DE102006018381A1 - Process for increasing the stiffness of a metal component at least in sections with a hollow space accessible from the outside useful in metal processing avoids the high cost and possible component damage of previous processes - Google Patents

Process for increasing the stiffness of a metal component at least in sections with a hollow space accessible from the outside useful in metal processing avoids the high cost and possible component damage of previous processes Download PDF

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Abstract

Process for increasing the stiffness of a metal component at least in sections with a hollow space accessible from the outside involving introduction of a profiled part, e.g. a foamed plastic part, of dimensions adapted to those of the hollow space into the hollow space. An independent claim is included for a metal component with a hollow space accessible from the outside.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur wenigstens abschnittsweisen Erhöhung der Steifigkeit eines wenigstens einen von außen zugänglichen Hohlraum aufweisenden Bauteils sowie auf ein nach dem Verfahren hergestelltes Bauteil selbst.The The invention relates to a method for at least sections increase the rigidity of at least one externally accessible cavity Component as well as on a manufactured according to the method component even.

Aufgrund des vorhandenen Hohlraums besitzen solche Bauteile im Vergleich zu einem Bauteil aus Vollmaterial grundsätzlich eine verminderte Stabilität und/oder Steifigkeit. In diesem Zusammenhang ist es aus der DE 44 26 627 A1 bekannt, im Rahmen eines Verfahrens zur Herstellung eines metallischen Verbundwerkstoffes zunächst ein geeignetes Halbzeug mit gewünschten Abmessungen bereit zu stellen, dann das zugeschnittene Halbzeug und damit zu verbindende Metallteile zu einem Paket zu stapeln und in einem abschließenden Verfahrensschritt den Verbund aus aufschäumbarem Halbzeug und konventionellem massiven Material durch Erwärmung auf eine Temperatur, die hoch genug ist, um bei dem aufschäumbaren Material eine Vergrößerung des Volumens und damit eine Porenentstehung hervorzurufen, aufzuschäumen. Typische Temperaturen für den abschließenden Schritt des Aufschäumens liegen dabei in dem Bereich von 750°C bis 850°C.Due to the existing cavity such components generally have a reduced stability and / or rigidity compared to a component made of solid material. In this context, it is from the DE 44 26 627 A1 It is known to provide a suitable semi-finished product with desired dimensions as part of a process for producing a metallic composite material, then to stack the cut semi-finished product and metal parts to be joined into a package and in a final process step the composite of foamable semifinished product and conventional solid material by heating to a temperature high enough to cause the foamable material to increase in volume and thereby cause pore formation. Typical temperatures for the final foaming step are in the range of 750 ° C to 850 ° C.

Ein solches Verfahren hat den Nachteil, dass aufgrund der hohen Wärmebeanspruchung Beschädigungen und Verformungen der Verbundkomponente aus konventionellem massivem Material hervorgerufen werden können. Zudem ist das Verfahren sehr aufwendig, da es typischer Weise in einem Ofen durchgeführt wird.One such method has the disadvantage that due to the high thermal stress damage and deformations of the composite component of conventional solid Material can be caused. In addition, the process is very expensive, since it is typically in carried out an oven becomes.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine ursprüngliche Formgebung des einen Hohlraum aufweisenden Bauteils weniger beeinflusst wird, sowie ein nach dem Verfahren hergestelltes Bauteil anzugeben.outgoing This is the object of the invention, a method of the aforementioned type such that a original Shape of the cavity having a component less affected and a component manufactured by the method.

Diese Aufgabe wird bei dem oben angegebenen Verfahren dadurch gelöst, dass es den folgenden Schritt enthält: Einbringen eines Formteils, dessen Abmessungen an den Hohlraum angepasst werden, in den Hohlraum auf mechanischem Wege.These Task is solved in the above-mentioned method in that it contains the following step: Inserting a molding whose dimensions are adapted to the cavity be, in the cavity by mechanical means.

