DE4409466A1

DE4409466A1 - Vehicle body

Info

Publication number: DE4409466A1
Application number: DE4409466A
Authority: DE
Inventors: Martin Strobel
Original assignee: STROBEL MARTIN DIPL DESIGNER
Current assignee: STROBEL MARTIN DIPL DESIGNER
Priority date: 1993-03-20
Filing date: 1994-03-19
Publication date: 1994-10-06

Abstract

Published without abstract.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugkarosserie in Schichtenverbund bauweise und das Verfahren zu ihrer Herstellung.The invention relates to a vehicle body in layers composite Construction method and method for its production.

State of the art

Selbsttragende Fahrzeugkarosserien im PKW-Bau werden heute aus umgeformten Stahlblechen in einer doppelschaligen Bauweise hergestellt, wobei die außenliegenden Blechformteile mit innenlie genden Verstärkungsteilen, die wiederum Blechformteile sind, in einer Punktschweißmontage verbunden werden. Diese selbsttra genden Karosserien des Standes der Technik beziehen ihre Festig keit größtenteils aus den Formquerschnitten der Blechformteile. Auf Verstärkungen in der Art traditioneller, aus Halbzeugen montierter Fahrgestellrahmen wird bei der selbsttragenden Blechformteilbau weise verzichtet.Self-supporting vehicle bodies in car construction are out today Formed steel sheets in a double-shell construction manufactured, wherein the outer sheet metal parts with innenlie ing reinforcing parts, which are in turn sheet metal parts, in a spot welding assembly are connected. These self-tracing The prior art bodies relate their strength Most of the form of the cross sections of the sheet metal parts. On Reinforcements in the manner of traditional, semi-finished assembled Chassis frame is the self-supporting Blechformteilbau omitted.

Die Bauweise erfordert komplexe Produktionsanlagen und einen aufwendigen Werkzeugbau. Die Entwicklung im Karosseriebau erscheint weitgehend ausgereift, so daß wesentliche Gewichtsein sparungen bei gleicher Festigkeit der Karosserie nach dem Stand der Technik nicht mehr erwartet werden dürfen. Gleichzeitig wider sprechen sich die aktuelle, ökologisch bedingte Forderung nach Leichtbau, die Forderung der Optimierung der passiven Sicherheit und die Forderung der Kostensenkung im Karosseriebau. Ein weiterer Zielkonflikt besteht zwischen Leichtbaumaßnahmen und der Beibehaltung der akustischen Eigenschaften. The construction requires complex production facilities and one elaborate toolmaking. The development in body shop appears largely mature, so that essential weight savings with the same strength of the body according to the state of Technology can no longer be expected. At the same time are the current, ecologically-based demand Lightweight construction, the requirement of optimizing passive safety and the demand of cost reduction in the body shop. On further conflict of objectives exists between lightweight construction measures and the Maintaining the acoustic properties.

Leichtbauweisen sind kaum durch eine bloße Materialsubstitution zugunsten von Leichtmetallen realisierbar, sondern erfordern ma terialgerechte Gesamtkonstruktionen. Aktuelle Leichtbaukonstruktio nen greifen auf das bekannte Prinzip des Gitterrohrrahmens zurück, das in den dreißiger Jahren durch Felice B. Anderloni realisiert wurde, wobei diese separaten, innenliegenden Tragwerke heute von stranggepreßten, verklebten Aluminiumprofilen ausgebildet werden, die entsprechend gebogen sein können, und die durch spezielle Knoten (dies sind Druckgußformteile) verbunden werden. Die beschriebene Bauweise verursacht relativ höhere Materialkosten und einen zusätzlichen Montageaufwand und erscheint somit für übliche Großserienproduktionen weniger geeignet. Daneben ist die hohe ökologische Belastung aus der Rohstoffgewinnung durch die Aluminiumanwendung nachteilig.Lightweight construction is hardly by mere material substitution in favor of light metals feasible, but require ma material-appropriate overall constructions. Current lightweight construction They use the well-known principle of a tubular frame, realized in the thirties by Felice B. Anderloni was, with these separate, internal structures today from extruded, bonded aluminum profiles are formed, which can be bent accordingly, and by special Knot (these are die-castings) are connected. The described construction causes relatively higher material costs and an additional installation effort and thus appears for usual mass production less suitable. Next to it is the high ecological burden from the extraction of raw materials by the Aluminum application disadvantageous.

Für Fahrzeugkomponenten werden vereinzelt Schichtenverbundbau weisen in Sandwichkonstruktion vorgeschlagen, so in DE 32 15 616, in DE 38 37 231, in DE 29 34 430 und in der Offenlegungsschrift P 2129049. Alle vorgenannten Verfahren bedürfen zusätzlicher Ferti gungsschritte und stellen insofern eine produktionstechnische Kom plizierung dar, während das erfindungsgemäße Verfahren vorsieht, daß beim Fügen im gleichen Produktionsschritt komplexe Gefüge in Schichtenverbundbauweise entstehen.Occasionally, composite layers are used for vehicle components suggested in sandwich construction, so in DE 32 15 616, in DE 38 37 231, in DE 29 34 430 and in the published patent application P 2129049. All of the above methods require additional fertilization tion steps and thus represent a production engineering com plication, while the method according to the invention provides that when joining in the same production step complex structure in Layer composite construction arise.

Die Erfindung stellt sich demnach die Aufgabe, eine selbsttragende Karosseriebauweise vorzuschlagen, die wesentlich leichtere Fahr zeuge bei gleicher Festigkeit ermöglicht, dabei produktionstechnisch einfach und somit kostengünstig ist.The invention thus has the task of a self-supporting To propose body construction, the much lighter driving allows for the same strength, and in terms of production technology simple and therefore inexpensive.

description

Die Erfindung macht sich die Eigenschaften eines neuen Verbund werkstoffes zunutze (P 44 01 968.8). Der Verbundwerkstoff besteht zunächst aus einem Trägermaterial, d. h. einem Blech, das mit einer Kunststoffbeschichtung versehen ist, die durch die Beimengung geeigneter thermischer Treibmittel so ausgeführt ist, daß sie auf schäumt, sobald das Material erwärmt wird. Dadurch wird eine Hart schaumschicht ausgebildet, die das Material versteift. Das Trägerma terial bleibt umformbar, so daß sich mit dem Verbundwerkstoff Form teile in Schichtenverbundbauweise in einem Arbeitsgang herstellen lassen. Die aufschäumende Kunststoffbeschichtung dient auch zu Klebemontagen. Die Ausbildung einer verdichteten Oberfläche der Hartschaumschicht in der Art einer geschlossenporigen Integral schaumschicht wird ermöglicht, indem in gekühlten Werkzeugen aufgeschäumt wird, und die Schaumschicht die Werkzeugkontur abformt.The invention takes on the characteristics of a new composite material (P 44 01 968.8). The composite material exists first of a carrier material, d. H. a sheet that with a Plastic coating is provided by the admixture suitable thermal blowing agent is designed so that foams as soon as the material is heated. This will be a hard one foam layer formed, which stiffens the material. The carrier ma material remains deformable, so that with the composite material form Produce parts in layers in one operation to let. The foaming plastic coating is also used Adhesive assembly. The formation of a compacted surface of Hard foam layer in the manner of a closed-pore integral Foam layer is made possible by using refrigerated tools is foamed, and the foam layer the tool contour abformt.

Die Anwendung dieses Werkstoffes im Karosseriebau, die sich dadurch ergebenden Verfahren und diverse Füge- und Verbindungs techniken werden im folgenden an Hand von Zeichnungen erläutert. Es zeigtThe application of this material in body construction, which itself resulting method and various joining and connection Techniques are explained below with reference to drawings. It shows

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Rohkarosserie eines PKWs, Fig. 1 is a side view of a body shell of a car,

Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch den Vorderwagen, Fig. 2 shows a schematic section through the front end,

Fig. 3 eine Fahrzeugtür in zwei Ansichten. Fig. 3 is a vehicle door in two views.

Die Herstellung der Rohkarosserie (1) in Verbundbauweise, die in Fig. 1 dargestellt ist, kann in unterschiedlich komplexer Weise von der herkömmlichen selbsttragenden Karosseriebauweise abweichen. Im allgemeinem ist die Rohkarosserie (1) in einer selbsttragenden doppelschaligen Formteilbauweise aus Formteilen in Verbundbau weise zusammengefügt - durchaus analog zur konventionellen Bauweise aus verschweißten Stahlblechen. Die Anwendung des Verbundwerkstoffes bedingt allerdings Änderungen in der Dimensio nierung der Formteile und der Materialdicken, in der Ausführung der Querschnitte und in der Produktionstechnik.The manufacture of the composite body shell ( 1 ), which is shown in Fig. 1, may differ from the conventional self-supporting body construction in different complex ways. In general, the body shell ( 1 ) in a self-supporting double-shell molding construction of molded parts in composite construction joined together - quite analogous to the conventional construction of welded steel sheets. However, the application of the composite material requires changes in the dimensioning of the molded parts and the material thicknesses, in the design of the cross sections and in production technology.

Die Karosserie weist Bereiche mit einseitiger Hinterschäumung der Bleche mit einer Integralschaumdeckschicht auf, also in Schichten verbund- oder Hybridbauweise, und solche mit doppelseitigen metallischen Deckschichten in der sogenannten Sandwichbauweise.The body has areas with one-sided foam backing the Sheets with an integral foam topcoat, ie in layers composite or hybrid construction, and those with double-sided metallic cover layers in the so-called sandwich construction.

Verbundbauweisen in Sandwichbauart, bei der leichte Kernschichten zwischen zugfesteren Deckschichten angeordnet sind, nutzen den Umstand, daß in einer belasteten Platte an der Oberseite Zugkräfte und an der Unterseite Druckkräfte auftreten, die Mittelschicht jedoch nur relativ geringe Schubkräfte aufnehmen muß. Die größere Materialdicke fließt in die Festigkeitsrechnung mit ein - sie bewirkt neben der sehr wesentlichen Erhöhung der Biegesteifigkeit auch die Erhöhung der Biegefestigkeit. Formteile in Sandwichbauweise sind daher meist relativ flächige Teile, und Sandwichbauweisen ent sprechen im allgemeinem eher einer selbsttragenden Tafelbauweise als einer Rahmen- oder Skelettbauweise. Für den Karosseriebau heißt das, daß im Gegensatz zur konventionellen Bauweise, bei der die Festigkeit der Karosserie aus der Biegefestigkeit von Quer schnitten der doppelschalig ausgebildeten Hohlkörper abgeleitet wird (insofern vergleichbar einer Rahmenbauweise), weniger doppel schalige Verstärkungsteile benötigt werden. Im Regelfall wird die Festigkeit des Verbundwerkstoffs, der aufgeschäumt aus einer Blechschicht, die von einer Integralschaumschicht unterfüttert ist, besteht, in vielen Karosseriebereichen, in denen sonst doppelschalig unterfüttert wird, ausreichend sein. Formteile aus dem Verbund werkstoff, die der Ausbildung der tragenden Struktur dienen, brauchen wesentlich weniger stark umgeformt, also z. B. versickt oder verprägt, sein als sonst innenliegende Verstärkungsteile aus Blech formteilen und können geringer dimensioniert werden.Composite construction in sandwich construction, with the light core layers are arranged between higher tensile cover layers, use the The fact that in a loaded plate at the top tensile forces and at the bottom pressure forces occur, however, the middle class only has to absorb relatively low shear forces. The bigger one Material thickness flows into the strength calculation - it causes in addition to the very significant increase in flexural rigidity also the Increase in bending strength. Moldings in sandwich construction are therefore usually relatively flat parts, and sandwich construction ent speak in general more of a self-supporting panel construction as a frame or skeleton construction method. For the body shop This means that, in contrast to the conventional construction, in the the strength of the body from the transverse bending strength cut the double-shelled hollow body is derived (comparable in this respect a frame construction), less double schalige reinforcing parts are needed. As a rule, the Strength of the composite, the foamed from a Sheet metal layer, which is lined by an integral foam layer, exists, in many body areas, where otherwise double-shelled is relined, be sufficient. Moldings from the composite material used to form the supporting structure, need considerably less reshaped, so z. B. spiked or embossed, be as otherwise internal reinforcing parts made of sheet metal molding and can be dimensioned smaller.

Natürlich wird auch das Trägermaterial des Verbundwerkstoffs bei gleichen Beanspruchungen dünner dimensioniert werden können. Der asymmetrische Aufbau des Schichtenverbundes mit einer ein seitigen, verdichteten Integralschaumdeckschicht entspricht als ein tragendes, leichtes Konstruktionsmaterial in seiner Struktur sehr gut den Belastungen im Fahrzeugbau. Das fertigungstechnisch bedingte Dimensionierungsproblem der zwei Deckschichten bei der bekannten Sandwichbauweise, die eine Mindestdicke nicht unter schreiten können, wird umgangen. Für eine ideale Sandwichkon struktion, die den Beanspruchungen im PKW-Bau entspräche, müßten andernfalls unrealistisch dünne Blechdeckschichten verwen det werden, so bei Stahlblech von ca. einem Zehntel der derzeit verwendeten Blechdicken. Der negative Nebeneffekt der Beul empfindlichkeit solcher theoretischen Sandwiches mit sehr dünnen Deckhäuten kann durch einseitige Hinterschäumung mit einer integralen Kunststoffbeschichtung vermieden werden, und es entfällt der produktionstechnische Aufwand der Herstellung zweier Blech formteile. Die Korrosionsgefahr, das heißt die Gefahr des Durch rostens bis zur Kernlage, wird gegenüber sehr dünnen Deckhäuten gemindert. Für Formteile mit gewölbten Flächen reicht bei vielen Dimensionierungen die Membransteifigkeit der festgelagerten Form teile ohnehin aus, so daß Sandwichformteile mit doppelten Deck schichten jenseits einer kritischen Grenze, die in der konkreten Bauteilgeometrie begründet ist, keine Gewichtsvorteile aufweisen würden, zumal unter der Berücksichtigung der fertigungstechnischen Restriktionen. Die einseitige Hinterschäumung kann modellhaft mit der Struktur eines T-Profilträgers verglichen werden, versus eines Doppel-T-Profils, wobei die Zugkräfte an der konvexen Schalen außenseite, also dem Blech, angreifen. Die Bauteilsteifigkeit setzt sich bekanntlich mit bauteilabhängiger Gewichtung zusammen aus dem Biegeanteil (relevant: Materialdicke³) und dem Membrananteil (relevant: Wölbhöhe² × Materialdicke). Die Membransteifigkeit von Formteilen wird also im Fall der asymmetrischen Schichtenverbund bauweise durch Stärkung des Biegeanteiles unterstützt, und damit natürlich auch die in vielen Strukturbereichen ausschlaggebende Durchschlagsteifigkeit des gewölbten Bauteiles. Die verdichtete Kunststoffoberfläche kann in einem geringeren Maße als das Blech ebenfalls Zug- bzw. Druckkräfte aufnehmen.Of course, the carrier material of the composite material can be dimensioned thinner under the same stresses. The asymmetric structure of the layer composite with a one-sided, compacted integral foam top layer corresponds as a load-bearing, lightweight construction material in its structure very well to the stresses in vehicle construction. The production-related dimensioning problem of the two cover layers in the known sandwich construction, which can not go below a minimum thickness is bypassed. For an ideal Sandwichkon construction, which would correspond to the stresses in car construction, would otherwise unrealistic thin sheet metal layers verwen be used, so in steel sheet of about one-tenth of the currently used sheet thicknesses. The negative side effect of Beul sensitivity of such theoretical sandwiches with very thin skins can be avoided by one-sided backfoaming with an integral plastic coating, and it eliminates the production technical effort of producing two sheet metal moldings. The risk of corrosion, ie the risk of rusting through to the core layer, is reduced compared to very thin covering skins. For molded parts with curved surfaces sufficient in many dimensions, the membrane stiffness of festgelagerten mold parts anyway, so that sandwich moldings with double deck layers beyond a critical limit, which is based on the concrete component geometry, would have no weight advantages, especially taking into account the manufacturing restrictions , The one-sided foam backing can be modeled compared with the structure of a T-profile beam, versus a double-T profile, the tensile forces on the convex outer shell, so attack the sheet. The component stiffness is known to be associated with component-dependent weighting of the bending component (relevant: material thickness ³ ) and the membrane portion (relevant: buckling height ² × material thickness). The membrane stiffness of molded parts is therefore supported in the case of asymmetric layer composite construction by strengthening the bending component, and thus of course the decisive in many structural areas breakdown stiffness of the curved component. The compacted plastic surface can also absorb tensile or compressive forces to a lesser extent than the sheet.

Diese Werkstoffgestaltung hat wegen der größeren Gesamtma terialdicken und der höheren Steifigkeit positiven Effekt auf das plastische Arbeitsvermögen relativ zu Stahlblechschalen gleichen Gewichts, womit sich die Möglichkeit zur Gewichtsoptimierung auch bei Strukturen ergibt, die für die Absorption kinetischer Energie aus gelegt werden müssen. Entsprechendes gilt auch für die elastische Energieaufnahmefähigkeit.This material design has because of the larger Gesamtma terialdicken and the higher stiffness positive effect on the equal plastic working capacity relative to sheet steel shells Weight, bringing with it the possibility for weight optimization too in structures resulting from the absorption of kinetic energy must be laid. The same applies to the elastic Energy absorption capability.

Der PKW-Aufbau ist weniger festigkeitskritisch als vielmehr steifigkeitskritisch. Sehr wichtig ist ein schubfester, steifer Seiten rahmen einbezüglich der Schweller. Der Beitrag der Dach- und Bodenflächen zur Torsionssteifigkeit ist vergleichsweise nur gering. The car body is less critical to strength than rather stiffness critical. Very important is a shear resistant, stiff sides frame including the sills. The contribution of roof and roof Floor areas for torsional stiffness is comparatively low.

Prinzipiell sind Dach- und Bodenblech im Gesamtverbund weniger dynamisch belastet, obwohl für die gesamte Bodengruppe natürlich aus Sicherheitsanforderungen heraus eine Erhöhung der Bauteil steifigkeit angestrebt wird. Außerdem ist konstruktiv zu berück sichtigen, daß Probleme aus Festigkeitsanforderungen am ehesten im Bereich von Fügestellen und Krafteinleitungen auftreten.In principle, roof and floor panels in the overall composite are less charged dynamically, although of course for the entire bottom group for safety reasons an increase in the component stiffness is sought. In addition, constructive to berück Consider that problems from strength requirements most likely occur in the area of joints and force discharges.

