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Die
Erfindung betrifft ein Karosseriebauteil für einen Kraftwagen
der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art. Darüber
hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines solchen
Karosseriebauteils der im Oberbegriff des Patentanspruchs 11 angegebenen
Art.
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Aus
dem Serienfahrzeugbau von Personenkraftwagen sind eine Vielzahl
von Möglichkeiten bekannt, um ein tragendes Karosseriebauteil
herzustellen. Die verbreitetste Möglichkeit ist es hierbei,
das Karosseriebauteil in Blechschalenbauweise herzustellen. Hierbei
werden eine Mehrzahl von Blechschalenbauteilen unter Bildung einer
Mehrzahl von Hohlkammern zu einem Hohlprofil zusammengefügt. Ein
Beispiel für ein derartiges, dort als Seitenlängsträger
bzw. Seitenschweller ausgebildetes Karosseriebauteil ist beispielsweise
bereits aus der
DE
101 18 202 A1 als bekannt zu entnehmen. Die einzelnen Blechschalenteile
sind dabei entlang von in Erstreckungsrichtung des Seitenlängsträgers
verlaufenden Flanschen miteinander verschweißt.
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Seit
einiger Zeit werden beispielsweise bei aus Aluminiumlegierungen
hergestellten Fahrzeugkarosserien auch hierzu alternative Bauweisen
eingesetzt. Eine heute verbreitete Bauweise sieht tragende Karosseriebauteile – beispielsweise
Seitenschweller – vor, welche aus einem Strangpressprofil gestaltet
sind. Hierbei wird das tragende Karosseriebauteil – beispielsweise
der Seitenschweller – einstückig aus einem mehrere
Hohlkammern umfassenden Strangpressprofil geformt.
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In
der Automobilindustrie werden nun zunehmend im Querschnitt relativ
große Hohlprofile erforderlich, um die geforderten mechanischen
bzw. dynamischen Eigenschaften erfüllen zu können.
Bei Strangpressprofilen gibt es seitens der Fertigungstechnik eine
Abhängigkeit der minimal pressbaren Wanddicke zur Größe
des Profilquerschnitts. Mit anderen Worten wird die Wanddicke der
einzelnen Innen- oder Außenwände des Strangspressprofils umso größer,
je größer der Querschnitt des Hohlprofils sein
soll. Diese fertigungstechnische Anforderung steht offensichtlich
im Gegensatz zu dem Wunsch, die Kraftwagenkarosserien im Strukturleichtbau
herzustellen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Karosseriebauteil sowie
ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, mittels welchen Hohlprofile
mit geringerem Gewicht auf für den Serienfahrzeugbau einfache
Weise herzustellen sind.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Karosseriebauteil
sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung mit den Merkmalen der
Patentansprüche 1 bzw. 11 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nichttrivialen
Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen
Patentansprüchen angegeben.
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Um
ein Karosseriebauteil in einfacher Weise äußerst
gewichtsgünstig herstellen zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen,
dass die wenigstens zwei Einzelbauteile des Karosseriebauteils als
jeweilige Einzelstrangpressprofile ausgebildet sind, welche einander
zu dem Hohlprofil ergänzen. Mit anderen Worten ist es erfindungsgemäß vorgesehen,
als Einzelbauteile einfach und kostengünstig herstellbare
Einzelstrangpressprofile einzusetzen. Um nun zu erreichen, dass
insbesondere auch tragende Karosseriebauteile mit großen
Querschnitten gewichtsgünstig hergestellt werden können,
werden erfindungsgemäß separate Einzelstrangpressprofile
eingesetzt. Da die Einzelstrangpressprofile demzufolge jeweils für
sich genommen einen geringeren Querschnitt aufweisen, können
diese fertigungstechnisch mit einer äußerst geringen
Wanddicke gepresst werden. Die Einzelstrangpressprofile können
dann auf einfache Weise beispielsweise mittels von Fügverbindungen
miteinander verbunden werden, so dass sich insgesamt ein Karosseriebauteil
realisieren lässt, welches einerseits beispielsweise einen
relativ großen Querschnitt und andererseits demgegenüber relativ
geringe Wanddicken der Außen- und Innenwände aufweist.
