-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbund-Metallteil und dessen Herstellungsverfahren.
-
Bei Maschinen aller Art ist es von Vorteil, das Gewicht reduzieren zu können, ohne dabei eine Einbuße an Leistungsfähigkeit in Kauf nehmen zu müssen. Bei Kraftfahrzeugen ist das Bedürfnis nach Gewichtsreduzierung besonders groß, da die zum Beschleunigen des Fahrzeugs erforderliche Energie, und damit auch der Kraftstoffverbrauch, proportional zur zu beschleunigenden Masse des Fahrzeugs ist.
-
Ein Weg zur Gewichtsreduzierung könnte theoretisch darin bestehen, Metallbauteile zu verwenden, die örtlich unterschiedliche Wandstärken aufweisen und deren Wandstärken an jedem Ort jeweils gerade so hoch sind, dass sie einer an diesem Ort erwarteten maximalen Belastung standhalten können. Metallbauteile mit von Ort zu Ort unterschiedlichen Dicken sind in unterschiedlichen Formen bekannt, z. B. als Tailor welded blanks (TWBs), in denen Bleche mit unterschiedlichen Eigenschaften stumpf verschweißt sind, oder Tailor rolled blanks (TRBs), die durch Walzen eines Bandes in einem Walzspalt mit zeitlich veränderlicher Breite erhalten werden. In einem kontinuierlichen Prozess in Bandform gefertigte TWBs, auch als TWCs (Tailor welded coils) bezeichnet, sind nur mit in Querrichtung variabler Dicke fertigbar; bei TRBs ist die Dicke in Längsrichtung variabel, dafür aber in Querrichtung konstant.
-
DE 10 2011 007 937 offenbart ein Verbund-Metallteil mit zwei Metallschichten, von denen die erste durch ein Grundbauteil und die zweite durch einen Patch gebildet ist, der mit dem Grundbauteil verschweißt, verlötet oder verklebt ist. Die Patches werden an den Grundbauteilen einzeln angebracht, nachdem die Grundbauteile aus einer Platine ausgeschnitten worden sind. Dies macht die Serienfertigung aufwendig.
-
Eine Aufgabe der Erfindung ist, ein Verbund-Metallbauteil mit von Ort zu Ort variabler Belastbarkeit zu schaffen, das mit großen Abmessungen oder in großen Serien kostengünstig gefertigt werden kann.
-
Die Aufgabe wird gelöst, indem bei einem Verbund-Metallteil mit wenigstens zwei Metallschichten das Dickenverhältnis von erster zu zweiter Metallschicht in einer ersten Region des Bauteils kleiner ist als in einer zweiten Region, und die beiden Metallschichten durch einen Walzprozess verbunden sind. Durch den Walzprozess kann eine großflächige innige Verbindung zwischen den sich berührenden Metallschichten rationell in kurzer Zeit hergestellt werden.
-
Um unterschiedliche Dickenverhältnisse in erster und zweiter Region zu erzielen, kann für wenigstens eine der Metallschichten ein Tailored blank, insbesondere ein TRB oder ein TWB, verwendet werden, das in der ersten Region eine andere nichtverschwindende Dicke aufweist als in der zweiten Region. Die andere Schicht kann ihrerseits ein Blech von konstanter Dicke sein; es können aber auch zwei Tailored blanks verwendet, insbesondere ein TWB mit einem TRB kombiniert werden, um ein Verbund-Metallteil mit in zwei Raumrichtungen variabler Dicke zu erhalten.
-
Einer vereinfachten Abwandlung zufolge ist die Dicke der ersten Metallschicht in der ersten Region Null und in der zweiten Region von Null verschieden; so können unterschiedliche Dickenverhältnisse in erster und zweiter Region eingestellt werden, ohne dass dafür ein Tailored Blank benötigt wird.
-
Wenn die erste Metallschicht ein Streifen ist, der sich in Längsrichtung des Bandes erstreckt; kann ein in einem kontinuierlichen Walzvorgang ein bandförmiges Verbund-Metallteil in beliebiger Länge erzeugt werden. Wenn der Streifen schmaler als das Band gewählt wird, wird zwangsläufig ein Teil der zweiten Metallschicht nicht von der ersten bedeckt und kann als die oben erwähnte erste Region aufgefasst werden, in der das Dickenverhältnis von erster zu zweiter Metallschicht klein, nämlich Null, ist.