Der Verbundwerkstoff kann auf der Basis eines Stahl- oder eines Aluminiumbleches als Trägermaterial ausgeführt werden. Für die Wahl eines Stahlbleches spricht neben den niedrigeren Material kosten auch der Umstand, daß sich die Wärme, die zum Aufschäu men der Kunststoffbeschichtung benötigt wird (das sind je nach Beschichtung nur 140°-200°), durch elektromagnetische Induktion in dem Trägermaterial selbst bilden läßt. Dieses Verfahren zur Erwärm ung der Bleche hat einen niedrigen Energiebedarf und erwärmt auch komplexe Strukturen homogen. Für die Verwendung von Aluminium spricht eine weitgehendere Gewichtsoptimierung. Die Anwendung des Verbundwerkstoffes begünstigt überdies verklebte und mecha nische Montagen, ein Vorteil vor allem für Aluminiumbleche, die beim Schweißen sonst stark verziehen und deren Schweißnahtfestigkeit nur gering ist, so daß das vorgestellte Verfahren auch viele Probleme löst, die sich sonst bei Aluminiumkonstruktionen ergeben und der Verwendung dieses Materials entgegenstehen. Auch der Umstand, daß Alubleche bei vergleichbaren Festigkeiten weniger gut "stehen" als Stahlbleche, wird durch die Kunststoffunterfütterung ausge glichen.The composite material can be based on a steel or a Aluminum sheets are carried out as a carrier material. For the Choice of a steel sheet speaks next to the lower material cost also the fact that the heat, the Aufschäu the plastic coating is needed (depending on Coating only 140 ° -200 °), by electromagnetic induction in form the carrier material itself. This method of heating The sheet metal has a low energy requirement and also heats up complex structures homogeneous. For the use of aluminum speaks a more extensive weight optimization. The application the composite also favors bonded and mecha niche montages, an advantage especially for aluminum sheets used in Welding otherwise warp and their weld strength is low, so that the presented method also many problems solves that otherwise result in aluminum structures and the Oppose use of this material. Also, the circumstance that aluminum sheets "stand" less well at comparable strengths as steel sheets, is characterized by the plastic lining equalized.

Der Verbundwerkstoff kann der jeweiligen lokalen Belastung durch die Ausführung der Kunststoffbeschichtung angepaßt werden, die z. B. unterschiedlich hoch aufschäumen kann, bei dem Aufschäumen in vorgegebenen Hohlräumen somit unterschiedlich verdichtet wird, oder die auch aus unterschiedlich schubfesten bzw. temperaturbe ständigen Kunststoffen bestehen kann. Als Kunststoffbeschichtungen sollten im Hinblick auf ein späteres Recycling, bei dem das metal lische Trägermaterial der stofflichen Wiederverwertung zugeführt werden wird bei gleichzeitiger thermischer Verwertung der Kunst stofffraktion als Energieträger für den Schmelzprozeß, schadstoffarm verbrennende, chlorfreie Thermoplaste verwendet werden. Für den Eintrag an Luftschadstoffen durch die Verbrennung von Kunststoffen sind hauptsächlich die vermeidbare Verwendung von Chlor, Fluor und Schwermetallen bei bestimmten Kunststoffsorten verantwortlich. Beim Verbrennen von chlorierten Kunststoffen wie z. B. Polyvinyl chlorid (PVC) entstehen Säuren: Chlorwasserstoff, Fluorwasserstoff, außerdem polychlorierte Dibenzodioxine (PCDD) und polychlorierte Dibenzofurane (PCDF). Auch Polycarbonat (PC), das durch Poly kondensation von Phosgen mit Dioxydiphenyl-Propan (Dian) hergestellt wird, sollte wegen des Gefährdungspotentials der Technologie vermieden werden, obwohl PC+ABS-Blends sonst als geeignet erscheinen.The composite material can be adapted to the respective local load the design of the plastic coating to be adapted, the z. B. can foam differently high, in the foaming is thus densified differently in predetermined cavities, or also from different shear resistant or temperaturbe permanent plastics. As plastic coatings with a view to later recycling, in which the metal Lische carrier material recycled material will be with simultaneous thermal utilization of the art substance fraction as an energy source for the melting process, low in pollutants burning, chlorine-free thermoplastics are used. For the Entry of air pollutants by the combustion of plastics are mainly the avoidable use of chlorine, fluorine and heavy metals are responsible for certain types of plastics. When burning chlorinated plastics such. B. polyvinyl Chloride (PVC) produces acids: hydrogen chloride, hydrogen fluoride, also polychlorinated dibenzodioxins (PCDDs) and polychlorinated ones Dibenzofurans (PCDF). Also polycarbonate (PC), which by poly condensation of phosgene with dioxydiphenyl-propane (Dian) should be produced because of the hazard potential of the Technology can be avoided, although PC + ABS blends otherwise than appear appropriate.

Es haben sich eher zähelastische im Gegensatz zu sprödharten Schäumen bei Sandwichbauweisen als zeitstandfest und technisch geeignet erwiesen. Bevorzugt anwendbar sind demnach sogenannte technische Thermoplaste mit sehr guten thermischen Materialeigen schaften, oder Polyolefine, die zudem einen beträchtlichen Kosten vorteil und einen niedrigen Ressourcenverbrauch aufweisen. Poly propylen (PP), u. U. auch in einem Blend mit Polyethylen-High Density (PE-HD), ist für die meisten Anwendungsbereiche ausreich end wärmestandfest und kälteschlagzäh. Diese Kunststoffe basieren wie auch Polystyrol (PS) ausschließlich auf Kohlen- und Wasserstoff. Bei der Verbrennung von PP entstehen nur geringe Schadstoffbe lastungen; bezogen auf 1 kg: 0,05 g Partikel; 1,3 g CO; 5,2 g NO_x; 0,36 g SO₂. Bei den Mengenkunststoffen bestehen allein für PE- und PP-Monomere keinerlei MAK-Werte. Auch energetisch sind PE und PP im Hinblick auf ein Recycling des Verbundwerkstoffes gut geeig net; von der insgesamt verbrauchten Produktionsenergie lassen sich hier 62% bzw. 60% durch thermische Nutzung rückgewinnen; bei PVC sind es beispielsweise nur 34%. Polyolefine sind darüber hinaus auch für ein monomeres Recycling geeignet.Tough and elastic, as opposed to brittle foams, have proven to be time-stable and technically suitable in sandwich construction. Accordingly, so-called engineering thermoplastics with very good thermal material properties, or polyolefins, which also have a considerable cost advantage and a low consumption of resources, are preferably applicable. Poly propylene (PP), u. Also in a blend with polyethylene high density (PE-HD), is sufficient for most applications heat resistant and cold impact resistant. As with polystyrene (PS), these plastics are based exclusively on carbon and hydrogen. The combustion of PP causes only low pollutant loads; based on 1 kg: 0.05 g of particles; 1.3 g CO; 5.2 g of NO _x ; 0.36 g SO ₂ . In the case of bulk plastics, there are no MAK values for PE and PP monomers alone. Also in terms of energy, PE and PP are well suited for recycling the composite material; Of the total production energy consumed, 62% and 60%, respectively, can be recovered through thermal utilization; For example, in PVC it is only 34%. Polyolefins are also suitable for monomeric recycling.

Auch die Styrolcopolymerisate, die jedoch gegenüber PP keine Kostenvorteile versprechen und bei der Verbrennung höhere Luft schadstoffemissionen freisetzen, erscheinen kunststofftechnisch ge eignet, ebenso Polyamide (PA). The styrene copolymers, however, no PP compared to PP Cost advantages promise and higher air combustion Release pollutant emissions appear plastic engineering ge as well as polyamides (PA).

Daneben steht für technisch anspruchsvollere Anforderungen Polyphenyloxid (PPO bzw. PPE), unter Umständen auch in einer Copolymerisation mit PS, zur Verfügung. Die hochtemperaturbestän digen Thermoplaste Polyetherimid (PEI), Polyethersulfon (PES) und Polyimid (PI) werden als Hartschäume für Sandwichkernlagen im Flugzeugbau angewendet, sind jedoch bei der derzeitigen Kosten situation für den PKW-Bau irrelevant, obwohl technisch gut geeignet.In addition stands for technically more demanding requirements Polyphenyloxide (PPO or PPE), possibly in one Copolymerization with PS available. The high temperature resistant Thermoplastic polyetherimide (PEI), polyethersulfone (PES) and Polyimide (PI) are used as rigid foams for sandwich core layers in the However, aircraft are applied at the current cost Situation for the car construction irrelevant, although technically well suited.

Als thermische Treibmittel sind chemische Treibmittel (im Gegen satz zu sogenannten physikalischen Treibmitteln, wie den Alkanen Pentan bis Heptan) einsetzbar. Chemische Treibmittel, z. B. Stick stoff-Nitrosoverbindungen oder Azodicarbonamid, zerfallen exotherm bei höheren Temperaturen unter Bildung inerter Gase und nichttoxi scher Rückstände.As thermal blowing agents are chemical blowing agents (in the counter set to so-called physical blowing agents, such as the alkanes Pentane to heptane). Chemical blowing agents, eg. B. stick Substance nitroso compounds or azodicarbonamide decompose exothermically at higher temperatures, forming inert gases and non-oxides shear residues.

Als Kunststoffadditive werden Brandschutzausrüstungen und ggf. Antioxdantien benötigt. Antimon- und bromhaltige Flammschutzmittel sind hier durch Aluminiumverbindungen substituierbar, um Schwer metallbelastungen zu vermeiden. Dies hat den zusätzlichen Nutzen, daß das Aluminium bei dem metallurgischen Recycling in die Legierung eingeht, und daß eine elektrische Leitfähigkeit der verdichteten Kunststoffoberflächen hergestellt werden kann, wozu auch Aluminiumpulver oder Aluminiumoxid der Kunststoffbeschich tung beimischbar sind. Diese Leitfähigkeit ist für elektrostatische Lackierverfahren, z. B. für die Grundierung, nutzbar. Es bieten sich also Aluminiumhydroxid als Flammschutzmittel an, oder auch Al- Mikrofasern, die gleichzeitig eine mechanische Verstärkung des Hart schaumes bewirken können, z. B. NaAl(OH)₃CO₃.As plastic additives fire protection equipment and possibly Antioxdantien needed. Antimony and bromine-containing flame retardants are here substituted by aluminum compounds to avoid heavy metal burdens. This has the additional benefit that the aluminum is incorporated in the metallurgical recycling in the alloy, and that an electrical conductivity of the compacted plastic surfaces can be made, including aluminum powder or alumina Kunststoffbeschich the device are admixed. This conductivity is for electrostatic painting, z. B. for the primer, usable. It therefore offer aluminum hydroxide as a flame retardant, or Al-microfibers, which can simultaneously cause mechanical reinforcement of the hard foam, z. B. NaAl (OH) ₃ CO ₃ .

Bei der Dimensionierung des Trägermaterials kann eine Blechdicke von 0,2 mm als untere fertigungstechnische Grenze angenommen werden, wobei bei einem Vergleich von Stahlblech zu Aluminium blech eine ungefähr dreifache Dicke des Al-Bleches für vergleich bare Festigkeiten notwendig ist. Der aufgeschäumte Schichtenver bundwerkstoff wird Dicken von ca. 6 bis 12 mm erreichen. Diese Materialdimensionierung erscheint einerseits für Anwendungen im PKW vom Raumbedarf her unproblematisch und verspricht anderer seits bei dem hier eher niedrigen Verhältnis von Belastung zur Bau teilabmessung gute Tragfähigkeiten. In Bereichen, in denen Sand wiches mit doppellagigen metallischen Deckschichten ausgebildet werden, kann dicker dimensioniert werden. Um zu einer Integral schaumdeckhaut verdichtet zu werden, muß die Kunststoffbe schichtung entsprechend stärker aufschäumen. Bei einem Faktor von 12 von kompaktem Kunststoff zu Hartschaum (also z. B. Raumge wicht 0,9 zu Raumgewicht 0,075 g/mm³) ist ein freies Aufschäumen von ca. 25 mm erforderlich. Daraus ergibt sich ein Materialaufbau von minimal 0,2 mm Blech + maximal 2 mm Kunststoff für das Aus gangsmaterial. Dieses Material kann kalt umformbar sein; ebenso ist die Möglichkeit einer Temperierung auf unterhalb der Aufschäum temperatur vor dem Umformen zu überprüfen.When dimensioning the substrate, a sheet thickness of 0.2 mm can be assumed as the lower manufacturing limit, with a comparison of sheet steel to aluminum sheet is about three times the thickness of the Al sheet for comparable strengths is necessary. The foamed Schichtver composite material will reach thicknesses of about 6 to 12 mm. On the one hand, this material dimensioning appears unproblematic for applications in passenger cars due to their space requirements and, on the other hand, promises good load-bearing capacities at the rather low load-to-construction ratio. In areas where sand wiches are formed with two-ply metallic cover layers, thicker dimensions can be achieved. In order to be compacted to a Integral foam cover skin, the Kunststoffbe coating must foam more correspondingly. At a factor of 12 from compact plastic to hard foam (ie, for example, weight 0.9 to density of 0.075 g / mm ³ ), a free foaming of about 25 mm is required. This results in a material structure of a minimum of 0.2 mm sheet + a maximum of 2 mm plastic for the starting material. This material can be cold formable; Similarly, the possibility of a temperature to below the foaming temperature before forming to check.

Die Rohkarosserie (1), die in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, wird von diversen Formteilen ausgebildet, die mit den Seiten der Kunst stoffbeschichtung gegeneinander liegen, so daß die außenliegenden Formteile zum Fahrzeuginneren hin aufschäumen und die innen liegenden Formteile nach außen hin. An den Auflageflächen der Formteile verdichten die aufschäumenden Kunststoffbeschichtungen und bewirken eine Verklebung, wobei die Treibgase in die übrige Schaumstoffschicht entweichen. Dadurch wird ein inhomogener Dich teverlauf der Schaumstoffschicht erreicht, dergestalt, daß an den Partien, die dem Trägermaterial am nächsten liegen, eine höher verdichtete Schaumschicht ausgebildet wird. Genauso wird eine Verklebung und eine Verdichtung auch an Einlegeteilen erfolgen. Die flächige Verbindung der Schaumschicht mit der Deckschicht ist hochbelastbar, weil der Schaum, der aus der Beschichtung heraus aufgeschäumt wird, auch im Verbindungsbereich höher verdichtet ist, als im weniger beanspruchten Kernbereich.The body shell ( 1 ), which is shown schematically in Fig. 1, is formed of various moldings, the material coating with the sides of the art against each other, so that the outer moldings foam towards the vehicle interior and the internal moldings to the outside. At the bearing surfaces of the molded parts compress the foaming plastic coatings and cause a bond, wherein the propellant gases escape into the rest of the foam layer. As a result, an inhomogeneous teverlauf the foam layer is achieved, such that at the lots, which are closest to the substrate, a higher-density foam layer is formed. In the same way, bonding and compaction will also take place on inserts. The planar connection of the foam layer with the cover layer is highly resilient because the foam, which is foamed out of the coating, is also higher compressed in the connection area, as in the less stressed core area.

Dort, wo die Formteile Hohlkörper ausbilden, verschmelzen die Hart schaumschichten miteinander und verfüllen somit die Hohlräume.Where the moldings form hollow bodies, the Hart merge Foam layers together and thus fill the cavities.

Genauso können die aufschäumenden Kunststoffbeschichtungen mit vorgeformten Einlegeteilen aus Hartschaum verkleben, die in die Hohlräume eingelegt werden. Diese Inlets werden kostengünstig und umweltgerecht im Partikelschaumverfahren mittels physikalischer Treibmittel hergestellt, die nicht ozonreaktiv sind. Austretende Alkane können hierbei zur Erzeugung der Prozeßwärme verbrannt werden.Likewise, the foaming plastic coatings Bond with preformed inserts made of hard foam, which in the Cavities are inserted. These inlets will be cost effective and environmentally sound in the particle foam process by means of physical Propellant produced, which are not ozone-reactive. Leaking alkanes can be burned here to generate the process heat.

Die Formteile aus dem umgeformten Trägermaterial werden in ein Werkzeug eingelegt, das der Fixierung der Formteile beim Auf schäumen dient. In Bereichen, in denen sich keine verstärkenden inneren Formteile befinden, werden die Schaumschichten als Integralschaumschichten ausgebildet, indem die aufschäumenden Kunststoffbeschichtungen die Kontur dieses Werkzeuges abformen. Das Werkzeug wird in den Bereichen, die der Ausbildung der Integralschaumschicht mit einer geschlossenporigen, lackierfähigen Oberfläche dienen, gezielt auf unterhalb 50° Celcius gekühlt. Gleich zeitig wird das Werkzeug an der gegenüberliegenden, äußeren Seite, also der anderen Werkzeughälfte, beheizt, um das Aufschäumen der Kunststoffbeschichtung auszulösen, bzw. die Prozeßwärme wird elektromagnetisch in dem Trägermaterial durch hochfrequente Wechselfelder induziert. Der Temperaturausgleich kann nach jedem Montagevorgang abgebaut werden, indem die Werkzeughälften auseinandergefahren und vor dem Einlegen der Formteile wieder entsprechend temperiert werden. Das Einlegen der Formteile kann auch durch Vorrichtungen oder Roboter erfolgen, wobei die Formteile zunächst in den inneren, gekühlten Werkzeugteil eingelegt werden. Der innere Freiraum, den die Rohkarosserie (1) bietet, ist geräumig genug für einen Kernzug dieses Werkzeuges. Außerdem ist die Bodengruppe nachträglich montierbar, so daß die vormontierte Roh karosserie (1) nach oben vom Werkzeug abgehoben werden kann.The molded parts from the formed carrier material are placed in a tool that serves to fix the moldings when foaming. In areas where there are no reinforcing inner moldings, the foam layers are formed as Integralschaumschichten by the foaming plastic coatings form the contour of this tool. The tool is specifically cooled to below 50 ° Celsius in the areas that serve to form the integral foam layer with a closed-pore, paintable surface. At the same time, the tool on the opposite outer side, ie the other mold half, heated to cause the foaming of the plastic coating, or the process heat is induced electromagnetically in the substrate by high-frequency alternating fields. The temperature compensation can be reduced after each assembly process by the tool halves are moved apart and tempered again before inserting the moldings. The insertion of the moldings can also be done by devices or robots, wherein the moldings are first inserted into the inner, cooled tool part. The inner space offered by the body shell ( 1 ) is spacious enough for a core pull of this tool. In addition, the bottom group is retrofitted, so that the preassembled raw body ( 1 ) can be lifted upwards from the tool.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das gesamte Werkzeug in einem Ofen oder einer Wärmekammer in der Art eines Umluftofens zu erwärmen, während gleichzeitig die Werkzeuginnenflächen dort, wo Integralschaumschichten ausgebildet werden sollen, gekühlt wird. Das Werkzeug läßt sich darüber hinaus durch eingebrachte Heiz spiralen gezielt lokal erwärmen. Dies kann notwendig sein, um etwa Kastenholme in der Nähe von gekühlten Integralschaumflächen auszuschäumen. Another option is to put the entire tool in an oven or a heat chamber in the manner of a convection oven to heat while at the same time the tool inner surfaces there, where integral foam layers are to be formed, is cooled. The tool can also be introduced by heating to heat spirals locally. This may be necessary to order Box spars near cooled integral foam surfaces auszuschäumen.

