DE10042038A1 - Leichtmetall-Hohlprofilträger einer Rohkarosse eines Kraftfahrzeuges, insbesondere Dachholm eines Dachrahmens, sowie Verfahren zum Herstellen eines Leichtmetall-Hohlprofilträgers - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Leichtmetall-Hohlprofilträger (1) einer Rohkarosse eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Dachholms eines Dachrahmens, mit einem ersten Leichtmetall-Blechschalenteil (2) und einem zweiten Leichtmetall-Blechschalenteil (3) jeweils bestimmter relativ großer Wandstärke, die jeweils im Längsrandbereich (4, 5) zum Leichtmetall-Hohlprofilträger (1) verbunden sind. Ferner umfaßt der Leichtmetall-Hohlprofilträger (1) ein schalenförmiges Leichtmetall-Außenblechteil (6) mit im Vergleich zu den Leichtmetall-Blechschalenteilen (2, 3) deutlich geringerer Wandstärke, welches wenigstens ein Leichtmetall-Blechschalenteil (2, 3) mit anderer Profilstruktur umgibt und mit Außenblech-Randflanschen (7, 8) mit dem Leichtmetall-Hohlprofilträger (1) mittels Laserstrahlschweißen verbunden ist. Erfindungsgemäß sind das erste Leichtmetall-Blechschalenteil (2) und das zweite Leichtmetall-Blechschalenteil (3) zumindest in einem jeweils zugeordneten Längsrandbereich (4, 5) mittelbar miteinander verbunden, dergestalt, dass ein zugeordneter Außenblech-Randflansch (7, 8) die beiden zugeordneten angrenzenden Längsrandbereiche (4, 5) der Leichtmetall-Blechschalenteile (2, 3) überbrückt und diese Längsrandbereiche (4, 5) nur mit dem relativ dünnwandigen Außenblech-Randflansch (7, 8) mittels Laserstrahlschweißen von der Außenseite (9, 10) her durch den Außenblech-Randflansch (7, 8) verbunden sind.

Description

Es ist allgemein bekannt, einen Dachholm eines Dachrahmens einer Roh­ karosse aus zwei Leichtmetall-Blechschalenteilen durch Aneinanderfügen der Schalenteile und eine Laserstrahlschweißverbindung an zugeordneten Rand­ flanschen herzustellen. Bei Verwendung von Aluminiumlegierungen sind für die erforderliche Stabilität relativ große Wandstärken der Schalenteile und ihrer Längsflansche von ca. 3 mm erforderlich. Durch diese relativ großen Wand­ stärken ist die Schweißgeschwindigkeit gering bei entsprechend hohen Her­ stellkosten. Zudem erfolgt ein relativ hoher Wärmeeintrag in das Material, was sich nachteilig auf die Qualität der Schweißverbindung auswirken kann.

Das Verformungsvermögen von Leichtmetall-Bauteilen höherer Wandstärke ist beschränkt. Es ist daher weiter ein dünnwandigeres Leichtmetall-Außenblech­ teil bekannt, das das äußere Leichtmetall-Blechschalenteil des Dachrahmen- Seitenholms umgibt und mit diesem über Randflansche verbunden ist. In die­ sem dünnwandigeren Leichtmetall-Außenblechteil können kleinstrukturierte Profilbereiche, wie beispielsweise zur Bildung einer Regenrinne oder zur Bil­ dung einer Aufnahme für Türdichtungen, etc. einfach eingeformt werden. Das Anbringen eines solchen Leichtmetall-Außenblechteils erfordert einen zusätz­ lichen Herstellungsaufwand.

Aussteifungen von Fahrzeugbauteilen mittels Profilblechen und/oder Wand­ doppelungen ggf. auch bei einer Kombination unterschiedlicher Blechstärken, sind für Stahlblechbauteile in unterschiedlichen Ausführungen bekannt DE-PS 10 01 903. Bei solchen Stahlblechkonstruktionen, die mittels Punkt­ schweißen verbunden sind, treten die vorstehend genannten Probleme von Leichtmetall-Hohlprofilkonstruktionen nicht auf.

