embodiment of a structural component according to the invention,

4 die Herstellung eines erfindungsgemäßen Strukturbauteils gemäß 1, 4 the production of a structural component according to the invention according to 1 .

5 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strukturbauteils, 5 a further embodiment of a structural component according to the invention,

6 die Ausführungsform der 5 in einer weiteren Schnittdarstellung und 6 the embodiment of the 5 in a further sectional view and

7 die Ausführungsform der 5 und 6 in einer weiteren Ansicht. 7 the embodiment of the 5 and 6 in another view.

In 1 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strukturbauteils 10 dargestellt. Ein Schaumkörper 20 ist aus expandiertem Polypropylen zur Verfügung gestellt. Innerhalb des Schaumkörpers 20 sind abschnittsweise insgesamt zwei Verstärkungselemente 30 angeordnet. Jedes dieser Verstärkungselemente weist einen Formschlussabschnitt 32 auf, welcher hier als Loch ausgebildet ist. Durch dieses Loch hindurch wurde beim Ausschäumen und Herstellen des Schaumkörpers 20 das entsprechende Schaummaterial hindurchgeschäumt, so dass nun beim Formschluss eine Zugkraft nach oben in 1 nicht mehr zum Herausziehen der Verstärkungselemente 30 führt. Wie der 1 ebenfalls zu entnehmen ist, ragen die beiden Verstärkungselemente 30 zum Teil über die Oberfläche des Schaumkörpers 20 hinaus. In diesem Bereich bilden sie jeweils einen Befestigungsabschnitt 34, wie er später noch in ähnlicher Weise auch bei 3 erläutert wird.In 1 is a first embodiment of a structural component according to the invention 10 shown. A foam body 20 is made of expanded polypropylene. Inside the foam body 20 are in sections a total of two reinforcing elements 30 arranged. Each of these reinforcing elements has a positive connection section 32 on, which is designed here as a hole. Through this hole was during foaming and producing the foam body 20 the corresponding foam material is foamed through, so that now at the fit a tensile force in the top 1 no longer to pull out the reinforcing elements 30 leads. Again 1 can also be seen, protrude the two reinforcing elements 30 partly over the surface of the foam body 20 out. In this area they each form a fastening section 34 , as he later in a similar way at 3 is explained.

2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strukturbauteils 10. Hier ist der Formschlussabschnitt 32 des Verstärkungselements 30 als Abschrägung zur Verfügung gestellt. Auch kann hier am Schaumkörper 20 ein Formschluss-Befestigungsabschnitt 22 vorgesehen sein, der als Schräge für die Aufnahme von Druckbelastungen ausgebildet ist. 2 shows a further embodiment of a structural component according to the invention 10 , Here is the form-fitting section 32 of the reinforcing element 30 provided as a bevel. Also here on the foam body 20 a positive connection mounting portion 22 be provided, which is designed as a slope for receiving pressure loads.

3 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Strukturbauteil 10, welches hier mit einem benachbarten Bauteil 100 verbunden ist. Auch hier weist der Schaumkörper 20 zwei Verstärkungsbauteile 30 auf, welche nebeneinander angeordnet sind. Die beiden Verstärkungsbauteile 30 sind gleich ausgebildet und sind hier mit jeweils zwei Formschlussabschnitten 32 in Form von Hinterschneidungen ausgebildet. Durch die Hinterschneidungen wird für jedes Verstärkungselement 30 eine Sperrrichtung S definiert. Diese Sperrrichtung S erstreckt sich hier quer zur Hauptbelastungsrichtung H, welche hier eine Hauptzugrichtung nach oben in 3 ist. Darüber hinaus wurde am Befestigungsabschnitt 34 jedes Verstärkungselements 30 eine Befestigung am benachbarten Bauteil 100 zur Verfügung gestellt. Dies kann hier durch Kleben bzw. Schweißen zur Verfügung gestellt sein. Bei der Ausführungsform gemäß 3 wird eine Druckkraftübertragung durch einen entsprechenden Formschluss-Befestigungsabschnitt 22 vom benachbarten Bauteil 100 auf den Schaumkörper 20 zusätzlich möglich. 3 shows a further inventive structural component 10 which is here with an adjacent component 100 connected is. Again, the foam body 20 two reinforcing components 30 on, which are arranged side by side. The two reinforcing components 30 are the same design and are here with two form-fitting sections 32 formed in the form of undercuts. Due to the undercuts is for each reinforcing element 30 a blocking direction S defined. This locking direction S extends here transversely to the main loading direction H, which here is a Hauptzugrichtung up in 3 is. In addition, at the attachment section 34 each reinforcing element 30 an attachment to the adjacent component 100 made available. This can be provided here by gluing or welding. In the embodiment according to 3 is a pressure force transmission through a corresponding positive connection mounting portion 22 from the neighboring component 100 on the foam body 20 additionally possible.

