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Die
Erfindung betrifft ein mehrteiliges Profilbauteil sowie ein Verfahren
zur Herstellung desselben gemäß der Merkmalskombination
des Patentanspruches 1 bzw. 9.
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Profilbauteile
in Form von gewalzten offenen Hohlprofilen, insbesondere Rollprofilen,
sind Stand der Technik, kommen aber in Bezug auf den Personen-Fahrzeugbau
hinsichtlich aktueller Fahrzeuge und neuartiger Karosseriestrukturkonzepte
in Blechschalenbauweise nur in geringem Umfang zum Einsatz. Hauptanwendungsbereiche
dieser Halbzeuge liegen hierbei momentan im Fahrwerks- und Aggregatebereich.
Was besagte Karosseriestrukturkonzepte in Blechschalenbauweise anbelangt,
haben diese das vorhandene Einsparpotential von Gewicht und Kosten
weitestgehend ausgeschöpft. Aufgrund des hohen Reifegrades
ist zu weiteren Gewichts- oder auch Kostenreduzierungen der Einsatz
anderer Halbzeuge und Werkstoffe notwendig. Ein weiterer wichtiger
Aspekt ist die Crashperformance. Zur Erfüllung verschiedener
Crashlastfälle ist die Aufnahme immer höherer
Kräfte notwendig. Gleichzeitig soll gezielt Crashenergie
abgebaut und Crash- bzw. Überlebensraum bereitgestellt
werden. Vor diesem Hintergrund und auch aufgrund wirtschaftlicher
und fertigungstechnischer Aspekte konnten sich kontinuierliche Umformverfahren,
wie insbesondere das Rollprofilieren, im Strukturbereich bisher
nicht durchsetzen, da die o. g. Anforderungen in Bezug auf die benötigte
Variabilität von Querschnitt, Materialdicke und -eigenschaften „vor
Ort” mit den bisher eingesetzten Technologien nicht kostengünstig
erfüllt werden konnten.
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Um
diesem Problem zu begegnen, ist aus der
DE 102 10 807 A1 ein durch
Kaltwalzen in Kombination mit einem Präge- und Besäumprozess
hergestelltes langgestrecktes Profilbauteil mit U-förmigem
Querschnitt bekannt, welches über seine Längserstreckung
mindestens zwei unterschiedlich tiefe U-Querschnitte aufweist und
beispielsweise als Längsträger an Kraftfahrzeugen
Verwendung finden kann. Jedoch sind durch ein derartiges Hohlprofil
der Variabilität des Querschnittes und des Anwendungsbereiches
des Hohlprofils insbesondere im Hinblick auf die oben beschriebenen
erhöhten Anforderungen im Kraftfahrzeugbau nach wie vor
Grenzen gesetzt.
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Hiervon
ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein weiter verbessertes
Profilbauteil zu schaffen, welches bei Beibehaltung der unbestrittenen
Variabilität der Blechschalenbauweise die Anwendung kontinuierlicher
und damit kostengünstiger Umform- und Fügeverfahren
gestattet. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein geeignetes Verfahren
zur Herstellung eines derartigen Profilbauteils anzugeben.
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Die
gestellte Aufgabe wird demnach zunächst durch ein mehrteiliges
Profilbauteil gelöst, das seinerseits aus einem langgestreckten,
im Querschnitt geschlossenen Hohlprofil besteht, welches sich aus
zumindest zwei Profilelementen zusammensetzt, die im Bereich zueinander
korrespondierender Fügestellen untereinander fest verbunden
sind, wobei wenigstens eines der zumindest zwei Profilelemente als
langgestrecktes offenes Hohlprofil ausgebildet ist, wobei das Profilbauteil über
seine Längserstreckung innerhalb einer Längsebene
einen diskontinuierlichen Konturenverlauf in Form von einem oder mehreren
Stufensprüngen zum höheren und/oder niederen aufweist,
und wobei wenigstens eine aus zueinander korrespondierenden Fügestellen
gebildete Fügenaht der zumindest zwei Profilelemente über die
gesamte Längserstreckung des Profilbauteils linear ausgebildet
ist.
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Die
Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder
Ausgestaltungen der Erfindung.
