DE102009044417A1

DE102009044417A1 - Profil und Verfahren zu dessen Herstellung

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Publication number: DE102009044417A1
Application number: DE102009044417A
Authority: DE
Inventors: Ingo Dipl.-Ing. Wonneberger; Martin Dipl.-Ing. Hinz
Original assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Current assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority date: 2009-11-04
Filing date: 2009-11-04
Publication date: 2011-05-05
Anticipated expiration: 2029-11-05
Also published as: DE102009044417B4; DE102009044417A9

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Profil, insbesondere Karosserieprofil, mit einem Grundkörper und mit einem in dem Grundkörper (4, 42, 60, 86, 178, 186, 222, 244) angeordneten Versteifungselement (6, 44, 62, 88, 108, 120, 130, 142, 152, 194, 234), wobei das Versteifungselement entlang der Längserstreckung des Grundkörpers (4, 42, 60, 86, 178, 186, 222, 244) zumindest abschnittsweise eine Längskante (8, 10, 12, 14, 46, 64, 66, 68, 70, 92, 192, 226) aufweist, welche mit dem Grundkörper (4, 42, 60, 86, 178, 186, 222, 244) verbunden ist, wobei der Grundkörper (4, 42, 60, 86, 178, 186, 222, 244) in Längsrichtung zumindest abschnittsweise eine Nut (48, 228) aufweist und wobei die mindestens eine Längskante (8, 10, 12, 14, 46, 64, 66, 68, 70, 92, 192, 226) des Versteifungselements (6, 44, 62, 88, 108, 120, 130, 142, 152, 194, 234) kraft- und/oder formschlüssig in die Nut (48, 228) eingreift. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Profils, insbesondere eines erfindungsgemäßen Profils, sowie deren vorteilhafte Verwendungen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Profil, insbesondere ein Karosserieprofil, mit einem Grundkörper und mit einem in dem Grundkörper angeordneten Versteifungselement, wobei das Versteifungselement entlang der Längserstreckung des Grundkörpers zumindest abschnittsweise eine Längskante aufweist, welche mit dem Grundkörper verbunden ist.
Hohlprofile mit Versteifungselement werden häufig in Karosserien für Kraftfahrzeuge eingesetzt, da sie gegenüber herkömmlichen Hohlprofilen eine hohe Stabilität aufweisen. Insbesondere in crashrelevanten Bereichen der Karosserie finden derartige Profile daher vermehrt Anwendung. Aufgrund des Versteifungselements weisen diese Profile einen komplexen Profilquerschnitt auf, so dass sie aufwendiger und daher teurer in ihrer Herstellung sind als gewöhnliche Hohlprofile. Ein Verfahren zur Herstellung derartiger Profile stellt beispielsweise das Aluminiumstranggussverfahren dar, bei dem das Hohlprofil inklusive des Versteifungselements in einem Stück stranggegossen wird.
Um die Herstellungskosten für derartige Profile zu reduzieren, wird in der DE 10 2005 041 894 A1 vorgeschlagen, ein zweiteiliges Profil herzustellen, bei dem ein Versteifungselement separat von einem viereckigen Hohlprofil hergestellt und dann in diesem Hohlprofil angeordnet wird. Das Versteifungselement weist dabei zu den Kanten des Hohlprofils korrespondierende Längskanten auf, welche durch Eckelemente an die Form der Innenkanten des Hohlprofils angepasst sind, so dass sich zwischen Hohlprofil und Versteifungselement eine formschlüssige Verbindung ergibt. Der Querschnitt des Profils ist daher auf im Wesentlichen rechteckige bzw. viereckige Querschnitte beschränkt, um einen entsprechenden Formschluss zwischen dem Hohlprofil und dem Versteifungselement zu gewährleisten. Außerdem ist der Querschnitt über die Längserstreckung des Profils bei derartigen Profilen nicht veränderbar.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Profil sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung zur Verfügung zu stellen, welches eine höhere Flexibilität bei der Wahl des Profilquerschnitts bietet und zudem geringe Herstellungskosten aufweist.
Diese Aufgabe wird gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung bei einem gattungsgemäßen Profil dadurch gelöst, dass der Grundkörper in Längsrichtung zumindest abschnittsweise eine Nut aufweist und die mindestens eine Längskante des Versteifungselements kraft- und/oder formschlüssig in die Nut eingreift. Die Längskante kann alternativ oder zusätzlich auch stoffschlüssig mit der Nut verbunden sein; dies erfordert zwar einen zusätzlichen Fügeschritt, kann jedoch zu einer höheren Stabilität des Profils führen. Es ist erkannt worden, dass durch eine Fixierung des Versteifungselements in einer dafür vorgesehenen Nut im Grundkörper eine höhere Flexibilität bei der Wahl des Profilquerschnitts möglich ist. Insbesondere ist aufgrund der Fixierung in der Nut keine Anpassung des Grundkörperquerschnitts bzw. des Versteifungselements für eine weitere kraft- bzw. formschlüssige Verbindung erforderlich. Das Profil erlaubt daher eine große Gestaltungsfreiheit bei der Form des Querschnitts. Weiterhin sind bei diesem Profil der Grundkörper und das Versteifungselement separat voneinander zu fertigen, so dass die Herstellungskosten im Vergleich zum Aluminiumstranggussverfahren wesentlich reduziert sind.
