DE102011113662A1 - Strukturbauteil für ein Kraftfahrzeug mit einem hohlförmigen Grundprofil sowie Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Strukturbauteil mit einem hohlförmigen Grundprofil (1), welches über seine Längserstreckung partiell wenigstens ein innen oder außen anliegendes Verstärkungsprofil (2; 10; 11; 12) aufweist, das sich vollständig oder partiell über den Umfang des Grundprofils (1) erstreckt. Dabei ist das Grundprofil (1) des Strukturbauteil wenigstens im Bereich des wenigstens einen Verstärkungsprofils (2; 10; 11; 12) durch Innenhochdruckbeaufschlagung aufgeweitet.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Strukturbauteil Kraftfahrzeug mit einem hohlförmigen Grundprofil nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur dessen Herstellung.
• Trägerstrukturen im Fahrzeugbau werden im Allgemeinen ausgehend von geraden Strukturen, Profilen, Rohren oder dgl. durch Biegen, Prägen und Hydroformen oder dgl. Umformverfahren hergestellt. Dabei ergeben sich zwangsläufig nicht beanspruchungsgerechte Ausführungen, da die Wandstärke der Ausgangsstruktur entsprechend der höchst belasteten Stelle des Bauteiles gewählt werden muss.
• Aus der DE 10 2006 040 073 ist ein entsprechender Hohlträger bekannt, bei dem zwei Rohre ineinander geschoben sind, die gemeinsam mittels Innenhochdruckbeaufschlagung in einem entsprechenden Werkzeug gegebenenfalls nach anderen Umformungen wie Biegen oder dergleichen derart umgeformt werden. Der Hohlträger weist nach diesen Umformungen über seine Längserstreckung unterschiedliche Querschnitte aber im Wesentlichen gleiche Wandstäken auf. Die dortigen Hohlträger sind von einem Medium durchströmbar und hinsichtlich der Wandstärke ebenfalls nicht beanspruchungsgerecht ausgestaltet.
• Weiterhin sind aus der WO 2002 081115 A1 gezogene Rohre bekannt, die unterschiedliche Wandstäken aufweisen. Allerdings sind diese Rohre aufgrund der erzielbaren geringen Wandstärkenunterschiede ebenfalls nicht beanspruchungsgerecht ausgestaltet. Sofern in weniger belastungsintensiven Bereichen versucht wird, mittels solchen Zugverfahren eine entsprechend geringe Wandstärke des Rohres zu erzeugen, besteht die Gefahr des Reißens des Rohres.
• Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein gattungsgemäßes Bauteil mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden das eine Gewichtsreduzierung erreicht wird, wobei das Bauteil in seiner Gesamtheit trotzdem den auftretenden Belastungen gerecht wird. Weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauteils zur Verfügung zu stellen.
• Vorrichtungsmäßig wird diese Aufgabe gelöst durch ein Strukturbauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, während die Merkmale des Patentanspruchs 8 zur Lösung der verfahrensmäßigen Aufgabe notwendig sind. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen 2 bis 7 und 9 bis 12.
• Dadurch dass das weitere Profil des Bauteils als Verstärkungsprofil ausgebildet ist und sich nur partiell über die Längserstreckung des Grundprofils erstreckt, ergibt sich eine Gewichtsreduzierung des Bauteils selbst sowie des Kraftfahrzeugs, in welches dieses Bauteil eingebaut wird. Folglich wird ein energieoptimiertes Betreiben des Kraftfahrzeugs ermöglicht, wobei das Bauteil sowohl in den belastungsintensiveren Bereichen aufgrund der Verstärkungsprofile als auch in den weniger belastungsintensiven Bereichen, in denen dem Grundprofil keine Verstärkungsprofile zugeordnet werden, den auftretenden Belastungen gerecht wird. Es entsteht letztendlich durch die Erfindung sowohl in profilaxialer als auch profilradialer Richtung eine optimale Verstärkung des Bauteils im Bereich des Verstärkungsprofils.
