DE10042038B4

DE10042038B4 - Leichtmetall-Hohlprofilträger einer Rohkarosse eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Dachholm eines Dachrahmens, sowie Verfahren zum Herstellen eines Leichtmetall-Hohlprofilträgers

Info

Publication number: DE10042038B4
Application number: DE2000142038
Authority: DE
Inventors: Steffen Freudenberg
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2000-08-26
Filing date: 2000-08-26
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2020-08-27
Also published as: DE10042038A1

Abstract

Leichtmetall-Hohlprofilträger einer Rohkarosse eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Dachholm eines Dachrahmens
mit einem ersten Leichtmetall-Blechschalenteil und einem zweiten Leichtmetall-Blechschalenteil jeweils einer bestimmten dickwandigen Wandstärke, die jeweils im Längsrandbereich zum Leichtmetall-Hohlprofilträger verbunden sind und
mit einem schalenförmigen Leichtmetall-Außenblechteil mit einer im Vergleich zu den Leichtmetall-Blechschalenteilen deutlich geringeren dünnwandigen Wandstärke, welches wenigstens ein Leichtmetall-Blechschalenteil mit anderer Profilstruktur umgibt und mit Außenblech-Randflanschen mit dem Leichtmetall-Hohlprofilträger mittels Laserstrahlschweißen verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass das erste Leichtmetall-Blechschalenteil (2) und das zweite Leichtmetall-Blechschalenteil (3) zumindest in einem jeweils zugeordneten Längsrandbereich (4, 5) mittelbar miteinander verbunden sind, dergestalt, dass ein zugeordneter Außenblech-Randflansch (7, 8) die beiden zugeordneten angrenzenden Längsrandbereiche (4, 5) der Leichtmetall-Blechschalenteile (2, 3) überbrückt und diese beiden dickwandigen Längsrandbereiche (4, 5) nur mit dem 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 Rohkarosse aus zwei Leichtmetall-Blechschalenteilen durch Aneinanderfügen der Schalenteile und eine Laserstrahlschweißverbindung an zugeordneten Randflanschen herzustellen. Bei Verwendung von Aluminiumlegierungen sind für die erforderliche Stabilität dickwandige Wandstärken der Schalenteile und ihrer Längsflansche von ca. 3 mm erforderlich. Durch diese dickwandigen Wandstärken ist die Schweißgeschwindigkeit gering bei entsprechend hohen Herstellkosten. Zudem erfolgt ein hoher Wärmeeintrag in das Material, was sich nachteilig auf die Qualität der Schweißverbindung auswirken kann.
Das Verformungsvermögen von Leichtmetall-Bauteilen dickwandiger Wandstärken ist beschränkt. Es ist daher weiter ein demgegenüber dünnwandigeres Leichtmetall-Außenblechteil bekannt, das das äußere Leichtmetall-Blechschalenteil des Dachrahmen-Seitenholms umgibt und mit diesem über Randflansche verbunden ist. In diesem dünnwandigeren Leichtmetall-Außenblechteil können kleinstrukturierte Profilbereiche, wie beispielsweise zur Bildung einer Regenrinne oder zur Bildung einer Aufnahme für Türdichtungen, etc. einfach eingeformt werden. Das Anbringen eines solchen Leichtmetall-Außenblechteils erfordert einen zusätzlichen Herstellungsaufwand.

Aussteifungen von Fahrzeugbauteilen mittels Profilblechen und/oder Wanddoppelungen ggf. auch bei einer Kombination unterschiedlicher Blechstärken, sind für Stahlblechbauteile in unterschiedlichen Ausführungen bekannt DE-PS 10 01 903. Bei solchen Stahlblechkonstruktionen, die mittels Punktschweißen 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 Stahlblechteile jeweils gleicher Blechstärke verwendet.

