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Die
Erfindung betrifft ein Profilbauteil für eine Karosserie
eines Kraftfahrzeugs nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher
definierten Art. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren
zur Herstellung eines derartigen Profilbauteils.
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Aus
der
EP 1 398 224 A1 ist
ein Crash-Element bekannt, welches eine vorzugsweise aus einem Thermoplast
bestehende Außenschale und in der Außenschale
mittels jeweiliger Schaumelemente gelagerte Lastverteilungsarme
aufweist.
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Die
DE 198 58 903 A1 beschreibt
ein Verstärkungselement für einen Fahrzeugkarosserieholm,
das aus einem von einer aufschäumbaren Masse ummantelten
Rohr besteht. Innerhalb des Rohrs können Verstärkungsbleche
angeordnet sein.
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In
der
EP 0 705 994 A1 ist
eine Struktur zum Absorbieren von Stoßenergie beschrieben,
die eine Außenstruktur und innerhalb der Außenstruktur
angeordnete Rippenelemente aufweist.
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Nachteilig
bei den aus dem Stand der Technik bekannten Bauteilen und den dafür
verwendeten Herstellungsverfahren ist jedoch, dass die Bauteile häufig
eine insbesondere für den Karosseriebau zu geringe Festigkeit
aufweisen, und dass die eingesetzten Verfahren recht aufwendig und
damit meist nicht serientauglich sind.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Profilbauteil
für eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs und ein dafür
geeignetes Herstellungsverfahren zu schaffen, wobei das Profilbauteil
eine hohe Festigkeit aufweisen und mittels für die Serienfertigung
geeigneter Verfahren herstellbar sein soll.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
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Durch
die formschlüssige Verbindung der beiden aus unterschiedlichen
Materialien bestehenden Profilabschnitte ist es möglich,
Profilbauteile mit einem oder mehreren Innenstegen zu fertigen,
welche gegenüber Bauteilen aus nur einem Material eine erheblich
höhere Festigkeit und dennoch eine geringere Masse aufweisen.
Auf diese Weise lassen sich auch für einen Crashfall beanspruchungsgerecht
optimierte Profilbauteile erzeugen, beispielsweise wenn duktile
Werkstoffe mit geringer Festigkeit für den einen, vorzugsweise
den äußeren Profilabschnitt und hochfeste Werkstoffe
mit geringer Duktilität für den anderen, vorzugsweise
den inneren Profilabschnitt verwendet werden.
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Andererseits
ist es mit der erfindungsgemäßen Lösung
auch möglich, an der Außenseite der Profilbauteile
bestimmte Befestigungsmittel zur Anbringung verschiedener weiterer
Bauteile anzuordnen.
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Eine
sehr einfache Möglichkeit zur Erzeugung der formschlüssigen
Verbindung zwischen den beiden Profilabschnitten kann sich ergeben,
wenn in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die formschlüssige
Verbindung eine Hinterschneidung an einem der Profilabschnitte und
einen in die Hinterschneidung eingreifenden Vorsprung an dem anderen
Profilabschnitt aufweist.
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In
den Ansprüchen 8 und 9 sind zwei mögliche Verfahren
zur Herstellung des erfindungsgemäßen Profilbauteils
angegeben.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den restlichen Unteransprüchen. Nachfolgend sind
Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung
prinzipmäßig dargestellt:
Es zeigt:
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1 einen
Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Profilbauteils;
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2 einen
sehr schematischen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform
einer Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
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3 einen
Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform des erfindungsge mäßen
Profilbauteils;
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4 einen
sehr schematischen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform
einer Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
und
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5 einen
Querschnitt durch eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Profilbauteils.
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1 zeigt
einen Schnitt durch ein Profilbauteil für eine nicht dargestellte
Karosserie eines Kraftfahrzeugs. Das Profilbauteil 1 kann
beispielsweise als Längs- oder Querträger für
die Karosserie eingesetzt werden, es sind jedoch auch andere Anwendungen
für dasselbe denkbar. Über seinen Querschnitt
besteht das Profilbauteil 1 im allgemeinen aus wenigstens
zwei aus unterschiedlichen Materialien bestehenden Profilabschnitten 2 und 3.