In 4 ist schematisch dargestellt, wie die Herstellung eines erfindungsgemäßen Strukturbauteils 100 erfolgen kann. Eine Schäumform 200 weist hier zwei Werkzeughälften auf, in dessen Kavität der Ausschäumvorgang zur Herstellung des Schaumkörpers 20 erzeugt wird. Über nicht näher dargestellte Haltevorrichtungen sind die Verstärkungselemente 30 in dem oberen Werkzeugbauteil der Schäumform 200 gehalten und können auf diese Weise die Positionierung der Verstärkungselemente 30 definieren.In 4 is shown schematically how the production of a structural component according to the invention 100 can be done. A foaming mold 200 has here two mold halves, in the cavity of the foaming process for the production of the foam body 20 is produced. About not shown holding devices are the reinforcing elements 30 in the upper tool component of the foam mold 200 held and can in this way the positioning of the reinforcing elements 30 define.

Die 5 bis 7 zeigen eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strukturbauteils 10. Bei diesem sind gut die verschiedenen Forschlussabschnitte 32 des Verstärkungselements 30 zu erkennen. Die Formschlussabschnitte 32 sind hier als Löcher ausgebildet die bereichsweise eine gitterartige Struktur ausbilden. Auch ist gut zu erkennen, dass sich das Verstärkungselement 30 abschnittsweise aus dem Schaumkörper 20 heraus erstreckt. In diesen außen liegenden Bereichen sind, in 7 erkennbar, Befestigungsschnittstellen 34 angeordnet.The 5 to 7 show a further embodiment of a structural component according to the invention 10 , In this are good the different forcing sections 32 of the reinforcing element 30 to recognize. The form-fitting sections 32 are formed here as holes forming in regions a grid-like structure. It is also easy to see that the reinforcing element 30 partially from the foam body 20 extends out. In these exterior areas are, in 7 recognizable, mounting interfaces 34 arranged.

Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.The above explanation of the embodiments describes the present invention solely by way of example. Of course, individual features of the embodiments, if technically feasible, can be combined freely with one another, without departing from the scope of the present invention.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Strukturbauteilstructural component
2020
Schaumkörperfoam body
2222
Formschluss-BefestigungsabschnittForm-fitting attachment portion
3030
Verstärkungselementreinforcing element
3232
FormschlussabschnittForm-fitting section
3434
Befestigungsabschnittattachment section
100100
benachbartes Bauteiladjacent component
200200
Schäumformfoaming
HH
HauptbelastungsrichtungMain load direction
SS
Sperrrichtungreverse direction

Claims (12)