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

Zudem ist eine Vorrichtung zum Herstellen von Blechverbindungen bei Leichtmetallblechen 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 Wärmeeinfluss 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 zugeordneten angrenzenden Längsrandbereiche der Leichtmetall-Blechschalenteile überbrückt. Die dickwandigen Längswandbereiche der Leichmetall-Blechschalenteile sind somit jeweils nur mit dem dünnwandigen Außenblech-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 Schweißgeschwindigkeit für eine solche Verbindung von Wandstärken 1 mm an Randstärken 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 Herstellaufwand. Zudem verringert sich vorteilhaft mit zunehmender Schweißgeschwindigkeit ein ungünstiger Wärmeeinfluss, was die Qualität der Schweißverbindungen verbessert.

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

Gemäß Anspruch 2 werden vorteilhaft beide Längsrandbereiche der Leichtmetallblechschalenteile durch eine Überbrückung mit einem Außenblech-Randflansch verbunden, so dass für beide Schalenrandverbindungen die vorstehenden 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 überbrückbar 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 beansprucht, wobei insbesondere die erfindungsgemäße Ausbildung eines Seitenholms 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 nebeneinander. Diese Randflansche werden vom zugeordneten ersten Außenblech-Randflansch überbrückt und mittels einer von der Außenseite her durchgeführten Laserstrahlschweißung miteinander verbunden. Das Leichtmetall-Außenblechteil kann dabei im Querschnitt gesehen relativ klein strukturiert geformt sein, wobei beispielsweise eine im Querschnitt ebenfalls stark strukturierte Fensterdichtung aufnehmbar und am Innenprofil-Randflansch aufsteckbar und festlegbar ist.

Andererseits liegen der andere zweite Außenprofil-Randflansch und der andere 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 Randflansche 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 zugeordneten 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 Laserstrahlschweißen verbundenen Dachhaut-Randflansch gebildet. Eine solche Dachrahmenanordnung ist einfach und kostengünstig herstellbar, wobei einfach zusätzliche Funktionen, wie die Aufnahme und Halterung einer Fensterdichtung und die Ausbildung einer Regenrinne, realisierbar sind.

Nach Anspruch 5 werden die Leichtmetall-Blechschalenteile und Leichtmetall-Außenblechteile vorzugsweise aus Aluminium und/oder ihren jeweiligen Legierungen 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-Hohlprofüträgers anzugeben.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Gemäß Anspruch 6 wird zunächst das Leichtmetall-Außenblechteil mit dem davon umfassten 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 Leichtmetall-Blechschalenteil unter Schließung der Hohlprofilstruktur möglich. Insbesondere 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:
1 eine schematische Schnittansicht durch einen als Leichtmetall-Hohlprofilträger ausgebildeten Dachholm eines Dachrahmens eines Kraftfahrzeugs nach einem ersten Herstellungsschritt,
2 eine schematische Darstellung des Dachholms gemäß 1 nach einem zweiten Herstellungsschritt, und
3 eine schematische Darstellung des Dachholms gemäß 2 nach einem dritten und letzten Herstellungsschritt.
In den 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 1 und 2 ersichtlich ist, ist der Dachholm 1 durch ein erstes Leichtmetall-Blechschalenteil als Dachrahmen-Außenproil 2 und einem zweiten Leichtmetall-Blechschalenteil als Dachrahmen-Innenprofil 3 ausgebildet. Das Dachrahmen-Außenprofil 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 verbunden. Das Dachrahmen-Außenprofil 2 und das Dachrahmen-Innenprofil 3 weisen dabei eine Wandstärke von in etwa 3 mm auf, während das Leichtmetall-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-Randflansch 7, 8. Der erste Außenblech-Randflansch 7, der dem Längsrandbereich 4 zugeordnet ist, ist dabei von der Außenseite 9 als Schweißrichtung her gesehen mit einem ersten Außenprofil-Randflansch 11 des Dachrahmen-Außenprofils 2 sowie mit einem ersten Innenprofil-Randflansch 12 des Dachrahmen-Innenprofils 3 mittels Laserstrahlschweißen verbunden. Wie dies aus der 2 weiter ersichtlich ist, ist der zweite Außenblech-Randflansch 8 im Längsrandbereich 5 mit einem zweiten Außenprofil-Randflansch 13 des Dachrahmen-Außenprofils 2 sowie mit einem zweiten Innenprofil-Randflansch 14 des Dachrahmen-Innenprofils 3 mittels Laserstrahlschweißen von der Außenseite 10 als Schweißrichtung her gesehen verbunden. Die Schweißnähte weisen in den 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 Dachrahmen-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 Schweißgeschwindigkeit 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 1 schematisch und beispielhaft dargestellt ist, das Leichtmetall-Außenhautteil 6 mit dem Dachrahmen-Außenprofil 2 verbunden. Das Leichtmetall-Außenhautteil 6 überragt dabei das Dachrahmen-Außenprofil 2.
In einem zweiten Herstellungsschritt wird, wie dies in der 2 dargestellt ist, der Verbund aus Leichtmetall-Außenhautteil 6 und Dachrahmen-Außenprofil 2 mit dem Dachrahmen-Innenprofil 3 verbunden.
Wie dies insbesondere aus den 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 3 ersichtlich ist.
Auf der gegenüberliegenden Seite des Dachholms 1 liegen der zweite Außenprofil-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 3 ersichtlich ist, kann das Leichtmetall-Außenhautteil 6 in diesem Bereich eine Abwinklung 16 aufweisen, die dann zusammen mit einer entsprechend randseitig 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 Laserstrahlschweißen 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 dessen Legierungen hergestellt sein.