In beiden Fällen müssen die austretenden Treibgase abgeführt und entsorgt werden. Da in geschlossenen Systemen aufgeschäumt wird, ist dies ohne weitere Probleme möglich.In both cases, the exiting propellant gases must be removed and be disposed of. Because it is foamed in closed systems, this is possible without further problems.

Auf die beschriebene Weise werden auch die vormontierten Bau gruppen miteinander verbunden. Die einfachste Möglichkeit, ein Formteil aus dem Verbundwerkstoff herzustellen, ist, direkt nach dem Umformen im Umformwerkzeug aufzuschäumen. Dazu wird das Ge senkwerkzeug um die spätere Materialstärke auseinandergefahren und das Trägermaterial erwärmt, so daß die aufschäumende Kunst stoffbeschichtung die Werkzeugkontur abformt. Auch so vorge fertigte Verbundbauteile sind natürlich für die oben beschriebene weitere Montage geeignet.In the manner described are also the pre-assembled construction groups connected with each other. The easiest way, one To produce molded part from the composite material, is directly after the Foaming forming in the forming tool. The Ge Countersinked diverge around the later material thickness and the support material is heated so that the foaming art Fabric coating the tool contour shapes. Even so manufactured composite components are of course for the above-described suitable for further assembly.

Die innenliegenden Verstärkungsteile müssen nicht in jedem Fall aus dem Verbundwerkstoff bestehen; es können auch übliche Blech formteile verwendet werden, die mit der Kunststoffbeschichtung verklebt werden. Genauso ist die Einbringung konventioneller ver schweißter Strukturen aus Blechen in den Verbund der erfindungs gemäßen Karosserie möglich. Voraussichtlich werden lediglich zwei Montagestationen (also Öfen bzw. beheizte Werkzeuge) der beschriebenen Art notwendig sein, um die Karosserie aus umge formten Teilen "zusammen zu backen", die in diese Werkzeuge eingelegt werden.The internal reinforcement parts do not necessarily have to be out consist of the composite material; it can also be usual sheet metal molded parts are used with the plastic coating be glued. Similarly, the introduction of conventional ver welded structures made of sheets in the composite of the Invention appropriate body possible. Only two are expected Assembly stations (ie ovens or heated tools) the described manner be necessary to the body from vice shaped parts "to bake together" in these tools be inserted.

Als eine mögliche vorgefertigte Baugruppe ist in Fig. 1 der Seiten rahmen (2) dargestellt, der die Türrahmen, d. h. die Türanschläge, ausbildet, und der in der Zeichnung durch eine Punktrasterung gekennzeichnet ist. Dieser Seitenrahmen (2) kann aus dem Verbund werkstoff bestehen oder einer konventionellen Blechschalenstruktur. Alternativ hierzu wird der Seitenrahmen (2) in einer bevorzugten Ausführung als ein Leichtmetallformteil in Aluminiumdruckguß aus gebildet, wobei der Fensterholm der A-Säule diesem Formteil angeformt ist. Das Formteil wird bei einer entsprechenden Auslegung der Karosseriestruktur somit eine tragende Funktion erfüllen, analog zu einer innenliegenden Gitterrohrrahmenkonstruktion, nur daß in diesem Fall Teile der Außenfläche des Fahrzeugs durch den Seiten rahmen (2) mit ausgebildet werden. Der Seitenrahmen (2) ist damit Bestandteil einer belastbaren Fahrgastzelle, wobei die angestrebte Schubfestigkeit des Seitenrahmens durch die Auslegung als Alumi niumformteil unterstützt wird. Das Formteil kann den Belastungen entsprechend lokal verstärkt, z. B. verrippt, sein, etwa im Übergangs bereich von A-Säule ins Dach und im Bereich des vorderen Türan schlages. Zur Ausbildung eines geschlossenen Biegequerschnittes kann ein dünnwandiges Rohr oder Profil als Einlegeteil eingebracht werden. Ausschlaggebende Kenngröße für die Schubfestigkeit des Seitenrahmens ist das Verhältnis von Elastizitätsmodul zur Masse. Ein Al-Seitenrahmen ist demnach auch sinnvoll in einer Stahlblech schichtenverbundkonstruktion integrierbar; die Lösung des Recyc lingproblems vorausgesetzt, das sich allerdings prinzipiell auch bei einer reinen Al-Konstruktion ergibt, da Al-Gußlegierungen und Al- Knetlegierungen nicht ohne Qualitätsverluste gemeinsam recyclier bar sind. Die im Vergleich zu Blechformteilen variablere Ausformbar keit des Gußteils kann konstruktiv nutzbar gemacht werden, z. B. für mechanische Verbindungen. Es ist also eine demontable Konstruk tion des Seitenrahmens zu gestalten.As a possible prefabricated module frame in Fig. 1 ( 2 ) is shown, which forms the door frame, ie the door stops, and which is characterized in the drawing by a dot matrix. This side frame ( 2 ) may consist of the composite material or a conventional sheet metal shell structure. Alternatively, the side frame ( 2 ) is formed in a preferred embodiment as a light metal molded part in die-cast aluminum, wherein the window spar of the A-pillar is formed this molding. The molding will thus fulfill a supporting function with an appropriate design of the body structure, analogous to an inner lattice frame structure, except that in this case parts of the outer surface of the vehicle frame by the sides ( 2 ) are formed. The side frame ( 2 ) is thus part of a loadable passenger compartment, the desired shear strength of the side frame is supported by the design as Alumi niumformteil. The molding can be locally reinforced according to the stresses, z. B. ribbed, be approximately in the transition area of the A-pillar in the roof and in the area of the front Türan shock. To form a closed bending cross section, a thin-walled tube or profile can be introduced as an insert. The decisive parameter for the shear strength of the side frame is the ratio of modulus of elasticity to mass. An Al-side frame is therefore also useful in a steel sheet layer composite structure integrated; assuming the solution of the recycling problem, which, however, in principle also results in a pure Al construction, since Al cast alloys and Al wrought alloys are not recyclable together without quality losses. Compared to sheet metal parts more variable Ausformbar speed of the casting can be used constructively, z. B. for mechanical connections. It is therefore a demontable construc tion of the side frame to design.

Die Einbeziehung eines Gußformteils in den statischen Gesamtver bund ist allerdings nur eine Option unter mehreren Möglichkeiten.The inclusion of a molded part in the static Gesamtver However, bund is just one option among several options.

In die Karosseriestruktur sind außerdem Längsträger (3A-3D) einbringbar, die stranggepreßte Leichtmetallprofile sind. Sie können z. B. als Verstärkungen in Sandwichbauteile eingeschäumt werden. Als Querträger können sie eine Verbindung zwischen den beiden Seitenrahmen (2) herstellen, und etwa im Bereich des Frontschei benrahmens und unterhalb der Vordersitze verlaufen, etc. Die Längsträger (3A bis 3D) sind in Fig. 1 schraffiert dargestellt. Der Längsträger (3B), der im Bereich des Fahrzeugdaches verläuft, ist genau wie der Längsträger (3C) im Bereich des Fahrzeugschwellers als ein Profil ausgeführt, das durch eine Verfugung auf die Montage des Seitenrahmens (2) vorbereitet ist. Die Profile sind dabei mit den Schichtenverbundformteilen, die das Fahrzeugdach und das Boden blech bilden, ebenfalls verfugt und durch Aufschäumen zusätzlich verklebt. Die Strangpreßprofile können über entsprechende Biege vorrichtungen gebogen werden, so daß sie sich den Fahrzeug konturen anpassen lassen (vgl. 3A und 3B). Bei einer Ausführung in Stahlblechschichtenverbundbauweise können umgeformte Blechpro file (Blechformteile) verwendet werden.In the body structure also longitudinal members ( 3 A- 3 D) can be introduced, which are extruded light metal profiles. You can z. B. foamed as reinforcements in sandwich components. As a cross member, they can make a connection between the two side frames ( 2 ), and approximately in the area of the front window benrahmens and below the front seats, etc. The side members ( 3 A to 3 D) are shown hatched in Fig. 1. The side member ( 3 B) extending in the region of the vehicle roof, as well as the longitudinal member ( 3 C) in the region of the vehicle rocker designed as a profile that is prepared by a Verfugung on the assembly of the side frame ( 2 ). The profiles are also grouted with the composite layers forming the vehicle roof and the bottom, and additionally glued by foaming. The extruded profiles can be bent over corresponding bending devices, so that they can be adapted to the vehicle contours (see 3 A and 3 B). In a version in sheet steel laminations composite formed Blechpro file (sheet metal parts) can be used.

In Fig. 2 sind verschiedene Verbindungstechniken dargestellt, wozu ein Schnitt durch den Vorderwagen gezeigt wird (die Zeichnung dient also einer schematischen Illustration der erfindungsgemäßen Verbindungstechniken, nicht der Darstellung einer realistischen Vor derwagenkonstruktion).In Fig. 2, various connection techniques are shown, including a section through the front end is shown (the drawing thus serves a schematic illustration of the connection techniques of the invention, not the representation of a realistic pre derwagenkonstruktion).

Die Motorhaube (4) ist als ein Verbundwerkstofformteil mit einer einseitigen Integralschaumschicht dargestellt. In die Schaumschicht ist ein Einlegeteil (5) eingebettet, das eine Verschraubung erlaubt, und das ebenso aus einem Metall, wie einem Kunststoff bestehen kann. Wegen der besseren Recyclierbarkeit wird eine Ausführung aus einem Metall vorgeschlagen, dessen Legierung dem Trägerma terial entspricht. Einlegeteile werden vor dem Aufschäumen in die Form eingelegt, wobei die Auflageflächen mit der aufschäumenden Kunststoffbeschichtung verkleben. Außer Montageteilen können auch lokale Verstärkungen auf diese Weise mit den Formteilen ein fach verbunden werden. Bei dem Beispiel der Motorhaube werden auf diese Weise die Scharniere, die Zuhaltung und der Fanghaken befestigt. Diese Art, eine Motorhaube zu bauen, stellt eine Verein fachung im Vergleich zu einer Schweißmontage aus mehreren Blech formteilen dar.The hood ( 4 ) is shown as a composite molding with a one-sided integral foam layer. In the foam layer, an insert ( 5 ) is embedded, which allows a screw, and which may also consist of a metal, such as a plastic. Because of the better recyclability, an embodiment of a metal is proposed, whose alloy corresponds to the Trägerma material. Inserts are placed in the mold before foaming, whereby the bearing surfaces stick to the foaming plastic coating. In addition to mounting parts and local reinforcements can be connected in this way with the moldings a fold. In the example of the hood, the hinges, the tumbler and the hook are attached in this way. This way to build a bonnet, is a simplification club compared to a welding assembly of several sheet metal formed parts.

Der Verbundwerkstoff wird in anderen Bereichen auch als ein Sand wichformteil mit zwei Deckschichten ausgeführt werden. In solchen doppellagigen Sandwichteilen können ebenfalls Verstärkungen eingebracht werden, die bei Aluminiumbauweisen vorzugsweise als Strangpreßprofile ausgeführt werden. Solche Bauausführungen sind z. B. im Bereich der Bodengruppe sinnvoll. Die Ausbildung der Bodengruppe als ein doppelschaliges Sandwichteil mit lokalen Ver stärkungen verspricht neben guten Leichtbaueigenschaften eine pro duktionstechnische Vereinfachung und hohe Steifigkeit des Chassis. The composite material is also considered a sand in other areas wichformteil be executed with two outer layers. In such Double-layered sandwich parts can also have reinforcements which are preferably used in aluminum structures as Extruded profiles are executed. Such building executions are z. B. in the area of the floor group makes sense. The training of Floor group as a double-shelled sandwich part with local ver reinforcements promises a good pro in addition to good lightweight properties production engineering simplification and high rigidity of the chassis.

In den Profilen können, sofern sie als Hohlkammerprofile ausge bildet sind, zudem Kabelbäume für die elektrische Anlage als Flach bandkabel verlaufen, so daß zusätzlich die Elektromontage verein facht wird, oder es werden isolierte Leiterbahnen eingeschäumt. Die Hauptbahnen der Elektrokabel können vor der Klebemontage der Verbundformteile und vor dem Lackieren eingebracht werden, so daß die Notwendigkeit einer nachträglichen Verkabelung entfällt. Die Verbindungen werden anschließend über Steckerkontakte herge stellt, die für den Lackiervorgang abgedeckt werden. Die Leiter bahnen sollten aus Al, nicht aus Kupfer bestehen, sofern die Leitun gen vor dem metallurgischen Recycling nicht entfernt werden, da ein Kupfereintrag sich insbesondere in Stahl- aber auch in Al-Legier ungen negativ auswirkt.In the profiles, if they are designed as hollow sections are forming, in addition harnesses for the electrical system as a flat run ribbon cable, so that in addition combine the electrical installation becomes faint, or it is foamed insulated tracks. The Main tracks of the electric cables can before the adhesive mounting of the Composite moldings and are introduced before painting, so that the need for subsequent cabling is eliminated. The Connections are then herge via plug contacts which are covered for the painting process. The ladder tracks should be made of Al, not copper, provided that before metallurgical recycling can not be removed as a Copper entry especially in steel but also in Al alloy negative effects.

Aluminiumstrangpreßprofile können hochkomplexe Querschnitte aus bilden, so daß sie am Randbereich von Sandwichformteilen als Ver bindungselemente dienen können, die mit Verfugungen auf Verbin dungstechniken vorbereitet sind, die aus der Profilbauweise bekannt sind. Im einfachsten Fall können dies z. B. Nut- und Federverfu gungen für Klebemontagen sein. Auch Schraubverbinder, die in hinterschnittige Nuten eingreifen, ähnlich einer Schwalbenschwanz verbindung, sind vorstellbar. Eine mögliche Verbindungstechnik ist am Beispiel des Profils 3A gezeigt, das hier als eine Kotflügelbank dargestellt wird.Extruded aluminum profiles can form highly complex cross-sections so that they can serve as connecting elements at the edge region of sandwich moldings which are prepared with joints on joint techniques known from the sectional design. In the simplest case, this z. B. groove and Federverfu conditions for adhesive assemblies. Screw connectors that engage in undercut grooves, similar to a dovetail connection, are conceivable. A possible connection technique is shown by the example of the profile 3 A, which is shown here as a fender bank.

Der Kotflügel (6) ist als ein konventionelles Blechformteil dargestellt. Es greift mit einer Falz in eine Hinterschneidung ein, die von dem Profil (3A) ausgebildet wird. In dieser Hinterschneidung wird das Formteil durch ein dauerelastisches Bauteil (7) verklemmt, das durch die Einbringung einer Keilleiste (8), die ein weiteres Profil ist, in diesem Hohlraum verspannt wird. (Die Verbindung ist mit getrennt gezeichneten Elementen nochmals nebenstehend abgebildet.) Die Motorhaube (4) schlägt an dem dauerelastischen Bauteil (7) an (d. h. genauer an der Keilleiste (8)). Die vorgestellte Verbindung hat die Vorteile, daß sie einfach in der Montage ist, die Montage gut mechanisierbar ist, die Verbindung für die Demontage wieder lösbar ist, die Verbindung dauerhaft ist, die Verbindung auf die gesamte Länge dicht ist, die Verbindung zwar kraftschlüssig ist, jedoch Verspannungen ausgleichen kann, und es somit zu keinen Span nungsabrissen bei dynamischen Belastungen kommen kann. Die Verbindung ist insofern auch deformierbar, ohne daß sie aufreißt. Die Verbindungstechnik wird vorgeschlagen für Montagen, bei denen ein Profil im Randbereich eines Verbundformteils zu dessen Verstär kung eingeklebt wird. Sie ist geeignet für die Montage von im statischen Verbund nicht hochbelasteten, mittragenden Teilen. Auf die beschriebene Weise können auch Gußformteile aus Aluminium mit Profilen oder Formteilen aus Blech oder dem Verbundwerkstoff untereinander verbunden werden.The fender ( 6 ) is shown as a conventional sheet metal part. It engages with a fold in an undercut, which is formed by the profile ( 3 A). In this undercut, the molded part is clamped by a permanently elastic component ( 7 ), which is braced by the introduction of a wedge strip ( 8 ), which is another profile in this cavity. (The connection is illustrated again with separately drawn elements.) The bonnet ( 4 ) strikes against the permanently elastic component ( 7 ) (ie more precisely at the wedge strip ( 8 )). The presented connection has the advantages that it is easy to install, the assembly is well mechanisierbar, the connection for disassembly is detachable again, the connection is permanent, the connection is tight over the entire length, the connection is indeed non-positive, However, can compensate for tension, and thus there can be no voltage tearing under dynamic loads. The compound is so far deformable, without being torn. The connection technique is proposed for assemblies in which a profile is glued in the edge region of a composite molding to its ampli effect. It is suitable for the assembly of structural parts that are not heavily loaded in a static bond. In the manner described also aluminum moldings with profiles or molded parts made of sheet metal or composite material can be interconnected.