-
Alternativ kann die erste Metallschicht ein Lochblech sein; die erste Region des fertigen Verbund-Metallteils umfasst dann wenigstens die Löcher des Lochblechs.
-
Vorzugsweise bilden die ersten und zweiten Regionen des Verbund-Metallteils mehrere untereinander identische Anordnungen; so kann das Verbund-Metallteil weiterverarbeitet werden, indem kleinere Verbund-Metallteile daraus ausgeschnitten werden. Indem das Ausschneiden den entlang von mit Bezug auf die Anordnungen definierten Grenzen erfolgt, können zahlreiche kleinere Verbund-Metallteile mit jeweils untereinander identischer Verteilung von ersten und zweiten Regionen erhalten werden.
-
Erste und zweite Metallschichten können aus demselben Werkstoff bestehen; dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn sich in beiden Metallschichten Regionen unterschiedlicher Dicke in verschiedenen Richtungen erstrecken und durch das Walzen ein Verbund-Metallteil mit in zwei verschiedenen Richtungen variabler Dicke erhalten wird.
-
In den meisten Fällen wird man jedoch unterschiedliche Werkstoffe für die verschiedenen Metallschichten verwenden. So kann es insbesondere sinnvoll sein, die zweite Metallschicht duktiler als die erste zu wählen, um ein Verbund-Metallteil zu erhalten, das in der ersten Region gut formbar und in der zweiten formbeständig ist.
-
Ein solches Verbund-Metallteil eignet sich z. B. für die Fertigung von Außenhautelementen eines Kraftfahrzeugs wie etwa einer Fronthaube, Kotflügeln, Türen oder einer Heckklappe; hier kann die erste Region einen die zweite Region umgebenden Randbereich bilden, der beim Aufziehen des Verbund-Metallteils auf einen Rahmen um diesen herumgebördelt werden kann, während die zweite Region die Formstabilität des Außenhautelement gewährleistet.
-
Von den Metallschichten des Verbund-Metallteils kann eine aus Stahl und die andere aus Aluminium bestehen. So können die unterschiedlichen Schweißeigenschaften beider Metalle genutzt werden, um sowohl Bauteile aus Stahl als auch solche aus Aluminium durch Verschweißen mit dem Verbund-Metallteil miteinander zu verbinden.
-
Wenn die erste Metallschicht ein Lochblech ist, dann können Bauteile aus Stahl und Bauteile aus Aluminium an einer gleichen Oberfläche des Verbund-Metallteils angeschweißt werden, indem man die einen an der ersten Metallschicht und die anderen an der in den Löchern der ersten Metallschicht freiliegenden zweiten Metallschicht verschweißt.
-
Ein solches Verbund-Metallteil aus Stahl und Aluminium kann z. B. an einem Dachrahmen einer Kraftfahrzeugkarosserie zum Einsatz kommen, um ein Dachblech aus Aluminium mit stählernen A-, B- oder C-Säulen zu verbinden.
-
Alternativ kann das Lochblech auch zwischen zwei zweiten Metallschichten eingeschlossen sein. Nach dem Walzprozess werden dann im Allgemeinen im resultierenden Verbund-Metallteil an den Orten der Löcher Hohlräume zurückbleiben. Da diese Hohlräume – zumindest wenn ihre Abmessungen in derselben Größenordnung wie die Wellenlänge von sich in dem Verbund-Metallteil ausbreitendem Schall liegt, die Ausbreitung dieses Schalls behindern, kann ein solchen Verbund-Metallteil vorteilhaft für schalldämpfende Strukturen in einem Fahrzeug wie etwa für eine Stirnwand verwendet werden, die Motorraum und Fahrgastzelle des Fahrzeugs voneinander trennt.
-
Einer weiteren Abwandlung zufolge kann die zweite Metallschicht ein presshärtender Stahl und die erste Metallschicht ein weicher Stahl sein. Presshärtende Stähle sind im Allgemeinen nur gering verformbar und versagen bereits bei geringer Verformung, indem sich Spannungsrisse im Material ausbreiten, bis es zum Bruch kommt. Es hat sich herausgestellt, dass eine Beschichtung aus einem relativ weichen Stahl die Belastbarkeit eines presshärtenden Stahls deutlich verbessern kann, vermutlich indem sie das Wachstum der Dehnungsrisse behindert.
