EP2558268A1 - Tür für einen kraftwagen und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Tür für einen kraftwagen und verfahren zu deren herstellung

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EP2558268A1
EP2558268A1 EP11708999A EP11708999A EP2558268A1 EP 2558268 A1 EP2558268 A1 EP 2558268A1 EP 11708999 A EP11708999 A EP 11708999A EP 11708999 A EP11708999 A EP 11708999A EP 2558268 A1 EP2558268 A1 EP 2558268A1
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EP
European Patent Office
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door
metal
carrier
metal support
hydroforming
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11708999A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Eckhard Reese
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler AG filed Critical Daimler AG
Publication of EP2558268A1 publication Critical patent/EP2558268A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
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    • B29C45/14—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles
    • B29C45/1418—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles the inserts being deformed or preformed, e.g. by the injection pressure
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    • B29C45/14778—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles the article consisting of a material with particular properties, e.g. porous, brittle
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    • B60J—WINDOWS, WINDSCREENS, NON-FIXED ROOFS, DOORS, OR SIMILAR DEVICES FOR VEHICLES; REMOVABLE EXTERNAL PROTECTIVE COVERINGS SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLES
    • B60J5/00—Doors
    • B60J5/04—Doors arranged at the vehicle sides
    • B60J5/042—Reinforcement elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60J—WINDOWS, WINDSCREENS, NON-FIXED ROOFS, DOORS, OR SIMILAR DEVICES FOR VEHICLES; REMOVABLE EXTERNAL PROTECTIVE COVERINGS SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLES
    • B60J5/00—Doors
    • B60J5/04—Doors arranged at the vehicle sides
    • B60J5/048—Doors arranged at the vehicle sides characterised by the material
    • B60J5/0481—Doors arranged at the vehicle sides characterised by the material plastic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
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    • B29C2045/14442—Coating a portion of the article, e.g. the edge of the article injecting a grill or grid on the insert
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/30—Vehicles, e.g. ships or aircraft, or body parts thereof
    • B29L2031/3002—Superstructures characterized by combining metal and plastics, i.e. hybrid parts
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/4998—Combined manufacture including applying or shaping of fluent material

Definitions

  • the invention relates to a door for a motor vehicle and a method for their preparation of the type specified in the preambles of claims 1 and 8 respectively.
  • Metal support element which may be formed in one piece or in several parts, is provided, which is at least partially provided with plastic.
  • connection point of the respective one profile is encapsulated with plastic on the other profile in order to produce a corresponding connection of the two components.
  • the object of the present invention is to provide a door for a motor vehicle and a method for the production thereof, which is or are optimized in particular with regard to the weight of the door and the integration of further functional areas.
  • the at least one metal support element is output as hydroforming.
  • a hydroforming part has the advantage that it can be designed to be extremely stress-resistant, so that, for example, excessive accumulation of material or the like can be avoided. Rather, it is in such hydroforming to simple Way possible to adapt the shape and / or cross-section of the forces and moments within the door, so as to avoid excessive wall thicknesses or the like, which would lead to an increase in the weight of the door.
  • Another advantage of the door according to the invention is that due to the formation of at least one metal support member as hydroforming other functions can be integrated into the door carrier.
  • a corresponding functional part can be connected to the metal carrier element.
  • consoles or the like can be introduced into the metal support member to thereby
  • the hybrid construction has the further advantage that the combination of different materials simultaneously produce lightweight and rigid components. For example, it is possible to save about 1, 5 kg compared to a previously customary door, despite meeting all the requirements of the specifications, for example. In addition, the door meets through
  • Another advantage of such hybrid components is that plastic compared to other metals, which are otherwise used for functional integration, a much cheaper price not only for the semi-finished products, but also in the production.
  • Another advantage of plastic is that this contrast to a variety of metal components is not susceptible to corrosion.
  • the door carrier is made in a combined hydroforming and injection molding.
  • hydroforming the hydroforming and the injection molding
  • Plastic syringes first by the fact that these are mature manufacturing processes that can be merged in a plant. In this case, a significant reduction of manufacturing tolerances compared to other manufacturing processes can be achieved.
  • the combined hydroforming and injection molding has the further advantage that only one tool is necessary, including the
  • the at least one metal carrier element extends at least in regions along a respective lateral edge side and along a lower edge side of the door.
  • Metal reinforcement member and / or support member is attached to the metal support member. This can be done, for example, during the hydroforming, for example by Hydroclinchen. Likewise, a connection between the
  • the plastic metal support element can be produced by the plastic metal support element.
  • the at least one metal reinforcement part and / or support part can be reinforced in a further embodiment of the invention by the plastic and / or on the
  • Metal carrier element connected and / or be provided with at least one functional area.
  • the plastic can be used to particular advantage to reinforce corresponding components to connect to other or with other functional areas such as screw or other consoles, recordings or the like to provide it, for example, to attach other components such as speakers or the like.
  • Metal reinforcement part and / or support part is designed as a pultruded profile or organo sheet. Such components are extremely stiff despite low weight.
  • the at least one metal reinforcement part and / or support part is connected by Hydroclinchen with the metal support element.
  • the Hydroclinchen can preferably be carried out in the context of hydroforming and injection molding.
  • the metal carrier element has different cross-sectional shapes and / or wall thicknesses over its course. As a result, a particularly weight-favorable component shape can be achieved.
  • Reinforcing element and / or functional part integrated By integrating a reinforcing element in the plastic can thus be a relatively low weight
  • Reinforcement of the metal support element can be achieved, which in turn can be designed according to reduced weight.
  • the plastic is particularly favorable to integrate more functional parts and thus to create a simple connection option for other components.
  • an energy absorption element in particular a structural foam, is arranged in at least one hollow profile of the door carrier.
  • Such an arrangement of an energy absorption element can be improved in a simple and advantageous manner, for example, the crash behavior of the door.
  • a further advantageous embodiment provides that the metal support element is reinforced by at least one fiber reinforcement and / or by cables, in particular as a network structure in an organic sheet and / or as an integrated cable reinforcement. This results in a particularly stiffened metal carrier element. It is also advantageous in this context, when the fiber reinforcement and / or the ropes through
  • the fiber reinforcement and / or the cables are clamped by mediating a shim against the metal support member. This results in a particularly large-sized attachment of the fiber reinforcement and / or the ropes to the metal support element.
  • Metal support element is formed from an extruded profile. Thus, this can be made very simple and stressful.
  • Metal carrier element after the combined hydroforming and Injection molding is subjected to a heat treatment process.
  • This heat treatment process for example, in the context of a Lackier wastewaters - for example, during the cathodic dip coating - done.
  • the strength and Crashdehnbarkeit door carrier and the metal support member can be further improved.
  • Lock area of a door lock made of door This allows a simpler or lighter design and installation of the door lock.
  • the method is characterized in that the at least one metal reinforcement part and / or carrier part in the combined one
  • Hydroforming and injection molding are connected to the metal support element. This simplifies the production process of the door.
  • Hydroforming and injection molding tool is or will be preformed.
  • correspondingly high degrees of deformation can be achieved.
  • Fig. 1a, 1b, 1c, 1d is a perspective view of a door support with a
  • Metal support element which extends partially along the respective lateral edge sides and along a lower edge side of the door, and which with further
  • Metal support elements in the form of metal reinforcement parts and / or support members is connected, wherein the door support is at least partially provided with plastic, and wherein in Figures 1 b, 1 c and 1 d each detail and enlarged respective functional areas are recognizable, which are made of plastic. in each case a perspective view of the door carrier according to FIG. 1a in modified embodiments; a partial perspective view and a
  • Metal support element a front view of the door support according to another alternative embodiment; 12 shows a front view of the metal carrier element of the door carrier on the basis of which the individual forming steps for producing the metal carrier element are explained;
  • Fig. 13 is a further front view of the door support, wherein
  • Hydroforming cylinder can be seen, by means of which the metal carrier element in a combined
  • FIG. 14 shows a schematic sectional view of the metal carrier element which in the present case is filled with an energy absorption element in the form of a structural foam;
  • Fig. 15 is a side view of the metal support element according to a
  • Fig. 16a, b, c is a perspective view of an alternative designed door carrier, a partial detail view of a lock area of a door lock of the door carrier and respective
  • Metal support element in the lock area of the door lock of the door carrier is Metal support element in the lock area of the door lock of the door carrier.