Unter dem Begriff „Nut” wird in diesem Zusammenhang eine nutförmige Aufnahme verstanden. Diese ist bevorzugt durch Verformung des entsprechenden Abschnitts hergestellt. Auf diese Weise kann auf eine spanende Bearbeitung zur Herstellung einer Ausnehmung verzichtet werden. Weiterhin können so besonders dünnwandige Grundkörper verwendet werden. Natürlich kann die Nut grundsätzlich auch spanend hergestellt werden.
Für die Profile bzw. die Versteifungselemente kommen als Materialien insbesondere Stahl, Stahllegierungen, Aluminium und/oder Aluminiumlegierungen in Frage. Der Grundkörper und das Versteifungselement können aus verschiedenen Materialien bestehen. Auch Leichtbleche bzw. Verbundmaterialien sind denkbar.
Das erfindungsgemäße Profil kann als offenes Profil oder als Hohlprofil ausgebildet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Profils besteht der Grundkörper aus zwei Halbschalen, wobei jede der Halbschalen zwei Fügebereiche aufweist, an denen die Halbschalen jeweils mit einem korrespondierenden Fügebereich der anderen Halbschale verbunden sind. Auf diese Weise wird eine einfachere Herstellbarkeit des Grundkörpers und somit des Profils gewährleistet. Weiterhin ist das Versteifungselement einfacher in den Grundkörper einzubringen, insbesondere indem es in eine Halbschale eingebracht wird, bevor diese mit der zweiten Halbschale verbunden wird.
Die Halbschalen werden bevorzugt tiefgezogen und weisen jeweils mindestens eine zumindest abschnittsweise Nut in Längsrichtung zur form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung mit dem Versteifungselement auf. Die Halbschalen bzw. der daraus entstehende Grundkörper können weiterhin auch einen variablen Querschnitt aufweisen.
In einer weiteren Ausführungsform des Profils besteht der Grundkörper aus einem zu einer Hohlform geformten Blechzuschnitt, der beispielsweise entlang seiner Längskanten im Stumpfstoß gefügt ist bzw. entlang mindestens einer seiner Längskanten einen Flansch aufweist, mit welchem die anderen Längskanten über eine Kehlnaht- bzw. Überlappschweigung verbunden sind.
Eine bessere Steifigkeit und Crashperformance des Profils wird in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Profils dadurch erreicht, dass das Profil als Mehrkammerprofil ausgebildet ist. Bei einem Mehrkammerprofil weist der Querschnitt des Profils zumindest abschnittsweise mehrere, durch das Versteifungselement voneinander getrennte Kammern auf. Das Versteifungselement ist demnach zumindest abschnittsweise an mindestens zwei Stellen mit dem Grundkörper verbunden. Auf diese Weise wird eine hohe Stabilität des Profils gewährleistet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Profils weist das Versteifungselement mindestens eine weitere Längskante auf, welche zwischen zwei korrespondierenden Fügebereichen der Halbschalen angeordnet und mit diesen form-, kraft- und/oder stoffschlüssig verbunden ist. Dadurch wird auf einfache und effektive Weise eine zusätzliche Verbindung des Versteifungselements mit dem Grundkörper hergestellt, so dass eine hohe Stabilität des Profils auf kostengünstige Weise erreicht werden kann.
Die Anwendbarkeit des Profils in offen zugänglichen bzw. sichtbaren Bereichen wird in einer weiteren Ausführungsform dadurch verbessert, dass mindestens ein 90°-Abschnitt, vorzugsweise ein 180°-Abschnitt des Grundkörperquerschnitts nutfrei ausgebildet ist. Wird ein solches Profil an einer sichtbaren Stelle, beispielsweise als Außenhautteil einer Fahrzeugkarosserie, angeordnet, so wird der optische Eindruck in dem nutfreien Winkelabschnitt nicht durch eine Nut beeinträchtigt. Insbesondere ist die Form des Grundkörpers in diesem Winkelabschnitt vollständig bedarfsgerecht anpassbar, ohne dass diese Gestaltungsfreiheit durch die Nut zur Verbindung des Grundkörpers mit dem Versteifungselement beeinträchtigt wird. Die Nut zur Herstellung des Kraft- oder Formschlusses mit dem Versteifungselement ist bevorzugt auf einer, insbesondere nicht sichtbaren Seite des Grundkörpers angeordnet. Das Profil kann weiterhin eine partiell integrierte Versteifung aufweisen, bei welcher ein Bereich des Grundkörperquerschnitts versteifungselementfrei ausgebildet ist. Auf diese Weise ist der Querschnitt des Grundkörpers in diesem Bereich besonders flexibel bedarfsgerecht anpassbar.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Profils weist der Grundkörper einen variablen Querschnitt auf, und das Versteifungselement ist an den Querschnittsverlauf angepasst. Das Profil kann auf diese Weise bedarfsgerecht in seiner Form bzw. in seiner Belastung an die geplante Einsatzstelle angepasst werden. So kann der Querschnitt des Grundkörpers bzw. des Versteifungselements in besonders hoch beanspruchten Bereichen vergrößert bzw. verstärkt werden.