-
Da die Schicht aus weichem Stahl nur an den Stellen wirksam ist, die unter Last tatsächlich gedehnt werden, kann Gewicht eingespart werden, indem sie in den Bereichen des Verbund-Metallteils, die keiner Dehnung unterliegen, weggelassen wird oder zumindest dünner ist als in dehnungsbeanspruchten Bereichen.
-
Die dehnungsbeanspruchten Bereiche sind in der Praxis meist solche mit konvexer Oberflächenkrümmung. Deswegen ist vorzugsweise die der ersten Metallschicht zugewandte Oberfläche der zweiten Metallschicht in der ersten Region, in der die erste Metallschicht relativ dünn oder nicht vorhanden ist, konkav und in der zweiten Region konvex gekrümmt.
-
Einem konkav gekrümmten Oberflächenbereich auf einer Seite der zweiten Metallschicht liegt im Allgemeinen ein konvex gekrümmter Oberflächenbereich an der anderen Seite gegenüber. Wenn zwei erste Schichten an beiden Seiten der zweiten Schicht vorgesehen sind, können sie daher zweckmäßigerweise alternierend angeordnet sein, so dass einem Stück der ersten Schicht an einer Seite der zweiten Schicht jeweils eine Lücke der anderen ersten Schicht gegenüberliegt.
-
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum Fertigen eines Verbund-Metallteils wie oben beschrieben mit den Schritten:
- – Bereitstellen einer ersten und einer zweiten Metallschicht;
- – Modulieren der Dicke wenigstens einer der Metallschichten;
- – Verbinden der Metallschichten durch einen Walzprozess.
-
Das Modulieren der Dicke kann ein Walzen der Metallschicht mit variabler Breite des Walzspalts sein, die Metallschicht kann aber auch gelocht werden.
-
Wenn die ersten und zweiten Regionen mehrere untereinander identische Anordnungen bilden, können die Grenzen, entlang derer das Verbund-Metallteil in kleinere Teile zerlegt wird, mit Bezug auf die Anordnungen definiert werden, so dass die erhaltenen kleineren Teile jeweils identische Verteilungen der ersten und zweiten Bereiche aufweisen. Dies gewährleistet ein einheitliches Deformationsverhalten bzw. eine einheitliche Belastbarkeit der erhaltenen Teile.
-
Ein Modulieren der Dicke kann entfallen, wenn die erste und zweite Metallschicht jeweils in Form eines Streifens bereitgestellt werden und der Streifen der ersten Metallschicht schmaler als der der zweiten Metallschicht ist.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung des Herstellungsverfahrens eines Verbund-Metallteils gemäß der Erfindung;
-
2 ein mit dem Verfahren der 1 erhaltenes Verbund-Metallteil in Draufsicht;
-
3 eine im Verfahren der 1 auf ein Tailor rolled blank aufgewalzte Metallschicht;
-
4 eine schematische Darstellung eines alternativen Verfahrens und eines daraus erhaltenen Verbund-Metallteils;
-
5 einen aus dem Verbund-Metallteil der 4 erhaltenen Zuschnitt;
-
6 einen Schnitt entlang der Ebene VI-VI der 5
-
7 eine alternative Ausgestaltung der aufgewalzten Metallschicht;
-
8 einen zu 6 analogen Schnitt durch ein unter Verwendung der Metallschicht aus 7 erhaltenes Verbund-Metallteil;
-
9 ein durch das Verfahren der 4 erhaltenes Verbund-Metallteil;
-
10 einen aus dem Verbund-Metallteil der 9 gefertigten Zuschnitt;
-
11 einen Längsschnitt durch eine Wand einer aus dem Zuschnitt der 10 gefertigten Crashbox;
-
12 eine Draufsicht auf ein Lochblech und ein unter Verwendung des Lochblechs erhaltenes Verbund-Metallteil;
-
13 einen Schnitt durch einen unter Verwendung von Verbund-Metallteilen zusammengefügten Dachrahmen eines Kraftfahrzeugs, und
-
14 ein weiteres Verbund-Metallteil in Draufsicht.