• Dabei ist dieses Bauteil sehr genau und durch Aufweitung durch die Innenhochdruckverformung im Wesentlichen toleranzfrei in der gewünschten Geometrie herstellbar und an die räumlichen Gegebenheiten des Einbauortes anpassbar. Das Grundprofil kann dabei grundsätzlich alle möglichen geschlossenen Querschnittsformen aufweisen, wobei diese sich auch über die Längserstreckung des Grundprofils ändern können. Denkbar sind beispielsweise aber in dieser Aufzählung nicht abschließende runde, ovale, n-eckige (wobei n ≥ 3 und ganzzahlig) oder dergleichen Querschnitte, wobei das Grundprofil auch mit Flanschen oder dergleichen Anschlüsse aus beispielsweise stranggepressten Aluminiumprofilen versehen sein kann.
• Selbstredend ist das ist Grundprofil dabei derart ausgebildet, dass es an seinen Enden und an den möglichen Flanschen ein entsprechendes Werkzeug zur Innenhochdruckbeaufschlagung im Wesentlichen druckdicht angebracht werden kann.
• Als Werkstoffe für das Grundprofil und das Verstärkungsprofil sind eine Vielzahl von Möglichkeiten denkbar. Durch Kombination der Möglichkeiten auch als Werkstoffmix lassen sich optimale Hybridverbindungen darstellen. Bevorzugte Werkstoffe sind sowohl für das Grundprofil als auch für das Verstärkungsprofil übliche umformbare Konstruktionswerkstoffe wie Stähle (beispielsweise und nicht abschließend S355MC, S420MC, (DIN EN 10149-2), FB590 (DIN EN 10305-3), DC 03 (DIN EN10130)) Aluminiumlegierungen der 5000-, 6000-, oder 7000er Serien (beispielsweise und nicht abschließend AlMg3 (5754) AlMg5Mn (5182), AlMgSi0,5 (6060), AlZnMg (7020)) aber auch Glas- oder Carbonfasern sowie faserverstärkte Kunststoffe oder dergleichen Verbundwerkstoffe denkbar. Sofern Glas- oder Carbonfasern sowie kohlenfaserverstärkte Kunststoffe oder dergleichen Verbundwerkstoffe verwendet werden, ist darauf zu achten, dass sie bei der Innenhochdruckbeauschlagung nur insoweit belastet werden, dass ihre Struktur nicht zerstört wird.
• Nach einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Verstärkungsprofil als geschlossenes Hohlprofil ausgebildet. Dabei soll vorliegend unter einem geschlossenen Hohlprofil ein rohrförmiges Profil verstanden werden, welches eine Eingangs- und Ausgangsöffnung sowie gegebenenfalls eine oder mehrere weitere Öffnungen aufweist, die zu möglichen Flanschen des Grundprofils korrespondieren, wobei dieses Hohlprofil mit Ausnahme dieser Öffnungen eine geschlossene Oberfläche aufweist. Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht, solche Verstärkungsprofile sowohl an der inneren als auch der äußeren Oberfläche des Grundprofils zur gemeinsamen Innenhochdruckbeaufschlagung anzuordnen. Grundsätzlich können diese Verstärkungen bereits vor möglichen Umformprozessen, die vor der Innenhochdruckbeaufschlagung stattfinden, in oder an dem Grundprofil positioniert werden, so dass Grundprofil und Verstärkungsprofil bereits diese Umformprozesse gemeinsam durchlaufen können. Beachtet werden muss hierbei allerdings, dass Umformprozesse wie beispielsweise Biegen oder dergleichen für Glas- oder Carbonfasern sowie kohlenfaserverstärkte Kunststoffe oder dergleichen Verbundwerkstoffe nicht geeignet sind, da dadurch Ihre Struktur zerstört werden kann. insofern sind Verstärkungsprofile aus diesen Werkstoffen erst vor dem abschließenden Aufweiten durch die Innenhochdruckbeaufschlagung in oder an dem Grundprofil anzuordnen.
• Nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Verstärkungsprofil als offenes Profil ausgebildet. Dabei soll vorliegend im Gegensatz zu dem vorgenannten geschlossenen Hohlprofil unter offenem Profil zwar auch ein rohrförmiges Profil verstanden werden, welches eine Eingangs- und Ausgangsöffnung sowie gegebenenfalls eine oder mehrere weitere Öffnungen aufweist, die zu möglichen Flanschen des Grundprofils korrespondieren. Allerdings weisen diese Profile keine geschlossene Oberfläche im Sinne der vorgenannten geschlossenen Hohlprofile auf. Denkbar sind insofern netzartige Strukturen oder auch Profile mit perforierter Oberfläche. Dabei weist das Verstärkungsprofil eine Perforierung bzw. auf seiner dem Grundprofil zugewandten Kontaktfläche eine Struktur auf.
• Weiterhin sollen unter solchen offenen Profilen sowohl über ihre Längserstreckung geschlitzte geschlossene Profile als auch flächige, gekrümmte Profile verstanden werden. Die Oberfläche dieser Profile kann dabei entweder wie bei den vorgenannten geschlossenen Hohlprofilen oder wie bei den offenen Profilen des vorstehenden Absatzes ausgebildet sein.
• Vorteilhaft bei den offenen Profilen ist es, dass sie eine höhere Elastizität gegenüber geschlossenen Hohlprofilen aufweisen. Ferner sind die offenen Profile mit nicht geschlossener Oberfläche besonders gut für die Verstärkung des Grundprofils geeignet, da während der Aufweitung durch Innenhochdruckbeaufschlagung der Werkstoff des Grundprofils in die offenen Bereiche des Verstärkungsprofils ausdehnen kann und somit eine besonders gute Verbindung zwischen Grundprofil und Verstärkungsprofil erreicht wird. Eine ähnliche Wirkung lässt sich erzielen, wenn die Oberfläche des Grundprofils im Verbindungsbereich für das Verstärkungsprofil und/oder die geschlossene Oberfläche des Verstärkungsprofils, die das Grundprofil kontaktieren soll, mit einer Struktur oder dergleichen Oberflächenmodifikation versehen ist.
• Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist zwischen Grundprofil und Verstärkungsprofil ein Verbindungsmedium angeordnet ist. Durch diese Maßnahme ist eine besonders intensive Verbindung zwischen Grundprofil und Verstärkungsprofil erreichbar. Als Verbindungsmedien können dabei zunächst flexible Medien, wie zum Beispiel flüssige Klebstoffe eingesetzt werden. Ferner können auch Schweißverbindungen, insbesondere Punktschweißverbindungen als Verbindungsmedien verwendet werden.
• Weiterhin hat sich als vorteilhaft herausgestellt, dass das Strukturbauteil beziehungsweise das Grundprofil ausschließlich im Bereich des wenigstens einen Verstärkungsprofils Innenhochdruckbeaufschlagung aufgeweitet ist. Durch diese Ausgestaltung behält das Strukturbauteil beziehungsweise das Grundprofil in seinen anderen Bereichen seine innere Struktur beziehungsweise erfährt nicht aufgrund der Innenhochdruckbeaufschlagung eine Wandstärkenreduzierung. Dadurch bleiben die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Strukturbauteils beziehungsweise des Grundprofils in diesen Bereichen unverändert, so dass dort keine Materialschwächung auftritt.