Bevorzugt wird bei dem Verfahren als das Bauteil ein Metallprofil verwendet. Wenn sich beispielsweise nach einer Inbenutzungnahme einer übergeordneten Baustruktur, bei der es sich um einen Wagenkasten eines Schienenfahrzeugs handeln kann, zeigt, dass ein bestimmtes Metallprofil eine erhöhte Steifigkeit benötigt, kann in wenigsten einen Abschnitt davon ein Formteil eingebracht werden, dessen Abmessungen entsprechend angepasst sind.Prefers In the method, a metal profile is used as the component. For example, if after a takeover of a parent Building structure, which is a car body of a rail vehicle can show that a given metal profile has increased rigidity needed can at least a section of a molded part introduced whose dimensions are adjusted accordingly.

Es ist von Vorteil, wenn für das Formteil ein Schaum-Formteil verwendet wird, insbesondere ein Metallschaum-Formteil. Die Herstellung solcher Metallschaum-Formteile ist im Stand der Technik bekannt, wobei insbesondere auf die Offenbarungsgehalte der DE 40 18 360 , DE 41 01 630 , DE 41 24 591 , DE 44 26 627 und DE 44 24 157 verwiesen wird. Bei den dort beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines Metallschaum-Formteils werden handelsübliche Metallpulver mit einem ebenfalls pulverförmigen Treibmittel vermischt und im Anschluss daran die entstehende Pulvermischung zu einem festen, wenig porösen, aufschäumbaren Halbzeug verarbeitet. Hierbei können verschiedene Kompaktierungsverfahren, wie beispielsweise Strangpressen oder Heißpressen, zum Einsatz kommen. Von Bedeutung ist, dass erst das bereits fertig gestellte Metallschaum-Formteil in kaltem Zustand in den Hohlraum des Bauteils oder Metallprofils mechanisch eingebracht wird.It is advantageous if a foam molding is used for the molding, in particular a metal foam molding. The preparation of such metal foam moldings is known in the art, in particular on the disclosure of the DE 40 18 360 . DE 41 01 630 . DE 41 24 591 . DE 44 26 627 and DE 44 24 157 is referenced. In the process described there for the production of a metal foam molding commercial metal powder are mixed with a likewise powdered blowing agent and then processed the resulting powder mixture into a solid, less porous, foamable semi-finished. In this case, different compaction methods, such as extrusion or hot pressing, can be used. It is important that only the already finished metal foam molding is introduced mechanically in the cold state in the cavity of the component or metal profile.

Alternativ zu der Ausbildung als Metallschaum-Formteil kann auch ein Kunststoffschaum-Formteil zum Einsatz kommen, sofern es erforderliche Steifigkeit für ein betroffenes Bauteil bereitstellt.alternative to form a metal foam molding can also be a plastic foam molding provided that it has the required rigidity for an affected Component provides.

Als mechanisches Verfahren zum Einbringen des Formteils in den Hohlraum kann das Formteil in den Hohlraum einpresst werden. In einfachen Fällen kann es auch mit Hilfe eines Handwerkzeugs, wie einem Hammer, in den Hohlraum eingebracht werden.When mechanical method for introducing the molding into the cavity The molding can be pressed into the cavity. In simple Cases can it also with the help of a hand tool, such as a hammer, in the Cavity are introduced.

Schaum-Formteile der beschriebenen Art sind somit geeignet, selbst bei bereits verbauten Metallprofilen nachgerüstet zu werden, so dass von Fall zu Fall nicht einmal ein Ausbau eines zu verstärkenden Metallprofils aus einer übergeordneten Baustruktur erfolgen muss. Der Einsatz der Schaum-Formelemente kann gezielt erfolgen, um festgelegte Stellen/Segmente/Abschnitte eines Metallprofils oder sonstigen Bauteils zu ertüchtigen, Kräfte aufzunehmen und/oder Kräfte weiterzuleiten. Das Verfahren zeichnet sich außerdem durch eine schnelle Einsetzbarkeit aus. Es wird keine oder nur geringe Vorbereitung der Formteile benötigt, die sich auf eine Reinigung und ggf. erforderliche mechanische Vorbereitung zur Formgebung beschränkt. Dabei können einfachste Formteile zum Einsatz kommen, da sich ihre Konturen durch das Einpressen oder Einbringen auf anderem mechanischen Wege anpassen. Selbst komplexe Profilkonturen können verstärkt werden, soweit sichergestellt ist, dass eine geeignete Zugänglichkeit von außen auf die zu verstärkenden Abschnitte der Bauteile bzw. Metallprofile gegeben ist.Foam moldings The described type are thus suitable even with already installed Retrofitted metal profiles to be, so on a case by case not even an expansion of a to be reinforced Metal profiles from a parent Building structure must be made. The use of foam molding elements can targeted to specified locations / segments / sections of a Metal profiles or other component to gain strength, absorb forces and / or forward forces. The process is also outstanding by a quick applicability. It will be little or no Preparation of the moldings needed, Concerning a cleaning and possibly necessary mechanical preparation limited to shaping. It can The simplest moldings are used, as their contours through adjust the insertion or insertion by other mechanical means. Even complex profile contours can reinforced to the extent that it is ensured that appropriate accessibility from the outside to be reinforced Sections of the components or metal profiles is given.