-
1 veranschaulicht ein Verfahren zur Fertigung eines Verbund-Metallteils anhand eines schematischen Längsschnitts. Aus einem zugeführten Metallband 1 wird zunächst mit Hilfe von einen Walzspalt 2 von variabler Breite begrenzenden verstellbaren Walzen 3 ein Tailor rolled blank 4 gefertigt, in dem sich Bereiche 5, 6 unterschiedlicher Materialstärke in Laufrichtung abwechseln. Dieses Tailor rolled blank 4 passiert einen weiteren Walzspalt 7 zwischen zwei Walzen 8, in welchem an einer oder beiden Oberflächen des Tailor rolled blank 4 wenigstens eine weitere Metallschicht 9, 9' aufgewalzt wird. Die Walzen 8 folgen den Bewegungen der Walzen 3 quer zur Laufrichtung mit einem Zeitversatz, der der Laufzeit des Bandes 1 vom Walzspalt 2 zum Walzspalt 7 entspricht, so dass die Materialstärke der Schicht (oder Schichten) 9, 9' in Laufrichtung des Bandes 1 im Wesentlichen nicht variiert und ein Verbund-Metallteil 10 in Form eines endlosen Bandes 11 erhalten wird, in dem sich Regionen 12, entsprechend den Bereichen 5 hoher Wandstärke des Tailor rolled blank 4, mit einem relativ niedrigen Dickenverhältnis der Schicht(en) 9 zur Dicke des Tailor rolled blank 4, und Regionen 13 mit einem höheren Verhältnis abwechseln.
-
Das so erhaltene Verbund-Metallteil kann unmittelbar in Zuschnitte zerlegt werden; in der Praxis wird es meist zu einem Coil aufgewickelt werden, um zu einem Abnehmer transportiert und dort zerlegt zu werden.
-
Ein Anwendungsbeispiel dieses Verfahrens ist in 2 gezeigt. Gefertigt werden sollen Zuschnitte 14, die anschließend zu B-Säulen für ein Kraftfahrzeug umgeformt werden sollen. Die Zuschnitte 14 umfassen jeweils ein Fußstück 15, das zur Befestigung an einem Schweller des Fahrzeugs vorgesehen ist, ein Kopfstück 16 zur Befestigung am Dach und ein langgestrecktes Mittelstück 17, das sich im fertigen Fahrzeug zwischen zwei Türen erstreckt und Scharniere einer dieser Türen trägt. Linien 18, entlang derer die Zuschnitte 14 aus dem Verbund-Metallteil 10 herausgeschnitten werden sollen, sind in der 2 eingezeichnet. Die Zuschnitte 14 erstrecken sich im Wesentlichen in Laufrichtung des Bandes 11 durch die Walzspalte 2, 7. Regionen 12, in denen das dem Band 11 zugrundeliegende Tailor rolled blank 4 eine hohe Wandstärke hat, kreuzen jeweils einen zentralen Bereich des Mittelstücks 17, so dass sie im fertigen Fahrzeug etwa in Höhe einer Gürtellinie zu liegen kommen. Diese Gürtellinienverstärkung ist kostengünstig realisierbar, da die Zuschnitte 14 nicht erst ausgeschnitten und dann einzeln verstärkt werden müssen, sondern die Verstärkung bereits während des Walzens in den Spalten 2, 7 erzeugt wird.
-
Das Metallband 1 kann hier aus einem hochfesten, insbesondere presshärtenden Stahl bestehen, während für die ein- oder beidseitig aufgewalzten Schichten 9 ein weicherer, zäherer Stahl verwendet werden kann. So erlaubt zum einen die hohe Festigkeit des presshärtenden Stahls, die Wandstärke des Zuschnitts 14 als Ganzes gering zu wählen und so Gewicht zu sparen, während die Schichten 9 für eine ausreichende Verformbarkeit und ein hohes Energieaufnahmevermögen bei einem Unfall sorgen.
