DE102011053257A1

DE102011053257A1 - Hybridhohlträger

Info

Publication number: DE102011053257A1
Application number: DE102011053257A
Authority: DE
Inventors: Philipp Kellner; Jörg Nalbach
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2011-09-05
Filing date: 2011-09-05
Publication date: 2013-03-07

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hybridhohlträger mit einem hohlen äußeren Profil und einem hohlen inneren Profil, die gemeinsam durch Innenhochdruckumformen miteinander verbunden sind. Erfindungswesentlich ist dabei, dass das innere Profil eine höhere Festigkeit aufweist als das äußere Profil, und dass das äußere Profil eine bessere Verformbarkeit und/oder eine bessere Korrosionsbeständigkeit aufweist als das innere Profil. Hierdurch kann ein leichter Träger geschaffen werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hybridhohlträger mit einem äußeren und einem inneren Profil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Hybridhohlträgers.
Aus der DE 197 40 102 B4 ist ein gattungsgemäßer Hybridhohlträger mit einem hohlen Außenprofil und einem hohlen Innenprofil bekannt, bei denen Außenmaße des Innenprofils und Innenmaße des Außenprofils derart aufeinander abgestimmt sind, dass das Innenprofil von dem Außenprofil umfänglich umschlossen ist und das Innenprofil und das Außenprofil durch Aufweiten des Innenprofils mittels Innenhochdruckumformen miteinander verbunden sind. Das Außenprofil ist dabei im Verhältnis zum Innenprofil aus einem Material gebildet, das hohe Festigkeitswerte aufweist, wogegen das Innenprofil eine vergleichsweise hohe Verformbarkeit aufweist. Hierdurch soll es insbesondere möglich sein, Innenhochdruckumformteile mit deutlich reduziertem Gewicht herstellen zu können.
Aus der DE 101 13 539 A1 ist ein Dachseitenrahmen einer Kraftfahrzeugkarosserie mit einer vergleichsweise hohen Steifigkeit bekannt, der aus zwei Trägern aus gebogenen Strangpressprofilen gebildet ist. Die beiden Strangpressprofile verlaufen dabei im Wesentlichen parallel zueinander und sind zumindest über einen Teil ihrer Länge ineinander gesteckt und miteinander verbunden. Die Verbindung kann dabei bspw. geschweißt, getorxt, geklebt oder geschraubt sein.
Aus der DE 195 06 160 B4 ist eine Rahmenkonstruktion für Kraftfahrzeuge mit mehreren rohrförmigen Rahmenelementen bekannt, die über Knotenelemente miteinander verbunden sind und zusammen eine räumliche Gitterstruktur bilden. Zumindest Teile der Rahmenelemente sind dabei durch ein hydraulisches Innenhochdruckumformen querschnittsoptimiert vorgefertigt.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen Hybridhohlträger der gattungsgemäßen Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die neben einer erhöhten Belastbarkeit zugleich auch ein reduziertes Gewicht aufweist.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen Hybridhohlträger mit einem hohlen äußeren Profil und einem hohlen inneren Profil herzustellen, wobei die beiden Profile durch ein gemeinsames Innenhochdruckumformverfahren miteinander verbunden sind und wobei das innere Profil eine höhere Festigkeit aufweist als das äußere Profil. Zudem weist das äußere Profil eine bessere Verformbarkeit und/oder eine bessere Korrosionsbeständigkeit auf als das innere Profil. Mit dem erfindungsgemäßen Hybridhohlträger ist es somit möglich, einen an spezielle Belastungen angepassten Träger zu schaffen, dessen Biegefestigkeit durch das innere Profil deutlich erhöht ist und der aufgrund des äußeren Profils eine guter Eignung für mechanische und thermische Fügeverfahren bzw. eine hoher Korrosionsbeständigkeit aufweist, und somit für den Einsatz in Kraftfahrzeugen prädestiniert ist.
Insbesondere ist es möglich, das festere, innere Profil an den hochbelasteten Stellen im äußeren Profil anzuordnen, sodass das innere Profil das äußere Profil zumindest bereichsweise aussteift bzw. verstärkt.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist der Hybridhohlträger als Karosserieträger, insbesondere als Dachrahmenträger oder als Stirnwandquerträger, ausgebildet. Insbesondere in dem genannten Karosserieträger sind eine hohe Festigkeit und insbesondere eine hohe Biegesteifigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht von besonderem Interesse. Sowohl der Stirnwandquerträger als auch der Dachrahmenträger besitzen dabei räumlich begrenzte höher belastete Bereiche und ebenso räumlich begrenzte geringer belastete Bereiche, sodass für derartige Karosserieträger der erfindungsgemäße Hybridhohlträger, der hinsichtlich seiner Biegesteifigkeit partiell angepasst werden kann, von besonderem Vorteil ist. So wird bspw. in denjenigen Bereichen, in denen höhere Biegemomente auftreten, neben dem äußeren Profil auch das innere Profil vorgesehen, wogegen in denjenigen Bereichen mit geringerer Biegebelastung der Hybridhohlträger ausschließlich das äußere Profil aufweist.
Zweckmäßig sind/ist das äußere und/oder das innere Profil als Strangpressprofil oder als Stranggussprofil ausgebildet oder im Extrudierverfahren hergestellt. Insbesondere das Strangpressen wird bei stark gegliederten Aluminium oder Stahlprofilen bereits langjährig angewandt, wobei sich insbesondere Aluminium und Aluminiumlegierungen für die Herstellung von Strangpressprofilen besonders eignen. Besonders Aluminium bietet sich im modernen Karosseriebau aufgrund seiner hohen Festigkeit und seines zugleich geringen Gewichts an. Die genannten Herstellungsverfahren der einzelnen Profile sind dabei lediglich rein exemplarisch zu verstehen, sodass auch andere Herstellungsverfahren von Hohlprofilen infrage kommen, sofern diese ein nachträgliches Innenhochdruckumformen zulassen.
Zweckmäßig ist das innere Profil aus Aluminiumlegierung der 7000 Serie oder der 2000 Serie und das äußere Profil aus Aluminiumlegierung der 5000 Serie oder der 6000 Serie ausgebildet. Besonders Aluminiumlegierung der 7000 Serie gehört zur Gruppe der hochfesten Aluminiumwerkstoffe und bietet eine echte Alternative zu höchstfestem Stahl. Aluminiumlegierungen der 7000 Serie bzw. der 2000 Serie sind nicht hinreichend korrosionsbeständig für Anwendungen im automobilen Karosseriebau ohne zusätzliche und teure Korrosionsschutzmaßnahmen. Die hierzu im Vergleich normalfesten Aluminiumlegierungen der 5000 Serie oder der 6000 Serie weisen eine vergleichsweise hohe Korrosionsbeständigkeit auf, insbesondere auch eine im Vergleich zum inneren Profil deutlich höhere Korrosionsbeständigkeit. Durch die Ummantelung mit korrosionsbeständigen Aluminiumlegierungen der 5000 Serie oder der 6000 Serie wird also der Einsatz hochfester Aluminiumlegierungen der 7000 Serie bzw. der 2000 Serie ermöglicht.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weist das äußere Profil zumindest einen Anschlussflansch auf. Über einen derartigen Anschlussflansch kann der Hybridhohlträger an ein weiteres Karosseriebauteil angeschlossen werden, bspw. über entsprechende mechanische Verbindungsmittel wie Nieten oder Schrauben, meist in Verbindung mit Kleben. Selbstverständlich ist auch ein Schweißen, mit entsprechenden Vorteilen beim Korrosionsschutz des inneren Profils, denkbar. Die gute Umformbarkeit und hohe Duktilität des äußeren Profils aus Aluminiumlegierung der 5000 Serie oder der 6000 Serie ermöglicht mechanische Fügetechniken, die beim hochfesten und schwer umformbaren Aluminiumlegierungen der 7000 Serie oder der 2000 Serie nur schwierig oder teuer umsetzbar wären.
Die Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, einen in den vorherigen Absätzen beschriebenen Hybridhohlträger wie folgt herzustellen:
Zunächst wird ein äußeres Profil und ein inneres Profil im Strangpressverfahren, im Stranggussverfahren oder im Extrudierverfahren hergestellt, woraufhin das innere Profil in das äußere Profil eingeschoben wird. Optional kann zuvor ein Haftvermittler zwischen den beiden Profilen, also auf der Außenseite des inneren Profils oder auf der Innenseite des äußeren Profils, aufgetragen werden. Abhängig von der geometrischen Ausprägung kann ein gemeinsamer Biege- bzw. Streckbiegeprozess beider Profile folgen. Anschließend werden die beiden Profile durch Anlegen eines hohen Innendrucks gemeinsam umgeformt, wobei sich das innere Profil an das äußere Profil und das äußere Profil an eine entsprechende Form anlegt. Durch die Tatsache, dass beide Profile mittels Innenhochdruckumformverfahren verformt werden, kann ein hinsichtlich der Biegebelastung optimal ausgelegter Träger erzielt werden. Selbstverständlich ist dabei denkbar, dass die beiden ineinander gesteckten Profile vor dem eigentlichen Innenhochdruckumformen noch gemeinsam gebogen bzw. anderweitig in Form gebracht werden.
Aufgrund des höherfesten inneren Profils des erfindungsgemäßen Hybridhohlträgers ist es möglich, einen besonders hochbiegebelastbaren Träger, bspw. einen Dachrahmenträger oder einen Stirnwandquerträger einer Kraftfahrzeugkarosserie zu schaffen, der insbesondere bei der Verwendung von Aluminium für die beiden Profile zudem ein deutlich verbessertes Korrosionsverhalten und ein reduziertes Gewicht aufweist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19740102 B4 [0002]
DE 10113539 A1 [0003]
DE 19506160 B4 [0004]