Dabei ist zu berücksichtigen, dass für eine erforderliche Steifigkeit der Hohlraum nicht notwendiger Weise vollständig von dem Formteil eingenommen werden muss. Vielmehr ist es auch möglich, dass das Formteil lediglich zur Ausbildung eines Steges in dem Hohlraum bemessen wird. Der Steg ist dann, abhängig von einer Hauptbeanspruchungsrichtung des Bauteils, in dem Hohlraum geeignet auszurichten.It should be noted that for a required rigidity of the cavity does not necessarily have to be completely occupied by the molded part. Rather, it is also possible that the molded part is dimensioned only for the formation of a web in the cavity. The web is then suitably oriented in the cavity, depending on a major stress direction of the component.

Gerade bei Bauteilen mit ausgedehnten, langgestreckten Hohlräumen, wie beispielsweise Metallhohlprofilen, wird es häufig nur erforderlich sein, einen Abschnitt des Hohlraums mit dem Formteil zu versehen. Dies wird typischer Weise derjenige sein, der aufgrund von statischen Anforderungen mit einer erhöhten Steifigkeit zu versehen ist.Just for components with extended, elongated cavities, such as For example, metal hollow sections, it will often only be necessary to provide a portion of the cavity with the molding. This will typically be the one due to static Requirements with an increased Stiffness is to be provided.

Die o. g. Aufgabe wird hinsichtlich des Bauteils gelöst durch ein Bauteil mit wenigsten einem von außen zugänglichen Hohlraum, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Hohlraum ein zur Erhöhung der Steifigkeit des Bauteils bemessenes Formteil auf mechanischem Wege eingebracht ist.The o. g. The task is solved in terms of the component by a component with the least one from the outside accessible Cavity, characterized in that in the cavity to increase the Stiffness of the component sized molded part by mechanical means is introduced.

Bevorzugte Ausführungsformen des Bauteils sind bereits oben anhand des dargestellten Verfahrens zur Erhöhung der Steifigkeit eines Bauteils erläutert worden.preferred embodiments of the component are already above based on the illustrated method to increase the rigidity of a component has been explained.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielshalber anhand der Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen:The The invention will be described by way of example with reference to the drawings even closer explained. It demonstrate:

1 eine schematische Ansicht eines Formelements in Kombination mit einem Profil, dessen Steifigkeit zu erhöhen ist, 1 a schematic view of a feature element in combination with a profile whose stiffness is to increase,

2 eine schematische Ansicht eines Profils mit darin eingesetztem Formelement, 2 a schematic view of a profile with inserted therein molding element,

3 eine schematische Ansicht eines Profils mit in einem Abschnitt davon eingesetztem Formelement und 3 a schematic view of a profile with inserted in a portion thereof mold element and

4 eine schematische Ansicht eines Profils mit darin abschnittsweise eingesetztem Formelement zwischen zwei zusätzlichen Verbindungselementen. 4 a schematic view of a profile with a partially inserted therein form element between two additional connecting elements.

In der 1 ist im unteren Teil ein Metallprofil MP in einer Seitenansicht dargestellt, das beispielsweise einen U-förmigen Querschnitt aufweisen kann, der nach oben offen ist. Das Metallprofil MP schließt einen lang gestreckten Hohlraum HR ein, der von einem Ende des Metallprofils MP bis zu dessen anderem Ende reicht.In the 1 is shown in the lower part of a metal profile MP in a side view, which may for example have a U-shaped cross-section which is open at the top. The metal profile MP includes an elongated cavity HR extending from one end of the metal profile MP to the other end thereof.