Die Verbindung mit dauerelastischen Klemmprofilen kann, um ein weiteres Beispiel zu nennen, für die Montage des Fahrzeugdaches zwischen den Seitenrahmen (2) angewendet werden. Das Fahrzeug dach kann in diesem Fall ein vormontiertes Teil sein, bei dem die aufschäumende Kunststoffbeschichtung bereits mit dem gepolster ten Dachhimmel verklebte, da der umgeformte Verbundwerkstoff vor dem Aufschäumen einseitig lackiert werden kann. Die Querträger im Bereich der Front- und Heckscheibe werden dann durch Formteile der Innenverkleidung verdeckt, die vorne z. B. die vormontierten Sonnenblenden integrieren, oder sind bereits mit dem Dachelement verklebt.The connection with permanently elastic clamping profiles can be used, as another example, for the mounting of the vehicle roof between the side frames ( 2 ). The vehicle roof can be a preassembled part in this case, in which the foaming plastic coating already bonded to the upholstered th headliner, since the formed composite material can be coated on one side before foaming. The cross member in the front and rear windows are then covered by moldings of the inner lining, the front z. B. integrate the pre-assembled sun visors, or are already glued to the roof element.

Wieder lösbare, mechanische Verbindungen sollten allgemein in Bereichen angewendet werden, in denen Bauteile für ein Recycling getrennt werden müssen, die aus unterschiedlichen Materialien bestehen.Re-releasable, mechanical connections should generally be used in Be applied to areas where components for recycling must be separated, made of different materials consist.

Das Profil (3A), das die Kotflügelbank ausbildet, ist mit zwei Formteilen (9A und 9B) aus dem Verbundwerkstoff verklebt, die mit dem Profil verfugt sind. Das Profil (3A) dient auch als Darstellung, dafür, wie die Sandwichkonstruktion mit tragenden Teilen, z. B. des Fahrwerks, zu verbinden ist. So könnten an dem Profil (3A) Teile der Radaufhängungen angelenkt werden, etc.The profile ( 3 A) forming the fender bank is glued to the mold with two molded parts ( 9 A and 9 B) made of the composite material. The profile ( 3 A) also serves as a representation, for how the sandwich construction with supporting parts, z. B. of the chassis to connect. So could be articulated to the profile ( 3 A) parts of the suspension, etc.

Die Formteile (9A und 9B) liegen mit den Kunststoffbeschichtungen zueinander, so daß die aufschäumenden Beschichtungen miteinan der verkleben und die Hohlräume mit Hartschaum verfüllen. Der Hartschaum wird dabei an Stellen, an denen die Formteile enger beieinander liegen, höher verdichtet. Die Formteile (9A und 9) bilden in der Darstellung einen Kastenholm (10) aus. Die Darstellung ver deutlicht den schon oben beschriebenen konstruktiven Unterschied zwischen Sandwichbauweisen und doppelschaliger Blechformteil bauweise: während sonst eine Querschnittsvergrößerung, d. h. ein entsprechender Kastenholm, immer die Verstärkung eines Formteils bewirkt, nimmt hier die Verdichtung des innenliegenden, mittragen den Hartschaumkernes ab, ebenso seine Fähigkeit, Schubkräfte zu übertragen. Eine Verdickung der Sandwichformteile aus dem Ver bundwerkstoff bewirkt also nicht zwangsläufig eine größere Biege festigkeit. Vielmehr ist die erreichbare Festigkeit hier in einer Abhängigkeit zu sehen von der Materialstärke der Deckschichten, der Schubfestigkeit des Schaumkernes und der Dicke des Bauteils. Eine Steigerung der Festigkeit durch eine Verdickung der Sandwich teile wird in Grenzbereichen nur bei der Verwendung entsprechend zugfest dimensionierter Deckschichten zu erreichen sein. Deshalb wird die Verbundbauweise im allgemeinem eher eine Tafelbauweise sein (bzw. eine Schalenbauweise mit selbsttragend versteiften Schalen). Bei stark dimensionierten Deckschichten, wie sie wahr scheinlich weiterhin in belasteten Bereichen erforderlich sein werden, wird allerdings eine Ausführung der Konstruktion sinnvoll sein, die dann wieder mehr der konventionellen Bauweise folgt, also, wie dargestellt, z. B. die Ausbildung zusätzlicher Kastenholme vorsieht. Diese Ausformungen brauchen jedoch weniger stark durch die Biegefestigkeit der Querschnitte versteift zu sein, als dies bei konventioneller Bauweise üblich ist, da die Unterfütterung mit dem Hartschaum die Versteifung des Formteils übernimmt. Es besteht ferner die Möglichkeit, in den Kastenholm Verstärkungsbleche einzuziehen, die dann bspw. diagonal verlaufen, oder aber Profile einzuschäumen, bzw., wie schon oben vorgeschlagen, vorbereitete Hartschaumkerne einzulegen, die mit der übrigen Hartschaumschicht verbinden.The moldings ( 9 A and 9 B) lie with the plastic coatings to each other, so that the foaming coatings miteinan stick together and fill the cavities with hard foam. The hard foam is thereby higher compressed at locations where the moldings are closer together. The moldings ( 9 A and 9 ) form in the representation of a box spar ( 10 ). The representation ver clarifies the above-described constructive difference between sandwich construction and double-shell sheet metal part design: while otherwise a cross-sectional enlargement, ie a corresponding box spar, always causes the reinforcement of a molding, here decreases the compression of the inner, mittragen the hard foam core, as well as its ability To transmit shear forces. A thickening of the sandwich moldings from the United composite material thus does not necessarily cause a greater bending strength. Rather, the achievable strength here is seen as dependent on the material thickness of the cover layers, the shear strength of the foam core and the thickness of the component. An increase in strength due to a thickening of the sandwich parts will be reached in boundary areas only when using correspondingly tensile dimensioned cover layers. Therefore, the composite construction in general will be more of a panel construction (or a shell construction with self-supporting stiffened shells). With heavily dimensioned cover layers, as they will probably continue to be required in polluted areas, however, an execution of the construction will be useful, which then follows more of the conventional construction, so, as shown, for. B. provides the formation of additional box beams. However, these formations need to be less strongly stiffened by the bending strength of the cross sections, as is customary in conventional construction, since the relining with the rigid foam takes over the stiffening of the molding. It is also possible to collect in the box spar reinforcing plates, which then, for example, run diagonally, or but lather profiles, or, as suggested above, insert prepared foam cores, which connect with the rest of hard foam layer.

Im weiteren Verlauf der Formteile (9A und 9B) sind diese direkt mit einander verklebt, und somit miteinander verpreßt. Diese Ausführung der Verbundbauweise ist hier beispielhaft als Motorhalterung (11) dargestellt. Gegenüber sonstigen verpreßten Verklebungen hat die Verklebung durch die Kunststoffbeschichtungen den Vorteil, daß der Anpreßdruck durch den Schäumdruck der thermischen Treibmittel verursacht wird. Somit werden aufwendige hydraulische Druck pressen, wie sie nach dem Stand der Technik für die Herstellung von Sandwichteilen verwendet werden, überflüssig; es genügen einfachere Werkzeugzuhaltungen. Der erforderliche Werkzeugbau ist auch in dieser Hinsicht kostengünstiger. Dieser Vorteil der verpreß ten Verklebung betrifft im übrigem alle verklebten Auflageflächen, also die Flansche von Formteilen, aus dem Verbundwerkstoff. Das Beispiel zeigt die Ausbildung der Motorhalterung (11) als eine Quer strebe aus einem festen Metallaminat, auf dem die Motorlager mon tierbar sind. Um Krafteinleitungen zu ermöglichen, könnte zusätzlich zwischen den beiden Blechen ein dickeres Verstärkungsblech angeordnet werden, so daß sich ein dreilagiges Laminat ergeben würde.In the course of the moldings ( 9 A and 9 B) they are glued directly to each other, and thus pressed together. This embodiment of the composite construction is shown here by way of example as a motor mount ( 11 ). Compared with other compressed bonds, the bonding through the plastic coatings has the advantage that the contact pressure is caused by the foaming pressure of the thermal blowing agent. Thus, complex hydraulic pressure presses, as used in the prior art for the production of sandwich parts, superfluous; it is sufficient simpler Werkzeugzuhaltungen. The required tooling is also cheaper in this regard. This advantage of verpreß th bonding affects the rest of all bonded bearing surfaces, so the flanges of moldings, from the composite material. The example shows the design of the motor mount ( 11 ) as a cross brace of a solid metal laminate on which the engine mounts are mon tierbar. In order to allow force application, a thicker reinforcing plate could be additionally arranged between the two sheets, so that a three-layer laminate would result.

Mit dem separat dargestellten Verbundbauteil (12) wird eine weitere einfache Möglichkeit illustriert, Verstärkungen mit dem Verbund werkstoff anders als in herkömmlicher Blechformteilbauweise auszu bilden. Das umgeformte Teil aus dem Trägermaterial ist hier noch mals abgekantet worden, so daß der umgeschlagene Blechfalz im Randbereich des Formteils doppelt liegt. Beim Aufschäumen wird der so gebildete offene Holm verfüllt, der restliche Teil des Verbund materials wird mit einer einlagigen Integralschaumschicht versehen, die mit dem Schaumkern des Holms verbindet.With the composite component ( 12 ) shown separately, another simple way is illustrated, reinforcements with the composite material trainees trainees differently than in conventional sheet metal part construction. The reshaped part of the carrier material has been folded here once more times, so that the folded sheet metal fold is twice in the edge region of the molded part. When foaming the thus formed open spar is filled, the remaining part of the composite material is provided with a single-layer Integralschaumschicht, which connects to the foam core of the spar.

Die Klebemontage begünstigt eine Vorbereitung der Rohkarosserie (1) auf die weitere Montage der Inneneinrichtungsteile. So können in die einseitig aufgeschäumten Integralschaumschichten Halterungen eingebracht werden, die einer rationellen Montage von Innenverklei dungen und ähnlichem dienen. Hierzu kommen unter anderem wieder Profile in Frage, auf die Formteile aus Kunststoffen montier bar sind, und die als Stringer gleichzeitig einer Versteifung des Formteils dienen. Die Kunststofformteile können dabei entweder mit den Profilen verfugt werden, so daß sie auf- bzw. eingeschoben werden; es können Schraubverbindungen oder vorzugsweise Clips verbindungen angewendet werden. Diese Clipsverbindungen können bei der Verwendung von Spritzgußteilen aus ausreichend elastischen Kunststoffen angeformt sein. Diese durch die Verwendung des Verbundwerkstoffes bedingte Montagemöglichkeit stellt eine weitere kostensenkende produktionstechnische Vereinfachung dar.The adhesive mounting favors a preparation of the body shell ( 1 ) on the further assembly of the interior fittings. So holders can be introduced in the one-sided foamed Integralschaumschichten, which serve a rational assembly of Innenverklei applications and the like. For this purpose, among other things come back into question, are mounted on the moldings made of plastics montier bar, and serve as a stringer at the same time a stiffening of the molding. The plastic moldings can either be grouted with the profiles so that they are pushed up or inserted; it can screw connections or preferably clips compounds are applied. These clip connections can be molded with the use of injection molded parts made of sufficiently elastic plastics. This due to the use of the composite mounting option represents a further cost-cutting production technical simplification.

Fig. 3 zeigt eine Fahrzeugtür. Die Fahrzeugtür soll als Beispiel illustrieren, daß sich reparaturgerechte Konstruktionen auch mit Schichtenverbundbauweisen realisieren lassen. Entscheidend hierfür ist ein modularer Aufbau, der im konkreten Fall erst ermöglicht wird, weil das Türdeckblatt selbsttragend versteift ist. Verklebte Verbin dungen im Automobilbau sind nicht mehr ungewöhnlich; in jüngerer Zeit haben sich z. B. verklebte Autoscheiben, die einen zusätzlichen Steifigkeitsgewinn bewirken, allgemein durchgesetzt. Fig. 3 shows a vehicle door. The vehicle door is intended to illustrate as an example that repair-compatible constructions can also be realized with layered composite structures. Decisive for this is a modular structure, which is only possible in the specific case, because the door cover sheet is self-supporting stiffened. Bonded connections in the automotive industry are no longer unusual; in recent times, z. B. glued car windows, which cause an additional stiffness gain, generally enforced.

Die Zielsetzung bei der Türkonstruktion ist neben Leichtbau und produktionstechnischen Vereinfachungen vor allem eine Optimierung der passiven Sicherheit im Fall eines Seitenaufpralls. Die Fahrzeug türen bestehen im wesentlichen aus einem Türkorpus (13), der ein Strangpreßprofil ist, und einem Formteil (14), das den Scheibenrah men und den Türanschlag ausbildet. Der Türkorpus (13), der auch als Aggregateträger dient, ist in der Seitenansicht nochmals im Schnitt dargestellt; entsprechende Großprofile sind bis zu Breiten von ca. 800 mm extrudierbar. Das Formteil kann ein Kunststoffspritz gußteil sein, das auch die Innenverkleidung teilweise integriert. Das Türdeckblatt (15) ist ein mechanisch montiertes, also vorgeblendetes und somit austauschbares Schichtenverbundwerkstoffteil, dessen Integralschaumausbildung in das Formteil (14) formschlüssig ein greift, und an dessen Innenseite ein Profil (16) verklebt ist, das durch eine Verfugung auf die Verbindung mit dem Türkorpus (13) vorbe reitet ist. In dem Türkorpus sind Hohlkammern (17a-17c) mit ver stärkenden Querschnitten eingeformt, die einen Seitenaufprallschutz gewährleisten. Die Scharniere und das Türschloß greifen form- und kraftschlüssig in diese Hohlkammern ein. In weitere Kammern der Konstruktion ist ein vormontierter Scheibenhebemechanismus (18) montierbar, der ebenfalls mit dem Türkorpus verfugt sein kann, und aus der Scheibe, Führungsschienen und der Mechanik besteht. Das Profil des Türkorpus (13), das den unteren horizontalen Türanschlag ausbildet, kann so ausgeführt sein, daß es im Fall eines starken Seitenaufpralls mit dem Schwellerprofil (3C) verankert.In addition to lightweight construction and simplifications in terms of production, the objective of the door construction is above all to optimize passive safety in the event of a side impact. The vehicle doors consist essentially of a door body ( 13 ) which is an extruded profile, and a molding ( 14 ) which forms the Scheibenrah men and the door stop. The door body ( 13 ), which also serves as a subframe, is again shown in section in the side view; corresponding large profiles can be extruded up to widths of approx. 800 mm. The molded part may be a plastic injection molded part, which also partially integrates the interior trim. The door cover sheet ( 15 ) is a mechanically assembled, ie vorgeblendetes and thus interchangeable layer composite material part whose Integralschaumausbildung in the molding ( 14 ) engages a form-fitting, and on the inside of a profile ( 16 ) is glued, which by grouting on the connection with the Door carcass ( 13 ) is vorbe riding. In the door body hollow chambers ( 17 a- 17 c) are formed with ver strengthening cross sections, which ensure a side impact protection. The hinges and the door lock engage positively and non-positively in these hollow chambers. In other chambers of the construction, a preassembled window lift mechanism ( 18 ) can be mounted, which may also be grouted with the door body, and consists of the disc, guide rails and the mechanism. The profile of the door body ( 13 ), which forms the lower horizontal door stop, can be designed so that it anchors in the event of a strong side impact with the sill profile ( 3 C).

Im Fall von Reparaturen oder des Recyclings ist die gesamte Türstruktur einfach demontabel. Der Türkorpus (13) ist bei dieser Konstruktion als ein Austauschteil vorgesehen, das über mehrere Produktzyklen genutzt wird, und die Ausgestaltung verschieden stilisierter Türen erlaubt. Durch eine weitgehend selbsttragende Auslegung der Karosseriekomponenten, die durch die Schichtenver bundbauweise begünstigt wird, kann ein modularer Aufbau mit hang on-parts ausgebildet werden. So ist es beispielsweise theoretisch möglich, den gesamten Vorderwagen selbsttragend als ein aus tauschbares Deformationselement anzuflanschen (in etwa analog zu einem Nutzfahrzeugrahmen), wobei der Vorderwagen zusätzlich an einem Rahmenteil in Form einer gabelförmigen Traverse montier bar wäre, das auch die Federbeindome abstützt. Dieses Rahmenteil könnte aus Blechformteilen assembliert sein.In the case of repairs or recycling, the entire door structure is simply removable. The door body ( 13 ) is provided in this construction as a replacement part, which is used over several product cycles, and allows the design of different stylized doors. By a largely self-supporting design of the body components, which is favored by the Schichtver bundbauweise, a modular design with hang on-parts can be formed. Thus, for example, it is theoretically possible to flange the entire front car self-supporting as a replaceable deformation element (approximately analogous to a commercial vehicle frame), the front of addition to a frame part in the form of a fork-shaped crossbar montier bar, which also supports the Federbeindome. This frame part could be assembled from sheet metal parts.

