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Die
Erfindung betrifft einen Hohlträger
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1 und ein Verfahren zur Herstellung desselben
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 5.
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Ein
gattungsgemäßer Hohlträger beziehungsweise
ein gattungsgemäßes Verfahren
ist aus der
DE 100
19 384 A1 bekannt. Dort ist ein Verfahren zur Herstellung
eines Verbundrohres zum Transport fluider Medien beschrieben. Das
Verbundrohr besteht aus einem Mantelrohr, das während des gesamten Herstellungsverfahrens
unverändert
bleibt und einem Innenrohr, das aus einem fluidresistenten Material
besteht. Zur Herstellung wird das Innenrohr lose in das Mantelrohr
eingeführt
und durch Innenhochdruckbeaufschlagung zumindest punktweise an das
Mantelrohr angelegt und dadurch mit diesem reibschlüssig verbunden.
Das Mantelrohr bildet dabei eine natürliche Begrenzung für die Ausdehnung
des Innenrohres.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen gattungsgemäßen Hohlträger dahingehend weiterzubilden,
dass dessen Verwendung in nahezu beliebig gestalteten Bauräumen ermöglicht wird.
Des Weiteren ist ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben.
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Die
Aufgabe ist erfindungsgemäß durch
die Merkmale des Patentanspruches 1 hinsichtlich des Hohlträgers und
gemäß der Merkmale
des Patentanspruches 5 hinsichtlich des Verfahrens gelöst.
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Auf
Grund dessen, dass der Hohlträger
erfindungsgemäß unterschiedliche
Querschnitte aufweist, die die Form und oder die Größe betreffen, kann
der Hohlträger
den Bauraumgegebenheiten optimal angepasst werden, so dass sein
Einsatz in nahezu beliebig gestalteten Bauräumen möglich ist. Hierzu trägt das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren,
bei dem, nachdem rohrförmige
Einzelhohlprofile ineinander geschoben wurden, der Schiebeverbund
als Gesamtes unter Einfluss des fluidischen Innenhochdrucks aufgeweitet
wird. Entsprechend der Kavitätsform
des Innenhochdruckumformwerkzeuges, in das der Schiebeverbund vor
der Umformung eingebracht wurde, legt sich dieser konturgetreu an
die Gravurwandung der Kavität
an. Hierdurch sind die Bauraumgegebenheiten exakt nachbildbar, so
dass der Hohlträger
optimal in den Bauraum eingepasst werden kann. Weiterhin lässt sich
der Hohlträger
durch den Einfluss der Innenhochdruckumformung hochpräzise an
Anbindungsstellen, an denen der Hohlträger in einer Gesamtkonstruktion
befestigt wird, in einfacher Weise toleranzfrei angleichen beziehungsweise
so gestalten, dass eine besonders einfache Montage gewährleistet
ist.
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Der
Hohlträger
ist so konzipiert, dass das Innere mit dem Medium in Kontakt tretende
Einzelhohlprofil, also das Innenrohr, aus einem mediumindifferenten
Material besteht. Ein derartiges Material bleibt in seinem chemischen
Verhalten dem durchströmenden
Medium gegenüber
unbeeinflusst. Hierdurch stellt dieses Einzelhohlprofil einen Korrosionsschutz für das außenliegende
Einzelhohlprofil oder die außenliegenden Einzelhohlprofile,
die aus keinem fluidresistenten Material wie beispielsweise Stahl
gefertigt sind, dar. Das mediumindifferente Material kann zusätzlich auch
wärmeisolierende
Eigenschaften haben, so dass eine Kondensation von Feuchtigkeit,
die von einem durch den Hohlträger
strömenden
Gas wie beispielsweise Luft getragen wird, verhindert wird, was
ohne das mediumindifferente Material zu Korrosion des Stahlrohres
führen
würde.
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Auf
Grund der gemeinsamen Verformung der Einzelhohlprofile ist deren
Verlauf aufeinander hochexakt abgestimmt, so dass keine zusätzlichen Arbeitsschritte
notwendig sind, um eine derartige Abstimmung zu erreichen. Des Weiteren
kann durch die erfindungsgemäße Maßnahme,
dem Hohlträger
unterschiedliche Querschnitte zu verleihen, dieser entlang seiner
Erstreckung hinsichtlich der Anforderungen an die Biegesteifigkeit,
die lokal sehr unterschiedlich ausfallen können, maßgeschneidert werden, indem
der Querschnitt entsprechend groß gestaltet wird.
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In
einer besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Hohlträgers nach
Anspruch 2 beziehungsweise des zugehörigen Verfahrens nach Anspruch
6, enthält
der Hohlträger
drei Einzelhohlprofile, wobei das äußere Einzelhohlprofil aus einem
Werkstoff besteht, der resistent gegenüber Umwelteinflüssen ist.
Dazu werden drei Ausgangshohlprofile ineinander geschoben und gemeinsam
im Innenhochdruckumformwerkzeug in einem Schritt aufweitend umgeformt.