  • a door carrier 10 is shown for a side door of a passenger car in a slightly perspective front view.
  • the door carrier 10 is in the present case designed as a hybrid component and therefore comprises initially three metal support members 12, 14, 16, which are at least partially provided with plastic 18.
  • the concrete shape of the metal support element 12 can be seen in front view, which in the present case at least
  • the metal support member 14 is designed in the present case of several parts and that as in Further shaft reinforcement explained in more detail.
  • the metal carrier element 16 is presently designed as a side impact carrier.
  • an inner lock plate 24 can still be seen on the door carrier 10.
  • the individual metal support elements 12, 14, 16 and the lock plate 24 are made in the present case of an aluminum alloy. Likewise, of course, other metal or plastic materials are conceivable.
  • the plastic 18 is here, which in the present case is for example a polyamide with a glass fiber content of 60%
  • PA GF60 is formed as a hybrid connection node connecting the metal support member 12 to the metal support member 14.
  • the metal support member 14 is positively connected to the metal support member 12.
  • the metal carrier element 16 is likewise fastened in a form-fitting manner and via the plastic 18 as a hybrid connection node to the metal carrier element 12.
  • plastic ribs are formed on the metal support member 16 to reinforce it.
  • functional regions 26 on the lower edge side 22 made of plastic 18 are provided on the lower edge region 22 of the metal carrier element 12, which serve, for example, for fastening other components or the like.
  • these functional areas 26 are provided for fastening a predominantlybeplankungsteils, not shown, which is externally connected to the door support 10.
  • these functional areas 26 may also be provided for holding an interior trim part, which is arranged on the inside of the door carrier 10 and faces the interior of the motor vehicle, but is not recognizable in the present figures.
  • an outer shaft reinforcement which optionally outside of the
  • Metal support member 14 is retrofitted or is connected in a manner further explained below in a hydroforming die-casting tool.
  • FIG. 2 two alternative variants of the door carrier 10 according to FIG. 1a are shown.
  • the left-hand illustration should make it clear that there is an even higher one Reach rigidity of the door or the door support 10, if, for example, instead of the metal support member 14, which is designed as an inner slot reinforcement, and instead of an outer shaft reinforcement 28, which according to FIG.
  • a hybrid connection node 30 made of plastic 18 can also be correspondingly widened between the metal support element 12 and the metal support element 16, in the present case being distributed in a V-shape.
  • the profile geometry of the slot reinforcement 28 and the side impact beam 16 can be adjusted accordingly to achieve even better rigidity.
  • Fig. 3 shows a possible increase in strength above by a corresponding meandering cross-sectional change and a sheet thickness increase. Below is an increase in strength through a
  • the metal carrier element 12 which is designed as a frame profile, differs in this case over the course
  • FIG. 5 shows a further perspective view and partial detail perspective views according to an alternative embodiment of the door carrier 10.
  • the molded plastic 18 not only stiffen the overall construction, but it can also integrate a variety of functions or
  • the upper detail shows, for example, a holder 18 formed of plastic inside a door handle.
  • the lower part shows the attachment for the window lift module.
  • the plastic 18 may also be provided to it the entire inner door module including glass guide, brackets for
  • FIG. 6 shows a further alternative embodiment of the door carrier 10 according to FIG. 1a.
  • the necessary rigidity for example, for a precise opening and closing for a tightness of the door and to ensure a
  • the two metal support elements 14 and 16 which are provided as shaft reinforcement or as side impact beams, are preferably designed as hollow profiles, wherein a respective energy absorption element 34, 36 is arranged approximately centrally within this hollow profile. This ensures that as much of the crash energy as possible can be absorbed in the corresponding door or door carrier 10 of the body.
  • the greater energy absorption is achieved in that the preferably closed profiles completely or - as schematically indicated here - locally at the most heavily loaded site with a
  • thermoplastic, thermosetting or metallic structural form are filled.
  • energy absorbing elements such as structural foams as flat upholstery on other structural parts, the Jardinbeplankungsteil or on the inner lining part of the door. These then serve as impact pads the occupant protection, d. H. they reduce the direct contact between the door and the inmate.
  • Such reinforced structural elements can be connected to the closed profile of the metal support element 12 by means of planar additional composite elements, such as clamping strips or clamping elements, both by means of hydroclinics, hydrostatic rivets, pentaflow screws or Rivtac rivets and via existing hybrid connection nodes.
  • Fig. 7 further shows an alternative embodiment of the door carrier 10. Due to the high crash requirements, which are placed on a side door, are also
  • Fiber composite structures in particular organo-sheets, be improved with integrated steel cables and / or steel net structures as reinforcing elements.
  • Fig. 7 shows accordingly a plurality of steel cables 38 or the like cable elements, which in particular between the front and rear edge side 20, 21 of the
  • Metal support member 12 are clamped. In the event of a crash, especially in the pile impact test, Thus, the forces can better be transferred to the door support 10 and the metal support member 12.
  • FIG 8 shows an embodiment of the door carrier 10 in which a steel net structure 40 is mounted inside the metal carrier element 12.
  • the fiber composite structures in particular organic sheets, in which the steel cables and / or steel net structures are integrated as reinforcements, preferably have a thermoplastic matrix, whereby they are thermoformable. It can technical textiles such as fabrics, knitted fabrics, knitted or the like can be used, for example, consist of pultruded, coated with PA rowing and metal cables / fibers.
  • the connection to the respective metal carrier element 12 is implemented via a preformed edge of the fiber composite structure and / or over sharpened plastic ribs. The plastic ribs also strengthen the laminar fiber composite structure.
  • flow-hole forming screws can be used for the screw connection, as can be seen in the laterally lower illustration of FIG. 8.
  • the attachment can be designed such that the fiber composite structures or steel net structures 40 have integrated fastening elements.
  • the fastening direction can be oriented in the loading direction, transverse to the loading direction or in all directions. In this case, one or more network structures 40 in the respective
  • FIG. 10 shows the connection of the steel net structure 40 or the
  • the described elements such as profiles, fibers, foams, ropes or the like can be combined with each other as required to find the optimal compromise between cost, weight and safety depending on the model and specifications.
  • closed profiles made of organic sheets with woven steel cables can additionally be filled with aluminum structural foams or plastic structural foams.
  • Fig. 11 shows a corresponding embodiment.
  • Main process step takes place in a hydroforming injection molding tool, wherein the metal support members 12, 14, 16 are optionally preformed.
  • Fig. 12 accordingly shows the metal support member 12, which takes place in a forming tool with three pairs of dies and two bending oscillators. Flattening by means of a first die takes place in region 46, flattening by means of a second die in region 48, and flattening by means of a third die in region 50. In the corner areas 52, 54 and 56 in each case a bending takes place - as shown by the arrows - in the die.
  • the plastic 18 is now injected in the same tool. After a cooling phase, the structural part or the Door support 10 are removed from the tool. Subsequently, a
  • Heat treatment of the door support 10 are made to cost-effectively improve the properties such as strength or crash stability.
  • This heat treatment may be at about 200 ° C, and more preferably at about 205 ° C, for a period of, for example, about 30 minutes.
  • Other temperatures or time periods are conceivable.
  • the heat treatment can also be carried out, for example, in the context of a painting process, in particular in cathodic dip painting (KTL). It is clear that the plastic 56 must be designed to be heat-stable or KTL-compatible.
  • Closed profiles can be modified at the ends or joining points so that they can also be connected to the metal support element 12 by means of hydroclinics, for example via double hybrid connection nodes and overmoulding.
  • a joining or partial joining of the individual metal support members 12, 14, 16 and the lock plate 24 or other components prior to insertion into the hydroforming injection molding tool is possible.
  • In the addition before the process would be z.