• In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Randbereiche des wenigstens einen Verstärkungsprofils im Wesentlichen von der Innenhochdruckverformung ausgenommen. Dazu werden diese Randbereiche zusammen mit Bereichen des Grundprofils, welche sie kontaktieren sicher während der Innenhochdruckbeaufschlagung gegeneinander fixiert, so dass im Grundprofil keine unnötigen Aufweitungen durch die Innenhochdruckbeaufschlagung auftreten, die eine Materialschwächung darstellen würden und somit zu dem Gedanken einer Verstärkung konträr laufen würden.
• Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils für ein Kraftfahrzeug mit einem hohlförmigen Grundprofil ist durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet:
• a) Bereitstellung eines ein hohlförmiges Grundprofil enthaltendes Ausgangswerkstückes,
• b) Positionierung wenigstens eines Verstärkungsprofils an einer äußeren oder inneren Oberfläche des Grundprofil, wobei sich das Verstärkungsprofils nur partiell über die Längserstreckung des Grundprofils erstreckt,
• c) Positionierung des Grundprofils mit dem daran oder darin positionierten Verstärkungsprofil in einem Werkzeug zur Innenhochdruckverformung,
• d) Innenhochdruckverformung des Grundprofils mit dem daran oder darin positionierten Verstärkungsprofil in dem Werkzeug.
• Durch diese verfahrensmäßige Ausgestaltung sind in einfacher Art und Weise erfindungsgemäße Strukturbauteile herstellbar. Dabei kann das Ausgangswerkstück bereits durch eine Vielzahl vom Umformprozessen – einschließlich bereits stattgefundener Innenhochdruckbeaufschlagung einzelner enthaltenen Hohlprofile – vor der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in die gewünschte Form gebracht worden sein, um das Verfahren abschließend durchzuführen.
• Vorteilhafterweise wird in einer besonderen Ausgestaltung vor der Innenhochdruckverformung zwischen Grundprofil und Verstärkungsprofil ein Verbindungsmedium wie beispielsweise flexibler beziehungsweise flüssiger Klebstoff angeordnet. Kommt es dann zur Innenhochdruckbeaufschlagung kann dabei aus der Kontaktfläche überschüssiges Verbindungsmedium herausgequetscht werden. Dieses überschüssige Verbindungsmedium kann dann bevorzugt über wenigstens einen im Werkzeug angeordneten Kanal abgeführt werden.
• Dabei kann das Werkzeug derart ausgebildet sein, dass das Grundprofil derart im Werkzeug positioniert wird, dass es nur im Bereich des wenigstens einen Verstärkungsprofils aufgeweitet wird. Dies lässt sich beispielsweise dadurch realisieren, dass bei einer Positionierung des Verstärkungsprofils an der äußeren Oberfläche des Grundprofils Randbereiche des Verstärkungsprofils derart im Werkzeug fixiert werden, dass die Randbereiche bei der Innenhochdruckverformung im Wesentlichen unverformt bleiben.
• Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
• Es zeigen:
• 1: Draufsicht auf ein als Fahrwerksbauteil ausgebildetes erfindungsgemäßes Strukturbauteil,
• 2a: Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen bereits in einem Werkzeug angeordneten Strukturbauteils in einem Bereich eines Grundprofils, an dessen äußeren Oberfläche ein Verstärkungsprofil bereits positioniert ist, vor der Innenhochdruckverformung,
• 2b: Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen Strukturbauteils samt Werkzeug gemäß 2a während der Innenhochdruckverformung,
• 2c: Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen Strukturbauteils samt Werkzeug gemäß 2a nach abgeschlossener Innenhochdruckverformung,
• 3a: Querschnittsdarstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen bereits in einem anderen Werkzeug angeordneten Strukturbauteils in einem Bereich eines Grundprofils, an dessen äußeren Oberfläche ein Verstärkungsprofil bereist positioniert ist, vor der Innenhochdruckverformung,