Durch die Verwendung von drei Einzelhohlprofilen wird die Steifigkeit des
Hohlträgers
erheblich gesteigert. Die Wandstärke
des mittleren vom inneren und äußeren Einzelhohlprofil
eingefassten Einzelhohlprofil, dessen Werkstoff gegenüber den
Umwelteinflüssen
und Einwirkungen des durch den Hohlträger strömenden Mediums nicht beständig ist, kann
ohne große
Einbuße
an Steifigkeit des Hohlträgers
verringert werden, wodurch insbesondere beim Einsatz eines Stahlrohres
als in der Mitte liegendem Einzelhohlprofil das Gesamtgewicht des
Hohlträgers
erheblich reduziert werden kann, was für den Leichtbau der Gesamtkonstruktion,
in die der Hohlträger
einzufügen
ist, besonders vorteilhaft ist. In Folge der Alterungsfestigkeit des
außen
liegenden Einzelhohlprofils bleibt der Hohlträger langzeitbetriebsfest und
benötigt
keine mit Aufwand verbundene Verkleidung. Vielmehr kann durch entsprechende
gestaltgebende Umformung mittels des Innenhochdrucks der Hohlträger an seiner
Außenseite
die gewünschte
Form der Verkleidung annehmen. Hierdurch entfällt die obsolet gewordene Schutzverkleidung,
was Bauraum spart und das Gesamtgewicht des Zusammenbaus reduziert. Durch
die Verwendung von Einzelhohlprofilen, bei denen das innen liegende
Einzelhohlprofil gegenüber den
Einwirkungen des durchströmenden
Mediums und gegebenenfalls das außen liegende Einzelhohlprofil
gegenüber
den Umwelteinflüssen
gefeit sein müssen,
wird gegenüber
einer einfachen Beschichtung eines Einzelhohlprofils aus Stahl,
die einen annähernd ähnlichen
Schutz bieten würde
wie die erfindungsgemäßen Hohlprofile,
eine gleichmäßigere Wanddicke
erreicht, wodurch eine nahezu toleranzfreie Fertigung des Hohlträgers erreicht
wird und somit der Hohlträger
ohne Nacharbeit in einfacher Weise verbaut werden kann. Es sei noch
angemerkt, dass bei der Wahl von drei Einzelhohlprofilen die Schallabsorption
des Hohlträgers
besonders gut ist.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 3 und
des zugehörigen
erfindungsgemäßen Verfahrensschrittes
nach Anspruch 7 weist der Hohlträger
einen gekrümmten
Verlauf auf. Der Hohlträger
kann vor der Innenhochdruckbeaufschlagung im Schiebeverbund der
einzelnen Hohlprofile vorgebogen werden. Es ist aber auch denkbar, dass der
Biegevorgang in der Schließbewegung
des Innenhochdruckumformwerkzeuges, in dem der Schiebeverbund der
Einzelhohlprofile aufgenommen ist, erfolgen kann. Durch den gekrümmten Verlauf
ist der Hohlträger
verbessert an einen verwinkelten Bauraum anpassbar, wodurch die
Verbauungsfreiheit erheblich gesteigert wird.
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In
einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung
nach Anspruch 4 ist der Hohlträger
Teil einer Rohbaustruktur eines Kraftfahrzeugs. Hierbei kann es
sich um eine Rahmenstruktur wie den Dachrahmen, die Säulen und
den Schweller handeln, genauso gut kann jedoch der Hohlträger Teil eines
Längsträgers oder
eines Querträgers
sein oder diesen gänzlich
ersetzen. Hierbei ist die Verwendung des Hohlträgers als Querträger unterhalb
der Instrumententafel für
die Leitung von Medien wie zum Beispiel klimatisierter Luft oder
als Längsträger in Nutzfahrzeugen
zur Leitung von Ansaugluft besonders vorteilhaft und interessant.
Durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Hohlträgers entfallen nämlich zusätzliche
Leitungen und Kanäle,
die bisher in üblichen
Karosseriestrukturen Eingang gefunden haben. Hierdurch wird Bauraum
eingespart, was einerseits Raum für andere Aggregate des Kraftfahrzeugs
oder Designgebungen lässt.
Zum anderen kann das Kraftfahrzeug kompakter hergestellt werden.
In diesem Zusammenhang sei auch noch einmal an die hohe Oberflächenqualität erinnert,
die durch die Umformung des Hohlträgers mittels Innenhochdruck
zustande kommt, so dass bei der Rohbaustruktur gegebenenfalls auf
zusätzliche
Beplankungen verzichtet werden kann, was den Bau des Kraftfahrzeugs
ganz entscheidend vereinfacht.