Vorfertigbare Hohlprofilstrukturen aus mehreren miteinander durch Schweißen verbundenen Stahlblechbauteilen sind zur Bildung eines Verstärkungsrahmens um einen Fahrzeugdachausschnitt bekannt DE 195 47 776 C2. Hier sind Stahl­ blechteile jeweils gleicher Blechstärke verwendet.

Weiter sind Leichtmetall-Bauteile mit Hohlstrukturen bekannt EP 0 921 053 A2, Fig. 4 bei denen in einem zweischalig aufgebauten Hohlprofilteil ein Verstär­ kungs-Hohlprofilteil ohne weitere Verbindung zu der Schalenstruktur eingelegt ist. Eine solche Anordnung ist aufwendig und die dargestellten Blechwandstär­ ken sind jeweils gleich.

Zudem ist eine Vorrichtung zum Herstellen von Blechverbindungen bei Leicht­ metallblechen durch Nahtschweißen mittels Laserstrahl bekannt EP 0 764 497 B1.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen Leichtmetall-Hohlträger so weiterzubilden, dass hohe Schweißgeschwindigkeiten bei geringem Wär­ meeinfluss erzielbar sind.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Gemäß Anspruch 1 sind das erste Leichtmetall-Blechschalenteil und das zweite Leichtmetall-Blechschalenteil zumindest in einem jeweils zugeordneten Längsrandbereich nicht direkt sondern nur mittelbar miteinander verbunden dergestalt, dass ein zugeordneter Außenblech-Randflansch die beiden zuge­ ordneten angrenzenden Längsrandbereiche der Leichtmetall-Blechschalenteile überbrückt. Die relativ dickwandigen Längswandbereiche der Leichmetall- Blechschalenteile sind somit jeweils nur mit dem relativ dünnwandigen Außen­ blech-Randflansch mittels Laserstrahlschweißen von der Außenseite her durch den Außenblech-Randflansch verbunden.

Bevorzugte Blechstärken für die Leichtmetall-Blechschalenteile des Rahmes sind ca. 3 mm und für das Leichtmetall-Außenblech ca. 1 mm. Die Schweiß­ geschwindigkeit für eine solche Verbindung von Wandstärken 1 mm an Rand­ stärken 3 mm ist fünf bis sechsfach schneller als es die Verbindung von Wandstärken 3 mm mit 3 mm bei einer direkten Verbindung der Leichtmetall- Blechschalenteile wäre. Damit ergibt sich vorteilhaft ein verringerter Herstell­ aufwand. Zudem verringert sich vorteilhaft mit zunehmender Schweißge­ schwindigkeit ein ungünstiger Wärmeeinfluss, was die Qualität der Schweiß­ verbindungen verbessert.

Insgesamt ergeben sich somit durch die Kombination dickwandiger und dünn­ wandigerer Blechteile und die Laserstrahlschweißung von der Außenseite her durch die dünnere Wanddicke die vorstehenden Vorteile, wobei dünnwandi­ gere Wandteile Überbrückungen zu dickwandigeren Wandteilen herstellen. Die dickwandigeren Wandteile können dabei unmittelbar aneinander angrenzen und der Überbrückungsbereich kann schmal gehalten werden. Es hat sich ge­ zeigt, dass durch solche dünnwandigeren Überbrückungen in der Gesamt­ struktur bei geeigneter Anordnung praktisch keine kritischen Reduzierungen der Trägersteifigkeit auftreten.

Gemäß Anspruch 2 werden vorteilhaft beide Längsrandbereiche der Leichtme­ tallblechschalenteile durch eine Überbrückung mit einem Außenblech-Rand­ flansch verbunden, so dass für beide Schalenrandverbindungen die vorstehen­ den Vorteile erreicht werden.