• 3b: Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen Strukturbauteils samt Werkzeug gemäß 3a nach abgeschlossener Innenhochdruckverformung,
• 4: Querschnittsdarstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen in einem anderen Werkzeug angeordneten Strukturbauteils in einem Bereich eines Grundprofils, an dessen äußeren Oberfläche ein Verstärkungsprofil positioniert ist, nach der Innenhochdruckverformung,
• 5a: Querschnittsdarstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen bereist in einem Werkzeug angeordneten Strukturbauteils in einem Bereich eines Grundprofils, an dessen inneren Oberfläche ein Verstärkungsprofil bereits positioniert ist, vor der Innenhochdruckverformung,
• 5b: Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen Strukturbauteils samt Werkzeug gemäß 5a nach abgeschlossener Innenhochdruckverformung,
• In 1 ist ein erfindungsgemäßes Strukturbauteil in Form eines Fahrwerksbauteil 21 bestehend aus zwei Längsträgerprofilen 22 und zwei Querträgerprofile 23 dargestellt, die über Fügebereiche 13 miteinander verbunden sind. Das Strukturbauteil gemäß 1 weist verschiedene Verstärkungsprofile 2 auf, die dort als geschlossenes Profil 10, aufgeschobenes perforiertes Profil 11 und aufgeschobene Netzstruktur 12 ausgebildet sind.
• Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel wird über einem Profil 1, 22 ein äußeres Verstärkungsprofil 2, 10 mit einem geringen Zwischenraum (vorzugsweise zwischen 0,01 mm und 1 mm) zwischen Profil 1, 22 und Verstärkungsprofil 2, 10 angeordnet. Das Verstärkungsprofil 2, 10 deckt dabei nur einen geringen Teilbereich des Profils 1, 22 ab. Diese Anordnung wird je nach erforderlicher Geometrie in vorgelagerten Arbeitsgängen wie Biegen oder Prägen so geformt, dass die Anordnung in ein Hydroformwerkzeug 5 eingelegt werden kann. Danach wird Druck in das Innere des Profils 1, 22 eingeleitet und so Profil 1, 22 und Verstärkungsprofil 2, 10 in die Gravur des Hydroformwerkzeuges 5 geformt. Hierbei wird der Spalt zwischen Profil 1, 22 und Verstärkungsprofil 2, 10 durch den hohen Umformdruck minimiert. Ist der Umfang des Verstärkungsprofil 2, 10 ebenfalls geschlossen so kann ein Null-Spalt realisiert werden. Bei offenen Strukturen sind je nach Festigkeit der Werkstoffe aufgrund der Rückfederung Spalte bis zu 0,1 mm zu erwarten. Diese Fertigungsfolge bietet sich an, wenn die Bauteile nach dem weiteren Verbau z. B. nach einem Verschweißen zu Fahrwerkskomponenten verzinkt werden sollen. Hier kann das Zink als Verbindungsmedium der inneren und äußeren Struktur dienen und in diese Spalte zwischen Profil 1, 22 und Verstärkungsprofil 2, 10 eindringen.
• Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel wird außen über einem Teilbereich eines geschlossenen Grundprofils 1 ein Verstärkungsprofil 2 angeordnet und zwischen diesen beiden ein zunächst flexibles beziehungsweise flüssiges Verbindungsmedium 5 wie beispielsweise einen Klebstoff eingebracht. Je nach Bedarf können auch Schweißverbindungen wie z. B. Punktschweißverbindungen angebracht werden. Anschließend werden das Grundprofil 1 und das Verstärkungsprofil 2 je nach gewünschter Endgeometrie umgeformt beispielswese durch Biegen, Prägen oder dergleichen und abschließend und durch Innenhochdruckbeaufschlagung hydrogeformt. Auch hier ermöglichen es die vorgelagerten Umformprozesse Biegen, Prägen oder