Im allgemeinen sollte die Struktur der Fahrzeugkarosserie so ausge legt werden, daß die Bodengruppe und der Vorderwagen als doppel lagige Sandwiches ausgebildet werden, während der übrige Aufbau in der asymmetrischen Schichtenverbundbauweise ausgeführt ist, unter Umständen unter Einbeziehung von tragenden Rahmenteilen wie dem Seitenrahmen (2) oder einem Gitterrohrrahmen. Die erreich baren Steifigkeitsgewinne werden sicherlich nicht ausschließlich dem Leichtbau zugeschlagen; eine Erhöhung der passiven Sicherheit wird darüber hinaus erwirkt werden. Der Leichtbaugewinn kann geschätzt werden. In einer Studie des Instituts für Luft- und Raumfahrt der TU Berlin, in der Leichtbautechnologien des Flugzeugbaus auf ihre An wendbarkeit im Automobilbau untersucht wurden, werden die Leicht baupotentiale für doppellagige Sandwichstrukturen angegeben.¹ Unter der Berücksichtigung fertigungstechnisch realistischer Dimen sionierungen der Deckschichten wurde auf der Basis gleichbleiben der Biegesteifigkeit eine erreichbare Gewichtseinsparung von 50% für Sandwiches mit Stahlblechdeckschichten bzw. 80% bei Alumi niumdeckschichten ermittelt. Auch auf gleiche Biegefestigkeit bezo gen verhält sich Stahlsandwich annähernd gewichtsgleich zu unver stärkten Al-Blechen. Mit Stahl- wie Al-Sandwich läßt sich gleicher maßen eine Gewichtseinsparung von < 75% bezogen auf die Durch schlagsteifigkeit gekrümmter Bauteile erreichen; sehr wesentliche Einsparungen ergeben sich schließlich bezogen auf das elastische Energieaufnahmevermögen relativ zu Stahlblech, wobei diese Kenngröße bei schlagartigen, lokalen Belastungen wie Stein- oder Hagelschlag relevant ist. Es kann darüber hinaus angenommen werden, daß in den Bereichen des Aufbaus, in denen die asym metrische Schichtenverbundbauweise eingesetzt wird, diese den strukturellen Anforderungen besser als doppellagige Sandwiches entsprechen wird, da hier der Membrananteil bei den Biegewider ständen überwiegt. Eine Doppelung der fertigungstechnischen Mindestblechdicken ließe hier sowieso auch keinen wesentlichen Leichtbaugewinn mehr zu.In general, the structure of the vehicle body should be laid out so that the bottom group and the front end are formed as a double-layered sandwiches, while the rest of the construction is carried out in the asymmetric layer composite construction, possibly involving load-bearing frame parts such as the side frame ( 2 ) or a grid frame. The achievable stiffness gains are certainly not exclusively attributed to lightweight construction; an increase in passive safety will be obtained beyond that. The lightweight construction profit can be estimated. In a study of the Institute of Aerospace of the TU Berlin, in which lightweight construction technologies of the aircraft construction were examined for their applicability in the automotive industry, the easy construction potential for double-layer sandwich structures are given. ¹ Taking into account realistic dimensional tolerances of the outer layers, an achievable weight saving of 50% was determined for sandwiches with sheet steel topcoats or 80% for Alumi niumdeckschichten on the basis of constant bending stiffness. Also on the same bending strength bezo conditions, steel sandwich behaves approximately equal weight to un-strengthened Al sheets. With steel and aluminum sandwich can be the same weight savings of <75% based on the impact resistance of curved components achieve; Finally, very significant savings result in relation to the elastic energy absorption capacity relative to sheet steel, this parameter being relevant in the case of sudden, local loads such as stone or hailstones. It can also be assumed that in the areas of the structure in which the asym metric layer composite construction is used, this will meet the structural requirements better than double-layered sandwiches, since here the membrane portion outweighs in the Biegewider. A doubling of the production-related minimum sheet metal thickness would leave no material weight gain any more here anyway.

Bisher sind in der Beschreibung vor allem neuartige Klebemontagen und wieder lösbare mechanische Montagen dargestellt worden. Abschließend soll auf die Möglichkeit auch konventionell ausgeführ ter Montagen hingewiesen werden, die in belasteten Bereichen anwendbar sind. Aluminiumkonstruktionen werden bei Verklebungen in mechanisch beanspruchten Bereichen konventionellerweise zu sätzlich verdeckt vernietet. Die Bleche können zusätzlich verbördelt werden. Bei Verbindungen mit Profilen besteht die Möglichkeit, die Verfugungen, in die die Bleche eingreifen, vor dem Aufschäumen zu verpressen. Dazu können beispielsweise die Laschen des Profils 3A durch Vorrichtungen gebogen, d. h. angedrückt, werden; auch Al- Strangpreßprofile weisen eine entsprechende Umformtoleranz auf.So far, in particular, novel adhesive assemblies and releasable mechanical assemblies have been described in the description. Finally, reference should also be made to the possibility of conventionally executed assemblies, which are applicable in polluted areas. Aluminum constructions are conventionally riveted to obscured joints in mechanically stressed areas. The sheets can be additionally crimped. In the case of connections with profiles, it is possible to press the joints in which the sheets engage before foaming. For this purpose, for example, the tabs of the profile 3 A bent by devices, ie pressed, are; also Al extruded profiles have a corresponding deformation tolerance.

Eine weitere Verbindungsmöglichkeit ergibt sich daraus, daß die ungeformten Werkteile des Ausgangsmaterials in ein Werkzeug ein gelegt werden, das dann geschlossen wird. In diesem Werkzeug sind Stanzen integrierbar, die auf die Flansche der Werkteile wirken, und Verbindungen in Druckfüge- bzw. Durchsetzfügeverfahren (Clinchen) zusätzlich zur Verklebung bewirken. Diese Verfahren bieten schon bei den derzeitigen Blechstärken Kostenvorteile gegenüber Schweiß verfahren, insbesonders gegenüber Al-Schweißen von ca. 1 zu 2. Mit einer zusätzlichen Verklebung sind die Festigkeiten hinreichend. Auf entsprechende Weise lassen sich beim Schließen der Werkzeuges im gleichen Produktionsschritt Nieten, z. B. auch Stanznieten, und mit zweistufigen Verfahren Blindnieten, einbringen. Eine zusätzliche Verschweißung ist an Druckfügestellen möglich, bei denen die plastifizierte Kunststoffbeschichtung weitgehend verdrängt worden ist. Eine eventuelle Schweißbarkeit des nicht aufgeschäumten Ver bundwerkstoffes muß im Versuch überprüft werden, insbesondere für Ausführungen auf der Basis von Stahlblechen als Trägermaterial. Hier erscheinen die Strahlschweißverfahren, z. B. das Laser schweißen, insofern interessant, daß die Beschichtung während des Schweißvorganges an den Schweißstellen abgebrannt werden könn te, ohne die angrenzende, flammhemmend ausgerüstete Beschicht ung zu beschädigen. Partielle, nachträgliche Beschichtungen des Trägermaterials sind ebenfalls möglich, z. B. auch durch Siebdruck- oder Tampondruckverfahren oder das Aufbringen aufschäumbarer Folien. Widerstandschweißverfahren an nicht beschichteten Partien oder an der unbeschichteten Werkstoffseite sind möglich. Wie bereits oben ausgeführt ist, können auch konventionell gefertigte Strukturen in den Verbund der Karosserie integriert werden, wo dies statisch erforderlich ist, wobei eine Anbindung durch die weitere Klebemontage erfolgt. Unter Umständen müssen die Bleche zuvor mit einer Haftvermittlung grundiert werden.Another possible connection results from the fact that the unformed workpieces of the starting material into a tool which is then closed. In this tool are Punching integrated, which act on the flanges of the workpieces, and Connections in pressure-joining or clinching processes (clinching) in addition to the bonding cause. These procedures already offer At the current sheet thicknesses cost advantages over sweat especially with respect to Al welding of approx. 1 to 2. With an additional bond, the strengths are sufficient. On appropriate way can be when closing the tool in the same production step rivets, z. As well as punch rivets, and with two-stage method blind rivets, bring. An additional Welding is possible at pressure joints where the plasticized plastic coating has been largely displaced is. A possible weldability of the non-foamed Ver Bundwerkstoffes must be checked in the trial, especially for Designs based on steel sheets as carrier material. Here the beam welding process, z. As the laser Welding, in that interesting that the coating during the Welding process can be burned at the welds Kings te, without the adjacent, flame-retardant coating damage. Partial, subsequent coatings of the Carrier material are also possible, for. B. also by screen printing or pad printing or the application of foamable Films. Resistance welding process on uncoated lots or on the uncoated material side are possible. As already stated above, can also conventionally manufactured Structures are integrated into the composite of the body, where this is statically required, with a connection through the other Adhesive assembly takes place. Under certain circumstances, the sheets must be before be primed with an adhesive.

Durch Punktschweißkleben an PKW-Karosserien wurden wesent liche Lebensdauerverlängerungen erzielt. Entsprechendes ist auch für die Verbindungen, die aus der Schichtenverbundbauweise heraus entstehen, zu erwarten, da hier außerdem durch die integrierende Bauweise Spannungen im Anschlußbereich der Fügestellen abge baut werden.By spot welding gluing to car bodies were essential achieved lifetime extensions. The same is true for the joints that out of the layer composite construction arise, as well as here by the integrating Construction Tensions in the connection area of the joints abge be built.

Wie schon oben erwähnt wurde, soll für das metallurgische Recycling die Kunststoffbeschichtung als Energieträger thermisch genutzt werden. Entsprechende Recyclinganlagen für das metallurgische Recycling von Ganzstahlkarosserien bei thermischer Verwertung der im Fahrzeug verbleibenden Reststoffe sind aktuell entwickelt worden. Eine vorhergehende sonstige Altfahrzeugdemontage zur Rückgewin nung verwertbarer Reststoffe wird vorausgesetzt.As mentioned above, is intended for metallurgical recycling used the plastic coating as an energy source thermally become. Corresponding recycling plants for the metallurgical Recycling of all-steel bodies during thermal recycling of the Residues remaining in the vehicle have been developed. A previous other end-of-life vehicle dismantling for Rückgewin The utilization of recyclable residues is assumed.

Auch für das Recycling von beschichteten Aluminiumblechen (heute sind dies hauptsächlich innen und außen lackierte Getränkedosen) existieren bereits energetisch effiziente Anlagen, bei denen die Beschichtung zunächst abgeschwelt, die Metallfraktion dabei vorer wärmt, und die Schwelgase anschließend zum metallurgischen Recycling genutzt, daß heißt nachverbrannt werden. Diese Herdöfen mit Vorherd haben einen sehr geringen Metallverlust von nur rd. 3% und einen Energiebedarf von 5400 MJ per t Al. Bei einem unteren Heizwert von beispielsweise 44 MJ je kg Sandwichbeschichtung (entsprechend Polypropylen) ergeben sich bei einer üblichen Sand wichausführung hohe energetische Überschußerträge, die einer Kraft-Wärme-Koppelung zugeführt werden können, so daß als ein Zusatznutzen Elektrizität erzeugt werden kann bzw. Fernheizungen mit Abwärme versorgt werden können. Eine weitergehende Nutzung der Pyrolysegase aus den Kunststoffbeschichtungen kann darin bestehen, daß Kohlenwasserstoffe rückgewonnen, d. h. raffineriert, werden, die dann als Rohstoff für die Sekundärkunststoffproduktion genutzt werden, womit ein stoffliches Recycling auch der Kunststoff fraktion realisierbar wird. Während bei konventionellen Öfen 500 bis 600 kg Salzschlacke per t Sekundäraluminium aus Abdecksalzen als Abfälle anfallen, sind dies bei dem Recyclingofen mit Vorherd 120 kg.Also for the recycling of coated aluminum sheets (today these are mainly inside and outside painted beverage cans) There are already energy efficient systems where the Coating initially abgeschwwelt, the metal fraction before vorer warms, and the smoldering gases to the metallurgical Recycling used, that means afterburning. These stoves with forehearth have a very low metal loss of only approx. 3% and an energy requirement of 5400 MJ per t Al. At a lower one Calorific value of, for example, 44 MJ per kg of sandwich coating (according to polypropylene) result in a common sand high energy surplus yields, which one Cogeneration can be supplied so that as a Added value electricity can be generated or district heating can be supplied with waste heat. Further use the pyrolysis gases from the plastic coatings can therein exist that hydrocarbons are recovered, d. H. raffineriert, which are then used as raw material for secondary plastic production be used, whereby a material recycling and the plastic Group becomes feasible. While in conventional ovens 500 to 600 kg of salt slag per t of secondary aluminum from cover salts as Waste incurred, these are in the recycling furnace with a forehearth 120 kg.

Stoffliche Recyclingverfahren für Verbundwerkstoffe, bei denen die Kunststofffraktion abgetrennt wird, sind ebenfalls bereits im Anwendungsstadium. Die Einsparungen und der Materialgewinn aus diesen Verfahren sind jedoch aufzurechnen gegen den für sie notwendigen Energieaufwand plus der Energieeinsparung, die die thermische Verwertung des Kunststoffes bedingt. Beispielsweise werden Compact Discs (Schallplatten), die bekanntlich polycarbonat beschichtete und zusätzlich lackierte Aluminiumbleche sind, nach mechanischer Bearbeitung einer Hydrolyse zugeführt. Das so ge wonnene Regranulat kann in anderen Produktbereichen weiter verwendet werden. Bei einigen Thermoplasten, wie z. B. den hoch temperaturbeständigen PEI- und PES-Beschichtungen, ist ein Ein schmelzen der Beschichtungen möglich, so daß sich aus der Schmelze mechanisch ein Regranulat rückgewinnen läßt. Beim Recycling von Stanzabfällen durch Alkoholyse (z. B. PPO u. ä.) ist zu beachten, daß sich die Lösungsmittel auch zum Aufbau eines Naß lacksystems eignen, womit eine gleichzeitige Verwertung der Lösungsmittel als Komponente der Fahrzeuglacke erschlossen werden kann. Allgemein ist zu unterscheiden zwischen Produktions abfällen, die relativ einfach wiederaufbereitbar sind, indem sie einer stofflichen oder chemischen Verwertung (Alkoholyse/Hydrolyse) zugeführt werden, und dem Altfahrzeugrecycling. Auch hierbei ist in der Regel dem Recycling eine Shredderanlage vorgeschaltet, in deren Windsichter ein Großteil der Kunststoffbeschichtungen aufge fangen wird. Ebenso können mit Hilfe von Schwimm-Sink-Sortier ungen Kunststoffleichtfraktionen nachträglich aus dem Shreddergut abgeschieden werden, die dann stofflich verwertet werden können.Substantive recycling processes for composite materials in which the Plastic fraction is separated, are also already in the Application stage. The savings and the material gain However, these procedures are to be offset against those for them necessary energy expenditure plus the energy saving that the thermal utilization of the plastic conditionally. For example are compact discs (vinyl records), which are known polycarbonate coated and additionally painted aluminum sheets are, after mechanical treatment of a hydrolysis. The ge wonnene regranulate can continue in other product areas be used. For some thermoplastics, such as. B. the high temperature-resistant PEI and PES coatings, is an on Melt the coatings possible, so that from the Melt mechanically recover a regranulate. At the Recycling of punching waste by alcoholysis (eg PPO and the like) is too Note that the solvents are also used to build up a wet paint system, whereby a simultaneous utilization of the Solvent developed as a component of vehicle coatings can be. There is a general distinction between production waste that is relatively easy to recycle by one material or chemical recovery (alcoholysis / hydrolysis) be supplied, and the end-of-life vehicle recycling. Again this is in usually preceded by recycling a shredder, in whose wind sifter a large part of the plastic coatings on will catch. Likewise, with the help of swimming-sink sorting Plastics lightweight fractions subsequently from the shredded material are separated, which can then be recycled.

Zwischen den zwei kritischen Temperaturen, die sich zum einen dadurch ergeben, daß der Kunststoffanteil des Verbundwerkstoffes wegen seiner Verwendung im Kfz-Bereich und der deshalb erforder lichen Brandsicherheit schwer entflammbar ausgerüstet sein muß, und zum anderen durch die Schmelztemperatur des Trägermaterials des Verbundwerkstoffes, verbleibt eine ausreichende Toleranz.Between the two critical temperatures, on the one hand characterized in that the plastic content of the composite material because of its use in the automotive sector and therefore required fire safety must be flame retardant, and on the other by the melting temperature of the carrier material of the composite material, a sufficient tolerance remains.

In einem ersten Schritt der Anwendung der Erfindung können separierbare Teile, wie die Hauben, Kotflügel oder Türen, mit dem Verbundwerkstoff ausgeführt werden. Auch der Einbau eines so verstärkten Fahrzeugdaches oder Bodenbleches in eine ansonsten konventionell gefertigte Ganzstahlkarosserie ist unter den Gesichts punkten der Gewichtseinsparung und der positiven weiteren Material eigenschaften des Verbundwerkstoffs bereits vorteilhaft.In a first step of the application of the invention separable parts, such as the hoods, fenders or doors, with the Composite material to be performed. Also, the installation of such a Reinforced vehicle roof or floor panels in an otherwise Conventionally manufactured all-steel body is under the face points of weight saving and positive further material properties of the composite already advantageous.

Der Verbundwerkstoff kann schließlich auch so ausgeführt werden, daß die Schaumschicht ein Aluminiumschaum ist. Ein vorbekanntes thermisches Treibmittel zur Ausbildung von Aluminiumschäumen ist Titanhydrid. Diese Anwendung des Verfahrens erscheint zur Zeit jedoch eher im Bereich des Flugzeugbaus als im sonstigen Fahrzeug bau technisch akzeptabel zu sein - wie auch verschiedene hier beschriebene Verfahren für den Bau von Flugzeugkabinen und unter Umständen Tragflächenstrukturen übertragbar erscheinen.Finally, the composite material can also be made that the foam layer is an aluminum foam. A previously known is thermal blowing agent for the formation of aluminum foams Titanium hydride. This application of the procedure is currently appearing but rather in the field of aircraft construction than in the other vehicle construction technically acceptable - as well as various here described method for the construction of aircraft cabins and under Depending wing structures appear transferable.

advantages

Die Ausführung der Fahrzeugkarosserie in Verbundbauweise und das beschriebene Herstellungsverfahren eröffnen verschiedene Vor teile in den Bereichen:The execution of the vehicle body in composite construction and The manufacturing method described above provide various advantages parts in the areas:

- the ecological product benefit (I)
- the technical material properties (II)
- Production Engineering (III)
- and thus also the production costs (IV)

Ecological benefits

Das hohe ökologische Leistungspotential der Schichtenverbundbau weise liegt in der Vermeidung des Verbrauches endlicher Ressour cen, d. h. von Metallen und fossilen Energieträgern, und vor allem in der damit verbundenen Emissions- und Abfallvermeidung begründet. Nach ökologischer Analyse verspricht allein eine Minderung des Stoffmengendurchflusses ökologischen Nutzen. Bei der ökologischen Bewertung des Verbundwerkstoffes ist der jeweils erreichbare Leicht baufaktor zu berücksichtigen, der bereits eine Materialvermeidung und eine Minderung der Transportintensität von Rohstoffen und End produkten beschreibt.The high ecological performance potential of the layer composite construction wise is to avoid the consumption of finite resources cen, d. H. of metals and fossil fuels, and especially in the associated avoidance of emissions and waste justified. According to ecological analysis alone promises a reduction of the Mass flow environmental benefits. At the ecological Evaluation of the composite is the achievable light factor that already prevents material and a reduction in the transport intensity of raw materials and end describes products.