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Danach
kann das aus zumindest zwei zu einem langgestreckten, im Querschnitt
geschlossenen Hohlprofil zusammengesetzten Profilelementen gebildete
Profilbauteil über seine Längserstreckung wenigstens
zwei unterschiedliche Querschnitte aufweisen. Vorteilhaft können
die Profilelemente im Bereich ihrer Fügestellen vermittels
Verbindungsflansche oder Überlappungen oder auf Stoß zu
einem im Querschnitt geschlossenen Hohlprofil kalt und/oder warm
gefügt sein. Weiter vorteilhaft kann das wenigstens eine
als langgestrecktes offenes Hohlprofil ausgebildete Profilelement
durch an sich bekannte Umformverfahren, wie Rollprofilieren und/oder
Prägen einer Platine, eines Bandes oder eines (Vor-)Profils respektive
Profils als Halbzeug, hergestellt sein. Wie die Erfindung noch vorsieht,
können die linearen Fügestellen durch an sich
bekanntes Besäumen der/s betreffenden Profilschenkel/s
des wenigstens einen, als langgestrecktes offenes Hohlprofil ausgebildeten und
durch Umformung hergestellten Profilelementes erzeugt sein. Schließlich
kann das Profilbauteil durch ein als langgestrecktes offenes Hohlprofil
ausgebildetes Profilelement, welches vermittels eines weiteren als
langgestrecktes offenes Hohlprofil ausgebildeten Profilelementes
mit linearen Fügestellen und/oder vermittels eines Flachprofils
und/oder eines Ziehteils im Querschnitt geschlossen ist, gebildet sein.
Vorstehendes mehrteiliges Profilbauteil bietet sich vorteilhaft
zur Verwendung an einem Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, als
Längsträger an.
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Das
Verfahren zur Herstellung eines mehrteiligen Profilbauteils, das
seinerseits aus einem langgestreckten, im Querschnitt geschlossenen Hohlprofil
besteht, welches sich aus zumindest zwei Profilelementen zusammensetzt,
die im Bereich zueinander korrespondierender Fügestellen
untereinander fest verbunden sind, zeichnet sich durch folgende
durchzuführende Verfahrensschritte aus:
- a)
Herstellung wenigstens eines als langgestrecktes offenes Hohlprofil
ausgebildeten Profilelementes mit einem über seine Längserstreckung
innerhalb einer Längsebene diskontinuierlichen Konturenverlauf
in Form von einem oder mehreren Stufensprüngen zum höheren
und/oder niederen durch Umformen einer Platine, eines Bandes oder eines
(Vor-)Profils respektive Profils als Halbzeug,
- b) Besäumen zumindest eines Profilschenkels des wenigstens
einen, als langgestrecktes offenes Hohlprofil ausgebildeten und
durch Umformung hergestellten Profilelementes zur Erzeugung linearer
Fügestellen über die gesamte Längserstreckung
des Profilbauteils,
- c) Verschließen des als langgestrecktes offenes Hohlprofil
ausgebildeten und durch Umformung hergestellten Profilelementes
vermittels zumindest eines weiteren nach Verfahrensschritt a) und b)
als langgestrecktes offenes Hohlprofil ausgebildeten und durch Umformung
hergestellten Profilelementes mit linearen Fügestellen
und/oder vermittels eines Flachprofils und/oder eines Ziehteils.
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Im
Hinblick auf den Verfahrensschritt a) kann das wenigstens eine als
langgestrecktes offenes Hohlprofil ausgebildete Profilelement durch
an sich bekannte Umformverfahren, wie Rollprofilieren und/oder Prägen
einer Platine, eines Bandes oder eines (Vor-)Profils respektive
Profils als Halbzeug, hergestellt werden. Ferner kann im Hinblick
auf den Verfahrensschritt a) das wenigstens eine als langgestrecktes
offenes Hohlprofil ausgebildete Profilelement derart umgeformt werden,
dass das aus zumindest zwei zu einem langgestreckten, im Querschnitt geschlossenen
Hohlprofil zusammengesetzten Profilelementen gebildete Profilbauteil über
seine Längserstreckung wenigstens zwei unterschiedliche
Querschnitte aufweist. Im Hinblick auf den Verfahrensschritt c)
können die Profilelemente im Bereich ihrer Fügestellen
vermittels Verbindungsflansche oder Überlappungen oder
auf Stoß zu einem im Querschnitt geschlossenen Hohlprofil
kalt und/oder warm gefügt werden. Vorteilhaft kann nach
diesem Verfahren ein mehrteiliges Profilbauteil in Form eines Längsträgers
eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs hergestellt werden.