  • As a construction of directly welded together pipes conceivable, which are then converted and overmolded as a pipe inlay in the tool. Also flange connections or sleeve joints would be possible. A partial coincidence would be for example
  • Foam reinforcement as an energy absorbing element can be achieved, for example, by introducing a prefoamed insert, at an earlier point in time
  • Expand heat action or be generated by direct local foaming by pumpable foam systems is shown in FIG. 14 in FIG a sectional view recognizable, wherein a foam nozzle 62 is provided, which via an opening 64 in the corresponding structural component - for example, the
  • Metal support elements 14 or 16 - bring the foam into the hollow profile.
  • This foaming by pumpable, optionally self-barrier foams can be performed outside or in hydroforming injection molding tool by the foam nozzle 62 of the foam mixing head pierces the hollow structure. From structures that are transformed in the hydroforming process must
  • the water emulsion is sucked off before the foaming process.
  • Flat foam layers / areas can be injection-molded directly in the two-component injection molding for the Jardinbeplankungsmaschine or interior trim parts. However, this can also be done subsequently by separate foaming, e.g. chemically through a polyurethane foam.
  • Embodiments according to FIGS. 7 to 10 have been described can be connected in various ways to the respective metal carrier element 12, 14, 16.
  • a preferred variant is the screwing of the respective organic sheet with the metal profile provided with an indentation according to FIG. 9.
  • the indentation is produced in the hydroforming process and the screwing can either also take place in the hydroforming press or in a downstream process. By posting a load of the screw 42 is achieved in train instead of shear.
  • hydroforming riveting To attach hydroforming die is the hydroforming riveting.
  • the optionally reinforced (steel mesh or the like.) Organoblech is attached with an optionally special, slotted for steel cables 38 or strands rivet or Hydrostanzniet 41 or clamped between the sheets to be joined.
  • connection of one or more steel cables 38 can also by special
  • Hydro punch rivets 41 as shown in FIG. 10 take place.
  • slotted hollow rivets through which ropes are passed are used.
  • the steel net structures 40 of the organic sheet used can have a fiber orientation which is horizontal, vertical or bidirectional.
  • the steel cables can be used either as one-piece rope or as multi-part cables, which are laid like a lattice.
  • the steel cable ends are suitably with the metal support member 12 by nipples, loops, or fastened with metal clips. An open attachment of the rope ends or pouring into the plastic 18 is also conceivable.
  • Metal support member 12 can be realized.
  • the hydroforming process allows the adjustment of the aluminum or steel profile cross-section at any position, depending on the intended function (high bending stiffness, torsional rigidity, joint, etc.). At the same time can be fixed by Hydroclinchen and additional encapsulation with plastic sheets, which act additionally stiffening or other functions such. B. take the door lock recording. The after hydroforming in the same tool
  • injected plastic 18 can both stiffen the metal elements or act as another functional element. Due to the great freedom of design of the basic material, the functional areas can be optimally adapted to the installation space. The use of aluminum and plastic meets the requirements for corrosion protection without further measures.
  • Another advantage is the significant reduction of
  • FIG. 15 shows an alternative embodiment of the metal carrier element 12 to FIG. 12 in a side view, which is formed from an extruded profile which has different cross-sectional shapes over its length profile.
  • the different cross-sectional shapes have the same scope.
  • FIGS. 16a, 16b and 16c show in a further perspective view an alternatively designed door carrier 10, a detail view in detail of a lock area 66 of a door lock of the door carrier 10 and respective detail sections
  • Lock area 66 is processed accordingly.
  • the profile of the metal support member 12 is accordingly deformed according to FIG. 16c - introduced, for example by hydroforming - and three holes for door lock attachment or a notch 68 for the catch of the door lock. Recognizable in FIG. 16c is a region 70 for flowing through with the water emulsion in the hydroforming process.
  • Shaft reinforcements may also consist of optionally reinforced organo sheets. This also applies to the metal carrier elements 14 and 16.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Securing Of Glass Panes Or The Like (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Tür für einen Kraftwagen, mit einem Türträger (10) mit wenigstens einem Metallträgerelement (12), welches zumindest partiell mit Kunststoff (18) versehen ist, wobei das wenigstens eine Metallträgerelement (12) als Innenhochdruckumformteil ausgebildet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Tür.

Description

Tür für einen Kraftwagen und Verfahren zu deren Herstellung
Die Erfindung betrifft eine Tür für einen Kraftwagen sowie ein Verfahren zu deren Herstellung der in den Oberbegriffen der Patenansprüche 1 bzw. 8 angegebenen Art.
Aus der DE 100 22 360 A1 ist bereits eine solche Tür bzw. ein derartiges Verfahren als bekannt zu entnehmen, bei welcher ein Türträger mit wenigstens einem
Metallträgerelement, welches einstückig oder mehrteilig ausgebildet sein kann, vorgesehen ist, welches zumindest partiell mit Kunststoff versehen ist. Dabei ist in dem vorliegenden Fall die Anschlussstelle des jeweiligen einen Profils an dem anderen Profil mit Kunststoff umspritzt, um hierdurch eine entsprechende Verbindung der beiden Bauteile herzustellen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Tür für einen Kraftwagen sowie ein Verfahren zu deren Herstellung bereitzustellen, welche insbesondere im Hinblick auf das Gewicht der Tür und die Integration weiterer Funktionsbereiche optimiert ist bzw. sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Tür für einen Kraftwagen sowie ein Verfahren zu deren Herstellung mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 bzw. 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Um eine Tür der eingangs genannten Art zu schaffen, welche insbesondere im Hinblick auf ihr Gewicht und auf die Integration weiterer Funktionsbereiche optimiert ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das wenigstens eine Metallträgerelement als Innenhochdruckumformteil ausgeben ist. Ein derartiges Innenhochdruckumformteil hat nämlich den Vorteil, dass dieses äußerst belastungsgerecht konzipiert werden kann, so dass beispielsweise übermäßige Materialanhäufungen oder dergleichen vermieden werden können. Vielmehr ist es bei derartigen Innenhochdruckumformteilen auf einfache Weise möglich, deren Form und/oder Querschnitt an den Kräfte- und Momentenverlauf innerhalb der Tür anzupassen, um demzufolge übermäßige Wandstärken oder dergleichen, welche zu einer Erhöhung des Gewichts der Tür führen würden, zu vermeiden.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Tür besteht darin, dass aufgrund der Ausbildung des wenigstens einen Metallträgerelements als Innenhochdruckformteil weitere Funktionen in den Türträger integriert werden können. Dabei kann beispielsweise im Innenhochdruckumformprozess, in welchem das Metallträgerelement umgeformt wird, ein entsprechendes Funktionsteil mit dem Metallträgerelement verbunden werden. Zudem können während des Innenhochdruckumformens entsprechende Aufnahmen, Konsolen oder dergleichen in das Metallträgerelement eingebracht werden, um hierdurch
Funktionsbereiche zur Anbindung weiterer Bauteile oder dergleichen zu schaffen. Zudem hat die Hybridbauweise den weiteren Vorteil, dass durch die Kombination verschiedener Werkstoffe gleichzeitig leichte und steife Bauteile herzustellen sind. Es ist beispielsweise möglich, trotz Erfüllung aller Anforderungen des Lastenheftes beispielsweise etwa 1 ,5 kg gegenüber einer bisher üblichen Tür einzusparen. Zudem erfüllt die Tür durch
belastungsoptimierte Konstruktionen besonders hohe Seitencrashanforderungen. Ein weiterer Vorteil von derartigen Hybridbauteilen ist es, dass Kunststoff gegenüber anderen Metallen, welche ansonsten zur Funktionsintegration genutzt werden, einen weitaus günstigeren Preis nicht nur für das Halbzeug, sondern auch in der Herstellung aufweist. Ein weiterer Vorteil von Kunststoff ist es, dass dieser Gegensatz zu einer Vielzahl von Metallbauteilen nicht korrosionsanfällig ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn der Türträger in einem kombinierten Innenhochdruckumform- und Spritzgießverfahren hergestellt ist. Dabei zeichnen sich das Innenhochdruckumformen und das
Kunststoffspritzen zunächst dadurch aus, dass diese ausgereifte Fertigungsverfahren sind, die in einer Anlage zusammengeführt werden können. Dabei kann eine erhebliche Reduzierung der Herstelltoleranzen im Vergleich zu anderen Fertigungsverfahren erreicht werden. Das kombinierte Innenhochdruckumformen und Spritzgießen hat dabei den weiteren Vorteil, dass nur ein Werkzeug notwendig ist, was unter anderem die
Zykluszeiten, die Investitionskosten, den Platzbedarf für die Anlagentechnik sowie eine Einsparung von Arbeitsschritten und Nachbearbeitungsschritten ermöglicht.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als außerdem vorteilhaft gezeigt, wenn der Türträger außenseitig mit einem Außenbeplankungsteil und innenseitig mit einem dem Innenraum des Kraftwagens zugewandten Innenverkleidungsteil verbunden ist. Diese Hüllenbauweise ermöglicht unter anderem auch ein Baukastenprinzip, so dass eine einfache Anpassung von Türen für verschiedene Baureihen gegeben ist. Es stellt nicht zuletzt eine äußerst anforderungsgerechte und flexible Möglichkeit zur Herstellung von Türen dar.
Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn sich das wenigstens eine Metallträgerelement zumindest bereichsweise entlang einer jeweiligen seitlichen Randseite sowie eine entlang einer unteren Randseite der Tür erstreckt. Somit kann durch das innenhochdruckumgeformte und mit Kunststoff versehene wenigstens eine Metallträgerelement ein äußerst stabiler Rahmen geschaffen werden, an welchem weitere Teilbauteile oder dergleichen zur Herstellung entsprechender Funktionen befestigt werden können.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass wenigstens ein
Metallverstärkungsteil und/oder Trägerteil an dem Metallträgerelement angebunden ist. Dies kann beispielsweise während des Innenhochdruckumformens- beispielsweise durch Hydroclinchen - erfolgen. Gleichfalls kann eine Verbindung zwischen dem
Metallverstärkungsteil und/oder dem Trägerteil und dem korrespondierenden
Metallträgerelement natürlich beispielsweise auch durch den Kunststoff erzeugt werden. Das wenigstens eine Metallverstärkungsteil und/oder Trägerteil kann dabei in weiterer Ausgestaltung der Erfindung durch den Kunststoff verstärkt und/oder an dem
Metallträgerelement angebunden und/oder mit wenigstens einem Funktionsbereich versehen sein. Mit anderen Worten kann der Kunststoff besonders vorteilhaft dazu eingesetzt werden, um entsprechende Bauteile zu verstärken, an anderen anzubinden oder mit weiteren Funktionsbereichen wie Schraubaufnahmen oder sonstigen Konsolen, Aufnahmen oder dergleichen zu versehen, um daran beispielsweise weitere Bauteile wie Lautsprecher oder dergleichen zu befestigen.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass das wenigstens eine
Metallverstärkungsteil und/oder Trägerteil als pultrudiertes Profil oder Organoblech ausgebildet ist. Derartige Bauteile sind trotz geringen Gewichts überaus steif.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das wenigstens eine Metallverstärkungsteil und/oder Trägerteil durch Hydroclinchen mit dem Metallträgerelement verbunden. Das Hydroclinchen kann dabei bevorzugter Weise im Rahmen des Innenhochdruckumform- und Spritzgießverfahrens durchgeführt werden. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass das Metallträgerelement über seinen Verlauf unterschiedliche Querschnittsformen und/oder Wanddicken aufweist. Hierdurch kann eine besonders gewichtsgünstige Bauteilform erreicht werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist in den Kunststoff wenigstens ein
Verstärkungselement und/oder Funktionsteil integriert. Durch die Integration eines Verstärkungselements in den Kunststoff kann somit eine relativ gewichtsgünstige
Verstärkung des Metallträgerelements erreicht werden, welches seinerseits entsprechend gewichtsreduziert ausgebildet sein kann. Darüber hinaus eignet sich der Kunststoff besonders günstig, um weitere Funktionsteile zu integrieren und somit eine einfache Anbindungsmöglichkeit für weitere Bauteile zu schaffen.
Zudem hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn in wenigstens einem Hohlprofil des Türträgers ein Energieabsorptionselement, insbesondere ein Strukturschaum, angeordnet ist. Durch eine derartige Anordnung eines Energieabsorptionselements kann auf einfache und vorteilhafte Weise beispielsweise das Crashverhalten der Tür verbessert werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass das Metallträgerelement durch wenigstens eine Faserverstärkung und/oder durch Seile, insbesondere als Netzstruktur in einem Organoblech und/oder als integrierte Seilverstärkung, verstärkt ist. So ergibt sich ein besonders günstig versteiftes Metallträgerelement. Weiterhin vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, wenn die Faserverstärkung und/oder die Seile durch
mechanische Verbindungsmittel, insbesondere durch Nieten, Schrauben oder geschlitzte Hydrostanzniete mit dem Metallträgerelement verbunden sind. Hierdurch ergibt sich insgesamt ein besonders stabiler Verbund.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Faserverstärkung und/oder sind die Seile unter Vermittlung eines Unterlegelements gegen das Metallträgerelement verspannt. Hierdurch ergibt sich eine besonders großformatige Befestigung der Faserverstärkung und/oder der Seile an dem Metallträgerelement.
Eine weiter vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das
Metallträgerelement aus einem Strangpressprofil gebildet ist. Somit kann dieses besonders einfach und belastungsgerecht gestaltet werden.
Zudem hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn der Türträger bzw. das
Metallträgerelement nach dem kombinierten Innenhochdruckumform - und Spritzgießverfahren einem Wärmebehandlungsverfahren unterzogen wird. Dieses Wärmebehandlungsverfahren kann beispielsweise im Rahmen eines Lackierprozesses - beispielsweise während der kathodischen Tauchlackierung - erfolgen. Hierdurch kann die Festigkeit und Crashdehnbarkeit Türträgers bzw. des Metallträgerelements weiter verbessert werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist durch das Metallträgerelement ein
Schlossbereich eines Türschlosses der Tür gebildet. Dies erlaubt eine einfachere bzw. leichtere Ausgestaltung und Montage des Türschlosses.
Die vorstehend im Zusammenhang der erfindungsgemäßen Tür genannten Vorteile gelten in ebensolcher Weise für das Verfahren gemäß den Patentansprüchen 18 bis 30.
Darüber hinaus zeichnet sich das Verfahren in einer Ausführungsform dadurch aus, dass das wenigstens eine Metallverstärkungsteil und/oder Trägerteil im kombinierten
Innenhochdruckumform - und Spritzgießverfahren an dem Metallträgerelement angebunden werden. Dies vereinfacht den Herstellungsablauf der Tür.
Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das Metallträgerelement und/oder das Metallverstärkungsteil und/oder das Trägerteil vor dem Einlegen in ein
Innenhochdruckumform- und Spritzgusswerkzeug vorgeformt wird bzw. werden. Somit sind beispielsweise entsprechend hohe Umformgrade zu erreichen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen ist:
Fig. 1a, 1b, 1c, 1d eine Perspektivansicht auf einen Türträger mit einem
Metallträgerelement, welches sich bereichsweise entlang der jeweiligen seitlichen Randseiten sowie entlang einer unteren Randseite der Tür erstreckt, und welches mit weiteren
Metallträgerelementen in Form von Metallverstärkungsteilen und/oder Trägerteilen verbunden ist, wobei der Türträger zumindest partiell mit Kunststoff versehen ist, und wobei in den Fig. 1 b, 1c und 1d jeweils ausschnittsweise und vergrößert jeweilige Funktionsbereiche erkennbar sind, welche aus Kunststoff gestaltet sind; jeweils eine Perspektivansicht auf den Türträger gemäß Fig. 1a in modifizierten Ausführungsformen; eine ausschnittsweise Perspektivansicht sowie eine
ausschnittsweise vergrößerte und leicht perspektivische
Teilansicht auf das Metallträgerelement des Türträgers gemäß Fig. 1a; eine Vorderansicht auf das Metallträgerelement des Türträgers gemäß Fig. 1a; eine Perspektivansicht sowie Detailansichten des Türträgers der Tür analog zu Fig. 1a; eine Vorderansicht auf einen Türträger gemäß einer alternativen Ausführungsform; eine Vorderansicht auf einen Türträger gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform; eine Vorderansicht sowie Schnitt- bzw. Detailansichten auf einen Türträger gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform; eine ausschnittsweise Schnittansicht auf ein Metallträgerelement in Form eines Organoblechs, welches entsprechend mit einem korrespondierenden Metallträgerelement verbunden ist; eine ausschnittsweise und symbolische Schnittansicht auf die Anbindung eines Seils mit einem entsprechenden
Metallträgerelement; eine Vorderansicht auf den Türträger nach einer weiteren alternativen Ausführungsform; Fig. 12 eine Vorderansicht auf das Metallträgerelement des Türträgers anhand welchem die einzelnen Umformschritte zur Herstellung des Metallträgerelements erläutert sind;
Fig. 13 eine weitere Vorderansicht auf den Türträger, wobei
Innenhochdruckumform-Zylinder erkennbar sind, mittels welchem das Metallträgerelement in einem kombinierten
Innenhochdruckumform- und Spritzgießwerkzeug umgeformt bzw. der Türträger hergestellt wird;
Fig. 14 eine schematische Schnittansicht auf das Metallträgerelement, welches vorliegend mit einem Energieabsorptionselement in Form eines Strukturschaums befüllt wird;
Fig. 15 eine Seitenansicht auf das Metallträgerelement nach einer
weiteren Ausführungsform, welches aus einem Strangpressprofil gebildet ist, welches über seinen Längenverlauf unterschiedliche Querschnittformen aufweist; und in
Fig. 16a, b, c eine Perspektivansicht auf einen alternativ gestalteten Türträger, eine ausschnittsweise Detailansicht auf einen Schlossbereich eines Türschlosses des Türträgers sowie jeweilige
ausschnittweise Perspektivansichten des Profils des
Metallträgerelements im Schlossbereich des Türschlosses des Türträgers.
In Fig. 1a ist in einer leicht perspektivischen Vorderansicht ein Türträger 10 für eine Seitentür eines Personenkraftwagens dargestellt. Der Türträger 10 ist vorliegend als Hybridbauteil ausgestaltet und umfasst demzufolge zunächst drei Metallträgerelemente 12, 14, 16, welche zumindest partiell mit Kunststoff 18 versehen sind.
Insbesondere in Zusammenschau mit Fig. 4 wird in Vorderansicht die konkrete Gestalt des Metallträgerelements 12 erkennbar, welches sich vorliegend zumindest
bereichsweise entlang einer jeweiligen vorderen bzw. hinteren seitlichen Randseite 20, 21 sowie entlang einer unteren Randseite 22 der Tür bzw. des Türträgers 10 erstreckt. Das Metallträgerelement 14 ist im vorliegenden Fall mehrteilig gestaltet und zwar als im Weiteren noch näher erläuterte Schachtverstärkung. Das Metallträgerelement 16 ist vorliegend als Seitenaufprallträger ausgebildet. Weiterhin ist an dem Türträger 10 noch ein inneres Schlossblech 24 erkennbar. Die einzelnen Metallträgerelemente 12, 14, 16 bzw. das Schlossblech 24 bestehen im vorliegenden Fall aus einer Aluminiumlegierung. Gleichfalls werden natürlich auch andere Metall- oder Kunststoffwerkstoffe denkbar.
In Zusammenschau mit Fig. 1 b, 1c und 1d sind jeweils ausschnittsweise
Verbindungsbereiche des Metallträgerelements 12 mit dem Metallträgerelement 12, 14, welches vorliegend eine innere Schachtverstärkung ist, bzw. des Metallträgerelements 12 mit dem als Seitenaufprallträger ausgebildeten Metallträgerelement 16 sowie der untere Bereich des Türträgers 10, erkennbar. Gemäß Fig. 1b ist dabei der Kunststoff 18, welcher vorliegend beispielsweise ein Polyamid mit einem Glasfasergehalt von 60 % ist
(PA GF60), als Hybridverbindungsknoten ausgebildet, welcher das Metallträgerelement 12 mit dem Metallträgerelement 14 verbindet. Zudem ist das Metallträgerelement 14 formschlüssig an das Metallträgerelement 12 angebunden.
Gemäß Fig. 1c ist das Metallträgerelement 16 ebenfalls formschlüssig sowie über den Kunststoff 18 als Hybridverbindungsknoten an dem Metallträgerelement 12 befestigt. Zudem sind Kunststoffrippen an dem Metallträgerelement 16 ausgebildet, um dieses zu verstärken.
Gemäß Fig. 1d sind Funktionsbereiche 26 an der unteren Randseite 22 aus Kunststoff 18 an dem unteren Randbereich 22 des Metallträgerelements 12 vorgesehen, welche beispielsweise zur Befestigung anderer Bauteile oder dergleichen dienen.
Unter anderem kann vorgesehen sein, dass diese Funktionsbereiche 26 zur Befestigung eines nicht dargestellten Außenbeplankungsteils vorgesehen ist, welches außenseitig an dem Türträger 10 angeschlossen ist. Außerdem können diese Funktionsbereiche 26 auch zur Halterung eines Innenverkleidungsteils vorgesehen sein, welches innenseitig des Türträgers 10 angeordnet ist und dem Innenraum des Kraftwagens zugewandt ist, jedoch in den vorliegenden Figuren nicht erkennbar ist. Ebenfalls nicht erkennbar ist in Fig. 1a eine äußere Schachtverstärkung, welche gegebenenfalls außenseitig des
Metallträgerelements 14 nachträglich montiert wird oder aber auf im Weiteren noch erläuterte Weise in einem Innenhochdruck-Spritzguss-Werkzeug angebunden wird.
Gemäß Fig. 2 sind zwei alternative Varianten des Türträgers 10 gemäß Fig. 1a dargestellt. Die linke Darstellung soll dabei verdeutlichen, dass sich eine noch höhere Steifigkeit der Tür bzw. des Türträgers 10 erreichen lässt, wenn beispielsweise anstelle des Metallträgerelements 14, welches als innere Schachtverstärkung ausgebildet ist, sowie anstelle einer äußeren Schachtverstärkung 28, welche gemäß Fig. 1a als
Aluminiumbauteile ausgestaltet sind, Stahlbauteile zum Einsatz kommen. In der rechten Darstellung von Fig. 2 ist erläutert, dass ein Hybridverbindungsknoten 30 aus Kunststoff 18 zwischen dem etallträgerelement 12 und dem Metallträgerelement 16 auch entsprechend verbreitert, vorliegend V-förmig verbreitet, ausgebildet sein kann. Zudem kann die Profilgeometrie der Schachtverstärkung 28 und des Seitenaufprallträgers 16 entsprechend angepasst werden, um eine noch verbesserte Steifigkeit zu erreichen. Beispielsweise können statt der offenen Metallbleche auch geschlossene Profile, offene oder geschlossene pultrudierte Profile oder vorgeformte Organobleche, gegebenenfalls auch netzverstärkte Organobleche, welche ebenfalls durch angespritzte Kunststoffrippen verstärkt werden, verwendet werden. Fig. 3 zeigt dabei oben eine mögliche Erhöhung der Festigkeit durch eine entsprechende mäanderförmige Querschnittsänderung und eine Blechdickenerhöhung. Unten ist eine Erhöhung der Festigkeit durch eine
Wandstärkenerhöhung sowie ein veränderter Profilquerschnitt dargestellt.