Strukturbauteil (10) eines Fahrzeugs, aufweisend einen Schaumkörper (20) mit einer dreidimensionalen Erstreckung, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Verstärkungselement (30) zur mechanischen Verstärkung des Schaumkörpers (20) zumindest abschnittsweise innerhalb des Schaumkörpers (20) angeordnet ist, wobei das Verstärkungselement (30) wenigstens einen Formschlussabschnitt (32) aufweist, über welchen es mit dem Schaumkörper (20) formschlüssig verbunden ist.Structural component ( 10 ) of a vehicle comprising a foam body ( 20 ) having a three-dimensional extent, characterized in that at least one reinforcing element ( 30 ) for mechanical reinforcement of the foam body ( 20 ) at least in sections within the foam body ( 20 ) is arranged, wherein the reinforcing element ( 30 ) at least one positive connection section ( 32 ), over which it with the foam body ( 20 ) is positively connected. Strukturbauteil (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumkörper (20) als Material expandiertes Polypropylen aufweist oder aus expandiertem Polypropylen besteht.Structural component ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the foam body ( 20 ) comprises expanded polypropylene material or consists of expanded polypropylene. Strukturbauteil (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturbauteil (10) als Karosseriebauteil des Fahrzeugs ausgebildet ist.Structural component ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the structural component ( 10 ) is designed as a body component of the vehicle. Strukturbauteil (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Verstärkungselement (30) eine Ausrichtung entlang zumindest einer Hauptbelastungsrichtung (H), insbesondere entlang zumindest einer Hauptzugrichtung des Strukturbauteils (10) aufweist.Structural component ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one reinforcing element ( 30 ) an alignment along at least one main loading direction (H), in particular along at least one main pulling direction of the structural component (FIG. 10 ) having. Strukturbauteil (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Formschlussabschnitt (32) eine Sperrrichtung (S) aufweist, in welcher der Formschluss wirkt, welche quer oder im Wesentlichen quer zu einer Hauptbelastungsrichtung (H), insbesondere zu zumindest einer Hauptzugrichtung des Strukturbauteils (10) ausgerichtet ist.Structural component ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one positive-locking section ( 32 ) has a locking direction (S), in which the positive locking acts, which transverse or substantially transversely to a main loading direction (H), in particular to at least one main pulling direction of the structural component ( 10 ) is aligned. Strukturbauteil (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (30) zumindest eines der folgenden Materialen aufweist, insbesondere aus einem der folgenden Materialien besteht: – Aluminium – Stahl – FaserverbundStructural component ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the reinforcing element ( 30 ) comprises at least one of the following materials, in particular one of the following materials: - aluminum - steel - fiber composite Strukturbauteil (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Formschlussabschnitt (32) ausgebildet ist zumindest abschnittsweise mit wenigstens einer der folgenden Formen: – Durchbruch – Hinterschneidung – AbstellungStructural component ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the form-fitting section ( 32 ) is formed at least in sections with at least one of the following shapes: - breakthrough - undercut - shutdown Strukturbauteil (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (30) wenigstens einen Befestigungsabschnitt (34) aufweist, welcher aus dem Schaumkörper (20) herausragt, wobei der Befestigungsabschnitt (34) für die Befestigung an zumindest einem benachbarten Bauteil (100) ausgebildet ist.Structural component ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the reinforcing element ( 30 ) at least one attachment section ( 34 ), which consists of the foam body ( 20 protruding), wherein the attachment section ( 34 ) for attachment to at least one adjacent component ( 100 ) is trained. Strukturbauteil (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumkörper (20) wenigstens einen Formschluss-Befestigungsabschnitt (22) aufweist, welcher für einen Formschluss mit einem benachbarten Bauteil (100) ausgebildet ist.Structural component ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the foam body ( 20 ) at least one positive locking attachment portion ( 22 ), which for a positive connection with an adjacent component ( 100 ) is trained. Strukturbauteil (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumkörper (20) als Material Polyurethanschaum aufweist oder aus Polyurethanschaum besteht.Structural component ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the foam body ( 20 ) as a material polyurethane foam or consists of polyurethane foam. Strukturbauteil (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Formschlussabschnitten (32) in Form von Löchern nebeneinander angeordnet sind, um eine gitterartige Struktur auszubilden.Structural component ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of form-fitting sections ( 32 ) are arranged side by side in the form of holes to form a grid-like structure. Verfahren für die Herstellung eines Strukturbauteils (10) mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 11, aufweisend die folgenden Schritte: – Einsetzen wenigstens eines Verstärkungselements (30) mit wenigstens einem Formschlussabschnitt (32) in eine Schäumform (200), – Schäumen des Schaumkörpers (20) in der Schäumform (200) unter Erzeugen des Formschlusses zu dem wenigstens einen Verstärkungselement (30).Method for the production of a structural component ( 10 ) having the features of one of claims 1 to 11, comprising the following steps: - inserting at least one reinforcing element ( 30 ) with at least one positive connection section ( 32 ) into a foaming mold ( 200 ), - foaming of the foam body ( 20 ) in the foaming mold ( 200 ) producing the positive connection to the at least one reinforcing element ( 30 ).
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