-
Um das Gewicht des letztendlich im Fahrzeug eingebauten Verbund-Metallteils, hier also der B-Säule, zu minimieren, kann die bei verschiedenen Unfallszenarien zu erwartende Deformation abgeschätzt und die Schicht 9 oder 9' an Stellen des Zuschnitts 14, die bei diesen Unfallszenarien nicht oder nur gering zugbelastet sind, ausgespart werden. Wenn etwa die Zuschnitte 14 in an sich bekannter Weise zu einem Profil mit hutförmigem Querschnitt umgeformt werden, wobei an den Rändern des Mittelstücks 17 geformte Flansche ins Fahrzeuginnere weisen, dann stehen insbesondere diese Flansche unter Zugbeanspruchung, wenn die B-Säule bei einem Aufprall aus seitlicher Richtung ins Innere des Fahrzeugs gedrückt wird, und um die Beständigkeit der B-Säule gegen eine solche Belastung zu optimieren, kann es sinnvoll sein, zumindest an der dem Fahrzeuginnern zugewandten Seite des Zuschnitts 14 die Schicht 9 oder 9' an den Flanschen anzubringen, zwischen den Flanschen aber eine Lücke zu lassen.
-
Dem kann bereits im Walzprozess Rechnung getragen werden, indem, wie in 3 gezeigt, die Schicht 9', die an der später dem Fahrzeuginneren zugewandten Seite des Tailor rolled blank 4 aufgewalzt wird, nicht flächendeckend ist, sondern abgesehen von Flächenelementen 19, die sich später an den Flanschen des Mittelstücks 17 wiederfinden sollen, nur ein Netzwerk von Streben 20 umfasst, die notwendig sind, um den Zusammenhalt der Flächenelemente 19 in der Schicht 9' vor dem Aufwalzen und deren korrekte Platzierung auf dem Tailor rolled blank 4 während des Aufwalzens sicherzustellen.
-
4 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Metallband 1 konstanter Dicke, das einen Walzspalt 7 durchläuft. Wie im Falle der 1 können in diesem Walzspalt 7 Schichten 9, 9' auf eine oder beide Oberflächen des Metallbands 1 aufgewalzt werden, von denen in 4 allerdings nur eine sichtbar ist. Diese Schicht 9 ist ein Streifen von geringerer Breite als das Metallband 1; er teilt das im Walzprozess erhaltene Band 11 in eine Region 13, in der die Dicke der Schicht 9 von Null verschieden ist, und beiderseits daran angrenzende Regionen 12, in denen die Dicke der Schicht 9 Null ist.
-
Im Falle der 4 sind die aus dem Band 11 zu fertigenden Teile wiederum B-Säulen; die Zuschnitte 14 sind quer zur Laufrichtung des Bandes 11 orientiert, so dass die Schicht 9 jeweils einen zentralen Bereich des Mittelstücks 17 kreuzt, um eine Gürtellinienverstärkung entsprechend derjenigen zu schaffen, die im Falle der 1 durch einen Bereich 5 hoher Wandstärke des Tailor rolled blank 4 gebildet ist.
-
Auch hier muss die Gürtellinienverstärkung nicht an jedem B-Säulenzuschnitt einzeln angefügt werden, sondern wird effizient im Rahmen des Walzprozesses erzeugt. Da der Streifen im Gegensatz zu der vielfach durchbrochenen Schicht 9' der 3 ohne nennenswerten Verschnitt erzeugt werden kann, ist mit dem Verfahren der 4 eine besonders kostengünstige Fertigung möglich.
-
5 zeigt einen einzelnen aus dem Band 11 erhaltenen Zuschnitt 14. Entlang der Ränder des Mittelstücks 17 sind die Bereiche, die später dem Fahrzeuginneren zugewandte Flansche 21 der B-Säule bilden sollen, durch eine gestrichelte Begrenzungslinie hervorgehoben. 6 zeigt einen Schnitt in Laufrichtung durch die aus dem Zuschnitt 14 Zuschnitt 14? geformte B-Säule entlang der Schnittlinie VI-VI der 5. Die Schicht 9 erstreckt sich durchgehend an der Oberseite des Zuschnitts 14 von einem Flansch 21 zum andern.