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Insgesamt
ist somit ersichtlich, dass mit dem erfindungsgemäßen
Karosseriebauteil der bislang vorhandene Zielkonflikt gelöst
werden kann, nämlich tragende Karosseriebauteile mit einem
relativ großen Querschnitt und einer demgegenüber
relativ geringen Wanddicke herzustellen. Dies ist jedoch gerade für
den Strukturleichtbau von Karosseriebauteilen von erheblicher Wich tigkeit,
so dass die Hohlprofile aus Legierungen mit höherer Festigkeit
und die Querschnitte mit geringerer Wanddicke ausgelegt werden können.
Ein weiterer erfindungsgemäßer Vorteil ist es,
dass Einzelstrangpressprofile aus verschiedenen Materialien verwendet
werden können, um das Hohlprofil belastungsgerecht zu gestalten.
Die Auswahl der Materialien bzw. Legierungen richtet sich dabei insbesondere
auch danach, welches Fügverfahren eingesetzt werden soll.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als zudem vorteilhaft
gezeigt, wenn die Außenwände des zusammengesetzten
Hohlprofils im Bereich der Verbindungsstellen der Einzelstrangpressprofile
eine zumindest im Wesentlichen konstante Wandstärke aufweisen.
Mit anderen Worten hat es sich als weiter vorteilhaft gezeigt, wenn
die Außenwände im Wesentlichen überlappungsfrei
ausgebildet sind. Dies ergibt nicht nur besonders vorteilhafte statische
und dynamische Eigenschaften des tragenden Karosseriebauteils, sondern
darüber hinaus lässt sich auch eine äußerst
einfache und saubere Fertigung realisieren.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind Außenwände
der Einzelstrangpressprofile im Bereich ihrer Verbindungsstellen
eben ausgebildet. Mit anderen Worten sind die Einzelstrangpressprofile
in besonders vorteilhafter Weise an ihren Außenwänden
ohne Flanschverbindungen miteinander zusammen gefügt; wodurch
sich eine besonders saubere Fertigung realisieren lässt.
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Als
weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Außenwände
der Einzelstrangpressprofile im Bereich ihrer Verbindungsstellen
stumpf stoßend miteinander verbunden sind. Durch einen
derartigen Stumpfstoß lässt sich somit auf einfache.
Weise die bereits oben beschriebene, konstante Wandstärke und
der ebene Verlauf der jeweiligen Außenwände des
Hohlprofils erreichen.
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Als
im besonderen Maße vorteilhaft hat es sich darüber
hinaus gezeigt, dass die Außenwände der Einzelstrangpressprofile
im Bereich ihrer Verbindungsstellen durch eine Schweißverbindung,
und insbesondere durch eine Reibrührschweißverbindung
miteinander zusammengefügt sind. Derartige Reibrührschweißverbindungen
stellen eine besonders einfache und saubere Möglichkeit
zur Verbindung insbesondere von Leichtmetalllegierungen dar. Im
Vergleich zu konventionellen Fügverfahren sind sie aufgrund
der hohen Nahtfestigkeit besonders stabil, so dass sich eine beträchtliche
Gewichtsein sparung im Strukturleichtbau realisieren lässt.
Ein weiterer Vorteil des Reibrührschweißens ist
es, dass dabei Temperaturen vorzugsweise unterhalb des Schmelzpunktes
der zu verbindenden Leichtmetalllegierungen erreicht werden, so
dass eine nachteilige Gefügeveränderung beim Erstarren
der Schmelze vermieden werden kann. Somit ist es in besonderer Weise auch
möglich, die allgemein als schwer oder bedingt schmelzschwelßbar
klassifizierten höherfesten Aluminiumlegierungen ohne Zusatzwerkstoff
und ohne große Festigkeitsverluste verschweißen
zu können. Schließlich ist es ein besonderer Vorteil,
dass derartige Reibrührschweißprozesse eine relativ
geringe maschinelle Ausrüstung und demzufolge geringe Investitionskosten
erfordern.
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Als
im Rahmen der Erfindung mit umfasst ist es jedoch zu betrachten,
dass die Außenwände gegebenenfalls auch auf andere
Art und Weise miteinander zusammengefügt werden können.
So ist es insbesondere denkbar, andere Schweißverfahren wie
beispielsweise das Laserschweißen oder das MIG-Schweißen
einzusetzen. Andere Fügverfahren sind gegebenenfalls ebenfalls
denkbar.
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Als
weiterhin vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn Innenwände
der wenigstens zwei Einzelstrangpressprofile im Bereich ihrer Verbindungsstellen
mittels einer Steckverbindung verbindbar sind. Eine derartige Steckverbindung
innerhalb des Hohlprofils ist besonders einfach und kostengünstig
realisierbar.