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Das
vorgeschlagene mehrteilige Profilbauteil sowie das Verfahren zur
Herstellung desselben haben im Hinblick auf herkömmliche
Profilbauteile und Verfahren zu deren Herstellung mehrere Vorteile. Zum
einen ist es gestattet, die an sich als vorteilhaft erachtete Blechschalenbauweise beizubehalten,
indem einzelne profilierte respektive schalenförmige Halbzeuge
bzw. Profilelemente hergestellt werden, die nachfolgend mit gleichartigen
oder anderen Halbzeugen, wie Flachbändern oder Ziehteilen,
beliebig kombinierbar sind, um langgestreckte, im Querschnitt geschlossene
Hohlprofile mit einem innerhalb einer Längsebene diskontinuierlichem
Konturenverlauf in Form von einem oder mehreren Stufensprüngen
zum höheren und/oder niederen zu schaffen. Zum anderen
ist es gestattet, für im Design kompliziert ausgebildete
Profilelemente, nämlich Profilelemente mit besagtem diskontinuierlichem
Konturenverlauf sowie mit über die Längserstreckung
derselben unterschiedlichen Querschnitten, auch kontinuierlich arbeitende
Umform- und Fügeverfahren zur Anwendung zu bringen, die
sich ihrerseits hinsichtlich der zu veranschlagenden Kosten als
vorteilhaft erweisen. Kurz gesagt, das größte
Potenzial von Profilbauteilen der erfindungsgemäßen
Art, insbesondere Stahlleichtprofilen, liegt in ihrer Kombination
untereinander oder mit anderen Halbzeugen, wie besagten Flachbändern
und/oder Ziehteilen, mit jeweils unterschiedlichen Materialien,
Wandstärken, insbesondere auch im Hinblick auf „tailored”-Ausbildungen
der Ursprungsplatinen oder Ursprungsbänder, und vor allem
Querschnittsverläufen, wodurch das gesamte Potenzial der
Schalenbauweise mit den Vorteilen kontinuierlich arbeitender Umform-
und Fügeverfahren kombiniert ist.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen schematisch
dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen:
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1 die
Seitenansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten
mehrteiligen Profilbauteils in Form eines langgestreckten, im Querschnitt
geschlossenen Hohlprofils,
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2 schematisch
das mehrteilige Profilbauteil nach 1 im Querschnitt
mit der Darstellung von Querschnittsveränderungen des Profilbauteils über
die Länge desselben gemäß einer ersten
möglichen Ausführungsform,
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3 eine
zweite mögliche Ausführungsform des mehrteiligen
Profilbauteils nach 1, und
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4 eine
dritte mögliche Ausführungsform des mehrteiligen
Profilbauteils nach 1.
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In
den 1 bis 4 ist ein mehrteiliges Profilbauteil
in Form eines Längsträgers eines Kraftfahrzeugs
mit einem langgestreckten, im Querschnitt geschlossenen Hohlprofil 1 gezeigt,
welches seinerseits aus zwei als offene Hohlprofile, vorliegend überwiegend
als U-Profile ausgebildeten Profilelementen 2, 3 bzw.
Halbzeugen besteht.
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Die
beiden im Querschnitt U-förmigen Profilelemente 2, 3 sind
ihrerseits mit ihren Profilschenkeln 4, 5 aufeinander
gesetzt und beidseitig im Bereich zueinander korrespondierender
Fügestellen 6, 7 nach an sich bekannten
und demgemäß im Detail nicht näher beschriebenen
Fügeverfahren kalt und/oder warm, beispielsweise durch
Bördelung und/oder Schweißung, gefügt.
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Wie
insbesondere der 1 sehr gut zu entnehmen ist,
weist das Profilbauteil respektive der Längsträger über
seine Längserstreckung innerhalb einer Längsebene,
vorliegend in der vertikal ausgerichteten Längsebene (Z-Richtung),
einen diskontinuierlichen Konturenverlauf in Form von mehreren Stufensprüngen
zum höheren auf, d. h., in Fahrzeuglängsrichtung
(X-Richtung) gesehen von hinten nach vorn bzw. in der Zeichnungsebene
gesehen von rechts nach links. Denkbar sind jedoch auch und demgemäß durch
die Erfindung mit erfasst, Stufensprünge zum niederen oder
auch eine Kombination aus solchen Stufensprüngen.
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Ferner
weist das aus zwei zu einem langgestreckten, im Querschnitt geschlossene
Hohlprofil 1 zusammengesetzten sozusagen schalenförmigen Profilelementen 2, 3 gebildete
Profilbauteil über seine Längserstreckung unterschiedliche
Querschnitte auf (vgl. 2–4 – Schnitte
I-I, II-II, III-III).
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Die
unterschiedlichen Querschnitte des Hohlprofils 1 sind vorliegend
durch unterschiedliche Querschnitte der miteinander verbundenen
Profilelemente 2, 3 realisiert, welche ihrerseits über
deren Längserstreckung in weiten Grenzen in der Tiefe des offenen
Hohlprofils und der Höhe der Profilschenkel 4, 5 bis
wenigstens abschnittsweise zum gänzlichen Verzicht auf
Profilschenkel 4, 5 (vgl. hier insbesondere 3,
Schnitt III-III) variieren können.