-
Eine auf die Unterseite aufgewalzte Schicht 9' kann, wie bereits in 3 gezeigt, ein im Wesentlichen auf die Flächenelemente 19 und die sie zusammenhaltenden Verbindungsstreben 20 reduziertes Lochblech sein. Die Grenzen der Zuschnitte 14 sind jeweils so gelegt, dass die Flächenelemente 19 sich an den Flanschen 21 wiederfinden. Im Fall der 6 erstrecken sie sich auch über einen konvex gekrümmten Übergangsbereich 22 zwischen den Flanschen und angrenzenden vorderen und hinteren Flanken 23 der B-Säule, so dass sie im Falle einer in Fahrzeuglängsrichtung wirkenden Stauchbelastung der B-Säule unter Zugspannung geraten und die B-Säule dadurch versteifen. Dieselbe Wirkung hat die Schicht 9 im Übergangsbereich 24 zwischen den Flanken 23 und einem vom Fahrzeuginnern abgewandten Wandabschnitt 25 der B-Säule.
-
7 zeigt in einer Draufsicht analog zu 3 eine zum Aufwalzen auf die Innenseite des Tailor rolled blank 4 vorgesehene durchbrochene Schicht 9'. Die Umrisse der nach dem Aufwalzen aus dem Verbundmaterial vereinzelten Zuschnitte 14 sind als gestrichelte Linien eingezeichnet. Flächenelemente 19 sind so angeordnet, dass sie sich nach dem Tiefziehen der Zuschnitte 14 jeweils wie in 8 gezeigt in den Mittelstücken 17 der B-Säulen zwischen deren Flanschen 21 wiederfinden. So ist eine fertige B-Säule jeweils an ihrer Außenseite durch das Band 13 versteift. Indem das Flächenelemente 19 sich entlang des Wandabschnitts 25 und über die Übergangsbereiche 24 hinweg in die Flanken 23 erstreckt, wird die Beständigkeit der B-Säule über deren gesamte Höhe hinweg, auch oberhalb und unterhalb des Bandes 13, gegen einen Aufprall aus seitlicher Richtung erhöht.
-
9 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein Verbund-Metallteil 10, wiederum in Form eines endlosen Bandes 11, bei dem streifenförmige Schichten 9, 9' in alternierender Anordnung auf Ober- und Unterseite eines Metallbands 1 konstanter Dicke aufgewalzt sind, um Bereiche 12, 13 zu bilden, die sich im Dickenverhältnis zwischen den Metallschichten 9, 9' und dem Band 1 unterscheiden. Das Verbund-Metallteil 10 wird durch einfaches Kappen quer zur Laufrichtung in einzelne Zuschnitte 14 zerlegt, und in die Zuschnitte 14 werden wie in 10 gezeigt sich in der Laufrichtung erstreckende Wellen eingeprägt. Die Kämme 26 und Täler 27 der Wellen sind an den beiden Oberflächen des Zuschnitts 14 jeweils so platziert, dass die Schichten 9, 9' sich an einem konvex gewölbten Oberflächenbereich des Zuschnitts 14 befinden und in einem dazwischenliegenden konkav gewölbten Oberflächenbereich unterbrochen sind. Vier Reihen von Löchern 28 gliedern den Zuschnitt 14 in fünf rechteckige Abschnitte. Da die Löcher 28 jeweils die Wellenkämme 26 unterbrechen, ist der Zuschnitt entlang der Reihen von Lachern leicht zu biegen und zu einer Crashbox in Gestalt eines vorn und hinten offenen Quaders formbar, von dem eine Wand in 11 im Längsschnitt gezeigt ist. Wenn die Crashbox in Längsrichtung gestaucht wird, werden die Schichten 9, 9' jeweils auf Dehnung beansprucht und erhöhen so das Energieaufnahmevermögen der Crashbox.
-
Wie oben beschrieben kann das Metallband 1 ein hochfester Stahl sein, dessen Bruchdehnung durch die Schichten 9, 9' aus zäherem, besser dehnbarem Stahl verbessert wird; in Betracht kommt aber auch, ein Metallband 1 aus preiswerten Flussstahl oder aus Aluminium durch Schichten 9, 9' eines höhenwertigen Stahls zu verstärken.