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Dabei
kann es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein,
dass die jeweils miteinander korrespondierenden Innenwände
der Einzelstrangpressprofile im Bereich ihrer Verbindungsstellen
bzw. im Bereich ihrer Steckverbindung mittels einer Klebverbindung
gefügt sind. Derartige Klebverbindungen sind fertigungstechnisch
ebenfalls äußerst einfach realisierbar und gewähren
darüber hinaus eine hohe mechanische Stabilität
des Karosseriebauteils.
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Die
miteinander korrespondieren Innenwände der Einzelstrangpressprofile
können dabei in weiterer Ausgestaltung der Erfindung im
Bereich ihrer Verbindungssstellen form- und/oder kraftschlüssig miteinander
verbunden werden. Diese Verbindung kann insbesondere durch ein so
genanntes Verprägen erreicht werden, bei welchem beispielsweise Stege
einer Steckverbindung an der einen Innenwand mit der Randseite der
korrespondierenden anderen Innenwand verpresst werden. Hierdurch
stellt sich die besonders erwünschte form- und/oder kraftschlüssige
Verbindung der korrespondierenden Innenwände ein. Diese
form- und/oder kraftschlüssige Verbindung kann dabei in
vorteilhafter Weise durch eine Klebverbindung unterstützt
sein, so dass sich insgesamt eine äußerst belastungsgerechte
Verbindung der korrespondierenden Innenwände der Einzelstrangpressprofile
realisieren lässt.
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Schließlich
hat sich ein Karosseriebauteil als vorteilhaft gezeigt, bei welchem
jedes der Einzelstrangpressprofile wenigstens eine Teilhohlkammer aufweist,
welche sich nach dem Zusammensetzen des Hohlprofils zu der korrespondierenden
Hohlkammer gegenseitig verschließen. Mit anderen Worten hat
es sich als erfindungsgemäß bevorzugt gezeigt, die
einzelnen Hohlkammern des als Mehrkammerprofil ausgebildeten Karosseriebauteils
dadurch zu schaffen, dass das jeweilige Einzelstrangpressprofil jeweils
wenigstens eine Teilhohlkammer aufweist, welche sich mit der korrespondierenden
Teilhohlkammer des anderen Einzelstrangpressprofils entsprechend
ergänzt. Insgesamt lässt sich somit; auf fertigungstechnisch
einfache Weise ein gebautes Mehrkammerprofil mit komplexer Geometrie
erzielen.
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Die
im Zusammenhang mit dem Karosseriebauteil vorher beschriebenen Vorteile
gelten in ebensolcher Weise für das erfindungsgemäße
Verfahren. Dieses zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass sehr
einfach herstellbare Einzelstrangpressprofile zusammengesetzt werden
können, um ein Karosseriebauteil mit großem Querschnitt,
komplexer Geometrie und hoher Steifigkeit herstellen zu können, weiches
darüber hinaus äußerst geringe Wandstärken
und demzufolge ein äußerst geringes Gewicht aufweist.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen
sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
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1 eine
schematische und ausschnittsweise Perspektivansicht auf ein Karosseriebauteil
für einen Personenkraftwagen in Form eines Seitenschwellers,
welches aus vorliegend zwei Einzelstrangpressprofilen zusammengesetzt
ist, wobei jeweilige Außenwände der Einzelstrangpressprofile über
eine jeweilige Rührreibschweißverbindung verbunden
sind und jeweilige Innenwände der Einzelstrangpressprofile über
eine Steck- und Klebverbindung zusammengefügt sind;
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2 eine
schematische und ausschnittsweise Perspektivansicht auf ein alternatives,
als Trägerteil ausgebildetes Karosseriebauteil für
einen Personenkraftwagen, welches ebenfalls aus vorliegend zwei
Einzelstrangpressprofilen zusammengesetzt ist, deren jeweilige Außenwände
wiederum über eine jeweilige Rührreibschweißverbindung
und deren Innenwände über eine jeweilige Steck-
und Klebverbindung zusammengefügt sind; und in
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3 eine
schematische und ausschnittsweise Schnittansicht auf zwei Hohlkammern
eines Karosseriebauteils für einen Personenkraftwagen, welches
aus zwei Einzelstrangpressprofilen zusammengesetzt ist, deren Außenwände über
jeweilige Reibrührschweißverbindungen miteinander
verbunden sind und deren beide Innenwände über
eine Steck- und Klebverbindung miteinander verbunden sind, wobei
zwei Prägerollen erkennbar sind, mittels welchen die beiden
Innenwände miteinander kraft- bzw. formschlüssig
zu verprägen sind.