Der Herstellungsaufwand und die Herstellungskosten können in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Profils dadurch reduziert werden, dass das Versteifungselement aus mindestens zwei ineinander gesteckten, geschlitzten Stegblechen besteht. Auf diese Weise kann ein variables, dreidimensional strukturiertes Versteifungselement aus einfachen zweidimensionalen Blechen hergestellt werden. Die Winkel zwischen den einzelnen Stegblechen sind variabel einstellbar, vorzugsweise zwischen 5° und 90°. Als Stegbleche können beispielsweise Bleche gleicher oder verschiedener Dicke, Tailored Blanks und/oder Tailored Strips eingesetzt werden.
Unter Tailored Blanks bzw. Strips werden Blechplatinen verstanden, die aus gefügten Blechen, insbesondere Stanz- oder Bandzuschnitten, mit verschiedenen Eigenschaften, insbesondere verschiedener Dicke und/oder Güte, bestehen.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Profils sind die Stegbleche stoffschlüssig miteinander verbunden. Damit wird eine höhere Stabilität des Versteifungselements und somit eine höhere Stabilität des gesamten Profils erreicht. Die Stegbleche können insbesondere durch Metallaktivgas-(MAG-), Metallinertgas-(MIG-), Wolframinertgas-(WIG-), Plasma-, Laser- oder Laser-Hybrid-Schweißen, oder durch mechanische Fügeverfahren miteinander verbunden werden. Unter Laser-Hybrid-Schweißen wird ein kombiniertes Laser- und Lichtbogenschweißen verstanden.
Eine hohe Flexibilität bei der Wahl des Querschnitts des Grundkörpers wird in einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Profils dadurch erreicht, dass das Versteifungselement als Einfachkreuz, Mehrfachkreuz, Kreuz mit Mischverbindung oder als duale Kreuzverbindung ausgebildet ist. Die Form des Versteifungselements kann somit aus einer großen Zahl möglicher Formen ausgewählt und damit optimal an den Querschnitt des Grundkörpers angepasst werden. Unter einem Einfachkreuz bzw. Mehrfachkreuz wird insbesondere ein Versteifungselement aus zwei bzw. mehr als zwei gekreuzten Blechen verstanden. Unter einem Kreuz mit Mischverbindung wird insbesondere ein Einfach- oder Mehrfachkreuz verstanden, welches zusätzlich mindestens ein weiteres, mit dem Einfach- oder Mehrfachkreuz gefügtes Blech aufweist. Unter einer dualen Kreuzverbindung wird insbesondere ein Versteifungselement verstanden, bei dem mehrere Bleche rasterartig miteinander gefügt sind.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Profils ist das Versteifungselement wabenförmig ausgebildet. Auf diese Weise wird eine hohe Stabilität des Versteifungselements und somit des Profils gewährleistet. Die Wabenstruktur ist bevorzugt aus Blechen, insbesondere walzprofilierten Blechen, hergestellt, die miteinander verschweißt sind. Insbesondere weisen die Wabenstrukturen mindestens eine freie Längskante auf, welche in die Nut des Grundkörpers form- und/oder kraftschlüssig eingreift.
Eine weitere Erhöhung der Stabilität wird gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Profils dadurch erreicht, dass das Versteifungselement mit dem Grundkörper zusätzlich stoffschlüssig verbunden ist. Dies kann insbesondere durch eine Punkt- und/oder Linienschweißung, vorzugsweise mit einem der oben genannten Schweißverfahren erfolgen.
Die technische Aufgabe wird in einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung bei einem Verfahren zur Herstellung eines Profils, insbesondere eines erfindungsgemäßen Profils, bei dem ein hohlprofilförmiger Grundkörper bereitgestellt wird, bei dem ein Versteifungselement mit mindestens einer Längskante bereitgestellt wird, bei dem das Versteifungselement in den Grundkörper eingebracht wird und bei dem das Versteifungselement mit dem Grundkörper verbunden wird, dadurch gelöst, dass der Grundkörper im Bereich der Längskante des Versteifungselements zumindest abschnittsweise so zu einer Nut umgeformt wird, dass die Längskante zumindest abschnittsweise form- und/oder kraftschlüssig in die Nut eingreift. Mit diesem Verfahren kann kostengünstig ein Profil hergestellt werden, welches eine hohe Gestaltungsfreiheit in seinem Querschnitt bzw. seiner Form erlaubt. Insbesondere eignet sich dieses Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Profils.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Grundkörper durch Fügen zweier Halbschalen bzw. konventionell hergestellter Pressteile, durch T3-Profiliertechnik, durch Innenhochdruckumformung, durch Walzprofilierung und/oder Warmumformung bereitgestellt. Auf diese Weise kann der Grundkörper einfach und kostengünstig zur Verfügung gestellt werden. Unter der T3-Profiliertechnik wird ein von der Anmelderin entwickeltes Umformverfahren verstanden, bei welchem eine Platine zu flanschlosen, rückfederungsarmen Halbschalen und anschließend ein Hohlprofil aus zwei flanschlosen Halbschalen hergestellt wird oder durch eine U/O-Umformung mit oder ohne Verwendung eines Formkerns ein flanschloses Hohlprofil aus einer Platine hergestellt wird.