Wesentliche Minderbelastungen durch Schadstoffe ergeben sich also sowohl durch Emissionsminderungen im Fahrbetrieb wie durch Emis sionsminderungen bei der Rohstoffgewinnung und Entsorgung.Significant reduced pollution by pollutants thus arise both by emission reductions while driving and by Emis reductions in the extraction of raw materials and their disposal.

Mit der Leichtbauweise der Karosserie entstehen sekundäre Effekte an der Antriebstechnik. Die zu erzielende Kraftstoffeinsparung resul tiert unter der Voraussetzung der Verwendung von dem geringerem Fahrzeuggewicht angepaßten Motoren nicht allein aus den geringeren Roll-, Steigungs- und Beschleunigungswiderständen. Niedrigere Motorisierungen verbrauchen per se weniger; auch die Motoren sind wiederum leichter und damit in der Herstellung weniger ressourcen intensiv. Leichtere Fahrzeuge zeigen durch die Minimierung der Totlast in der Mehrzahl der Belastungsfälle ein dynamischeres Fahr verhalten, womit eine Akzeptanz für angepaßte Antriebstechniken begünstigt wird. Weitere ökologische Sekundäreffekte entstehen unter anderem unmittelbar durch die Substitution von Schalldämmate rialien durch die Schichtenverbundbauweise.The lightweight construction of the body creates secondary effects on the drive technology. The fuel savings to be achieved under the condition of the use of the lesser Vehicle weight matched engines not alone from the lower Roll, pitch and acceleration resistances. lower Motorizations consume less per se; also the engines are again lighter and thus less resources in the production intensive. Lighter vehicles show by minimizing the Dead load in the majority of load cases a more dynamic driving Behavior, which is an acceptance of adapted drive techniques is favored. Further ecological secondary effects arise among others directly by the substitution of sound insulation rials through the layered composite construction.

Der Kunststoffschaum substituiert bei der Schichtenverbundbauwei se in dem erheblichen Maße Metall, in dem er zur Verringerung des Gewichtes beiträgt, plus Eigengewicht. Kunststoffen kommt als Werkstoff eine Sonderstellung zu. Der Energie-Input zu ihrer Herstel lung bleibt bis auf die Verfahrensverluste als Brennwert erhalten, im Gegensatz zu Metallen, bei denen er verlorengeht. Er ist auf das Volumen und selbst auf gleiche Steifigkeit bezogen geringer als bei Metallen. Der Energiebedarf für die Produktion eines massiven Ther moplastes beträgt im Durchschnitt volumenbezogen nur ca. 1 zu 9 in Relation zu Aluminium und ca. 1 zu 5 bezogen auf Stahl. Bei ge schäumten Kunststoffen fällt dieses Verhältnis natürlich noch um ein großes Vielfaches günstiger aus. Jeder Liter Rohöl, der als Neu material oder auch Recyclatanteil für die Produktion von Schichten verbundwerkstoff verwendet wird, enthält demnach drei zusätzliche energetische Nutzen: er spart Produktionsenergie ein, er ersetzt Primärenergie beim Recyclingprozeß und er spart Treibstoffe. Die für die Schichtenverbundbauweisen eingesetzten Kunststoffe sparen tatsächlich im Vergleich mit dem Stand der Technik ein großes Vielfaches dessen an Rohöl oder anderen fossilen Energieträgern ein, das ihre Produktion erfordert.The plastic foam substituted in the Verbundverbundbauwei to a considerable extent metal, in which he has to reduce the Weight contributes, plus net weight. Plastics comes as Material a special position too. The energy input to their manufacture tion is retained as gross calorific value, except for the process losses Unlike metals, where it is lost. He is on that Volume and even at the same stiffness lower than at Metals. The energy requirement for the production of a massive Ther On average, moplastes is only about 1 in 9 in volume terms Relation to aluminum and about 1 to 5 based on steel. At ge foamed plastics, of course, this ratio is still one big multiple cheaper. Every liter of crude oil as new material or recycled content for the production of coatings Therefore, contains three additional material energetic benefits: it saves production energy, it replaces Primary energy in the recycling process and it saves fuel. The for the layered composites save the used plastics actually a big one in comparison with the prior art Many of it in crude oil or other fossil fuels one that requires their production.

Mit der leichtbaubedingten Metallsubstitution wird demnach bereits ein sehr wesentliches Potential der Emissionsvermeidung durch Schichtenverbundbauweisen deutlich. Hinzu kommt, daß PP oder auch andere Thermoplaste bei der Produktion einschließlich Entsor gung (d. h. hier bei Verbrennung) eine vergleichsweise geringere Luft- und Wasserbelastung gegenüber der Produktion von Metallen verur sachen. Die entsprechenden Schadstoffbelastungen wurden im folgendem verglichen, indem die diversen Schadstoffmengen durch ihren jeweils gesetzlich zulässigen Konzentrationsgrenzwert für Atemluft bzw. Wasser dividiert und dadurch die Luft- oder Wasser menge errechnet wurde, die durch Emissionen bis zum Grenzwert belastet ist. Einer Studie des Bundesamtes für Umwelt, Wald und Landschaft² zufolge, beträgt das Verhältnis für PP volumenbezogen für die schadstoffbelastete Luftmenge: 1 zu 36,7 für PP/Al; bzw. 1 zu 20 für PP/WeißbIech; für die schadstoffbelastete Wassermenge: 1 zu 15,6 für PP/Al; bzw. 1 zu 7,5 für PP/Weißblech. Diese Werte ver bessern sich zwar bei zunehmenden Anteil von Sekundärmetallen zugunsten der Metalle, doch bleibt die ökologische Bilanzierung der Schichtenverbundbauweise auch bei steigendem Recycling positiv. So bietet deshalb auch Aluminiumschaum anstatt Kunststoffschaum keinen ökologischen Vorteil. Im Vergleich zu PP hat recycliertes Alu minium zwar nur noch einen Energieäquivalenzwert von 42,5 MJ/dm³ (Vergleichswert Stahl = 154 MJ/dm³), doch die Differenz zwischen Energieäquivalenzwert und unterem Heizwert von PP, die für einen Vergleich ausschlaggebend ist, beträgt nur 26 MJ/dm³; außerdem entstände die 3,2fache Luftschadstoffbelastung.Accordingly, a very significant potential for avoiding emissions through layered composite structures is already evident with lightweight metal substitution. In addition, PP or other thermoplastics in the production including Entsor supply (ie here when burning) cause a comparatively lower air and water pollution compared to the production of metals. The corresponding pollutant loads were compared by dividing the various pollutant amounts by their respective legally permitted concentration limit values for respiratory air or water and thereby calculating the amount of air or water that is polluted by emissions up to the limit value. According to a study by the Federal Office for the Environment, Forests and Landscape², the ratio for PP is based on the volume of polluted air: 1 to 36.7 for PP / Al; or 1 to 20 for PP / WeißbIech; for the contaminated water quantity: 1 to 15.6 for PP / Al; or 1 to 7.5 for PP / tinplate. Although these values improve with the increasing share of secondary metals in favor of the metals, the ecological balance of the layered composite construction remains positive even with increasing recycling. Therefore aluminum foam instead of plastic foam offers no ecological advantage. In comparison to PP, recycled aluminum has only an energy equivalent value of 42.5 MJ / dm ³ (comparison value steel = 154 MJ / dm ³ ), but the difference between energy equivalent value and lower calorific value of PP, which is decisive for a comparison, is only 26 MJ / dm ³ ; in addition, the 3.2-fold air pollutant pollution.

Ein weiterer Vorteil ist, daß natürlich auch feste Produktionsabfälle aus der Rohstoffgewinnung, die insbesondere durch Schwermetalle hoch schadstoffbelastet sind, erheblich vermindert werden, ebenso wie die ökologischen Belastungen aus der Erzförderung.Another advantage is that, of course, solid production waste from the extraction of raw materials, in particular by heavy metals are highly polluted, are significantly reduced, as well like the ecological burdens of ore mining.

Eine sehr weitgehende Möglichkeit der Minderung von Schadstoff belastungen ergibt sich im Materialvergleich zu Aluminium. Unter der Annahme eines realistischen Leichtbaufaktors von 0,6 verursacht Aluminium im Vergleich zu Stahlblech eine über 3fache Luftschad stoffbelastung bei technisch vergleichbaren Materialanwendungen, eine 3,5fache Wasserbelastung und über die doppelte Menge an festen Produktionsabfällen (ohne Berücksichtigung des Abraumes aus der Erzförderung). Besonders bedenklich ist der überproportional hohe Anteil des Waldschadstoffes Schwefeldioxid an den Luftschad stoffemissionen, der auch nicht durch die Einsparungen im Fahrbe trieb kompensiert werden kann, sondern zu einer rd. 5fachen Mehr belastung in der Bilanzsumme aus Herstellung und Fahrbetrieb im ersten Produktzyklus führt. Daneben entstehen zusätzliche Belastun gen durch Stickoxide und weitere Schadstoffe. Dennoch weist Aluminium für den Aufbau einer ökologischen Kreislaufwirtschaft potentielle Vorteile auf, da die stoffliche Verwertung sowohl bei den Emissionswerten wie den Produktionsenergieverbrauchswerten zu wesentlicheren Verbesserungen als bei Stahl führt.A very far-reaching possibility of reducing pollutant loads result in the material comparison to aluminum. Under the Assumption of a realistic lightweight factor of 0.6 caused Aluminum compared to steel sheet over 3 times air damage material load in technically comparable material applications, a 3.5 times water load and about twice the amount solid production waste (without consideration of overburden from ore mining). Particularly worrying is the disproportionate high proportion of forest pollutant sulfur dioxide to the air pollutant fuel emissions, which is not affected by the savings in can be compensated, but to a rd. 5 times more burden on total assets from production and operation in first product cycle leads. In addition, there are additional burdens conditions due to nitrogen oxides and other pollutants. Nevertheless, points Aluminum for the construction of an ecological cycle economy potential benefits, since recycling is beneficial for both Emission values such as the production energy consumption values leads to more substantial improvements than steel.

Mit der Schichtenverbundbauweise werden demnach zwei ökolo gisch vorteilhafte Entwicklungsrichtungen vorgeschlagen:With the layer composite construction, therefore, two ecological suggested advantageous development directions:

1. Layered construction methods with outer layers of higher strength On the one hand, steel sheets can be used in the extraction of raw materials less stressful lightweight alternative to full aluminum constructions represent a roughly comparable fuel economy in the Cause driving,
2. Layered construction with aluminum cover layers On the other hand, sheet metal can increase the availability of environmentally sound materials Secondary aluminum through the extensive metal substitution improve significantly. An unacceptably high ecological base investment, as required by the current state of the art could be so diminished. This is especially true for applications conditions of layered composites with cheaper cover layers from Al from hydroelectric-powered electrolysis.

Darüber hinaus kann unter der Voraussetzung eines geschlossenen Aluminiumkreislaufes mit der Verwendung von Kunststoffen aus nachwachsenden biologischen Rohstoffen, die während ihres Wachstums CO₂ binden, perspektivisch eine mittelbar aus Solarener gie gespeiste Rohstoffgewinnung für eine Verkehrsinfrastruktur skiz ziert werden, die außerdem einen verminderten Bedarf an kineti schen Energien aufweist. Durch die Wirkungsgradsteigerung der für die Beschichtung eingesetzten Rohstoffe im Systemzusammenhang "Schichtenverbundbauweise" wird der Einsatz von Biomasse ökolo gisch akzeptabel, im Gegensatz z. B. zu einer Hydrierung und direk ten Verbrennung als Treibstoff, die ökologisch nachteilig erscheint. In addition, under the condition of a closed aluminum cycle with the use of plastics from renewable biological raw materials, which bind CO ₂ during their growth, perspectively an indirectly from solar energy fed raw material extraction for a transport infrastructure will be skiz graced, which also a reduced demand for kineti rule Has energies. By increasing the efficiency of the raw materials used for the coating in the system context "layers composite" the use of biomass is ecologically acceptable, in contrast, for. B. to a hydrogenation and direk th combustion as a fuel that appears environmentally harmful.

Die Optimierung des Treibstoffverbrauches gewinnt natürlich beson dere Relevanz für die Minderung von Kohlendioxidemissionen. Bei der Verbrennung von 1 t Treibstoff entstehen allein 3,2 t CO₂. Schon mit Vollaluminiumbauweisen läßt sich ein Gewinn in der Kohlen dioxidbilanz aus der Rohstoffgewinnung und dem Fahrbetrieb erzielen. Eine nochmals viel wesentlichere Optimierung läßt sich mit Schichtenverbundbauweisen realisieren, da der CO₂-Eintrag durch die Kunststoffe nur gering ist. Auch mit der Steigerung des Anteiles von Primäraluminium, das mittels wasserkraftunterstützter Elektrolyse hergestellt wird, und für das wenig fossile Brennstoffe verfeuert wird, ist der Kohlendioxideintrag weiter reduzierbar.Of course, the optimization of fuel consumption gains special relevance for the reduction of carbon dioxide emissions. The burning of 1 t of fuel alone produces 3.2 t of CO ₂ . Already with full aluminum construction, a profit in the carbon dioxide balance from the extraction of raw materials and driving can be achieved. An even more significant optimization can be realized with layered composite structures, since the CO ₂ input through the plastics is only low. Even with the increase in the proportion of primary aluminum, which is produced by means of water-powered electrolysis, and is fired for the low fossil fuels, the carbon dioxide entry is further reduced.

Die folgenden Berechnungen werden auf eine Tonne Rohkarosserie oder Komponenten in Stahlblechbauweise (also 1 t Stahlblech) und ihre dementsprechenden Substitute, d. h. jeweils die technisch ver gleichbare Menge Al, Alusandwich= Al/sw, Stahlsandwich = St/sw, bezogen sein, um eine ökologische Bewertung der Werkstoffe zu ermöglichen. Als Leichtbaupotential wird für Al eine erzielbare Ge wichtseinsparung von 40%, für Al/sw von 50 bis 60% und für St/sw von 25 bis 40% angenommen. Der Schaumstoffanteil wird als feste Größe vom Volumen her mit rd. 2 m³ bestimmt. Dieses Volumen würde einer Platte von ca. 3,5 Grundflächen eines PKW mit einer Höhe von 75 mm entsprechen, und 3,5 Karosserien eines Mittel klasse-PKW wiegen ca. 1 t. Der geschätzte Schaumstoffanteil würde einem dreidimensionalen CAD-Modell eines PKW zufolge eine Ma terialdicke aller Blechaußenflächen von 30 mm erlauben, wobei die Annahme zu hoch liegt, um die Verdichtung der Integralschaum flächen und die Ausbildung der Bodengruppe zu berücksichtigen. Es wird weiterhin von einem unverdichteten Raumgewicht des Hart schaumes von 0,075 g/mm³ ausgegangen; als Kunststoff wird Poly propylenschaum angenommen. Aus diesen Annahmen ergibt sich unmittelbar ein Minderverbrauch an Metallen bezogen auf 600 kg Aluminiumkarosserie, bzw. 1 t Stahlblechkarosserie, ohne Berück sichtigung sekundärer Effekte an der Antriebstechnik, von: Al/sw 254 bis 404 kg; St/sw 177 bis 554 kg.The following calculations are based on one ton of body shell or components in sheet steel construction (ie 1 t of sheet steel) and their corresponding substitutes, ie in each case the technically ver comparable amount Al, Alusandwich = Al / sw, steel sandwich = St / sw, to an ecological To allow evaluation of the materials. As a lightweight construction potential, an attainable weight saving of 40% is assumed for Al, 50 to 60% for Al / sw and 25 to 40% for St / sw. The foam content is a fixed size in volume with approx. 2 m ³ determined. This volume would correspond to a plate of about 3.5 base areas of a car with a height of 75 mm, and 3.5 bodies of a middle class car weigh about 1 t. The estimated amount of foam would allow a three-dimensional CAD model of a car, a Ma material thickness of all sheet metal surfaces of 30 mm, the assumption is too high to consider the compaction of the integral foam surfaces and the formation of the floor pan. It is further assumed that an uncompressed density of the hard foam of 0.075 g / mm ³ ; as plastic poly propylene foam is assumed. Based on these assumptions, there is an immediate under-consumption of metals with respect to 600 kg of aluminum bodywork or 1 t of sheet steel bodywork, without taking into account secondary effects on drive technology, from: Al / sw 254 to 404 kg; St / sw 177 to 554 kg.

Ein Gewinn in der Gesamtenergiebilanz ist für Vollaluminiumbau weisen im PKW-Bau umstritten. Unter Umständen übersteigt der Mehrverbrauch an Primärenergie für die Rohstoffgewinnung die mögliche Einsparung im ersten Produktleben, so daß sich eine Einsparung erst mit der Verwendung von Sekundärmetallen ergibt. Die folgende Tabelle gibt die Energieäquivalenzwerte der unter schiedlichen Bauweisen nach Recyclingquoten (= RQ) und dem oben dargelegten Berechnungsschlüssel an.A gain in the overall energy balance is for solid aluminum construction disputed in the car construction. In some circumstances, the More consumption of primary energy for raw material extraction possible savings in the first product life, so that a Saving only with the use of secondary metals results. The following table gives the energy equivalence values of different construction methods according to recycling rates (= RQ) and the above explained calculation key.

Energieäquivalenzwert (MJ) Energy Equivalent Value (MJ)

Bei der Recyclingquote 100% wurde eine Gutschrift von 44 MJ/kg PP für die thermische Verwertung der Kunststofffraktion berücksichtigt.At the recycling rate 100% was a credit of 44 MJ / kg PP considered for the thermal utilization of the plastic fraction.