dergleichen das Bauteil zum abschließenden Aufweiten durch Innenhochdruckbeaufschlagung in ein Hydroformwerkzeug 5 einzulegen. Der Druck des Arbeitsmediums formt dann das innere geschlossene Grundprofil 1 zusammen mit dem äußeren Verstärkungsprofil in die Kontur, die das Werkzeug vorgibt. Die Innenhochdruckbeaufschlagung bewirkt außerdem eine sehr intensive Verbindung zwischen Grundprofil 1 und Verstärkungsprofil 2. Die dazwischenliegenden Spalte werden sehr klein, so dass das Verbindungsmedium 5 aufgrund der Kapillarkraft den gesamten Spaltbereich optimal benetzt.
• In einem dritten Ausführungsbeispiel wird ähnlich wie im ersten Ausführungsbeispiel über ein Grundprofil eine Verstärkungsstruktur 2 in Form eines perforierten Blechs 11 geschoben. Beide werden gegebenenfalls wieder vorgeformt und anschließend in ein Hydroformwerkzeug 5 eingebracht. Während des Hydroformens wird durch den Innendruck das innere Grundprofil in die Löcher des als perforiertes Blech 11 ausgebildete Verstärkungsprofils 2 gedrückt, so dass es zu einer intensiven formgebundenen Verbindung von Grundprofil 1 und Verstärkungsprofil 2 kommt.
• Das Verbindungsmedium 5 kann auch nach dem Fügen der Profile 1, 2 eingebracht werden, z. B. durch Einspritzen oder aufgrund von Kapillarkräften indem ein Ende des äußeren Verstärkungsprofils 2 mit dem Medium 5 benetzt wird. Auch können folienartige Überzüge genutzt werden, oder mittels eines „Anstrichs” das Verbindungsmedium vor dem Ineinanderstecken der Profile 1, 2 aufgebracht werden. Sehr vorteilhaft kann die Verbindung auch z. B. in einem Verzinkungsprozess hergestellt werden.
• Der gesamte Prozess muss außerdem so gestaltet sein, dass in den nicht verstärken Bereichen des Trägerbauteiles an dem Grundprofil 1 nur eine geringe Umformung durchgeführt wird. Es soll zum Beginn der Umformung beziehungsweise Aufweitung durch die Innenhochdruckbeaufschlagung relativ nah am Werkzeug 5 anliegen. Wird dies nicht beachtet dann wird durch den Innendruck zunächst das Grundprofil 1 in den nicht verstärkten Bereichen umgeformt, wo es dann schnell versagen kann. Liegt der verstärkte Bereich zusammen mit dem Innenprofil relativ nah am Hydroformwerkzeug an wie in 2a dargestellt, dann kommt es gemäß der Darstellung in 2b frühzeitig bzw. bei geringem Druck zur Anlage des Grundprofils 1 an das Werkzeug 5. Abschließend wird dann der Rest des innere Grundprofils 1 mit dem äußeren Verstärkungsprofil 2 von dem erhöhten Druck in die Gravur des Werkzeuges 5 geformt, wie es in 2c dargestellt ist. Der End- bzw. Randbereich des äußeren Verstärkungsprofils 2 soll nicht stark oder viel aufgeweitet werden. Es liegt also schon bei geringem Druckaufbau am Werkzeug 5 an und das innere Grundprofil wird nicht zwischen Werkzeug und Verstärkung gequetscht beziehungsweise platzt nicht frühzeitig. In den 2b und 2c sowie nachfolgend auch in den 3b, 5b und 6b ist der Innenhochdruck dabei immer durch ein P mit davon wegweisenden Pfeilen dargestellt.
• Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform ist in 3a und 3b dargestellt. Hier wurde für das Verstärkungsprofil 2 eine Aufnahme 14 in das Hydroformwerkzeug 5 eingearbeitet. Die Aufnahme 14 entspricht in etwa der Wandstärke des äußeren Verstärkungsprofils 2. So lässt sich ein im Wesentlichen kontinuierlicher Wandverlauf des Grundprofils 1 realisieren.