Claims

Hybridhohlträger mit einem hohlen äußeren Profil und einem hohlen inneren Profil, die gemeinsam durch Innenhochdruckumformen miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Profil eine höhere Festigkeit aufweist als das äußere Profil, und dass das äußere Profil eine bessere Verformbarkeit und/oder eine bessere Korrosionsbeständigkeit aufweist als das innere Profil.
Hybridhohlträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das innere Profil über lediglich einen Teil der Länge des äußeren Profils erstreckt.
Hybridhohlträger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hybridhohlträger als Karosserieträger, insbesondere als Dachrahmenträger oder als Stirnwandquerträger, ausgebildet ist.
Hybridhohlträger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere und/oder das innere Profil als Strangpressprofil oder als Stranggussprofil ausgebildet oder im Extrudierverfahren hergestellt ist.
Hybridhohlträger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere und/oder das innere Profil aus Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium, ausgebildet sind.
Hybridhohlträger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Profil aus Aluminium 7000 oder 2000 und das innere Profil aus Aluminium 5000 oder 6000 ausgebildet ist.
Hybridhohlträger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Profil zumindest einen Anschlussflansch aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Hybridhohlträgers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – ein äußeres Profil und ein inneres Profil im Strangpressverfahren, im Stranggussverfahren oder im Extrudierverfahren hergestellt wird, – das innere Profil in das äußere Profil eingeschoben wird, – die beiden Profile durch Anlegen eines hohen Innendrucks gemeinsam umgeformt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden ineinander gesteckten Profile vor dem Innenhochdruckumformen gemeinsam gebogen oder streckgebogen werden.