Das Einbringen des Versteifungselements in den Grundkörper wird in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens dadurch erreicht, dass der Grundkörper durch Fügen zweier Halbschalen bereitgestellt wird, wobei vor dem Fügen das Versteifungselement in einer der beiden Halbschalen angeordnet wird. Diese Vorgehensweise ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Grundkörper bzw. das Versteifungselement einen veränderlichen Querschnitt aufweist.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann das Versteifungselement während oder nach der Umformung eines Blechzuschnitts zu einem Grundkörper eingebracht werden.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Versteifungselement durch Ineinanderstecken von mindestens zwei geschlitzten Stegblechen bereitgestellt, wobei die Stegbleche optional miteinander durch MAG-, MIG-, WIG-, Plasma-, Laser- oder Laser-Hybrid-Schweißen, oder durch ein mechanisches Fügeverfahren gefügt werden. Auf diese Weise kann ein komplexes dreidimensionales Versteifungselement aus einfachen zweidimensionalen Blechen hergestellt werden kann. Durch das zusätzliche Fügen wird eine weitere Erhöhung der Stabilität des Versteifungselements und somit des hergestellten Profils erreicht.
Die Herstellung von Profilen kann in einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens dadurch vereinfacht werden, dass der Grundkörper durch eine Verprägung umgeformt wird. Zur Durchführung der Umformung des Grundkörpers kann demnach eine einfache Prägevorrichtung vorgesehen werden, so dass die Herstellungskosten des Profils verringert werden.
Alternativ oder zusätzlich wird der Grundkörper in einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens durch Biegen, insbesondere Rollbiegen, beidseitig der Längskante des Versteifungselements umgeformt. Diese Umformmethode kann besonders gut in einen Inline-Prozessablauf integriert werden. Beispielsweise zur Durchführung des Rollbiegens werden bevorzugt kleine Walzen links und/oder rechts der Längskante angeordnet, mit denen die Umformung vorgenommen wird. Die Walzen können an den potentiellen Fügestellen entlanglaufen und das Material des Grundkörpers lokal zusammendrücken. Alternativ, d. h. unter Verzicht auf die Walzen, oder zusätzlich kann der Grundkörper auch punktuell durch mechanische Fügeverfahren umgeformt werden.
Eine weitere Erhöhung der Stabilität des herzustellenden Profils wird in einer weiteren Ausführungsform dadurch erreicht, dass der Grundkörper mit dem Versteifungselement nach dem Umformen zusätzlich stoffschlüssig, insbesondere durch Schweißen, verbunden wird.
Die technische Aufgabe wird in einer dritten Lehre der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, dass das erfindungsgemäße Profil, insbesondere hergestellt nach einem erfindungsgemäßen Verfahren, als Teil einer Tragstruktur, vorzugsweise als Teil einer Fahrzeugkarosserie, insbesondere als Strukturteil, Cockpitquerträger, Sitzquerträger, Schweller, Längsträger, B-Säule, Crashbox, Stoßfänger oder A-Säule, verwendet wird. Die Verwendung eines solchen Profils in einer Fahrzeugkarosserie ist vorteilhaft, da das Profil an die unterschiedlichen Belastungen und Formvorgaben in einer Kraftfahrzeugkarosserie flexibel angepasst werden kann. Bei einem Einsatz als Strukturteil ist besonders die hohe Beulsteifigkeit vorteilhaft. Als Cockpitquerträger bzw. Sitzquerträger eingesetzt, ist insbesondere die hohe Biegesteifigkeit des erfindungsgemäßen Profils vorteilhaft. Cockpitquerträger, Schweller oder Längsträger erhalten durch das erfindungsgemäße Profil insbesondere eine hohe Torsionssteifigkeit. Bei einem Einsatz als B-Säule, Crashbox oder Stoßfänger wirkt sich die hohe Energieabsorptionsfähigkeit des Profils vorteilhaft aus. Eingesetzt als A-Säule, insbesondere A-Säule eines Cabriolets, ist die hohe Knickstabilität vorteilhaft, da so ein besserer Schutz der Insassen bei einem Dachaufprall gewährleistet wird. Durch einen entsprechenden Querschnitt des Grundkörpers bzw. des Versteifungselements, der zudem noch über die Längserstreckung des Profils variieren kann, kann das Profil an die jeweiligen Form- bzw. Belastungserfordernisse angepasst werden.
Weiterhin kann das erfindungsgemäße Profil als Teil einer Tragstruktur im Baubereich eingesetzt werden, beispielsweise als Komponente eines Fensterrahmens, aber auch als Baustruktur im Windkraftanlagenbau. Ferner ist eine Verwendung auch im Bereich von Haushaltsgeräten (weiße Ware) denkbar.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele entnommen werden, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen wird.