Nach Anspruch 3 ist es zweckmäßig, die Blechschalenteile selbst jeweils mit Blechschalen-Randflanschen zu versehen, wobei dann diese Blechschalen- Randflansche von zwei Blechschalenteilen aneinandergrenzend anordenbar sind und über einen jeweils zugeordneten Außenblech-Randflansch überbrück­ bar und verbindbar sind. Damit ergibt sich eine einfach herstellbare, stabile Verbindung.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 4 wird eine bevorzugte Ausführungsform eines Leichtmetall-Hohlträgers als Dachrahmenteil einer Rohkarosse bean­ sprucht, wobei insbesondere die erfindungsgemäße Ausbildung eines Seiten­ holms vorteilhaft ist. Dabei sind das erste Leichtmetall-Blechschalenteil ein Dachrahmen-Außenprofil und das zweite Leichtmetall-Blechschalenteil ein Dachrahmen-Innenprofil. Das Leichtmetall-Außenblechteil stellt einen Bereich der Außenhaut dar.

Ein erster Außenprofil-Randflansch des Dachrahmen-Außenprofils und ein zugeordneter erste Innenprofil-Randflansch des Dachrahmen-Innenprofils liegen etwa in einer vertikalen Fläche zur Fahrzeugaußenseite hin nebenei­ nander. Diese Randflansche werden vom zugeordneten ersten Außenblech- Randflansch überbrückt und mittels einer von der Außenseite her durchge­ führten Laserstrahlschweißung miteinander verbunden. Das Leichtmetall- Außenblechteil kann dabei im Querschnitt gesehen relativ klein strukturiert geformt sein, wobei beispielsweise eine im Querschnitt ebenfalls stark struk­ turierte Fensterdichtung aufnehmbar und am Innenprofil-Randflansch aufsteck­ bar und festlegbar ist.

Andererseits liegen der andere zweite Außenprofil-Randflansch und der an­ dere zweite Innenprofil-Randflansch etwa in einer horizontalen Fläche zur Dachseite hin nebeneinander. Dabei liegt der Innenprofil-Randflansch weiter zur Fahrzeugmitte hin als der Außenprofil-Randflansch. Die beiden Randflan­ sche werden vom zugeordneten anderen zweiten Außenblech-Randflansch überbrückt und von außen her mittels einer Laserstrahlschweißung verbunden. In einer Abwinkelung des Leichtmetall-Außenblechteils kann hier einfach eine Außenwand einer Regenrinne gebildet werden. Mit einer randseitig zugeord­ neten entsprechenden Abwinkelung eines großflächigen Dachhautteils wird dann die Innenwand der Regenrinne gebildet. Der Boden der Regenrinne liegt über dem zweiten Außenprofil-Randflansch und wird durch den zweiten Außenblech-Randflansch und einen aufgesetzten vorzugsweise mittels Laser­ strahlschweißen verbundenen Dachhaut-Randflansch gebildet. Eine solche Dachrahmenanordnung ist einfach und kostengünstig herstellbar, wobei ein­ fach zusätzliche Funktionen, wie die Aufnahme und Halterung einer Fenster­ dichtung und die Ausbildung einer Regenrinne, realisierbar sind.

Nach Anspruch 5 werden die Leichtmetall-Blechschalenteile und Leichtmetall- Außenblechteile vorzugsweise aus Aluminium und/oder ihren jeweiligen Legie­ rungen hergestellt. Grundsätzlich können aber auch andere Leichtmetalle wie beispielsweise Magnesium und Magnesiumlegierungen verwendet werden.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine geeignete Abfolge der Herstellungsschritte zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Leichtmetall- Hohlprofilträgers anzugeben.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Gemäß An­ spruch 6 wird zunächst das Leichtmetall-Außenblechteil mit dem davon um­ fassten Leichtmetall-Blechschalenteil verbunden, wobei dann das Leichtmetall- Außenblechteil mit Randüberständen das damit verbundene Leichtmetall- Blechschalenteil überragt. Damit ist in einem zweiten Herstellungsschritt eine lagegenaue Zuordnung dieses ersten Blechteilverbunds zum anderen Leicht­ metall-Blechschalenteil unter Schließung der Hohlprofilstruktur möglich. Insbe­ sondere ist dies vorteilhaft bei der Ausbildung eines Fahrzeugdachrahmens, wobei dann zunächst das Dachrahmen-Außenprofil mit dem Leichtmetall- Außenblechteil verbunden wird und anschließend dieser Verbund mit dem Dachrahmen-Innenprofil verbunden wird.