Aus Fig. 4 wird zudem nochmals erkennbar, dass das Metallträgerelement 12, welches als Rahmenprofil ausgebildet ist, vorliegend über den Verlauf verschiedene
Querschnittsformen aufweist, um je nach Bereich und Funktion optimal ausgelegt zu sein. Dabei können konventionelle Rohrhalbzeuge oder aber bereits im Querschnitt- und/oder der Wandstärke angepasste Halbzeuge (Tailored Tubes) eingesetzt werden. Dabei kann insbesondere das Metallträgerelement 12 auch die Seitenscheibe nach oben hin umschließen, also eine Tür mit Rahmen bilden.
Fig. 5 zeigt eine weitere Perspektivansicht sowie ausschnittsweise perspektivische Detailansichten gemäß einer alternativen Ausführungsform des Türträgers 10. Der angespritzte Kunststoff 18 versteift dabei nicht nur die Gesamtkonstruktion, sondern es lassen sich dadurch auch eine Vielzahl von Funktionen integrieren bzw.
Funktionsbereiche 31 , 32 schaffen. Das obere Detail zeigt dabei beispielsweise einen aus Kunststoff 18 gebildeten Halter eines Türinnengriffs. Das untere Teil zeigt die Befestigung für das Fensterhebemodul. Gleichfalls kann der Kunststoff 18 auch vorgesehen sein, um daran das gesamte Türinnenmodul inklusive Scheibenführung, Halterungen für
Elektromotoren, Lautsprecheraufnahmen, Spiegelträger oder andere Komponenten und Baugruppe zu halten bzw. aufzunehmen. In Fig. 6 ist eine weitere alternative Ausführungsform des Türträgers 10 gemäß Fig. 1a dargestellt. Neben der nötigen Steifigkeit, die beispielsweise für ein passgenaues Öffnen und Schließen für eine Dichtigkeit der Tür und zur Gewährleistung eines
Missbrauchschutzes notwendig ist, ist vor allem die Sicherheit der Insassen im Crashfall von überaus hoher Wichtigkeit. Deshalb sind vorliegend bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 die beiden Metallträgerelemente 14 und 16, welche als Schachtverstärkung bzw. als Seitenaufprallträger vorgesehen sind, vorzugsweise als Hohlprofil ausgebildet, wobei innerhalb dieses Hohlprofils ein jeweiliges Energieabsorptionselement 34, 36 etwa mittig angeordnet ist. Hierdurch wird erreicht, dass ein möglichst großer Teil der Crashenergie in der entsprechenden Tür bzw. dem entsprechenden Türträger 10 der Karosserie absorbiert werden kann. Dabei wird vorliegend die größere Energieabsorption dadurch erreicht, dass die vorzugsweise geschlossenen Profile vollständig oder - wie vorliegend schematisch angedeutet - lokal an der höchst belasteten Stelle mit einem
thermoplastischen, duroplastischen oder metallischen Strukturform gefüllt sind. Neben Schaumverstärkungen 34, 36 der entsprechenden Hohlprofile ist es auch möglich, Energieabsorptionselemente wie beispielsweise Strukturschäume als flächige Polster an anderen Strukturteilen, am Außenbeplankungsteil oder am Innenverkleidungsteil der Tür anzubringen. Diese dienen dann als Prallpolster dem Insassenschutz, d. h. sie mildern den direkten Kontakt von Tür und Insasse ab.
Ferner ist es auch denkbar, so genannte Organobleche und Stahlnetzstrukturen als Metallträgerelement 12, 14, 16 oder als andere Strukturbauteile des Türträgers 10 einzusetzen. Derartig verstärkte Strukturelemente können mittels flächiger zusätzlicher Verbundelemente wie Klemmleisten oder Klemmelemente sowohl durch Hydroclinchen, Hydrostanznieten, Pentaflow Schrauben oder Rivtac-Nieten als auch über vorhandene Hybridverbindungsknoten an dem geschlossenen Profil des Metallträgerelements 12 angebunden werden.
Fig. 7 zeigt weiterhin eine alternative Ausführungsform des Türträgers 10. Durch die hohen Crashanforderungen, die an eine Seitentür gestellt werden, sind auch
Strukturintegrität und lange Verformungswege wichtig. Dies kann z. B. durch
Faserverbundstrukturen, insbesondere Organobleche, mit integrierten Stahlseilen und/oder Stahlnetzstrukturen als Verstärkungselemente verbessert werden. Fig. 7 zeigt demzufolge eine Vielzahl von Stahlseilen 38 oder dergleichen Seilelementen, welche insbesondere zwischen der vorderen und hinteren Randseite 20, 21 des
Metallträgerelements 12 aufgespannt sind. Im Crashfall, besonders beim Pfahlaufpralltest, können so die Kräfte besser auf den Türträger 10 bzw. das Metallträgerelement 12 übertragen werden.
Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform des Türträgers 10, bei welcher eine Stahlnetzstruktur 40 innerhalb des Metallträgerelements 12 aufgespannt ist.
Die Faserverbundstrukturen, insbesondere Organobleche, in welche die Stahlseile und/oder Stahlnetzstrukturen als Verstärkungen integriert sind, haben vorzugsweise eine thermoplastische Matrix, wodurch sie thermoverformbar sind. Es können technische Textilien wie Gewebe, Gewirke, Gestricke oder dergleichen eingesetzt werden, die beispielsweise aus pultrudierten, mit PA ummantelten Rowings und Metallseilen/-fasern bestehen. Die Anbindung an das jeweilige Metallträgerelement 12 wird über einen vorgeformten Rand der Faserverbundstruktur und/oder über angespitzte Kunststoffrippen umgesetzt. Die Kunststoffrippen verstärken auch die flächige Faserverbundstruktur.
In Fig. 8 rechts ist dabei nochmals verdeutlicht, wie die Faserverbundstruktur mit der Stahlnetzstruktur 40 entlang des Rahmens des Metallträgerelements 12 geführt ist.
Eventuell können zur Verschraubung dabei Fließlochformschrauben - wie in der seitlich unteren Darstellung von Fig. 8 erkennbar ist - eingesetzt werden. Die Befestigung kann dabei derart gestaltet sein, dass die Faserverbundstrukturen bzw. Stahlnetzstrukturen 40 integrierte Befestigungselemente aufweisen. Die Befestigungsrichtung kann dabei in Belastungsrichtung, quer zur Belastungsrichtung oder in alle Richtungen orientiert sein. Dabei können ein oder mehrere Netzstrukturen 40 in dem jeweiligen
Faserverbundwerkstoff integriert sein. Weiterhin kann die Faserverbundstruktur bzw. Stahlnetzstruktur 40 punktuell oder flächig mit dem Metallträgerelement 12 verbunden sein (FVK-Verbindungsknoten bzw. FVK-Verbindungen), und zwar beispielsweise durch Hydrostandsnieten, Verschrauben, Nieten, Schweißen, Kleben, Klemmen, Clinchen, Umspritzen, Innenhochdruckumformklemmen, Hydroclinchen oder dergleichen, wobei insbesondere bei Metallnetzstrukturen und Organoblechen ein direkter bzw. metallischer Kraftfluss erzielt werden soll.
Entsprechend ist gemäß Fig. 9 eine Verschraubungsart des Organoblechs mit der Stahlnetzstruktur 40 an dem Metallträgerelement 12 in einer Schnittdarstellung erkennbar, wobei eine Schraube 42 vorgesehen ist, welche unter Vermittlung eines Unterlegelements 44 das Organoblech mit der Stahlnetzstruktur 40 gegen das Metallträgerelement 12 verspannt. Fig. 10 zeigt demgegenüber die Anbindung der Stahlnetzstruktur 40 bzw. der
Seilanbindung durch geschlitzte Hydrostanzniete 41. Auch hierdurch wird besonders günstig ein direkter bzw. metallischer Kraftfluss erzielt.
Wie in einem Baukastensystem können die beschriebenen Elemente wie Profile, Fasern, Schäume, Seile oder dergleichen je nach Anforderungsfall miteinander kombiniert werden, um je nach Modell und Lastenheft den optimalen Kompromiss aus Kosten, Gewicht und Sicherheit zu finden. Beispielsweise können geschlossene Profile aus Organoblechen mit eingewobenen Stahlseilen zusätzlich mit Aluminiumstrukturschäumen oder Kunststoffstrukturschäumen gefüllt werden. Fig. 11 zeigt eine entsprechende Ausführungsform.