In der Zeichnung zeigen:
1 ein Profil aus dem Stand der Technik,
2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Profils bzw. Verfahrens,
3 zwei weitere Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Profils bzw. Verfahrens,
4 ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Profils bzw. Verfahrens,
5 vier weitere Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Profils bzw. Verfahrens,
6 ein neuntes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Profils bzw. Verfahrens,
7 ein zehntes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Profils bzw. Verfahrens,
8 ein elftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Profils bzw. Verfahrens,
9 ein zwölftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Profils bzw. Verfahrens,
10 ein dreizehntes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Profils bzw. Verfahrens,
11 ein vierzehntes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
12 ein fünfzehntes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens und
13 Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Verwendung.
1 zeigt ein Profil 2 aus dem Stand der Technik im Querschnitt. Das Profil 2 besteht aus einem trapezförmigen Grundkörper 4 sowie einem kreuzförmigen Versteifungselement 6. An den vier Längskanten 8, 10, 12, 14 des Versteifungselements 6 sind Eckelemente 16, 18, 20, 22 vorgesehen, welche mit den in Längsrichtung verlaufenden Kanten 24, 26, 28, 30 des Grundkörpers 4 eine formschlüssige Verbindung bilden und so das Versteifungselement 6 im Grundkörper 4 fixieren. Um den Formschluss zwischen den Eckelementen des Versteifungselements 6 und dem Grundkörper 4 zu gewährleisten, sind derartige Profile auf einen im Wesentlichen viereckigen bzw. rechteckigen Querschnitt beschränkt.
2a, 2b zeigen nun ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Profils bzw. eines erfindungsgemäßen Verfahrens im Querschnitt bzw. in Schnittperspektive. Bei der Herstellung des Profils 40 wird zunächst ein Grundkörper 42 sowie ein Versteifungselement 44 bereitgestellt, wobei das Versteifungselement 44 in dem Grundkörper 42 angeordnet wird. Der Grundkörper 42 wird daraufhin im Bereich einer Längskante 46 des Versteifungselements 44 zumindest abschnittsweise zu einer Nut 48 umgeformt, in welche die Längskante 46 wie in 2b dargestellt form- und/oder kraftschlüssig eingreift. Wie in 2a gezeigt ist, kann diese Umformung beispielsweise durch ein Rollbiegen erfolgen, indem zwei Walzen 50, 52 den Grundkörper 42 links und rechts im Bereich der Längskante 46 mit einer Kraft 54 umformen. Alternativ kann die Umformung auch punktuell durch ein anderes mechanisches Fügeverfahren, insbesondere durch eine Verprägung, erfolgen. Die Nut kann auch im Zuge der Herstellung des Grundkörpers eingeformt bzw. eingeprägt werden.
In 3a und 3b sind zwei weitere Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Profils bzw. Verfahrens in Schnittperspektive gezeigt. 3a zeigt einen als Hohlprofil ausgebildeten Grundkörper 60 mit einem komplexen Querschnitt sowie ein in dem Grundkörper 60 angeordnetes, kreuzförmiges Versteifungselement 62. Die vier Längskanten 64, 66, 68 und 70 des Versteifungselements 62 sind in Vornuten 72, 74, 76 und 78 des Grundkörpers 60 angeordnet. Eine oder mehrere der Vornuten 72, 74, 76, 78 können nun in einem weiteren Arbeitsschritt durchgängig, abschnittsweise oder punktuell zu Nuten umgeformt werden, in welche die Längskanten 64, 66, 68 und 70 des Versteifungselements 62 dann form- und/oder kraftschlüssig eingreifen. Dies kann beispielsweise in der in 2 dargestellten Weise geschehen.
3b zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Profils mit einem Grundkörper 86 und einem darin angeordneten Versteifungselement 88. Der Grundkörper 86 weist Vornuten 90 auf, in welche die Längskanten 92 des Versteifungselements 88 eingreifen. Durch eine Umformung des Grundkörpers 86 im Bereich der Vornuten 90 zu Nuten kann eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Grundkörper 86 und dem Versteifungselement 88 hergestellt werden.
Wie in den 3a und 3b dargestellt ist, kann die Form des Grundkörpers 60, 86 sowie die passende Form des Versteifungselements 62, 88 flexibel an die Anwendung bzw. Belastung des Profils angepasst werden.
Wird ein Versteifungselement, beispielsweise das Versteifungselement 88 in 3b, an mindestens zwei Längskanten mit dem Grundkörper verbunden, ergibt sich ein Mehrkammerprofil, welches eine besonders hohe Stabilität aufweist.