Anhand einer Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht durch einen als Leichtmetall- Hohlprofilträger ausgebildeten Dachholm eines Dachrahmens eines Kraftfahrzeugs nach einem ersten Herstellungsschritt,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Dachholms gemäß Fig. 1 nach einem zweiten Herstellungsschritt, und

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Dachholms gemäß Fig. 2 nach einem dritten und letzten Herstellungsschritt.

In den Fig. 1 bis 3 ist schematisch das Herstellungsverfahren für einen als Leichtmetall-Hohlprofilträger ausgebildeten Dachholm 1 eines Dachrahmens eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Wie dies insbesondere aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, ist der Dachholm 1 durch ein erstes Leichtmetall-Blechschalen­ teil als Dachrahmen-Außenprofil 2 und einem zweiten Leichtmetall-Blechscha­ lenteil als Dachrahmen-Innenprofil 3 ausgebildet. Das Dachrahmen-Außenpro­ fil 2 und das Dachrahmen-Innenprofil 3 sind hier in einem jeweils zugeordneten Längsrandbereich 4, 5 nicht direkt, d. h. unmittelbar, sondern nur mittelbar über ein damit verschweißtes Leichtmetall-Außenblechteil 6 miteinander ver­ bunden. Das Dachrahmen-Außenprofil 2 und das Dachrahmen-Innenprofil 3 weisen dabei eine Wandstärke von in etwa 3 mm auf während das Leicht­ metall-Außenhautteil 6 demgegenüber eine wesentlich geringere Wandstärke, z. B. von ca. 1 mm, aufweist.

Die mittelbare Verbindung zwischen dem Dachrahmen-Außenprofil 2 und dem Dachrahmen-Innenprofil 3 über das Leichtmetall-Außenhautteil 6 erfolgt über jeweils einem den Längsrandbereichen 4, 5 zugeordneten Außenblech-Rand­ flansch 7, 8. Der erste Außenblech-Randflansch 7, der dem Längsrandbereich 4 zugeordnet ist, ist dabei von der Außenseite 9 als Schweißrichtung her gese­ hen mit einem ersten Außenprofil-Randflansch 11 des Dachrahmen-Außenpro­ fils 2 sowie mit einem ersten Innenprofil-Randflansch 12 des Dachrahmen-In­ nenprofils 3 mittels Laserstrahlschweißen verbunden. Wie dies aus der Fig. 2 weiter ersichtlich ist, ist der zweite Außenblech-Randflansch 8 im Längsrand­ bereich 5 mit einem zweiten Außenprofil-Randflansch 13 des Dachrahmen- Außenprofils 2 sowie mit einem zweiten Innenprofil-Randflansch 14 des Dach­ rahmen-Innenprofils 3 mittels Laserstrahlschweißen von der Außenseite 10 als Schweißrichtung her gesehen verbunden. Die Schweißnähte weisen in den Fig. 1 bis 3 das Bezugszeichen 21 auf.

Insgesamt ist mit einer derartigen mittelbaren Verbindung des Dachrahmen- Außenprofils 2 mit dem Dachrahmen-Innenprofil 3 eine fünf bis sechsfach schnellere Verbindung möglich, als dies bei einer direkten Verbindung des gegenüber dem Leichtmetall-Außenhautteil 6 wesentlich dickeren Dachrah­ men-Außenprofils 2 mit dem Dachrahmen-Innenprofil 3 möglich wäre, wodurch sich der Herstellaufwand vorteilhaft erheblich verringern lässt. Ebenso kann mit einer derartigen mittelbaren Verbindung durch die gesteigerte Schweißge­ schwindigkeit auch die Gefahr eines ungünstigen Wärmeeinflusses reduziert werden.