Die Fertigung der hybriden Leichtbautür läuft in mehreren Stufen ab. Der
Hauptprozessschritt findet in einem Innenhochdruckumform-Spritzguss-Werkzeug statt, wobei die Metallträgerelemente 12, 14, 16 gegebenenfalls vorgeformt werden.
Fig. 12 zeigt demgemäß das Metallträgerelement 12, welches in einem Verformwerkzeug mit drei Matrizenpaaren und zwei Biegeschwenkern erfolgt. Dabei erfolgt im Bereich 46 ein Flachdrücken mittels einer ersten Matrize, im Bereich 48 ein Flachdrücken mittels einer zweiten Matrize und im Bereich 50 ein Flachdrücken mittels einer dritten Matrize. In den Eckbereichen 52, 54 und 56 erfolgt jeweils ein Umbiegen - wie mit den Pfeilen dargestellt - im Gesenk.
Im Anschluss daran werden das Metallträgerelement 12 sowie unter anderem die Metallträgerelemente 14 und 16, sowie gegebenenfalls das Schlossblech 24 und andere Strukturteile, die vorzugsweise schon die Endkontur besitzen, in das geöffnete
Innenhochdruckumform-Spritzguss-Werkzeug eingelegt. Wie in Fig. 13 dargestellt, erfolgt dann das Schließen des Werkzeugs und jeweilige Innenhochdruckumformstempel 58, 60 an den Enden des Metallträgerelements 12 fahren in deren Öffnungen. Die Einlegeteile werden dabei auf der Schließ- bzw. Auswerferseite des Werkzeugs eingelegt. Die Innenhochdruckumformstempel 58, 60 befinden sich auf der Düsenseite. Durch den Innenhochdruck wird das Profil an die Kavitätswand gedrückt und nimmt seine finale Kontur an. Gleichzeitig werden die Einleger - insbesondere die Metallträgerelemente 14 und 16 - durch Hydroclinchen mit dem Metallträgerelement 12 formschlüssig verbunden.
Nach dem Innenhochdruckumform-Prozessschritt wird nun im gleichen Werkzeug der Kunststoff 18 eingespritzt. Nach einer Abkühlphase kann das Strukturteil bzw. der Türträger 10 aus dem Werkzeug entnommen werden. Anschließend kann eine
Wärmebehandlung des Türträgers 10 vorgenommen werden, um kostengünstig die Eigenschaften wie beispielsweise die Festigkeit oder Crashstabilität zu verbessern. Diese Wärmebehandlung kann bei etwa 200° C, und insbesondere bei etwa 205° C während eines Zeitraums von beispielsweise etwa 30 min erfolgen. Natürlich sind dabei auch andere Temperaturen oder Zeitspannen denkbar.
Anschließend werden die weiteren Bauteile - beispielsweise das optisch fertige
Außenbeplankungsteil, das Türschloss, das Innenverkleidungsteil, die Scheibe oder andere Komponenten und Baueinheiten - zu einem Türmodul montiert, oder nur mit einer zu lackierenden Außenbeplankung an die Rohkarosserie des Personenkraftwagens montiert, um gemeinsam den Rohbauprozess inklusive der kathodischen Tauchlackierung zu durchlaufen, wobei bei speziellen Aluminiumlegierungen für Bleche aber auch für stranggepresste Profile die Festigkeit und Dehnung erhöht wird.
Die Wärmebehandlung kann beispielsweise auch im Rahmen eines Lackierprozessen erfolgen, insbesondere bei der kathodischen Tauchlackierung (KTL). Dabei ist klar, dass der Kunststoff 56 entsprechend wärmestabil bzw. KTL-tauglich ausgelegt sein muss.
Geschlossene Profile können an den Enden bzw. Fügepunkten so modifiziert sein, dass sie ebenfalls durch Hydroclinchen beispielsweise über Doppelhybridverbindungsknoten und Umspritzen mit dem Metallträgerelement 12 verbunden werden können. Auch ein Fügen oder teilweises Fügen der einzelnen Metallträgerelemente 12, 14, 16 sowie des Schlossblechs 24 oder anderer Bauteile vor dem Einlegen in das Innenhochdruckumform- Spritzgusswerkzeug ist möglich. Bei der Fügung vor dem Prozess wäre z. B. ein Aufbau aus direkt miteinander verschweißten Rohren denkbar, die dann als ein Rohreinleger im Werkzeug umgeformt und umspritzt werden. Auch wären Flanschverbindungen oder Muffenverbindungen möglich. Eine teilweise Fügung wäre beispielsweise
Ineinanderschieben von Rohren vor dem Innenhochdruckumform-Prozess möglich. Im Werkzeug würde dann über Hydroclinchen und Kunststoffumspritzen eine direkte
Verbindung der Rohre entstehen.
Eine Schaumverstärkung als Energieabsorptionselement kann beispielsweise durch Einbringen eines vorgeschäumten Inserts, durch zu einem früheren Zeitpunkt
eingebrachte Inserts, die erst zu einem späteren Prozesspunkt, z. B. durch
Wärmeeinwirkung expandieren oder durch direktes lokales Ausschäumen durch pumpbare Schaumsysteme erzeugt werden. Ein derartiges Verfahren ist in Fig. 14 in einer Schnittansicht erkennbar, wobei eine Schaumdüse 62 vorgesehen ist, welche über eine Öffnung 64 im entsprechenden Strukturbauteil - beispielsweise den
Metallträgerelementen 14 oder 16 - den Schaum in das Hohlprofil einbringt. Dieses Ausschäumen durch pumpbare, gegebenenfalls selbst barrierebildende Schäume kann außerhalb oder im Innenhochdruckumform-Spritzguss-Werkzeug durchgeführt werden, indem die Schaumdüse 62 des Schaummischkopfs die Hohlstruktur durchstößt. Aus Strukturen, die im Innenhochdruckumformverfahren umgeformt werden, muss
gegebenenfalls vor dem Schaumvorgang erst die Wasseremulsion abgesaugt werden. Flächige Schaumlagen/ -bereiche können im Zweikomponenten-Spritzgießen direkt für die Außenbeplankungsteile oder die Innenverkleidungsteile angespritzt werden. Dies kann jedoch auch nachträglich durch separates Schäumen erfolgen, z.B. chemisch durch einen PUR-Schaum.
Organobleche mit Netzstrukturen, wie diese im Zusammenhang mit den
Ausführungsformen gemäß den Figuren 7 bis 10 beschrieben worden sind, können auf verschiedenste Weise mit dem jeweiligen Metallträgerelement 12, 14, 16 verbunden werden. Eine bevorzugte Variante ist die Verschraubung des jeweiligen Organoblechs mit dem mit einer Einbuchtung versehenen Metallprofil gemäß Fig. 9. Die Einbuchtung wird im Innenhochdruckumformverfahren erzeugt und die Verschraubung kann entweder ebenfalls im Innenhochdruckumformwerk stattfinden oder aber in einem nachgelagerten Prozess. Durch die Einbuchung wird eine Belastung der Schraube 42 auf Zug statt auf Scherung erreicht. Eine andere Möglichkeit, das Organoblech im
Innenhochdruckumformwerkzeug zu befestigen ist das Hydrostanznieten. Dabei wird das gegebenenfalls verstärkte (Stahlnetz oder dgl.) Organoblech mit einem gegebenenfalls speziellen, für Stahlseile 38 oder -litzen geschlitzten Hohlniet bzw. Hydrostanzniet 41 befestigt oder zwischen den zu fügenden Blechen eingeklemmt.