Die 4a und 4b zeigen die Herstellung eines Versteifungselements für ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Profils. In 4a ist ein erstes Stegblech 100 und ein zweites Stegblech 102 mit jeweils einem Schlitz 104, 106 gezeigt. Die Schlitze 104, 106 erstrecken sich bevorzugt bis zur Hälfte der Längserstreckung des jeweiligen Stegblechs 100, 102. Durch ein Zusammenschieben der Stegbleche 100 und 102 wird dann das in 4b gezeigte Versteifungselement 108 hergestellt. Zur Erhöhung der Stabilität kann das Versteifungselement 108 optional, beispielsweise im Kopfbereich 110 oder im Längsbereich 112, geschweißt werden. Die Stegbleche 100, 102 können aus demselben oder aus verschiedenen Materialien hergestellt sein. Sie können dieselbe oder eine verschiedene Dicke aufweisen. Sie können auch als Tailored Blanks oder Tailored Strips ausgebildet sein.
In 5a bis 5d sind nun vier Versteifungselemente zur Herstellung von Ausführungsbeispielen eines erfindungsgemäßen Profils im Querschnitt dargestellt. 5a zeigt ein Versteifungselement 120 in Form eines Einfachkreuzes. Dieses Versteifungselement kann beispielsweise aus zwei geschlitzten und ineinander geschobenen Stegblechen 122 und 124 bestehen. Der Winkel 126 zwischen den Längskanten des Versteifungselements 120 ist bevorzugt variabel oder variabel einstellbar, so dass das Profil des Versteifungselements 120 an den entsprechenden Grundkörper angepasst werden kann.
In 5b ist ein Versteifungselement 130 in Form eines Mehrfachkreuzes dargestellt. Das Versteifungselement 130 kann beispielsweise durch Ineinanderschieben geschlitzter Stegbleche 132, 134, 136, 138 hergestellt werden.
5c zeigt ein Versteifungselement 142 in Form eines Kreuzes mit Mischverbindung. Dazu kann zunächst ein Einfachkreuz 144 hergestellt werden und dies dann mit weiteren, insbesondere doppelt geschlitzten Stegblechen 146, 148 verbunden werden.
5d zeigt schließlich ein Versteifungselement 152 in Form einer dualen Kreuzverbindung, bei dem mehrere, insbesondere mehrfach geschlitzte Stegbleche 154, 156, 158, 160, 162 rasterförmig miteinander verbunden sind.
Alle Versteifungselemente können alternativ auch durch Extrusion hergestellt werden.
Die Versteifungselemente können einen variablen Querschnitt aufweisen. In 6 sind zwei Stegbleche 166, 168 zur Herstellung eines solchen Versteifungselements dargestellt. Die Stegbleche 166, 168 weisen jeweils einen Schlitz 170, 172 sowie einen veränderlichen Querschnitt auf. Das Stegblech 166 zeigt einen Querschnitt, der in Längsrichtung verschoben ist, während das Stegblech 168 einen Querschnitt mit variabler Breite aufweist. Durch das Ineinanderfügen der Stegbleche 166, 168 ergibt sich damit ein Versteifungselement mit variablem Querschnitt und/oder gekrümmtem Verlauf.
Ein Versteifungselement, insbesondere ein Versteifungselement mit variablem Querschnitt, kann besonders einfach in einen Grundkörper eingebracht werden, wenn der Grundkörper, wie der in 7 dargestellte Grundkörper 178, aus zwei Halbschalen 180, 182 besteht. Bevor die obere Schale 180 auf die untere Halbschale 182 aufgesetzt und dann mit dieser gefügt wird, kann ein Versteifungselement (nicht dargestellt) zunächst in die offene untere Halbschale 182 eingebracht werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn ein Einschieben des Versteifungselements in Längsrichtung in den Grundkörper nicht möglich ist.
8 zeigt ein elftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Profils im Querschnitt. Der Grundkörper 186 des Profils 188 weist nur auf einer Seite 190 eine oder mehrere Nuten (nicht dargestellt) zur kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung mit Längskanten 192 des Versteifungselements 194 auf. Das Profil 188 ist demnach auf der gegenüberliegenden Sichtseite 196 nutfrei ausgebildet, so dass der optische Eindruck dieser Seite nicht durch Nuten gestört wird. Zu einer Erhöhung der Stabilität des Profils 188 kann das Versteifungselement 194 zusätzlich mit dem Grundkörper 186 verschweißt werden. Ist der Grundkörper 186 aus zwei miteinander gefügten Halbschalen 198 und 200 bzw. Pressteilen ausgebildet, so kann ein Stegblech 202 des Versteifungselements 194 im Fügebereich 204 der Halbschalen 198, 200, eingeklemmt und/oder verschweißt sein. Das Profil 188 weist zudem eine partiell integrierte Versteifung auf. Das Profil 188 ist somit in einem Bereich 206 versteifungselementfrei ausgebildet, so dass der diesen Bereich 206 begrenzende Teil des Grundkörpers 186 bedarfsgerecht geformt sein kann.