Zur Herstellung des als Leichtmetall-Hohlprofilträger hergestellten Dachholms 1 wird zunächst in einem ersten Herstellungsschritt, wie dies in der Fig. 1 schematisch und beispielhaft dargestellt ist, das Leichtmetall-Außenhautteil 6 mit dem Dachrahmen-Außenprofil 2 verbunden. Das Leichtmetall-Außenhaut­ teil 6 überragt dabei das Dachrahmen-Außenprofil 2.

In einem zweiten Herstellungsschritt wird, wie dies in der Fig. 2 dargestellt ist, der Verbund aus Leichtmetall-Außenhautteil 6 und Dachrahmen-Außenprofil 2 mit dem Dachrahmen-Innenprofil 3 verbunden.

Wie dies insbesondere aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, liegen der erste Außenprofil-Randflansch 11 und der diesem zugeordnete erste Innenprofil- Randflansch 12 zusammen mit dem diese mittelbar verbindenden Außenblech- Randflansch 7 in etwa in einer vertikalen Fläche zur Fahrzeugaußenseite hin. Auf diesen Bereich kann eine Fensterdichtung 15 aufgesetzt werden, wie dies aus der Fig. 3 ersichtlich ist.

Auf der gegenüberliegenden Seite des Dachholms 1 liegen der zweite Außen­ profil-Randflansch 13 und der zweite Innenprofil-Randflansch 14 zusammen mit dem diese mittelbar verbindenden Außenblech-Randflansch 8 in etwa in einer horizontalen Fläche zur Dachseite hin nebeneinander. Der zweite Innenprofil-Randflansch 14 liegt dabei weiter zur Fahrzeugmitte hin als der zweite Außenprofil-Randflansch 13. Wie dies insbesondere aus der Fig. 3 ersichtlich ist, kann das Leichtmetall-Außenhautteil 6 in diesem Bereich eine Abwinklung 16 aufweisen, die dann zusammen mit einer entsprechend rand­ seitig zugeordneten Abwinklung 17 eines großflächigen Dachhautteils 18 eine Regenrinne 19 ausbildet. Der Boden der Regenrinne 19 liegt dabei über dem zweiten Außenprofil-Randflansch 13 und wird durch den zweiten Außenblech- Randflansch 8 und einem dort aufgesetzten vorzugsweise mittels Laserstrahl­ schweißen verbundenen Dachhaut-Randflansch 20 gebildet.

Das Dachrahmen-Außenprofil 2 und das Dachrahmen-Innenprofil 3 können dabei ebenso wie das Leichtmetall-Außenhautteil 6 aus Aluminium oder des­ sen Legierungen hergestellt sein.

Claims (6)

1. Leichtmetall-Hohlprofilträger einer Rohkarosse eines Kraftfahrzeugs, ins­ besondere Dachholm eines Dachrahmens
mit einem ersten Leichtmetall-Blechschalenteil und einem zweiten Leichtmetall-Blechschalenteil jeweils bestimmter relativ großer Wand­ stärke, die jeweils im Längsrandbereich zum Leichtmetall-Hohlprofilträ­ ger verbunden sind und
mit einem schalenförmigen Leichtmetall-Außenblechteil mit im Vergleich zu den Leichtmetall-Blechschalenteilen deutlich geringerer Wandstärke, welches wenigstens ein Leichtmetall-Blechschalenteil mit anderer Profil­ struktur umgibt und mit Außenblech-Randflanschen mit dem Leichtme­ tall-Hohlprofilträger mittels Laserstrahlschweißen verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass das erste Leichtmetall-Blechschalenteil (2) und das zweite Leicht­ metall-Blechschalenteil (3) zumindest in einem jeweils zugeordneten Längsrandbereich (4, 5) mittelbar miteinander verbunden sind, derge­ stalt, dass ein zugeordneter Außenblech-Randflansch (7, 8) die beiden zugeordneten angrenzenden Längsrandbereiche (4, 5) der Leichtmetall- Blechschalenteile (2, 3) überbrückt und diese beiden relativ dickwandi­ gen Längsrandbereiche (4, 5) nur mit dem relativ dünnwandigen Außen­ blech-Randflansch (7, 8) mittels Laserstrahlschweißen von der Außenseite (9, 10) her durch den Außenblech-Randflansch (7, 8) verbunden sind.