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In 1 ist
in einer schematischen und ausschnittsweisen Perspektivansicht ein
Karosseriebauteil 10 in Form eines Seitenschwellers dargestellt, wobei
dessen Querschnitt erkennbar wird. Das Karosseriebauteil 10 besteht
vorliegend aus zwei Einzelstrangpressprofilen 12, 14,
welche in Erstreckungsrichtung des Karosseriebauteils 10 zusammengefügt
sind. Demzufolge sind vorliegend die beiden Einzelstrangpressprofile 12, 14 in
einem jeweiligen Strangpressverfahren vorgefertigt worden. Da deren
jeweiliger Einzelquerschnitt geringer ist als der Gesamtquerschnitt
des Karosseriebauteils 10, ist es fertigungstechnisch möglich,
die einzelnen Wanddicken der im Weiteren noch näher erläuterten
jeweiligen Wände relativ gering auszubilden. Sowohl das äußere
Einzelstrangpressprofil 12 als auch das innere Einzelstrangpressprofil 14 umfassen
jeweils obere Außenwände 16, 18 und
untere Außenwände 20, 22, welche
miteinander zusammengefügt sind.
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Das
Zusammenfügen der jeweiligen Außenwände 16, 20 bzw. 18, 22 der
beiden Einzelstrandpressprofile 12, 14 erfolgt
dabei im vorliegenden Fall im Bereich ihrer Verbindungsstellen über
jeweilige Reibrührschweißverbindungen 24, 26.
Die beiden Reibrührschweißverbindungen 24, 26 verlaufen
dabei in Erstreckungsrichtung des Karosseriebauteils 10.
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Durch
die Reibrührschwrißverbindungen 24, 26 ist
es möglich, dass die Außenwände 16, 18 bzw. 20, 22 eine
durchgängige, zumindest im Wesentli chen konstante Wandstarke
aufweisen. Demzufolge sind die jeweiligen Außenwände 16, 20 bzw. 18, 22 der
beiden Einzelstrangprofile 12, 14 im Bereich ihrer Verbindungsstellen
stumpf stoßend miteinander verbunden. Ebenfalls ist, aus 1 erkennbar,
dass durch die Reibrührschweißverbindungen 24, 26 die Außenwände 16, 18, 20, 22 eben
ausgebildet sind. Mit anderen Worten sind vorliegend keine Schweißflansche
vorgesehen, um die beiden Einzelstrangpressprofile 12, 14 miteinander
zu verbinden.
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Aus 1 ist
darüber hinaus erkennbar, dass zwei korrespondierende Innenwände 28, 30 der beiden
Einzelstrangpressprofile 12, 14 mittels einer Steckverbindung 32 verbunden
sind. Hierzu sind an die Innenwand 30 des Einzelstrangpressprofils 14 zwei
in Richtung der Innenwand 28 abstehende Stege 34, 36 vorgesehen,
welche eine korrespondierende Randseite der Innenwand 28 jeweils
außenseitig umgeben. Diese Funktion dieser Steckverbindung 32 wird
insbesondere im Zusammenhang mit 3 im Weiteren
noch erläutert werden. Im Bereich der Steckverbindung 32 sind
die beiden Innenwände 28, 30 darüber
hinaus mittels einer Klebverbindung 38 verbunden, welche
ebenfalls im Zusammenhang mit 3 noch näher
erläutert werden wird. Durch die jeweiligen Außenwände 16, 18, 20, 22 bzw.
die jeweiligen Innenwände 28, 30 der
jeweiligen Einzelstrangpressprofile 12, 14 sind
jeweils zugeordnete Teilhohlkammern 40, 42 gebildet,
welche sich nach dem Zusammensetzen der beiden Einzelstrangpressprofile 12, 14 zu
jeweiligen Hohlkammern 44 ergänzen. Durch das
Zusammensetzen der beiden Einzelstrangpressprofile 12, 14 werden
somit die Teilhohlkammern 40, 42 jeweils gegenseitig
verschlossen.
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Neben
den durch das Zusammensetzten gebildeten Hohlkammern 44 umfasst
das Einzelstrangpressprofil 12 die weitere Hohlkammer 45,
welche das Karosseriebauteil 10 nach außen hin
begrenzt. Das nach innen gewandte Einzelstrangpressprofil 14 umfasst
vier weitere Hohlkammern 46.