Mit Stahlsandwich läßt sich nach den obenstehenden Daten ein Energiegewinn im Vergleich zu Vollaluminiumbauweisen bereits bei der Rohstoffgewinnung erzielen, zusätzlich zur Treibstoffeinsparung. Die Alusandwichbauweise verspricht ebenfalls eine wesentliche Opti mierung und schneidet selbst bei der Beurteilung der Sekundär produktion besser ab als die Vollaluminiumbauweise.With steel sandwich can be according to the above data Energy gain compared to full aluminum construction already at the extraction of raw materials, in addition to fuel savings. The Alusandwichbauweise also promises a substantial Opti and cuts even when assessing the secondary production better than the all-aluminum construction method.

Energieverbrauch und damit verbundene Emissionen fallen bei der Herstellung sofort an, während sich die Einsparungen im Fahrbetrieb über die gesamte Nutzungsdauer des Produktes, also im Schnitt über zehn Jahre, verteilen. Der Aufbau einer Kreislaufwirtschaft, die für Aluminium eine komplexe neue Infrastruktur erfordert, würde mehrere Dekaden in Anspruch nehmen. Bei einer vergleichenden Bewertung der Tabellen ist auch zu beachten, daß jedes Kilogramm Aluminium, das in eine so umfangreiche Neuanwendung wie den Fahrzeugbau eingeht, als Primärmaterial zu bewerten ist, während für die Stahlblechtechnologie hohe Recyclingquoten etabliert sind.Energy consumption and associated emissions are covered by the Manufacture immediately while the savings in driving over the entire useful life of the product, so on average over ten years, distribute. The construction of a circular economy, the would require a complex new infrastructure for aluminum take several decades to complete. In a comparative Review of the tables is also to be noted that every kilogram Aluminum, which is in as extensive a new application as the Vehicle construction is considered to be the primary material to evaluate while High recycling rates have been established for steel sheet technology.

Ein sehr positiver ökologischer Effekt läßt sich darüber hinaus natürlich durch Austauschteile erzielen, die in mehreren Fahrzeugen über mehrere Produktleben hinweg verwendet werden. Hierfür sind Al-Teile besonders geeignet, doch setzt auch dieses Nutzungsmodell eine optimierte Altfahrzeugverwertung voraus.In addition, a very positive ecological effect can be achieved Of course, achieve through replacement parts, which in several vehicles be used over several product lives. For this are Al parts particularly suitable, but also sets this usage model an optimized ELV utilization ahead.

Im folgenden werden die ökologischen Belastungen aus der Roh stoffgewinnung einzeln bilanziert. Das Modell der kritischen Mengen folgt als ein Summenparameter der oben dargestellten Schadstoffbi lanzierung nach Grenzwerten. Für die Wasserbelastung werden außerdem die Summenparameter des biologischen bzw. chemi schen Sauerstoffbedarfs angegeben.The following are the environmental pressures from the raw Production of materials individually accounted for. The model of critical quantities follows as a sum parameter of the pollutant bi shown above lancing according to limit values. For the water pollution will be also the sum parameters of the biological or chemi specified oxygen demand.

Atm. Emissionen, kritische Menge (10⁶ m³)/ Rohstoffgewinnung Atm. Emissions, critical amount (10⁶ m ³ ) / raw material extraction

Einsparungen an Luftschadstoffbelastungen im Fahrbetrieb/Produktzyklus (10⁶m³)Savings in air pollution during driving / product cycle (10 ⁶ m ³ ) AluAlu 283,9283.9 Al/swAl / sw 354,9-460,9354.9 to 460.9 St/swSt / sw 177,4-283,9177.4 to 283.9

Einsparungen im Fahrbetrieb/1 Produktzyklus wurden berechnet mit 0,7 l bleifreies Benzin/100 km bezogen auf eine Gewichtsein sparung von je 100 kg und einer Gesamtlaufleistung von 130 000 km bei einem Verbrauch von 10 l/100 km. Savings during driving / 1 product cycle were calculated with 0.7 l unleaded petrol / 100 km in relation to a weight savings of 100 kg each and a total mileage of 130,000 km at a consumption of 10 l / 100 km.

Schwefeldioxid (kg)/Rohstoffgewinnung Sulfur dioxide (kg) / Extraction of raw materials

Einsparungen von SO₂ im Fahrbetrieb/1 Produktzyklus (kg)Savings of SO₂ while driving / 1 product cycle (kg) AluAlu 1,31.3 Al/swAl / sw 1,7-2,21.7-2.2 St/swSt / sw 0,8-1,30.8-1.3

Stickoxide (kg)/Rohstoffgewinnung Nitrogen oxides (kg) / Extraction of raw materials

Einsparungen von NO_x im Fahrbetrieb/1 Produktzyklus (kg)Savings of NO _{x while} driving / 1 product cycle (kg) AluAlu 13,113.1 Al/swAl / sw 16,4-21,316.4 to 21.3 St/swSt / sw 8,2-13,18.2 to 13.1

Kohlenwasserstoffe (kg)/Rohstoffgewinnung Hydrocarbons (kg) / raw material extraction

Einsparung von HC im Fahrbetrieb/1 Produktzyklus (kg)Saving of HC during driving / 1 product cycle (kg) AluAlu 1010 Al/swAl / sw 12,6-16,412.6 to 16.4 St/swSt / sw 6,3-106.3 to 10

Kohlenmonoxid (kg)/Rohstoffgewinnung Carbon monoxide (kg) / raw material extraction

Einsparung von CO im Fahrbetrieb/1 Produktzyklus (kg)Savings of CO during driving / 1 product cycle (kg) AluAlu 9191 Al/swAl / sw 113,7-147,7113.7 to 147.7 St/swSt / sw 56,8-9156.8 to 91

Partikel (kg) Particles (kg)

Distickstoffoxid, N₂O (g) Nitrous oxide, N ₂ O (g)

Aldehyde (kg) Aldehydes (kg)

Chloride (g) Chlorides (g)

Chlor, nur atm. Emissionen ohne Wasserbelastung durch CL₂ (g) Chlorine, only atm. Emissions without water pollution by CL ₂ (g)

Fluoride, atm. Emissionen (g) Fluorides, atm. Emissions (g)

sonstige organ. Verbindungen, atm. Emissionen (g) other organ. Compounds, atm. Emissions (g)

Teer, atm. Emissionen (g) Tar, atm. Emissions (g)

Feste Abfälle (kg)/ Rohstoffgewinnung Solid waste (kg) / Extraction of raw materials

Wasserbelastung: Kritische Menge (m³) Water Pollution: Critical Quantity (m ³ )

Wasserbelastung: Biological Oxygen Demand, BOD (g) Water Pollution: Biological Oxygen Demand, BOD (g)

Wasserbelastung: Chemical Oxygen Demand, COD (g) Water Pollution: Chemical Oxygen Demand, COD (g)

Die ökologischen Vorteile der Schichtenverbundbauweise erschließ en sich bei einer systemischen Betrachtungsweise, wie sie die vorangestellte Schadstoffbilanzierung nahelegt. Zunächst mag es widersinnig erscheinen, die Kunststofffraktion thermisch zu verwert en, also zu verbrennen, um Luftschadstoffemissionen zu vermeiden. Dieses Unbehagen liegt jedoch in einer sektoralen Betrachtungs weise begründet, die einseitig auf die Aspekte des Recycling ausge richtet ist, nicht auf die Vermeidung bzw. Verminderung von Belastungen. Bei der Schichtenverbundbauweise besteht der ökolo gische Nutzen in der allgemeinen Reduktion bzw. der Verlangsam ung des anthropogenen Stoffmengendurchflusses im Ökosystem. Mit der Schichtenverbundbauweise wird demnach ein wesentlicher Beitrag zur ökologischen Optimierung von Verkehrsmitteln vorge schlagen.The ecological advantages of layered composite construction In a systemic approach, like the prefix pollutant assessment suggests. At first it likes seem absurd to use the plastic fraction thermally en, so to burn, to avoid air pollutant emissions. This discomfort, however, lies in a sectoral view wise justified, one-sidedly on the aspects of recycling is not aimed at avoiding or reducing Charges. In the layer composite construction, there is the ecological gische benefits in the general reduction or slowing down of anthropogenic mass flow in the ecosystem. With the layer composite construction is therefore an essential Contribution to the ecological optimization of transport beat.

Advantages due to technical material properties

Neben den vorteilhaften ökologischen Materialeigenschaften besteh en weitere günstige technische Eigenschaften, die bereits oben erwähnt worden sind: Leichtbaueigenschaften, physikalisches Ar beitsvermögen, akustisches Verhalten, Korrosionsschutz.In addition to the beneficial ecological material properties exist There are more favorable technical features already mentioned above have been mentioned: lightweight properties, physical Ar ability to work, acoustic behavior, corrosion protection.

Die Leichtbaueigenschaften sind in der Beschreibung ausführlich dargestellt worden.The lightweight properties are detailed in the description been presented.

Die durch den Leichtbau bedingten Zugewinne an Biegesteifigkeit und Biegefestigkeit werden auch in eine Verbesserung der passiven Sicherheit des Fahrzeuges münden. Leichtbaumaßnahmen im Fahr zeugbau sind also nicht allein aufgrund des umgesetzten Grades der Gewichtseinsparung zu beurteilen. Das Energieaufnahmevermögen des Schichtenverbundwerkstoffes ist zudem sowohl in Hinblick auf bleibende Verformungen, also auf das plastische Energieab sorptionsvermögen, wie auf elastisches Verhalten relativ zu Stahl blechschalen gleichen Gewichts besser.The gains in flexural rigidity caused by the lightweight construction and flexural strength are also in an improvement of the passive Safety of the vehicle lead. Lightweight construction measures in the driving Building of a building is therefore not solely due to the degree of turnover To assess weight savings. The energy absorption capacity of the layer composite is also both in terms of Permanent deformations, ie the plastic energy dissipation sorption capacity, as to elastic behavior relative to steel Sheet metal shells of the same weight better.

Eine versteifte Bodenkonstruktion ist im Hinblick auf die Insassen sicherheit bei Seitenaufprall vorteilhaft. Der Seitenrahmen (2) dient der Verbesserung der Gesamtstruktur gegenüber einer Konstruktion aus Blechformteilen. Die Ausführung der Motorhaube verbessert die Fußgängersicherheit.A stiffened floor construction is advantageous in terms of occupants safety in a side impact. The side frame ( 2 ) serves to improve the overall structure compared to a construction made of sheet metal parts. The bonnet design improves pedestrian safety.

Bei einer Beurteilung des plastischen Verhaltens interessiert das Deformationsverhalten des Schaumkernes, insbesondere bei Sand wichstrukturen, die mit doppellagigen metallischen Deckschichten ausgeführt wurden. So wurden Verbesserungen des Crashver haltens beispielsweise bereits mit Hilfe ausgeschäumter Längsträger erzielt; es ließen sich unter anderem kontrollierte Auffaltungen erreichen. Der Verbundwerkstoff verspricht wegen der Komprimier barkeit des zähen Kunststoffhartschaums und der flächigen Verklebung der Deckschichten ein positives Materialverhalten im Crash, vor allem im Vergleich zu sonstigen Leichtbaukonstruktionen.In an assessment of the plastic behavior that interests Deformation behavior of the foam core, especially in sand wichstrukturen with double-layered metallic cover layers were executed. So were improvements to the crashver For example, they are already using foam-filled side members achieved; Among other things, controlled unfolding was possible to reach. The composite promises because of the Komprimier Tightness of the tough plastic foam and the flat Bonding of the cover layers a positive material behavior in the Crash, especially in comparison to other lightweight constructions.

Ein leichteres Fahrzeug verursacht beim Crash einen geringeren Masseimpuls. Gemeinsam mit einer erhöhten Steifigkeit wird somit zwangsläufig im Hinblick auf die Insassensicherheit ein besseres Verhalten beim Aufprall auf feste Hindernisse erreicht. Beim Fahr zeugzusammenstoß sollte das leichtere Fahrzeug das steifere sein, um Kompatibilität zu erreichen. Auch diese Forderung ist durch die Schichtenverbundbauweise erfüllbar. Aktive Rückhaltesysteme zur Absorption der erhöhten Anfangsbelastungen der Insassen werden hierbei vorausgesetzt.A lighter vehicle causes a smaller crash Mass pulse. Together with an increased stiffness becomes thus inevitably a better one in terms of occupant safety Behavior when impacting on solid obstacles reached. When driving collision the lighter vehicle should be the stiffer one, to achieve compatibility. This demand is also due to the Layer composite construction feasible. Active restraint systems for Absorb the increased initial load of the occupants assumed here.

Die Sicherheitsvorteile werden besonders deutlich im Vergleich zu anderen mineralisch verstärkten leichten Verbundwerkstoffen mit polymerer Matrix. Sowohl CFK- wie GFK- und RRIM-Teile verhalten sich elastisch bis zum Versagen und stellen somit in Deformations bereichen eine Gefährdung dar, auch wegen der Schnittgefährdung durch die Bruchstellen. Da die vorgeschlagene Schichtenverbund bauweise sich im Kostenvergleich zu GFK-Formteilen (SMC und andere Verfahren) und RRIM-Teilen wettbewerbsfähig verhalten wird, oder sogar stückzahlenabhängig kostengünstiger ist, ergibt sich hiermit die Möglichkeit, auch Kleinserienteile (z. B. Reisebusfronten, Anbauteile, etc.) sicherheitstechnisch zu optimieren. The security benefits will be particularly clear compared to other mineral-reinforced lightweight composites polymeric matrix. Both CFK and GFK and RRIM parts behave Elastic until failure and thus put in deformation areas are a danger, also because of the risk of cutting through the breakages. As the proposed layers composite In comparison to GRP molded parts (SMC and other procedures) and RRIM sharing competitively is, or even piece-dependent cost-effective, results hereby the possibility, even small series parts (eg coach fronts, Attachments, etc.) to optimize safety.

Die Beschichtung eines Karosseriebleches mit einer Integralschaum schicht verspricht ein sehr gutes akustisches Materialverhalten, da störende Blechresonanzen im Fahrbetrieb vermieden und andere Resonanzgeräusche an der verdichteten inneren Schaumschicht reflektiert werden. Dies ist bereits bei der Gestaltung von separaten Komponenten wie z. B. einem Fahrzeugdach oder einer Motorhaube wichtig. Ausschlaggebend ist, daß die unterschiedlichen, miteinander verbundenen Materialien unterschiedlich frequente Schwingungsbe reiche aufweisen, und daß die Schallwellen an der weniger hochver dichteten Kernschicht des Hartschaumes diffundieren. Entsprech ende Materialstrukturen werden auch für spezielle Schallschutzma terialien eingesetzt. Aber auch allein schon durch Punktschweiß klebeverbindungen wurden erhebliche akustische Verbesserungen im konventionellen Karosseriebau erzielt.The coating of a body panel with an integral foam layer promises a very good acoustic material behavior, since annoying metal resonances avoided while driving and others Resonance noises on the densified inner foam layer be reflected. This is already in the design of separate Components such. B. a vehicle roof or a hood important. The decisive factor is that the different, with each other connected materials different frequency Schwingungsbe have rich, and that the sound waves at the less hochver densified core layer of hard foam diffuse. Entsprech The end material structures are also used for special sound insulation used. But even by spot sweat Adhesive bonds have been significant acoustic improvements achieved in conventional body shop.

Übliche akustische Dämmaterialien, die zusätzliche Material- und Montagekosten verursachen, die sogar recht beachtlich sein können, werden somit weitgehend überflüssig.Usual acoustic insulation materials, the additional material and Cause assembly costs, which can be quite considerable, are thus largely unnecessary.

Diese Dämmaterialien absorbieren als Totlasten zu einem erheb lichen Teil die Fortschritte im Fahrzeugleichtbau. Die zunehmende Verwendung von Schalldämmaterialien ist neben der Optimierung der passiven Sicherheit der Hauptgrund für die durchschnittliche Gewichtszunahme der Fahrzeugfolgegenerationen. Bei Mittelklasse wagen sind heute zwischen 30 und 50 kg Schalldämmaterialien Stand der Technik.These insulating materials absorb as dead loads to an elevation progress in lightweight vehicle construction. The increasing Use of sound insulation materials is in addition to optimization passive safety is the main reason for the average Weight gain of the vehicle succession generations. For middle class Dare today between 30 and 50 kg Schalldämmaterialien stand of the technique.

Das günstige akustische Materialverhalten führt unmittelbar zu einer sehr wertigen Qualitäts- und Materialanmutung, die sich sonst im Fahrzeugleichtbau nur schwer erreichen läßt. Leichtbaustrukturen machen oft einen instabilen Eindruck, ohne daß dies sachlich berechtigt wäre. Eine scheppernd ins Schloß fallende, leichte Fahr zeugtür oder ebensolche Hauben werden nicht akzeptiert. Der höhere technische Aufwand einer Gewichtsoptimierung steht hier tradierten Materialvorstellungen gegenüber. Der Verbundwerkstoff ist hochwertig, und dies auch in seiner subjektiven Anmutung. Hauben und Türen sind zwar leicht, fallen aber mit sattem, gedämpften Klang ins Schloß. Dort, wo der Verbundwerkstoff als Material sichtbar wird, vermittelt er durch eine dickere Materialstärke ein Bild von Stabilität. Dieser Eindruck wird durch die wertigen, in der Fahrzeugfarbe lackierten Integralschaumoberflächen unterstützt, die zudem plastisch strukturierbar sind und damit zusätzliche Gestaltungsmöglichkeiten bieten.The favorable acoustic material behavior leads directly to a very high quality and material appearance, which is otherwise in the Vehicle lightweight construction is difficult to achieve. lightweight structures often make an unstable impression, without that factual would be entitled. A slipping into the castle falling, light ride Door or similar hoods are not accepted. The higher technical effort of a weight optimization is here compared to traditional material concepts. The composite is high quality, and this in its subjective appearance. Hood and doors are light but fall with a rich, muffled sound into the castle. Where the composite becomes visible as a material, he conveys a picture of stability through a thicker material thickness. This impression is made by the valued, painted in the vehicle color Integral foam surfaces supported, which also plastic can be structured and thus additional design options Offer.