In den 9a, 9b und 10a, 10b sind zwei weitere Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Profile gezeigt, bei denen die Versteifungselemente wabenförmig ausgebildet sind. In 9a sind dazu jeweils zwei profilierte Stegbleche 210, 212 so gegeneinandergelegt, dass sich Waben 214 ausbilden. Die Stegbleche 210 und 212 können in den aneinander anliegenden Bereichen 216 miteinander verschweißt werden. Die Verschweißungen 218 können durchgängig, abschnittsweise oder punktuell ausgebildet sein. Wie in 9b gezeigt, können nun in einen Grundkörper 222 ein oder mehrere der gefügten Doppelbleche 224 angeordnet werden. Die Doppelbleche 224 weisen dazu vorzugsweise Längskanten 226 auf, welche in ein oder mehrere Nuten 228 des Grundkörpers 222 form- und/oder kraftschlüssig eingreifen.
Eine alternative Ausführungsform einer Wabenstruktur ist in 10a gezeigt. Das Versteifungselement 234 besteht aus einem einzigen profilierten Stegblech 236, welches so gegeneinander gefaltet ist, dass sich Waben 238 ergeben. Das Stegblech 236 kann durch Verschweißungen 240 in der Wabenstrukturform fixiert werden. Das in einem Grundkörper 244 angeordnete Versteifungselement 234 ist in 10b gezeigt.
11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem in einem ersten Schritt 250 ein als Hohlprofil ausgebildeter Grundkörper mit einer zumindest abschnittsweise eingeformten Nut und ein Versteifungselement bereitgestellt wird, in einem zweiten Schritt 252 das Versteifungselement in den Grundkörper eingebracht wird, in einem dritten Schritt 254 das Versteifungselement mit dem Grundkörper verbunden wird, indem die Längskante zumindest abschnittsweise form- und/oder kraftschlüssig in die Nut eingreift. In einem optionalen vierten Schritt 256 kann das Versteifungselement zusätzlich mit dem Grundkörper verschweißt werden.
12 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem in einem ersten Schritt 260 ein aus zwei Halbschalen bestehender Grundkörper und ein Versteifungselement bereitgestellt werden, wobei beide Halbschalen zumindest abschnittsweise eine Nut aufweisen. In einem zweiten Schritt 262 wird das Versteifungselement in die erste der beiden Halbschalen eingebracht. In einem dritten Schritt 266 wird eine Längskante des Versteifungselements zumindest abschnittsweise in die Nut der ersten Halbschale eingesteckt und anschließend mit dieser form- und/oder kraftschlüssig verbunden. In einem vierten Schritt 264 wird eine weitere Längskante des Versteifungselements zumindest abschnittsweise in die Nut der zweiten Halbschale eingesteckt und anschließend mit dieser form- und/oder kraftschlüssig verbunden. Beide Halbschalen werden an ihren Fügebereichen miteinander abschließend gefügt.
13 zeigt schließlich Ausführungsbeispiele für eine vorteilhafte Verwendung der erfindungsgemäßen Profile in einer Fahrzeugkarosserie 270 eines Kraftfahrzeugs. Die Profile können beispielsweise als Längsträger 272, Schweller 274, A-Säule 276 oder B-Säule 278 ausgebildet werden. Weiterhin sind auch Anwendungen als Sitzquerträger, Cockpitquerträger, Crashbox oder Stoßfänger denkbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005041894 A1 [0003]

Claims

Profil, insbesondere Karosserieprofil, mit einem Grundkörper und mit einem in dem Grundkörper (4, 42, 60, 86, 178, 186, 222, 244) angeordneten Versteifungselement (6, 44, 62, 88, 108, 120, 130, 142, 152, 194, 234), wobei das Versteifungselement entlang der Längserstreckung des Grundkörpers (4, 42, 60, 86, 178, 186, 222, 244) zumindest abschnittsweise eine Längskante (8, 10, 12, 14, 46, 64, 66, 68, 70, 92, 192, 226) aufweist, welche mit dem Grundkörper (4, 42, 60, 86, 178, 186, 222, 244) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (4, 42, 60, 86, 178, 186, 222, 244) in Längsrichtung zumindest abschnittsweise eine Nut (48, 228) aufweist und dass die mindestens eine Längskante (8, 10, 12, 14, 46, 64, 66, 68, 70, 92, 192, 226) des Versteifungselements (6, 44, 62, 88, 108, 120, 130, 142, 152, 194, 234) kraft- und/oder formschlüssig in die Nut (48, 228) eingreift.
Profil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (4, 42, 60, 86, 178, 186, 222, 244) aus zwei Halbschalen (180, 182, 198, 200) besteht, wobei jede der Halbschalen (180, 182, 198, 200) zwei Fügebereiche aufweist, an denen sie jeweils mit einem korrespondierenden Fügebereich der anderen Halbschale (180, 182, 198, 200) verbunden ist.
Profil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil als Mehrkammerprofil ausgebildet ist.
Profil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (6, 44, 62, 88, 108, 120, 130, 142, 152, 194, 234) mindestens eine weitere Längskante aufweist, welche zwischen zwei korrespondierenden Fügebereichen der Halbschalen (180, 182, 198, 200) angeordnet und mit diesen form-, kraft- und/oder stoffschlüssig verbunden ist.
Profil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein 90°-Abschnitt, vorzugsweise ein 180° Abschnitt des Grundkörperquerschnitts nutfrei ausgebildet ist.