• In den Fällen in denen das versteifende äußere Verstärkungsprofil 2 nicht umfänglich geschlossen ist, kann eine Verbindung von Verstärkungsprofil 2 und Grundprofil 1 z. B. durch Punktschweißen erfolgen. Dies erleichtert Handhabungsarbeiten und stabilisiert die Profile 1 und 2 im Hydroformwerkzeug 5. Auch nach dem Hydroformen kann eine Punktschweißung die Verbindung der Bauteile erhöhen und ergibt eine sogenannte Punktschweißklebung.
• Weiterhin wird vorgeschlagen im Hydroformprozess durch Innenhochdruckbeaufschlagung eine Struktur oder Muster in die Profile einzuarbeiten die die Klebung unterstützten. Die Strukturierung bzw. das Musterung wird dabei in die Gravur des Hydroformwerkzeuges 5 eingebracht und durch den Druck in das Grund- und Verstärkungsprofil 1, 2 übertragen. Diese Strukturierung führt zu einem Formschluss zwischen Grund- und Verstärkungsprofil 1, 2.
• Zusätzlich wird vorgeschlagen Austrittskanäle 6 für überschüssiges Verbindungsmedium in das Hydroformwerkzeug 5 einzuarbeiten. Diese sind in vorteilhafter Weise im Bereich der Aufnahme 14 für das äußere Verstärkungsprofil 2 angeordnet. Also möglichst nah am Übergangsbereich von Grund- zu Verstärkungsprofil 1, 2, wo überschüssiges Verbindungsmedium austreten wird. Dies ermöglicht eine prozesssichere Herstellung von Trägerbauteilen da einerseits immer genügend Verbindungsmedium für eine vollflächige, sichere Verbindung eingefüllt werden kann, andererseits aber überschüssige Mengen abgeführt werden können um Medienanhäufungen zu vermeiden.
• Bis hierhin wurde nur die Verstärkung eines Grundprofiles 1 im äußeren Bereich behandelt. Hier soll nun der Vorschlag eine partielle Verstärkung im Inneren eines Grundprofiles 1 beschrieben werden.
• Hierzu wird ein Verstärkungsprofil 2 in ein Grundprofil 1 eingebracht wie dies in den 5a, 5b, 6a und 6b beispielhaft an zwei Ausführungsbeispielen dargestellt ist. In jedem Fall müssen die beiden Profile 1 und 2 vor der Innenhochdruckbeaufschlagung intensiv und vor allem dicht, beispielsweise durch einen Klebstoff, miteinander verbunden sein. Wird die Verbindung nicht ausreichend ausgeführt, dann besteht die Gefahr, dass sich das Verstärkungsprofil 2 von dem Profil 1 während des Umformens durch die Innenhochdruckbeaufschlagung löst und das Wirk- beziehungsweise Druckmedium zwischen Verstärkungsprofil 2 und Grundprofil 1 eindringt, mit der Folge, dass nur das Grundprofil in die Gravur des Werkzeuges 5 geformt wird und das Verstärkungsprofil 2 nicht „mitgenommen” wird.
• Zur Unterstützung der Verbindung kann das Verstärkungsprofil 2 entsprechend der Darstellungen in den 5a und 5b mit einer entsprechend langen Übergangsfase 15 ausgeführt sein. So wird bei Erhöhung des Innendruckes das Verstärkungsprofil 2 mit dem Grundprofil 1 umgeformt und der Innendruck kann sich nicht zwischen Grundprofil 1 und Verstärkungsprofil 2 ausbreiten. Vorteilhaft ist in diesem Fall wenn das Grundprofil 1 über eine höhere Wandstärke verfügt als das Verstärkungsprofil 2. Dies führt zu geringeren Belastungen in der Verbindungszone.
• In den 6a und 6b ist eine weitere Möglichkeit aufgezeigt. Liegt das Grundprofil 1 im Randbereich des Verstärkungsprofils 2 schon relativ nah an der Oberfläche des Werkzeuges 5 an, so kann auch eine schwache Verbindung zwischen Verstärkungsprofil 2 und Grundprofil die notwendige Dichtigkeit gewährleisten, so dass das Verstärkungsprofil 2 in seiner Gesamtheit zusammen mit dem Grundprofil 1 durch den durch die Innenhochdruckbeaufschlagung erzeugten Umformdruck in die Gravur des Werkzeuges 5 geformt wird.
• Bezugszeichenliste