Die Anbindung eines oder mehrerer Stahlseile 38 kann ebenfalls durch spezielle
Hydrostanznieten 41 gemäß Fig. 10 erfolgen. Dafür werden geschlitzte Hohlnieten, durch welche Seile hindurchgeführt werden, verwendet. Die verwendeten Stahlnetzstrukturen 40 des Organoblechs können dabei eine Faserorientierung aufweisen, welche horizontal, vertikal oder bidirektional ist. Die Stahlseile können entweder als einteiliges Seil oder als mehrteilige Seile, welche gitterartig verlegt werden, eingesetzt werden. Die Stahlseilenden sind dabei entsprechend mit dem Metallträgerelement 12 durch Nippel, Schlaufen, gespreißelt oder mit Metallklammern befestigt. Eine offene Befestigung der Seilenden oder ein Eingießen in den Kunststoff 18 ist ebenfalls denkbar. Dabei können die
Stahlnetzstrukturen 40 sowohl an einem Gurt wie auch an mehreren Gurten des jeweiligen Metallträgerelements 12 befestigt werden. Gegebenenfalls kann also eine umlaufende Befestigung der Stahlnetzstruktur 40 am jeweiligen Profil des
Metallträgerelements 12 verwirklicht werden. Eine stumpfe Anbindung oder eine
Anbindung mit Erhebungen, Vertiefungen in der umschlossenen Seilstruktur oder einem umschlossenen Profil ist ebenfalls denkbar.
Insgesamt ist somit erkennbar, dass vorliegend eine Tür geschaffen werden kann, welche ein erhebliches Leichtpotential aufweist und eine vereinfachte Fertigung mit
einhergehenden Kostensenkung ermöglicht. Durch die Kombination verschiedener Werkstoffe aus Kunststoffe und Metall ist es möglich, gleichzeitig leichte und steife Bauteile herzustellen. Der gezielte Einsatz von Kunststoff spart kostenintensives
Aluminium ein. Das Innenhochdruckumformverfahren ermöglicht die Anpassung des Alumium- oder Stahlprofilquerschnitts an beliebiger Stelle je nach angestrebter Funktion (hohe Biegesteifigkeit, Torsionssteifigkeit, Fügestelle etc.). Gleichzeitig können durch Hydroclinchen und zusätzliches Umspritzen mit Kunststoffbleche befestigt werden, die zusätzlich versteifend wirken oder andere Funktionen wie z. B. die Türschlossaufnahme übernehmen. Der nach dem Innenhochdruckumformen im gleichen Werkzeug
eingespritzte Kunststoff 18 kann sowohl die Metallelemente versteifen oder als weiteres Funktionselement fungieren. Durch die große Designfreiheit des Grundstoffs können die Funktionsbereiche optimal an den Bauraum angepasst werden. Die Verwendung von Aluminium und Kunststoff erfüllt die Anforderungen an den Korrosionsschutz ohne weitere Maßnahmen.
Die Verwendung von - gegebenenfalls verstärkten (metallische Netzstrukturen) - Organoblechen offeriert zusätzliches Leichtbaupotential durch die hohe spezifische Steifigkeit von Faserverbundwerkstoff und die Möglichkeit die Faserorientierung in einem gewissen Grad belastungsgerecht anpassen zu können.
Die Ausführung der genannten Arbeitsschritte in nur einem Werkzeug reduzierten Zykluszeiten, Investitionskosten, Platzbedarf für die Anlagentechnik und durch die Einsparung von Arbeitsschritten, Nachbearbeitung und den hohen Automatisierungsgrad die Fertigungskosten. Außerdem sind das Innenhochdruckumformverfahren und das Kunststoffspritzgießen ausgereifte Fertigungsverfahren, die in einer Anlage
zusammenführbar sind. Als weiterer Vorteil ist die erhebliche Verringerung der
Herstelltoleranzen im Vergleich zu anderen Fertigungsverfahren zu nennen. In Fig. 15 ist eine zu Fig. 12 alternative Ausführung des Metallträgerelements 12 in einer Seitenansicht dargestellt, welches aus einem Strangpressprofil gebildet ist, welches über seinen Längenverlauf unterschiedliche Querschnittformen aufweist. Die unterschiedlichen Querschnittformen haben dabei aber denselben Umfang.
In den Fig. 16a, 16b und 16c sind in einer weiteren Perspektivansicht ein alternativ gestalteter Türträger 10, eine ausschnittsweise Detailansicht auf einen Schlossbereich 66 eines Türschlosses des Türträgers 10 sowie jeweilige ausschnittweise
Perspektivansichten des Profils des Metallträgerelements 12 im Schlossbereich 66 des Türschlosses des Türträgers 10 dargestellt. Dabei ist erkennbar, dass ein separates Schlossverstärkungsblech entfallen kann, indem das Metallträgerelement 12 im
Schlossbereich 66 entsprechend bearbeitet wird.
Nach dem Umspritzen mit Kunststoff 18 wird dabei gemäß Fig. 16c das Profil des Metallträgerelements 12 entsprechend verformt - beispielsweise durch IHU-Plattdrücken - und drei Bohrungen zur Türschlossbefestigung bzw. eine Ausklinkung 68 für die Drehfalle des Türschlosses eingebracht. Erkennbar in Fig. 16c ist dabei ein Bereich 70 zur Durchströmung mit der Wasseremulsion im IHU-Prozess.
In Fig. 16b sind insbesondere IHU-Anschlüsse 72 sowie Einpressbuchsen 74 erkennbar. Weiterhin erkennbar sind entsprechende Rippenstrukturen 76 für das Türschloss. Das gesamte Verfahren erfolgt dabei in einem kombinierten Innenhochdruckumform - und Spritzgießverfahren (one-shot).
Schließlich sei erwähnt, dass bei dem gemäß Fig. 12 erläuterten kombinierten
Innenhochdruckumform - und Spritzgießverfahren (one-shot) das Metallträgerelement 12 und die Metallträgerelemente 14 und 16, sowie gegebenenfalls das Schlossblech 24 und andere Strukturteile, vorzugsweise durch aktives oder passives Hydroclinchen, miteinander verbunden werden. Anschlüsse und weitere Verbindungen - beispielsweise für Schachtverstärkungen etc. können ebenfalls vorgesehen werden. Diese
Schachtverstärkungen können ebenfalls aus gegebenenfalls verstärkten Organoblechen bestehen. Dies gilt auch für die Metallträgerelemente 14 und 16.

Claims

Patentansprüche
1. Tür für einen Kraftwagen, mit einem Türträger (10) mit wenigstens einem
Metallträgerelement (12), welches zumindest partiell mit Kunststoff (18) versehen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das wenigstens eine Metallträgerelement (12) als Innenhochdruckumformteil ausgebildet ist.
2. Tür nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Türträger (10) in einem kombinierten Innenhochdruckumform - und
Spritzgießverfahren hergestellt ist.
3. Tür nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Türträger (10) außenseitig mit einem Außenbeplankungsteil und innenseitig mit einem dem Innenraum des Kraftwagens zugewandten Innenverkleidungsteil verbunden ist.
4. Tür nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens ein Metallverstärkungsteil (16) und/oder Trägerteil (14) an dem
Metallträgerelement (12) angebunden ist.
5. Tür nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass in den Kunststoff wenigstens ein Verstärkungselement und/oder Funktionsteil integriert ist.
6. Tür nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
in wenigstens einem Hohlprofil des Türträgers ein Energieabsorptionselement (34, 36), insbesondere ein Strukturschaum, angeordnet ist.
7. Tür nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
durch das Metallträgerelement (12) ein Schlossbereich (66) eines Türschlosses der Tür gebildet ist.
8. Verfahren zur Herstellung einer Tür für einen Kraftwagen, bei welchem ein Türträger (10) mit wenigstens einem Metallträgerelement (12) zumindest partiell mit Kunststoff (18) versehen wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
das wenigstens eine Metallträgerelement (12) als Innenhochdruckumformteil ausgebildet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens ein Metallverstärkungsteil (16) und/oder Trägerteil (14) an dem
Metallträgerelement (12) angebunden wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Türträger (10) nach dem kombinierten Innenhochdruckumform - und
Spritzgießverfahren einem Wärmebehandlungsverfahren unterzogen wird.
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