Im vorliegenden Fall handelt es sich um einen im Wesentlichen rechteckigen,
rohrförmigen äußeren Profilabschnitt 2,
der vorzugsweise aus einem Metall, wie z. B. einem Aluminiumwerkstoff,
einem Magnesiumwerkstoff, einem Stahlwerkstoff oder dergleichen
besteht, und um einen innerhalb des äußeren Profilabschnitts 2 angeordneten,
inneren Profilabschnitt 3, der im Wesentlichen kreuzförmig
ausgebildet ist und vorzugsweise aus einem Kunststoff, wie z. B.
einem faserverstärkten Kunststoff besteht. Im vorliegenden
Fall bildet also der aus dem Metall bestehende Profilabschnitt 2 eine äußere
Umhüllung, wo hingegen der aus dem Kunststoff bestehende
Profilabschnitt 3 in der Umhüllung angeordnete
Stege bildet. Durch die Verwendung eines faserverstärkten
Kunststoffs für den inneren Profilabschnitt 3 kann
dieser mit einer geringeren Wandstärke und insbesondere
einem geringeren Gewicht hergestellt werden, es ist jedoch auch
die Verwendung eines Polymerwerkstoffs für den inneren
Profilabschnitt 3 möglich.
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Allgemein
sind die beiden Profilabschnitte 2 und 3 mittels
wenigstens einer formschlüssigen Verbindung 4 miteinander
verbunden, aufgrund der Kreuzform des inneren Profilabschnitts 3 sind
im vorliegenden Fall jedoch vier formschlüssige Verbindungen 4 an
den jeweiligen Enden des inneren Profilabschnitts 3 vorgesehen.
Jede der formschlüssigen Verbindungen 4 weist
eine Hinterschneidung 5 an einem der Profilabschnitte,
im vorliegenden Fall an dem äußeren Profilabschnitt 2,
und einen in die Hinterschneidung 5 eingreifenden Vorsprung 6 an
dem anderen Profilabschnitt, im vorliegenden Fall an dem inneren
Profilabschnitt 3, auf. Wie aus 1 des Weiteren
hervorgeht, ist die Hinterschneidung 5 im vorliegenden
Fall als Schwalbenschwanzführung ausgebildet, es sind jedoch
auch andere Ausführungsformen der Hinterschneidung 5 und
damit der formschlüssigen Verbindung 4 zwischen
den beiden Profilabschnitten 2 und 3 denkbar.
In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann die formschlüssige Verbindung 4 beispielsweise
eine Halbkugel als Vorsprung 6 und eine entsprechende halbkugelförmige Hinterschneidung 5 aufweisen.
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Durch
die Verwendung eines eine sehr hohe Festigkeit, jedoch eine verhältnismäßig
geringe Duktilität aufweisenden Faserverbundwerkstoffs
für den inneren Profilabschnitt 3 und eines eine
relativ geringe Festigkeit und eine hohe Duktilität aufweisenden Aluminiumwerkstoffs
für den äußeren Profilabschnitt 2 ergibt
sich ein besonders für Karosseriebauteile sehr gut geeignetes
Profilbauteil 1, da die Verwendung eines Faserverbundwerkstoffs
allein im Crashfall aufgrund der geringen Duktilität sehr
schnell zum Versagen führen würde und sich umgekehrt
mit der Verwendung eines Aluminiumwerkstoffs allein häufig nicht
die ausreichende Festigkeit erzielen ließe.
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2 zeigt
sehr schematisch eine mögliche Ausführungsform
einer Vorrichtung 7 zur Durchführung eines Verfahrens
zur Herstellung des in 1 dargestellten Profilbauteils 1.