Claims

Leichtmetall-Hohlprofilträger einer Rohkarosse eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Dachholm eines Dachrahmens mit einem ersten Leichtmetall-Blechschalenteil und einem zweiten Leichtmetall-Blechschalenteil jeweils einer bestimmten dickwandigen Wandstärke, die jeweils im Längsrandbereich zum Leichtmetall-Hohlprofilträger verbunden sind und mit einem schalenförmigen Leichtmetall-Außenblechteil mit einer im Vergleich zu den Leichtmetall-Blechschalenteilen deutlich geringeren dünnwandigen Wandstärke, welches wenigstens ein Leichtmetall-Blechschalenteil mit anderer Profilstruktur umgibt und mit Außenblech-Randflanschen mit dem Leichtmetall-Hohlprofilträger mittels Laserstrahlschweißen verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Leichtmetall-Blechschalenteil (2) und das zweite Leichtmetall-Blechschalenteil (3) zumindest in einem jeweils zugeordneten Längsrandbereich (4, 5) mittelbar miteinander verbunden sind, dergestalt, dass ein zugeordneter Außenblech-Randflansch (7, 8) die beiden zugeordneten angrenzenden Längsrandbereiche (4, 5) der Leichtmetall-Blechschalenteile (2, 3) überbrückt und diese beiden dickwandigen Längsrandbereiche (4, 5) nur mit dem dünnwandigen Außenblech- Randflansch (7, 8) mittels Laserstrahlschweißen von der Außenseite (9, 10) her durch den Außenblech-Randflansch (7, 8) verbunden sind.
Leichtmetall-Hohlprofilträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide zugeordneten Längsrandbereiche (4, 5) der Leichtmetall-Blechschalenteile (2, 3) mittelbar jeweils über einen Außenblech-Randflansch (7, 8) verbunden sind.
Leichtmetall-Hohlprofilträger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechschalenteile (2, 3) jeweils Blechschalen-Randflansche (11, 12, 13, 14) aufweisen, die mit dem jeweils zugeordneten Außenblech-Randflansch (7, 8) mittels Laserstrahlschweißen verbunden sind.
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 Leichtmetall-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 Dachrahmen-Innenprofils (3) etwa in einer vertikalen Fläche zur Fahrzeugaußenseite 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 verbundenen, vorzugsweise durch Laserstrahlschweißen verbundenen Dachhaut-Randflansch (20) gebildet ist.
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.
Verfahren zur Herstellung eines Leichtmetall-Hohlprofilträgers nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst das Leichtmetall-Außenblechteil (6) mit dem davon umfassten Leichtmetall-Blechschalenteil (2) verbunden wird und anschließend dieser Verbund mit dem anderen Leichtmetall-Blechschalenteil (3) verbunden wird.