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Wie
aus den 1 bis 4 weiter
ersichtlich ist, sind die jeweils zueinander korrespondierenden
Fügestellen 6, 7 der beiden schalenförmigen Profilelemente 2, 3 über
die gesamte Längserstreckung des Profilbauteils respektive
Hohlprofils 1 linear ausgebildet. Die Vorteile einer derartigen
Ausbildung des in Rede stehenden Profilbauteils wurden oben bereits
ausführlich dargestellt.
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Im
Wesentlichen ist es bzgl. der demgemäß zu erstellenden
linearen Fügenaht gestattet, einfache und kontinuierlich
arbeitende Fügevorrichtungen, beispielsweise Schweißvorrichtungen
in Form von stationären Laserschweißvorrichtungen
zum Fügen von beispielsweise aus Stahlblech bestehenden
Profilelementen 2, 3 in Anwendung zu bringen.
Nachteilige Absätze und Unterbrechungen der Fügenaht sind
hierdurch vorteilhaft vermieden. Gemäß 2 verfügen
die Profilelemente 2, 3 bzw. deren Profilschenkel 4, 5 im
Bereich ihrer Fügestellen 6, 7 über nach
außen abgestellte Verbindungsflansche (2, 3).
Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf derart ausgebildete
Fügestellen 6, 7, sondern erfasst auch
Fügestellen 6, 7 in Form von an sich
bekannten Überlappungen (nicht näher dargestellt). Ebenso
können die Profilelemente 2, 3 untereinander auch
auf Stoß fest gefügt werden, wodurch das Profilbauteil
vorteilhaft leichter baut (vgl. 4).
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Zur
Erstellung eines derartigen Profilbauteils ergeben sich jedoch bestimmte
Anforderungen an das Verfahren zur Herstellung insbesondere der
Profilelemente 2, 3.
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Insoweit
bietet es sich an, das hochproduktive Umformverfahren des Rollprofilierens
einer Platine oder eines Bandes aus beispielsweise Stahlblech mit
einem oder mehreren nachgeschalteten oder auch zwischengeschalteten
Prägeschritten zu kombinieren. Zur kontinuierlichen Durchführung
derartiger Verfahrensschritte wird auf die eingangs gewürdigte
DE 102 10 807 A1 verwiesen.
Sicherlich ist es auch denkbar, allein durch Prägen oder
andere an sich bekannte Umformverfahren die gewünschten
offenen Hohlprofile zu erzeugen, jedoch wird das Rollprofilieren
im Hinblick auf eine kontinuierliche und somit kostengünstige
Herstellung von Stahlleichtprofilen favorisiert.
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Um
die erfindungsgemäß erforderlichen linear ausgebildeten
Fügestellen 6, 7 zu erzeugen, ist es der
Einfachheit halber zweckmäßig, nach dem Umformprozess
die Profilschenkel 4, 5 zu besäumen, wofür
sich beispielsweise an sich bekannte und demgemäß nicht
näher dargestellte Besäumanlagen mit Kreismesserscheren
anbieten.
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Vorstehende
Ausführungsbeispiele stellen im Wesentlichen auf ein langgestrecktes
Profilbauteil mit im Querschnitt geschlossenem Hohlprofil 1 ab, welches
seinerseits durch zwei Profilelemente 2, 3 gebildet
ist, die im Querschnitt als offene bzw. schalenförmige
Hohlprofile ausgebildet sind.
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Demgegenüber
kann es auch im Rahmen der Erfindung angezeigt sein, mehr als zwei
offene Hohlprofile, beispielsweise vier L-Profile vorzusehen, die
ihrerseits zu besagtem geschlossenen Hohlprofil 1, insbesondere
Kastenprofil gefügt sind, wobei vier Fügenähte
ausgebildet sind, nämlich beidseitig des Hohlprofils je
eine erfindungsgemäß linear ausgebildete Fügenaht
und je eine Fügenaht ober- und unterhalb des Kastenprofils
im Bereich des erwähnten diskontinuierlichen Konturenverlaufes
desselben. Denkbar ist es auch, beispielsweise ein offenes Hohlprofil mit
U-förmigem Querschnitt und linearen Fügestellen 6, 7 vermittels
eines herkömmlichen Flachprofils und/oder eines an sich
bekannten Ziehteils zu verschließen (nicht näher
dargestellt).
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Der
Fachmann wird erkennen, dass eine schier unbegrenzte Anzahl von
Variationsmöglichkeiten gestattet ist, deren Aufzählung
den Rahmen dieser Erfindung sicher sprengen würde.
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- 1
- Hohlprofil
- 2
- Profilelement
- 3
- Profilelement
- 4
- Profilschenkel
- 5
- Profilschenkel
- 6
- Fügestelle
- 7
- Fügestelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10210807
A1 [0003, 0024]