Dabei ist ein Extruder 8 vorgesehen, der das Material des
in diesem Fall aus einem Kunststoff bestehenden Profilabschnitts 3 zu einer
Düse 9 bewegt, welche die fertige Form des Profilabschnitts 3 innerhalb
des Profilabschnitts 2 erzeugt. Bei dem Herstellungsverfahren
wird außerdem der erste Profilabschnitt 2 relativ
zu der Düse 9 bewegt. Die Form der Düse 9 ist
dabei selbstverständlich an die herzustellende Form des
zweiten Profilabschnitts 3 angepasst. Hierbei ist es möglich, die
beiden Profilabschnitte 2 und 3 gemeinsam zu extrudieren
oder, insbesondere wenn wie im vorliegenden Fall der erste Profilabschnitt 2 aus
Metall und der zweite Profilabschnitt 3 aus Kunststoff
besteht, den ersten Profilabschnitt separat herzustellen und den zweiten
Profilabschnitt 3 in die Hinterschneidungen 5 des
ersten Profilabschnitts 2 einzuextrudieren.
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In 3 ist
eine zweite Ausführungsform des Profilbauteils 1 dargestellt,
welches wiederum den ersten Profilabschnitt 2 und den zweiten
Profilabschnitt 3 aufweist. Wiederum besteht der erste
Profilabschnitt 2 vorzugsweise aus Metall und bildet ein geschlossenes,
im vorliegenden Fall eine Rechteckform aufweisendes Rohr. Des Weiteren
weist der erste Profilabschnitt 2 eine von der Rohrform
abzweigende Wandung 10 auf, an welcher der zweite Profilabschnitt 3 angebracht
ist. Wie unter Bezugnahme auf 1 beschrieben,
ist auch bei dieser Ausführungsform der zweite Profilabschnitt 3 mittels
der formschlüssigen Verbindung 4 mit dem ersten
Profilabschnitt 2 verbunden. Wiederum weist der erste Profilabschnitt 2 die
Hinterschneidung 5 auf, in die der Vorsprung 6 des
zweiten Profilabschnitts 3 eingreift. Der als Außensteg
ausgebildete Profilabschnitt 3 kann dabei zur Verbindung
mit anderen Kunststoffteilen, wie z. B. Innenverkleidungen, Halter
und dergleichen dienen und kann mit denselben mittels Verrastung,
Kunststoffschweißen oder ähnlichen bekannten Verbindungsarten
verbunden werden.
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In 4 ist
eine Vorrichtung 11 zur Herstellung des Profilbauteils 1 aus 3 dargestellt.
Hierbei ist wiederum der Extruder 8 vorgesehen, der den vorzugsweise
aus Kunststoff bestehenden Profilabschnitt 3 an dem ersten
Profilabschnitt 2 anbringt. In diesem Fall wurde vorzugsweise
der erste Profilabschnitt 2 vor dem Extrudieren des zweiten
Profilabschnitts 3 beispielsweise durch Strangpressen hergestellt.
Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung
des Profilbauteils 1 wird die Hinterschneidung 5 bereits
bei der Herstellung des ersten Profilabschnitts 2 in denselben
eingebracht. Statt durch Strangpressen kann der erste Profilabschnitt 2 auch
durch Biegen, Schweißen, Fliespressen, Gießen
oder andere geeignete Verfahren zur Herstellung von Profilbauteilen
hergestellt werden.
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Bei
beiden, in den 2 und 4 dargestellten
Vorrichtungen 7 bzw. 11 zur Herstellung des Profilbauteils 1 muss
ein besonderes Augenmerk auf die Abdichtung der Werkzeuge gelegt
werden.
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Eine
weitere Ausführungsform des Profilbauteils 1 zeigt 5.
Im Gegensatz zu den oben beschriebenen Ausführungsformen
besteht hierbei der erste Profilabschnitt 2 aus einem faserverstärkten Kunststoff
und der zweite Profilabschnitt 3 besteht aus einem Polymerwerkstoff.
Des Weiteren ist der erste Profilabschnitt 2 im Wesentlichen
U-förmig und damit als offenes Profil ausgeführt,
wobei der zweite Profilabschnitt 3 wiederum mittels der
formschlüssigen Verbindungen 4 innerhalb des ersten
Profilabschnitts 2 angebracht ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1398224
A1 [0002]
- - DE 19858903 A1 [0003]
- - EP 0705994 A1 [0004]