2. Leichtmetall-Hohlprofilträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide zugeordneten Längsrandbereiche (4, 5) der Leichtmetall- Blechschalenteile (2, 3) mittelbar jeweils über einen Außenblech-Rand­ flansch (7, 8) verbunden sind.

3. Leichtmetall-Hohlprofilträger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Blechschalenteile (2, 3) jeweils Blechschalen-Randflansche (11, 12, 13, 14) aufweisen, die mit dem jeweils zugeordneten Außen­ blech-Randflansch (7, 8) mittels Laserstrahlschweißen verbunden sind.

4. Leichtmetall-Hohlprofilträger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
dass der Leichtmetall-Hohlprofilträger ein Dachrahmenteil, insbesondere ein Seitenholm (1) einer Rohkarosse ist und das erste Leichtmetall- Blechschalenteil ein Dachrahmen-Außenprofil (2) und das zweite Leicht­ metall-Blechschalenteil ein Dachrahmen-Innenprofil (3) sind,
dass das Leichtmetall-Außenblechteil (6) ein Außenhautteil ist,
dass ein erster Außenprofil-Randflansch des Dachrahmen-Außenprofils (2) und ein zugeordneter erster Innenprofil-Randflansch (12) des Dach­ rahmen-Innenprofils (3) etwa in einer vertikalen Fläche zur Fahrzeug­ außenseite hin nebeneinander liegen und vom zugeordneten ersten Außenblech-Randflansch (7) überbrückt werden und verbunden sind, wobei im Außenstrukturbereich des Leichtmetall-Außenblechteils (6) eine Fensterdichtung (15) aufnehmbar und am Innenprofil-Randflansch (12) aufsteckbar und festgelegt ist,
dass der andere zweite Außenprofil-Randflansch (13) und der andere zweite Innenprofil-Randflansch (14) etwa in einer horizontalen Fläche zur Dachseite hin nebeneinander liegen und vom zugeordneten anderen zweiten Außenblech-Randflansch (8) überbrückt werden und verbunden sind, wobei mit einer Abwinkelung (16) des Leichtmetall-Außenblechteils (6) eine Außenwand einer Regenrinne (19) und mit einer Abwinkelung (17) eines Dachhautteils (18) die Innenwand der Regenrinne gebildet sind und der Boden der Regenrinne (19) über dem zweiten Außenprofil- Randflansch (13) liegt und durch einen aufgesetzten und damit verbun­ denen, vorzugsweise durch Laserstrahlschweißen verbundenen Dach­ haut-Randflansch (20) gebildet ist.

5. Leichtmetall-Hohlprofilträger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leichtmetall-Blechschalenteile (2, 3) und das Leichtmetall- Außenblechteil (6) aus Aluminium und/oder ihren jeweiligen Legierungen hergestellt ist.

6. Verfahren zur Herstellung eines Leichtmetall-Hohlprofilträgers nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst das Leichtmetall-Außenblechteil (6) mit dem davon umfass­ ten Leichtmetall-Blechschalenteil (2) verbunden wird und anschließend dieser Verbund mit dem anderen Leichtmetall-Blechschalenteil (3) ver­ bunden wird.