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Insgesamt
ist somit erkennbar, dass vorliegend ein Mehrkammer- bzw. Hohlprofil 10 geschaffen ist,
welches dadurch Wände mit relativ geringen Wandstärken
aufweisen kann, dass dieses aus zwei Einzelstrangpressprofilen 12, 14 gebildet
worden ist.
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In 2 ist
in einer schematischen und ausschnittsweisen Perspektivansicht eine
alternative Ausführungsform des Karosseriebauteils 10 gemäß 1 dargestellt.
Die Außenwärme 16, 18 bzw. 20, 22 der
beiden Einzelstrang pressprofile sind wiederum durch Rührreibschweißverbindungen 24, 26 miteinander
verbunden. Im Bereich ihrer Verbindungsstellen weisen die Außenwände 16, 18 bzw. 20, 22 wiederum
eine zumindest im Wesentlichen konstante Wandstärke auf
bzw. stoßen stumpf aneinander. Somit ist wiederum erkennbar,
dass auch vorliegend keine Schweißflansche erforderlich
sind, welche von den Außenwänden 16, 18, 20, 22 nach
außen hin abstehen.
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Die
beiden Einzelstrangpressprofile 12, 14 umfassen
vorliegend zwei jeweiligen Innenwände 28, 30,
welche über die bereits im Zusammenhang mit 1 erläuterten
Steckverbindungen 32 miteinander verbunden sind. Wiederum
ist erkennbar, dass durch die Innenwände 28, 30 Teilhohlkammern 40, 42 des jeweiligen
Einzeistrangpressprofils 12, 14 geschaffen sind,
welche sich nach dem Zusammenstecken zur jeweiligen Hohlkammer 44 vervollständigen.
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In 3 sind
schließlich zwei Hohlkammern 44 des Karosseriebauteils 10 erkennbar,
welche außenseitig durch jeweilige Außenwände 16, 18 bzw. 20, 22 und
zentral durch die Innenwände 28, 30 begrenzt
bzw. voneinander unterteilt sind. Die Außenwände 16, 18 bzw. 20, 22 der
beiden Einzelstrangpressprofile 12, 14 sind wiederum
mittels einer jeweiligen Rührreibschweißverbindung 24, 26 miteinander verbunden
worden.
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Um
eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung der beiden
Innenwände 28, 30 der Einzelstrangpressprofile 12, 14 zu
erreichen, werden die im Zusammenhang mit 1 beschriebenen
Stege 34, 36 auf Seiten der Innenwand 30 mit
der korrespondierenden Randseite der Innenwand 28 verprägt. Hierzu
sind vorliegend zwei Prägerollers 48 vorgesehen,
mittels welchen die jeweiligen Stege 34, 36 in Richtung
der Randseite der Innenwand 28 zu biegen sind. Zwischen
der Randseite der Innenwand 28 und den beiden Stegen 34, 36 ist
dabei wiederum eine Klebverbindung 34 vorgesehen, welche
die beiden Innenwände 28, 30 zusätzlich
miteinander verbindet. Ein besonderer Vorteil der Prägerollen 48 ist
es, dass diese von der Stirnseite des Karosseriebauteils 10 her
auf einfache Weise in das Hohlprofil eingeführt werden
können und demzufolge für eine Verbindung der
beiden Einzelstrangpressprofile 12, 14 im Inneren
des Karosseriebauteils 10 sorgen.
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Somit
können die Einzelstrangpressprofile 12, 14 an
der Außenseite auf besonders stabile Weise mittels einer
Schweißverbindung, insbesondere einer Rührreibschweißverbindung 24, 26 und
im Inneren über eine Steg- und Prägeverbindung – sowie gegebenenfalls
zusätzlich über eine Klebverbindung 38 – miteinander
verbunden werden, so dass sich insgesamt ein äußerst
stabiler Verbund der beiden Einzelstrangpressprofile 12, 14 ergibt.
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Beispielhaft
kann das Karosseriebauteil 10 als Türsäule,
Seitenschweller, Knotenteil, Längsträgerstruktur
oder Bodenprofil für den Kraftwagen, insbesondere den Personenkraftwagen,
ausgebildet sein. Natürlich wäre es auch denkbar,
das Hohlprofil 10 für andere tragende Einsatzzwecke
vorzusehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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