Oberhalb des Metallprofils MP ist in 1 ein Metallschaum-Formteil F1 dargestellt, das im Rahmen eines der Verfahren hergestellt sein kann, wie sie in den oben zitierten Druckschriften angegeben sind.Above the metal profile MP is in 1 a metal foam molding F1 is shown, which may be made in one of the methods as indicated in the references cited above.

In der 2 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem sich ein Formteil F2 über eine gesamte Länge des Metallprofils MP erstreckt. Im Rahmen eines Pressverfahrens kann das Formteil F2 in das Metallprofil MP eingebracht werden, wodurch sich dessen Belastbarkeit und Steifigkeit erhöht. Dies ist insbesondere von Bedeutung in Fällen, bei denen das Metallprofil MP bereits vorab in eine Baustruktur wie diejenige eines Wagenkastens für ein Schienenfahrzeug eingebaut wurde. Wenn sich im Nachhinein herausstellt, dass das Metallprofil MP insgesamt mit einer erhöhten Steifigkeit versehen werden muss, kann auf mechanische Art und Weise das Formteil F2 in das Metallprofil MP eingesetzt werden.In the 2 an embodiment is shown in which a molding F2 extends over an entire length of the metal profile MP. As part of a pressing process, the molding F2 can be introduced into the metal profile MP, which increases its load capacity and rigidity. This is particularly important in cases where the metal profile MP has already been installed in advance in a building structure such as that of a car body for a rail vehicle. If, in retrospect, it turns out that the metal profile MP as a whole has to be provided with increased rigidity, the molded part F2 can be inserted into the metal profile MP in a mechanical manner.

In 3 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem ein Formteil F3 in seiner Länge lediglich einen Abschnitt des Metallprofils MP überdeckt. Im Wege des Einpressens wird das Formteil F3 im gezeigten Beispiel in einen mittleren Bereich des Metallprofils MP eingesetzt. Die Richtung einer Krafteinwirkung des Einpressvorgangs ist mit einem Pfeil F angegeben.In 3 an embodiment is shown in which a molding F3 covers only a portion of the metal profile MP in its length. In the way of pressing in the molded part F3 is used in the example shown in a central region of the metal profile MP. The direction of a force of the press-fitting process is indicated by an arrow F.

In dem anhand der 4 vorgestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist ein Metallprofil MP bereits zwei an den Enden des Metallprofils MP angeordnete Verbindungselemente V1, V2 zu angrenzenden Profilen auf, wobei im ursprünglichen Einbauzustand ein Hohlraum HR zwischen den beiden Verbindungselementen V1, V2 zunächst frei bleibt. Zur Entlastung der Verbindungselemente V1, V2 bzw. zur Erhöhung einer Steifigkeit eines Zwischenbereichs zwischen den Verbindungselementen V1, V2 wird ein Metallschaum-Formteil F4 passend zwischen die beiden Verbindungselemente V1, V2 gesetzt. Dies geschieht, wie bereits oben beschrieben, im Rahmen eines Einpressvorgangs.In the basis of the 4 featured embodiment of the invention, a metal profile MP already has two arranged at the ends of the metal profile MP connecting elements V1, V2 to adjacent profiles, wherein in the original installed state, a cavity HR between the two connecting elements V1, V2 initially remains free. To relieve the connecting elements V1, V2 or to increase the rigidity of an intermediate region between the connecting elements V1, V2, a metal foam molded part F4 is set appropriately between the two connecting elements V1, V2. This is done, as already described above, in the context of a press-fitting process.

In einfachen Fällen, wenn beispielsweise der mit einem Formelement zu versehende Abschnitt des Metallprofils MP klein ist, kann auch auf manuelle Art und Weise, beispielsweise mit Hilfe eines Hammers ein geeignet bemessenes Formelement in das Metallprofil MP eingesetzt werden.In simple cases, if, for example, the section to be provided with a form element the metal profile MP is small, can also be done manually, For example, with the aid of a hammer a suitably sized form element be used in the metal profile MP.