Profil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (4, 42, 60, 86, 178, 186, 222, 244) einen variablen Querschnitt aufweist und das Versteifungselement (6, 44, 62, 88, 108, 120, 130, 142, 152, 194, 234) an den Querschnittsverlauf angepasst ist.
Profil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (6, 44, 62, 88, 108, 120, 130, 142, 152, 194, 234) aus mindestens zwei ineinander gesteckten, geschlitzten Stegblechen (100, 102, 122, 124, 132, 134, 136, 138, 146, 148, 154, 156, 158, 160, 162, 166, 168, 202, 210, 212, 236) besteht.
Profil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stegbleche (100, 102, 122, 124, 132, 134, 136, 138, 146, 148, 154, 156, 158, 160, 162, 166, 168, 202, 210, 212, 236) stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Profil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (6, 44, 62, 88, 108, 120, 130, 142, 152, 194) als Einfachkreuz (144), Mehrfachkreuz, Kreuz mit Mischverbindung oder duale Kreuzverbindung ausgebildet ist.
Profil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (234) wabenförmig ausgebildet ist.
Profil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (6, 44, 62, 88, 108, 120, 130, 142, 152, 194, 234) mit dem Grundkörper (4, 42, 60, 86, 178, 186, 222, 244) zusätzlich stoffschlüssig verbunden ist.
Verfahren zur Herstellung eines Profils, insbesondere eines Profils nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem ein Grundkörper (4, 42, 60, 86, 178, 186, 222, 244) bereit gestellt wird, bei dem ein Versteifungselement (6, 44, 62, 88, 108, 120, 130, 142, 152, 194, 234) mit mindestens einer Längskante (8, 10, 12, 14, 46, 64, 66, 68, 70, 92, 192, 226) bereit gestellt wird, bei dem das Versteifungselement (6, 44, 62, 88, 108, 120, 130, 142, 152, 194, 234) in den Grundkörper (4, 42, 60, 86, 178, 186, 222, 244) eingebracht wird und bei dem das Versteifungselement (6, 44, 62, 88, 108, 120, 130, 142, 152, 194, 234) mit dem Grundkörper (4, 42, 60, 86, 178, 186, 222, 244) verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (4, 42, 60, 86, 178, 186, 222, 244) im Bereich der Längskante (8, 10, 12, 14, 46, 64, 66, 68, 70, 92, 192, 226) des Versteifungselements (6, 44, 62, 88, 108, 120, 130, 142, 152, 194, 234) zumindest abschnittsweise so zu einer Nut (48, 228) umgeformt wird, dass die Längskante (8, 10, 12, 14, 46, 64, 66, 68, 70, 92, 192, 226) zumindest abschnittsweise form- und/oder kraftschlüssig in die Nut (48, 228) eingreift.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (4, 42, 60, 86, 178, 186, 222, 244) durch Fügen zweier Halbschalen (180, 182, 198, 200) bzw. Pressteile, T3-Profiliertechnik, Innenhochdruckumformung, Walzprofilierung und/oder Warmumformung bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (4, 42, 60, 86, 178, 186, 222, 244) durch Fügen zweier Halbschalen (180, 182, 198, 200) bereitgestellt wird, wobei vor dem Fügen das Versteifungselement (6, 44, 62, 88, 108, 120, 130, 142, 152, 194, 234) in einer der beiden Halbschalen (180, 182, 198, 200) angeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (6, 44, 62, 88, 108, 120, 130, 142, 152, 194, 234) durch Ineinanderstecken von mindestens zwei geschlitzten Stegblechen (100, 102, 122, 124, 132, 134, 136, 138, 146, 148, 154, 156, 158, 160, 162, 166, 168, 202, 210, 212, 236) bereitgestellt wird, wobei die Stegbleche (100, 102, 122, 124, 132, 134, 136, 138, 146, 148, 154, 156, 158, 160, 162, 166, 168, 202, 210, 212, 236) optional miteinander durch MAG-, MIG-, WIG-, Plasma-, Laser-, Laser-Hybrid- oder mechanische Fügeverfahren gefügt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (4, 42, 60, 86, 178, 186, 222, 244) durch eine Verprägung umgeformt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (4, 42, 60, 86, 178, 186, 222, 244) durch Biegen beidseitig der Längskante des Versteifungselements (6, 44, 62, 88, 108, 120, 130, 142, 152, 194, 234) umgeformt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (4, 42, 60, 86, 178, 186, 222, 244) mit dem Versteifungselement (6, 44, 62, 88, 108, 120, 130, 142, 152, 194, 234) nach dem Umformen zusätzlich stoffschlüssig, insbesondere durch Schweißen, verbunden wird.
Verwendung eines Profils nach einem der Ansprüche 1 bis 11, insbesondere hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, als Teil einer Tragstruktur, vorzugsweise als Teil einer Fahrzeugkarosserie (270), insbesondere als Strukturteil, Cockpitquerträger, Sitzquerträger, Schweller (274), Längsträger (272), B-Säule (278), Crash-Box, Stoßfänger oder A-Säule (276).