1

Grundprofil

2

Verstärkungsprofil

3

Verbindungsmedium

4

Kontaktfläche

5

Werkzeug

6

Kanal

7

Oberfläche

8

Oberfläche

9

Randbereich

10

geschlossenes Profil

11

perforiertes Profil

12

aufgeschobene Netzstruktur

13

Fügebereich

14

Aufnahme

15

Fase

22

Längsträgerprofil

23

Querträgerprofil

P

Innenhochdruck

• 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 102006040073 [0003]
• WO 2002081115 A1 [0004]
• Zitierte Nicht-Patentliteratur
• DIN EN 10149-2 [0010]
• DIN EN 10305-3 [0010]
• DIN EN10130 [0010]

Claims (12)

1. Strukturbauteil für ein Kraftfahrzeug mit einem hohlförmigen Grundprofil (1), welches über seine Längserstreckung ein innen oder außen anliegendes weiteres Profil (2; 10; 11; 12) aufweist, wobei das Grundprofil (1) zusammen mit dem weiteren hohlförmigen Profil (2; 10; 11; 12) durch Innenhochdruckbeaufschlagung aufgeweitet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Profil (2; 10; 11; 12) als Verstärkungsprofil ausgebildet ist und sich nur partiell über die Längserstreckung des Grundprofils erstreckt.
2. Strukturbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsprofil (2; 10; 11; 12) als geschlossenes Hohlprofil ausgebildet ist.
3. Strukturbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsprofil (2; 10; 11; 12) als offenes Profil ausgebildet ist.
4. Strukturbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Grundprofil (1) und Verstärkungsprofil (2; 10; 11; 12) ein Verbindungsmedium (3) angeordnet ist.
5. Strukturbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsprofil (2; 10; 11; 12) eine Perforierung bzw. auf seiner dem Grundprofil (1) zugewandten Kontaktfläche (4) eine Struktur aufweist.
6. Strukturbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ausschließlich im Bereich des wenigstens einen Verstärkungsprofils (2; 10; 11; 12) durch Innenhochdruckbeauschlagung aufgeweitet ist.
7. Strukturbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Randbereiche (9) des wenigstens einen Verstärkungsprofils (2; 10; 11; 12) im Wesentlichen von der Innenhochdruckverformung ausgenommen sind.
8. Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils für ein Kraftfahrzeug mit einem hohlförmigen Grundprofil (1) enthaltend folgende Verfahrensschritte: e) Bereitstellung eines ein hohlförmiges Grundprofil (1) enthaltendes Ausgangswerkstückes, f) Positionierung wenigstens eines Verstärkungsprofils (2; 10; 11; 12) an einer äußeren oder inneren Oberfläche (7; 8) des Grundprofil (1), wobei sich das Verstärkungsprofils (2) nur partiell über die Längserstreckung des Grundprofils (1) erstreckt, g) Positionierung des Grundprofils (1) mit dem daran oder darin positionierten Verstärkungsprofil (2; 10; 11; 12) in einem Werkzeug (5) zur Innenhochdruckverformung, h) Innenhochdruckverformung des Grundprofils (1) mit dem daran oder darin positionierten Verstärkungsprofil (2; 10; 11; 12) in dem Werkzeug (5).
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Innenhochdruckverformung zwischen Grundprofil (1) und Verstärkungsprofil (2; 10; 11; 12) ein Verbindungsmedium (3) angeordnet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass überschüssiges Verbindungsmedium (3) vor, während oder nach der Innenhochdruckverformung bevorzugt über wenigstens einen im Werkzeug (5) angeordneten Kanal (6) abgeführt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundprofil (1) derart im Werkzeug (5) positioniert wird, dass es nur im Bereich des wenigstens einen Verstärkungsprofils (2; 10; 11; 12) aufgeweitet wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Positionierung des Verstärkungsprofils (2; 10; 11; 12) an der äußeren Oberfläche (7) des Grundprofils (1) Randbereiche (9) des Verstärkungsprofils (2) derart im Werkzeug fixiert werden, dass die Randbereiche (9) bei der Innenhochdruckverformung im Wesentlichen unverformt bleiben.

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