Bei Stahlblechkonstruktionen verhindern die Kunststoffbeschichtung an den innenliegenden Seiten und die ausgeschäumten Holme Korrosion - bei Konstruktionen auf Leichtmetallbasis ist die Kor rosionsbeständigkeit sowieso gegeben. Bei Mischkonstruktionen muß eine elektrolytisch bedingte Kontaktkorrosion ausgeschlossen werden. Auch hierzu eignet sich die Klebemontage durch die aufschäumende Kunststoffbeschichtung sehr gut. Eine weitere günstige Materialeigenschaft des Verbundwerkstoffes ist die Anpassungsfähigkeit des Materials an die unterschiedlichen lokalen Belastungen und Anforderungen im Karosseriebau. So ist die Steifigkeit durch die Auswahl der Kunststoffbeschichtung und durch die Materialstärke der Aufschäumung einstellbar. Genauso ist die Elastizität der Schicht bis hin zu Weichschäumen variierbar. Gegen über Leichtbaukonstruktionen, bei denen die Fahrzeugaußenhaut aus Kunststoffen besteht, ist die elektrische Leitfähigkeit des Verbundwerkstoffes von Vorteil. Einerseits lassen sich herkömmliche elektrische Anlagen installieren, bei denen die Karosserie als Mas seleiter dient, und andererseits bleibt ein Blitzschutz gewährleistet.For sheet steel constructions prevent the plastic coating on the inner sides and the foam-filled spars Corrosion - in light metal constructions is the Kor resistance to resistance anyway. In mixed constructions must be excluded electrolytically induced contact corrosion become. Also, this is the adhesive mounting by the foaming plastic coating very good. Another favorable material property of the composite is the Adaptability of the material to the different local Loads and requirements in body construction. That's how it is Stiffness through the choice of plastic coating and through the material thickness of the foam can be adjusted. That's the same The elasticity of the layer can be varied up to flexible foams. against about lightweight structures, where the vehicle's outer skin is made of plastics, the electrical conductivity of the Composite of advantage. On the one hand can be conventional install electrical systems in which the bodywork as Mas seleiter serves, and on the other hand, a lightning protection is guaranteed.

Production advantages

Schließlich bietet das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Fahrzeugkarosserie wesentliche produktionstechnische Vorteile:Finally, the process according to the invention provides for the production the vehicle body essential production advantages:

1. Compared to a conventional body assembly is Process rational, because not consecutive sheet metal parts piece by piece be assembled in spot welding, but an equal early assembly of complex structures in just one tool. The method involves a large potential Ratio, in particular in With regard to already mechanized processes. When joining arise in the same production step body components in layer enver bund construction.
2. Another very important production-technical verb The solution is thinner in the simpler formability, kunststoffbe layered boards with lower pressures and less stand solid, cost-effective tools justified, with the forming technology and toolmaking allow simplifications - potentially right down to cast tools.

Es werden weniger Blechformteile als bei der doppelschaligen Scha lenbauweise benötigt, die weniger stark umgeformt (z. B. verprägt) sind. Die im Werkzeug fixierten Blechformteile können bei der Montage nicht verziehen; d. h. auch große freitragende Teile sind montabel, die durch die Hinterschäumung mit Integralschaum schichten oder im Fall der Ausbildung von belasteten Strukturen als doppellagiges Sandwichteil stabilisiert werden. Aufwendige Richtar beiten entfallen somit. Die vorhandenen Anlagen, d. h. Montage roboter und Umformpressen, können genutzt werden. Das neue Verfahren nutzt Anlagen und Arbeit hierbei rationeller; die Taktzeiten sind durch die Integration vieler Werkteile in nur einen Montage vorgang kürzer und der Flächenbedarf geringer.There are less sheet metal parts than the double-shell Scha lenbauweise needed less strongly reshaped (eg embossed) are. The fixed in the tool sheet metal parts can in the Do not warp assembly; d. H. are also large cantilevered parts Mounted through the rear foam with integral foam or in the case of training of double-layered sandwich part to be stabilized. Elaborate judge thus eliminated. The existing facilities, d. H. mounting robots and forming presses can be used. The new Process uses plants and work more rationally; the cycle times are due to the integration of many parts in just one assembly process shorter and the area required less.

Baugruppen können vereinfacht modular vorgefertigt werden. In einem einzigen temperierten Werkzeug können beispielsweise mehr ere Komponenten wie Klappen, Türen, etc. in einem Fertigungsgang hergestellt werden. Die Werkzeuge, in denen aufgeschäumt wird, müssen auf keinen hohen Innendruck ausgelegt werden, sondern nur auf den sehr geringen Schäumdruck; Fließwege des Kunststoffes müssen nicht beachtet werden. Der Werkzeugaufwand bleibt also äußerst gering. Die Werkzeugzykluszeiten können analog zu den RIM- oder TSG-Verfahren mit 2 bis 6 Minuten Standzeit ohne Rüstzeiten für die Werkzeugbestückung angenommen werden; und dies ist z. B. dann eine Standzeit für jeweils eine Bodengruppe, Rohkarosserie oder einen Türensatz. Die Rüstzeiten liegen wegen der geringeren Teileanzahl und der Teilefixierung im Werkzeug unterhalb derjenigen für die Punktschweißmontage.Modules can be prefabricated modular simplified. In a single tempered tool, for example, more components such as flaps, doors, etc. in one production run getting produced. The tools that are foamed do not have to be designed for high internal pressure, but only on the very low foaming pressure; Flow paths of the plastic do not need to be considered. The tooling remains so extremely low. The tool cycle times can be analogous to the RIM or TSG process with 2 to 6 minutes life without Set-up times for the tooling to be accepted; and this is z. B. then a lifetime for one floor group, Body shell or a door set. The set-up times are due the lower number of parts and the parts fixing in the tool below that for spot welding.

Bei der Alusandwichbauweise senken Profile, die zugbelastete Struk turen unterstützen, als Zulieferteile die Fertigungstiefe und sind bei niedrigen Werkzeugkosten schnell verfügbar. Die Klebeverbindun gen durch die aufschäumenden Beschichtungen erlauben Konstruk tionen mit hohem Integrationsgrad.In the Alusandwichbauweise lower profiles, the tensile loaded Struk As suppliers, the vertical range of manufacture and support are included low tooling costs available quickly. The adhesive bond conditions due to the foaming coatings allow Konstruk highly integrated.

Die sekundären. Einspareffekte verursachen darüber hinaus zusätz liche Aufwandsminderungen. Sie werden auf 50 Gewichtsprozent der primären Effekte geschätzt, die an der Fahrwerks- und Antriebs technik einzusparen sind. Dem entspricht eine Materialkosten senkung in gleicher Höhe und eine weitere Produktionskosten reduzierung. Hinzu kommen die Substitution von kostenintensiven Schalldämmaßnahmen und -materialien, und der weitgehende Entfall von Korrosionsschutzmaßnahmen.The secondary. Saving effects also cause additional Reduced expenses. They are at 50 weight percent the primary effects estimated at the chassis and drive to save technology. This corresponds to a material cost reduction in the same amount and another production costs reduction. Added to this are the substitution of cost-intensive Soundproofing measures and materials, and the substantial elimination of corrosion protection measures.

cost benefits

Die erheblichen Kostenvorteile, die das Verfahren verursacht, sind in den angeführten produktionstechnischen Vorteilen begründet. Die Produktion wird kleiner und schneller. Das Verfahren ist mechanisier bar. Es eignet sich für Großserienproduktionen, doch auch kleinere und mittlere Serien können vergleichsweise wirtschaftlicher gefertigt werden.The significant cost advantages that the process causes are in justified the mentioned production technical advantages. The Production is getting smaller and faster. The process is mechanized bar. It is suitable for mass production, but also smaller and medium series can be manufactured comparatively economically become.

Der Gewichtsanteil der Rohkarosserie aus relativ kostengünstigem Stahlblech am gesamten Fahrzeugleergewicht macht heute zwischen 20 bis maximal 30% aus. Eine Steigerung des Materialkostenanteils der Rohkarosserie in Sandwichbauweise könnte eine Produktions kostensenkung teilweise oder ganz absorbieren, obwohl letzteres im Hinblick auf die aufgezeigten Ratiopotentiale als sehr unwahrschein lich erscheint.The weight of the body shell from relatively inexpensive Steel sheet on the entire vehicle empty weight makes today between 20 to a maximum of 30% off. An increase in the cost of materials The body shell in sandwich construction could be a production Partial or total absorption of costs, although the latter in the With regard to the indicated potential ratios as very unlikely appears.

Setzt man für das Material Stahl den Kostenfaktor 1 ein, läßt sich für Aluminium, AlMgSi-typ der AA-Sechstausenderreihe, heute ein Faktor von 5 und für Kunststoffschaum ein Faktor von 3 annehmen. Damit ergibt sich also die folgende Materialkostenstruktur: Stahl = 1; Alu = 3; Al/sw = 1,4 bis 2,2; St/sw = 0,9 bis 1. Angesichts der sekundären Effekte liegt der voraussichtliche Breakeven für Leicht baukarosserien aus Aluminium bzw. Stahlsandwich bei einem Materialkostenfaktor von minimal 1,25 und für die effizientere Alusandwichbauweise wahrscheinlich bei <1,5. Falls das Material der Alusandwichbauweise Mehrkosten verursacht, werden sie durch die Produktionskostensenkung kompensiert. Bei der Stahlsandwich bauweise ergibt sich von vornherein ein Gewinn bei den Material kosten von ca. 0,3 bezogen auf den Materialkostenfaktor 1, so daß auch die Produktionskostensenkung in voller Höhe zu Buche schlägt. Die Kostenbedingungen für Alusandwich verbessern sich mit fort schreitender Verfügbarkeit von Recyclingaluminium. Die Energie kosten beim Montageprozeß sind geringer als beim konventionellen Widerstandschweißen mit drei- bis viertausend Schweißpunkten pro Karosserie; dito die Transportkosten für die Rohstoffe.If one sets the cost factor 1 for the material steel, can be for Aluminum, AlMgSi type of the AA six thousand series, today Factor of 5 and for plastic foam take a factor of 3. This results in the following material cost structure: steel = 1; Alu = 3; Al / sw = 1.4 to 2.2; St / sw = 0.9 to 1. Given the secondary effects is the expected breakeven for easy Buildings made of aluminum or steel sandwich at one Material cost factor of minimally 1.25 and for the more efficient Alusandwichbauweise probably at <1.5. If the material of the Alusandwichbauweise causes additional costs, they are by the Production cost reduction compensated. At the steel sandwich Construction results from the outset, a profit in the material cost of about 0.3 based on the material cost factor 1, so that also the production cost reduction in full amounts to book. The cost conditions for Alusandwich continue to improve of the availability of recycled aluminum. The energy costs during the assembly process are lower than in the conventional Resistance welding with three to four thousand spot welds per Body; ditto the transport costs for the raw materials.

Die einfachere Produktionstechnik wirkt rückbezüglich auf die Konstruktion: es werden schnellere Variantenbildungen in der Kon struktion ermöglicht, die kostengünstiger realisierbar sind.The simpler production technology has a retroactive effect on the Construction: it will be faster variant formations in the Kon construction, which are less expensive to implement.

Bei Kosten/Nutzenrechnungen für Leichtbauweisen mußten bisher immer Kostenerhöhungen unterstellt werden, die es durch Treib stoffeinsparungen aufzufangen galt. Mit der Schichtenverbundbau weise kann ein ökonomischer Nutzen dem Fahrer unmittelbar entstehen, ohne Vorleistungen.For cost / benefit calculations for lightweight construction had so far always be subject to cost increases, which it by Treib to save on material savings. With the layer composite construction wise, an economic benefit can be immediate to the driver arise without advance payments.

¹) Leichtbaupotentiale nach: H. H Atzorn, J. Wiedemann, ILR-Mitt. 140 (1984): Analyse der Leichtbautechnologien des Flugzeugbaus auf ihre Anwendbarkeit im Automobilbau (Hrsg. Institut für Luft- und Raumfahrt der TU Berlin)
²) Berechnungen der ökologischen Problemstoffe nach: K. Habersatter, F. Widmer (Hrsg. Bundesamt für Umwelt, Wald und Landschaft (BUWAL)), Oekobilanz von Packstoffen - Stand 1990, Bern 1991¹) Lightweight potentials according to: H. H Atzorn, J. Wiedemann, ILR-Mitt. 140 (1984): Analysis of the lightweight construction technologies of the aircraft construction on their applicability in the automotive industry (ed. Institute of Aerospace of the TU Berlin)
²) Calculations of ecological problematic substances according to: K. Habersatter, F. Widmer (ed. Federal Office for the Environment, Forests and Landscape (BUWAL)), eco-balance of packaging materials - as of 1990, Berne 1991

Claims

1. vehicle body, characterized in that the material of the body shell ( 1 ) and / or individual assemblies of the vehicle body is a composite material, and that the vehicle body is carried out in a largely self-supporting, double-shell construction, in which the outer moldings, the outer surfaces the body shell ( 1 ) or of the vehicle form, molded parts of the carrier material of said composite material, a steel or aluminum sheet, and the amplifying kenden moldings of the inner shells are in turn molded parts of this substrate, and, that these moldings each with lie on the plastic coated sides to each other, or superimposed on bearing surfaces, mechanically fixed in this position and are connected by heating, by the plastic coating of the carrier material forms a thermoplastic foam layer during heating, wherein the hard foam layers to the Au Affine bonding surfaces of the moldings, and where the moldings form hollow body, merge together and fill the cavities.

2. Vehicle body according to claim 1, characterized marked characterized in that the hard foam layers in areas where no reinforcing internal moldings are as integral foam be formed, which leads to a closed-cell, compactable paintable surface by the Kunststoffbeschich foaming the contour of a tool that forms be cooled for this purpose, and that for the assembly of Fahr car body the inner and outer moldings in This tool can be inserted equally to the fixation the moldings when foaming the plastic coatings, such as the formation of Integralschaumschichten serves.

3. Vehicle body according to claims 1 and 2, characterized in that in the tool, the training Integral foam layers, integrated devices that are suitable as punches for pressure joining or clinching, and / or for setting punch rivets or setting others Rivets are suitable, and when closing the tool on the Flanges of the workpieces act and the bearing surfaces in addition to connect the bonding together.

4. Vehicle body according to the preceding An and in particular claim 3, characterized that Klebschweißverbindungen be produced by that on Pressure joints, where the plasticized plastic coating has been largely displaced, in addition by means of resistance or other method is welded.

5. A vehicle body according to claim 1 to claim 4, characterized in that in the supporting composite of Fahr bodywork conventionally fabricated sheet metal structures Share, or welded together sheet metal parts, einbringbar are their connection through the adhesive mounting using the on foaming plastic coating of the composite material he follows.

6. Vehicle body according to claims 1 and 2, characterized in that in the hollow bodies before Aufschäu preformed hard foam cores are inserted, which with the glue it to the foaming plastic coating.

7. Vehicle body according to claims 1 to 6, characterized in that in the static composite of the body longitudinal or transverse beams are introduced, the extruded light metal profiles ( 3 ) are bonded by the material by means of the intumescent plastic coating, and / or be joined with moldings from the composite material by jointing.

8. Vehicle body according to the preceding claims and in particular claim 7, characterized in that the light metal profiles ( 3 ) after introduction of the carrier material of the composite material in the joints are partially bent such that there is a compressed connection, which after foaming a additionally glued crimping of the profiles with the sheet corresponds.

9. Vehicle body according to claims 1 to 8, characterized in that body parts from the composite material with other body parts or profiles ( 3 A), the z. B. are formed as longitudinal or transverse beams, be connected by the fact that the body parts and possibly profiles have interlocking joints and permanently elastic components ( 7 ) can be fastened, which engage in these joints and the work parts jam together, the permanently elastic components ( 7 ) by the introduction of another component, for. B. a wedge strip ( 8 ), are clamped in the appropriate joints.

10. Vehicle body according to claims 1 to 9, characterized in that parts of the vehicle body, such. B. the side parts ( 2 ) which form the door frame with the door stop die casting moldings are made of light metals, which are glued to the composite material by means of the foaming Kunststoffbeschich device or connected according to claim 8 and / or screwed or riveted.

11. A vehicle body according to claims 1 to 10, characterized in that the inner lining of plastic mold which are fastened to the body by moving on profiles, in turn, by means of the foamed Kunststoffbe layering are glued, in undercut grouting the profiles be slid or clipped, and / or by the art Stofformteile on foamed fasteners by means of screw montage or clip assembly are attachable.

12. Vehicle body according to claims 1 to 11, characterized in that painted parts of carrier material of the Composite material in one of the preceding claims 6 and 8 described manners are mountable, and that this painted parts with parts of the interior trim, such. B. the driving canopy, can stick together when foaming.

13. Vehicle body according to claims 1 to 12, characterized in that the tool in use of steel sheets by an electromagnetic induction hochfre constant alternating fields, or generally by the heating in an oven, preferably in an oven or a heat chamber according to the recirculation principle, and / or done by local Heizspiralen and the propellant gases of the thermal blowing agent in a closed be removed and disposed of senem system, preferably by they are burned to generate the process heat.

14. Vehicle body according to claims 1 to 13, characterized in that vehicle components with mecha nisch mountable, self-supporting cover sheets ( 15 ) are covered, which consist of the composite material and which are provided with a one-sided, internal Integralschaumschicht, and / or that self-supporting vehicle components are demontabel connected from the composite material with the rest of the vehicle structure.

15. Vehicle body according to claims 1 to 14, characterized in that in the vehicle structure replacement parts are integrated, which are usable over several product benefits, and which are preferably designed as Al-extruded ( 13 ).

16. Vehicle body according to claims 1 to 15, characterized in that the front end and the Bodengrup pe as sandwich structures with double-layered metallic deck layers and the other subsequent assemblies of the Bodywork in composite with asymmetric integral foam coating are executed.

17. Vehicle body according to claims 1 to 16, characterized in that the electrical wiring pre-assembled is made in sandwich components with double Cover layers which are formed with the composite material einschäumbar, and / or with the foaming Kunststoffbe layering glued and / or in hollow chambers of reinforcing Extruded profiles introduced before assembly of the body shell is, and that the contacts of the electrical consumers to these Lines or conductor tracks, which are preferably made of Al, can be produced by connectors.

18. Vehicle body according to claims 1 to 17, characterized in that the plastic fraction of the composite Material as an energy source for the melting process material recycling of the metal fraction of the composite material is usable.