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Im
Folgenden ist die Erfindung anhand mehrerer in den Zeichnungen dargestellter
Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
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Dabei
zeigen:
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1 in
einer frontalen Ansicht einen erfindungsgemäßen Hohlträger, der als Querträger eines Kraftfahrzeugs
ausgestaltet ist,
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2 den
Hohlträger
aus 1 in einem Schnitt entlang der Schnittlinie A-A,
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3 einen
erfindungsgemäßen Hohlträger nach
der Biegeumformung in einer seitlichen Ansicht,
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4 den
Hohlträger
aus 3 in einer Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie
A-A.
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In 1 und 2 ist
ein Hohlträger 1 dargestellt,
der als Querträger
der Rohbaustruktur eines Kraftfahrzeugs ausgebildet ist und unter
dessen Instrumententafel in der Nähe der Fahrgastzelle angeordnet
ist. Am Hohlträger 1 sind
mehrere Anbindungsstellen 2 ausgeformt, an denen Halter
oder Konsolen 3 befestigt sind. Der Hohlträger 1 zeigt
einen gekrümmten
Verlauf mit Krümmungsabschnitten 4,
wodurch er das Aussehen eines umgekehrten Joches annimmt. Der Hohlträger 1 setzt
sich aus zwei Einzelhohlprofilen 5 und 6 zusammen,
die spielfrei in einem Presssitz über ihre gesamte Länge miteinander
verbunden sind. Das innenliegende Einzelprofil 5 besteht
aus einem mediumindifferenten Material, beispielsweise aus einem
Kunststoff, während
das außenliegende
Einzelhohlprofil 6 aus einem Stahlrohr gebildet ist. Der
Hohlträger 1 wird
von einem Medium durchströmt,
beispielsweise durch klimatisierte Luft mit einem nicht vernachlässigbaren
Anteil an Feuchtigkeit, wobei die Durchströmung durch das Innere 7 des
Einzelhohlprofils 5 erfolgt. In seinem Verlauf weist der
Hohlträger 1 einen Abschnitt 8 größeren und
einen Abschnitt 9 kleineren Querschnitts auf.
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Zur
Herstellung des gezeigten Hohlträgers 1 werden
zwei rohrförmige
Ausgangshohlprofile verwandt, die vollständig ineinander geschoben werden. Die
miteinander eine Steckverbindung eingehenden Ausgangshohlprofile
werden dann einem Biegevorgang unterzogen, aus dem heraus die Krümmungsabschnitte 4 entstehen.
Die so entstandene Zwischenform des Hohlträgers 1 wird anschließend in ein
Innenhochdruckumformwerkzeug eingebracht und dort bei geschlossenem
Werkzeug unter einen fluidischen Innenhochdruck gesetzt. In Folge
des Innenhochdrucks weitet sich die vom Schiebeverbund gebildete
Zwischenform auf, wobei der Abschnitt 8 mit großem Querschnitt
und der Abschnitt 9 mit kleinem Querschnitt entstehen.
Die Querschnitte besitzen hier keine Kreisform mehr, wie es das
rohrförmige
Ausgangshohlprofil jeweils besaß,
sondern weisen eine annähernd
ovale Form auf. Der so aufgeweitete Schiebeverbund bildet nun die
Endform des Hohlträgers 1.
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In
einer Alternative zum vorangegangenen Ausführungsbeispiel zeigen die 3 und 4 einen
Hohlträger 10,
der als Längsträger in einem Nutzfahrzeug
zur Leitung der Ansaugluft genutzt wird. Der Hohlträger 10 weist
einen Krümmungsabschnitt 11 auf
und setzt sich aus drei Einzelhohlprofilen 12, 13 und 14 zusammen.
Während
das mittlere Einzelhohlprofil 13 aus einem korrodierbaren
Stahlwerkstoff besteht, ist das innere Einzelhohlprofil 12 aus
einem mediumindifferenten Material und das äußere Einzelhohlprofil 14 aus
einem gegen Umwelteinflüsse
resistenten Werkstoff hergestellt. Unter Umwelteinflüssen soll
hier sowohl Witterung als auch Spritzwasser, Staub und Vogelausscheidungen
verstanden werden. Die Einzelhohlprofile 12, 13 und 14 werden
zur Herstellung des Hohlträgers 10 ineinander
geschoben und im Schiebeverbund unter Ausbildung des Krümmungsabschnitts 11 gebogen.
Anschließend
wird der gebogene Schiebeverbund in einem Innenhochdruckumformwerkzeug
aufgeweitet, wobei ein Abschnitt 15 mit mittelgroßem Querschnitt, ein
Abschnitt 16 mit kleinerem Querschnitt und ein Abschnitt 17 mit
größerem Querschnitt
entsteht. Der Hohlträger 10 wird
von klimatisierter Luft durchströmt,
in dem das innenliegende Einzelhohlprofil 12 durchflutet
wird. Die beiden Einzelhohlprofile 12 und 14 fassen
das Einzelhohlprofil 13 nach der Innenhochdruckumformung
in einem Presssitz völlig
spielfrei ein.