-
Von besonderem Interesse ist ein Schichtaufbau mit einer relativ weichen Schicht 1 zwischen zwei höher belastbaren Schichten 9, 9', wenn die innere Schicht 1 wie in 12 gezeigt als Lochblech ausgebildet ist. Die Löcher 42 des Lochblechs können über die ganze Ausdehnung der Schicht 1 hinweg ein periodisch wiederholtes Muster bilden; in der Ausgestaltung der 12 ist dem kleinräumig periodischen Muster der Löcher 42 ein großräumiges, hier leiterähnliches, Muster aus nicht durchlöcherten Streben 43, 44 überlagert. Die Streben 43, 44 sind so platziert, dass wenn, nachdem im Walzspalt 7 die Schichten 9, 9' aufgewalzt worden sind, das erhaltene Verbundmaterial entlang der Streben 43, 44 geschnitten werden kann, um Zuschnitte 14 für die Fertigung einer Stirnwand zu erhalten. Die aufgewalzten Schichten 9, 9' haften zwar an der Schicht 1, berühren sich aber gegenseitig in deren Löchern 42 nicht; stattdessen bilden diese Löcher 42 im aus den Schichten 1, 9, 9' gebildeten Verbundmaterial Hohlräume. Da entlang der nicht durchlöcherten Streben 43, 44 geschnitten wird, ist keiner dieser Hohlräume zum Rand eines Zuschnitts hin offen. Feuchtigkeit und Schmutz, die Korrosion fördern könnten, können nicht in die Hohlräume gelangen.
-
Der Abstand zwischen zwei sich entsprechenden Mustern der Streben 43, 44 kann ein ganzzahliges Vielfaches des Abstands der Löcher 42 sein; dies ist allerdings nicht zwingend, da es für das Deformationsverhalten der fertigen Stirnwand nicht auf die genaue Lage der Löcher 42, sondern allenfalls auf ihren Anteil an der Fläche der Schicht 9' bzw. die mittlere Dicke der Schicht 1 in einem Bereich außerhalb der Streben 43, 44 ankommt. In der Darstellung der 12 ist der Abstand der Muster der Streben 43, 44 ein halbzahliges Vielfaches des Abstands der Löcher 42, so dass die Anordnung der Löcher 42 sich jeweils von einem Zuschnitt 14 zum übernächsten wiederholt.
-
13 zeigt einen partiellen Querschnitt durch das Dach einer Kraftfahrzeugkarosserie. Gezeigt ist eine von zwei Längsstreben, die sich spiegelbildlich zueinander in Fahrzeuglängsrichtung erstrecken und das Fahrzeugdach in seitlicher Richtung begrenzen. Die Längsstrebe umfasst in an sich bekannter Weise ein inneres und ein äußeres Rahmenprofil 29, 30, deren einer Dachöffnung 33 benachbarte Ränder 31, 32 einander flächig berühren und aneinander verschweißt sind, um einen Flansch zu bilden, der sich, die Dachöffnung 33 zur Seite begrenzend, im Wesentlichen horizontal in Fahrzeuglängsrichtung erstreckt. In 13 nicht dargestellte, den Rändern 31, 32 gegenüberliegende Ränder der Rahmenprofile 29, 30 sind miteinander zu einem zweiten Flansch verbunden, der den oberen Rand einer Türöffnung der Karosserie bildet.
-
Eine Außenwand 34 der Längsstrebe und ein sich zwischen den beiden Längsstreben erstreckendes, die Dachöffnung 33 überdeckendes Dachblech 35 sind aus Aluminiumblech geformt. Die Rahmenprofile 29, 30 sind Verbund-Metallteile, die wie mit Bezug auf 1 oder 4 erläutert durch Aufwalzen von Schichten 9, 9' aus Aluminium auf ein Band 1 aus Stahl und anschließendes Zuschneiden und Formen erhalten sind. An einer Außenseite des Rahmenprofils 30 ist die Schicht 9 aus Aluminium lückenlos, so dass die Außenwand 34 und das Dachblech 35 an beliebigen Stellen entlang des Randes 32 angeschweißt werden können. An den einander zugewandten Seiten der Ränder 31, 32 haben die aufgewalzten Schichten 9' Löcher 36, in denen die stählernen inneren Schichten der Rahmenprofile 29, 30 einander berühren und miteinander verschweißt werden können. Die Löcher 36 bilden jeweils eine Region der Rahmenprofile 29, 30, in denen das Dickenverhältnis der Schichten 1, 9, 9' von dem der Umgebung abweicht.