Claims (16)

Verfahren zur wenigstens abschnittsweisen Erhöhung der Steifigkeit eines wenigstens einen von außen zugänglichen Hohlraum (HR) aufweisenden Bauteils, mit dem Schritt: Einbringen eines Formteils (F1, ..., F4), dessen Abmessungen an den Hohlraum (HR) angepasst werden, in den Hohlraum (HR) auf mechanischem Wege.Method for at least partially increasing the Rigidity of a component having at least one externally accessible cavity (HR), with the step: Inserting a molded part (F1, ..., F4), whose dimensions are adapted to the cavity (HR) in the Cavity (HR) by mechanical means. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als das Bauteil ein Metallprofil (MP) verwendet wird.Method according to claim 1, in which when the component is a metal profile (MP) is used. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für das Formteil (F1, ..., F4) ein Schaum-Formteil verwendet wird.Method according to claim 1 or 2, characterized that for the molding (F1, ..., F4) a foam molding is used. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem für das Schaum-Formteil ein Metallschaum-Formteil verwendet wird.Method according to claim 3, in which for the foam molding a metal foam molding is used. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem für das Schaum-Formteil ein Kunststoffschaum-Formteil verwendet wird.Method according to claim 3, in which for the foam molding a plastic foam molding is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Formteil (F1, ..., F4) in den Hohlraum (HR) eingepresst wird.Method according to one of claims 1 to 5, in which the Molded part (F1, ..., F4) is pressed into the cavity (HR). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Formteil (F1, ..., F4) mit Hilfe eines Handwerkzeugs in den Hohlraum (HR) eingebracht wird.Method according to one of claims 1 to 5, in which the Molded part (F1, ..., F4) by means of a hand tool into the cavity (HR) is introduced. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Formteil (F1, ..., F4) zur Ausbildung eines Steges in dem Hohlraum (HR) bemessen wird.Method according to one of claims 1 to 7, in which the Molding (F1, ..., F4) for forming a web in the cavity (HR) is measured. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem als das Bauteil ein Strangpressprofil und ein Formteil (F1, ..., F4) verwendet wird, dessen Abmessungen an einen vorgegebenen Abschnitt des Strangpressprofils angepasst werden.Method according to one of claims 1 to 8, in which as the Component an extruded profile and a molded part (F1, ..., F4) used is, the dimensions of a predetermined section of the extruded profile be adjusted. Bauteil mit wenigsten einem von außen zugänglichen Hohlraum (HR), dadurch gekennzeichnet, dass in dem Hohlraum (HR) ein zur Erhöhung der Steifigkeit des Bauteils bemessenes Formteil (F1, ..., F4) auf mechanischem Wege eingebracht ist.Component with at least one externally accessible Cavity (HR), characterized in that in the cavity (HR) a to increase the Stiffness of the component sized molded part (F1, ..., F4) on mechanical Paths is introduced. Bauteil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil als Metallprofil (MP) vorliegt.Component according to Claim 10, characterized that the component is present as a metal profile (MP). Bauteil nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (F1, ..., F4) als Schaum-Formteil vorliegt.Component according to one of claims 10 or 11, characterized that the molded part (F1, ..., F4) is present as a foam molding. Bauteil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaum-Formteil als Metallschaum-Formteil vorliegt.Component according to claim 12, characterized in that that the foam molding is present as a metal foam molding. Bauteil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaum-Formteil als Kunststoffschaum-Formteil vorliegt.Component according to claim 12, characterized in that that the foam molding is present as a plastic foam molding. Bauteil nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (F1, ..., F4) zur Ausbildung eines Steges in dem Hohlraum (HR) bemessen ist.Component according to one of claims 10 to 14, characterized that the molding (F1, ..., F4) for forming a web in the Cavity (HR) is measured. Bauteil nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil als Strangpressprofil vorliegt und das Formteil (F1, ..., F4) hinsichtlich seiner Abmessungen an einen vorgegebenen Abschnitt des Strangpressprofils angepasst ist.Component according to one of claims 10 to 15, characterized that the component is present as an extruded profile and the molded part (F1, ..., F4) in terms of its dimensions to a predetermined Section of the extruded profile is adjusted.
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