-
14 zeigt eine Draufsicht auf ein Verbund-Metallteil 10, bei dem auf ein relativ duktiles Band 1 aus Aluminium eine ebenfalls bandförmige versteifende Schicht 9 aus hochfestem Stahl aufgewalzt ist, um eine Region 13 mit von Null verschiedenem Dickenverhältnis der Schichten 9, 1 zu bilden. Eine Region 12 des Bandes 1 bleibt von der Stahlschicht frei. Die Schicht 9 ist vor dem Aufwalzen ausgestanzt, um regelmäßig wiederkehrende Muster zu bilden, hier jeweils in Form eines Rahmens 37, der sich um ein Fenster 38 erstreckt und dessen Umriss einer Kraftfahrzeug-Fronthaube entspricht. Ein Muster kann mehrere das Fenster 38 kreuzende Streben 39 umfassen; außerdem kann die Schicht 9 im Fenster 38 feinmaschig ausgestanzt sein, um ein Lochblech zu bilden. Die von diesem Lochblech bedeckte Fläche des Verbund-Metallteils 10 kann als eine dritte Region aufgefasst werden, in der eine mittlere Schichtdicke der Schicht 9 kleiner als im Bereich des Rahmens 37 und der Streben 39, aber größer als in der Region 12 ist. Um die Muster in regelmäßiger Anordnung auf das Band 1 aufwalzen zu können, sind sie untereinander durch Streben 20 verbunden.
-
Nach den Aufwalzen der Schicht 9 auf das Band 1 wird das dadurch erhaltene Verbund-Metallteil 10 entlang von Linien 18 in Zuschnitte zerlegt. Die Linien 18 verlaufen mit Abstand um den Rahmen 37 herum, so dass im fertigen Zuschnitt der Rahmen 37 von einem Randbereich 40 umgeben ist, der abgesehen von Resten der Streben 20 und einzelnen, vom Rahmen 37 nach außen abstehenden Laschen 41, von der Schicht 9 frei ist.
-
Entlang der Außenkante des Rahmens 37 wird der Zuschnitt in an sich bekannter Weise auf einen Stützrahmen aus Stahlprofil aufgezogen, wobei der Randbereich 40 umgebördelt wird und an einer Unterseite des Stützrahmens zu liegen kommt. Da dabei auch die Reste der Streben 20 und die Laschen 41 mit der Unterseite des Stützrahmens in Berührung kommen, kann dort Stahl auf Stahl verschweißt werden, obwohl die sichtbare Oberfläche der auf diese Weise erhaltenen Fronthaube vollständig aus Aluminium besteht.
-
Es versteht sich, dass die obige detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen zwar bestimmte exemplarische Ausgestaltungen der Erfindung darstellen, dass sie aber nur zur Veranschaulichung gedacht sind und nicht als den Umfang der Erfindung einschränkend ausgelegt werden sollen. Diverse Abwandlungen der beschriebenen Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Rahmen der nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalenzbereich zu verlassen. Insbesondere gehen aus dieser Beschreibung und den Figuren auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Metallband
- 2
- Walzspalt
- 3
- Walze
- 4
- Tailor rolled blank
- 5
- Bereich
- 6
- Bereich
- 7
- Walzspalt
- 8
- Walze
- 9
- Metallschicht
- 10
- Verbund-Metallteil
- 11
- Band
- 12
- Region
- 13
- Region
- 14
- Zuschnitt
- 15
- Fußstück
- 16
- Kopfstück
- 17
- Mittelstück
- 18
- Linie
- 19
- Flächenelement
- 20
- Strebe
- 21
- Flansch
- 22
- Übergangsbereich
- 23
- Flanke
- 24
- Übergangsbereich
- 25
- Wandabschnitt
- 26
- Kamm
- 27
- Tal
- 28
- Loch
- 29
- Rahmenprofil
- 30
- Rahmenprofil
- 31
- Rand
- 32
- Rand
- 33
- Dachöffnung
- 34
- Außenwand
- 35
- Dachblech
- 36
- Loch
- 37
- Rahmen
- 38
- Fenster
- 39
- Strebe
- 40
- Randbereich
- 41
- Lasche
- 42
- Loch
-
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
-
