DE102020211958A1

DE102020211958A1 - Verfahren zum Verbinden von Profilelementen und Profilkonstruktion

Info

Publication number: DE102020211958A1
Application number: DE102020211958.9A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Vocht; Matthias Graul; Jannis Fritz
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2020-09-24
Filing date: 2020-09-24
Publication date: 2022-03-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines ersten Profilelements (1) mit einem zweiten Profilelement (2), aufweisend die folgenden Schritte:- Bereitstellen des ersten Profilelements (1), des zweiten Profilelements (2) sowie eines Verbindungsprofils (3),- Ausrichten des ersten Profilelements (1) mit dem zweiten Profilelement (2) und dem Verbindungsprofil (3),- Einbringen eines Klebstoffs (8) in das erste Durchgangsloch (4), und- Einführen eines Verbindungselements (11) in das erste Durchgangsloch (4) derart, dass das Verbindungselement (11) die erste Wandung (6) vollständig oder zumindest teilweise durchdringt und somit das erste Profilelement (1) am Verbindungsprofil (3) fixiert. Ferner betrifft die Erfindung eine Profilkonstruktion (13) für ein Kraftfahrzeug.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines ersten Profilelements mit einem zweiten Profilelement, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung eine Profilkonstruktion für ein Kraftfahrzeug, welche mittels eines derartigen Verfahrens hergestellt ist.
Im Karosseriebau ist eine Vielzahl unterschiedlicher Verfahren zum Verbinden mehrerer Profilelemente zur Herstellung einer tragenden Profilkonstruktion bekannt. Verbindungspunkte zwischen zwei Profilelementen werden oftmals auch als Knotenpunkte bezeichnet. Ein Knotenpunkt ist beispielsweise durch direktes Verschweißen von zwei Profilelementen erzeugbar. Hierfür sind die miteinander zu verbindenden Profilelemente genau zueinander auszurichten. Zudem hat ein direktes Verschweißen der Profilelemente den Nachteil, dass hierbei eine verhältnismäßig hohe Wärmemenge in die Profile eingebracht wird. Dies kann einen negativen Einfluss auf das Gefüge der Profilelemente haben und zu einem größeren Verzug der Profilkonstruktion führen.
Gemäß alternativer Verfahren werden Verbindungselemente, wie beispielsweise Druckgussteile, tiefgezogene Bleche oder dergleichen, zur Herstellung der Knotenpunkte verwendet. Die Verbindungselemente werden zur Herstellung der Knotenpunkte beispielsweise an die Profileelemente angelegt oder auf die Profilelemente aufgeschoben und vorzugsweise mit den Profilelementen anschließend verschweißt, insbesondere durch Punktschweißen, oder verklebt. Der Vorteil derartiger Verbindungselemente liegt in einer zusätzlichen Verstärkung der Knotenpunkte durch die Verbindungselemente sowie einen reduzierten Wärmeeintrag beim Verschweißen bzw. Verkleben und somit einen geringeren Verzug der Profilkonstruktion. Nachteilig bei diesen Verfahren ist der erhöhte Werkzeugaufwand, sodass zur Amortisierung der verhältnismäßig hohen Werkzeugkosten entsprechend große Stückzahlen zu produzieren sind.
Aus der DE 10 2008 056 507 A1 ist eine Profilkonstruktion bekannt, bei der Knotenpunkte über eine Hohlträgerkonstruktion aus zwei unter einem Winkel zueinander angeordneten Hohlträgern aus umgeformten Blechteilen verstärkt sind. Die Hohlträger sind miteinander sowie mit einem Fahrzeugschweller und einer Fahrzeugsäule über Flansche verbunden. Die DE 102 60 171 A1 offenbart eine Profilkonstruktion mit einem als Längsträger ausgebildeten Profilelement und einem als Querträger ausgebildeten Profilelement. Der Querträger weist zwei quer vom Querträger abstehende Verbindungsstücke auf, die mit Längsträgern verbunden sind.
Bekannte Profilkonstruktionen sind zumeist sehr aufwendig in der Herstellung oder erfordern kostenintensive Werkzeuge. Zudem können direkt geschweißte Profilkonstruktionen einen hohen Verzug sowie eine geringere Belastbarkeit aufweisen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei einem Verfahren zum Verbinden eines ersten Profilelements mit einem zweiten Profilelement sowie bei einer Profilkonstruktion zu beheben oder zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Profilkonstruktion zu schaffen, die auf eine einfache und kostengünstige Art und Weise auch für Kleinserien geeignet sind und/oder eine Schwächung durch übermäßige Wärmeeinbringung vermeiden.
Voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Demnach wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Verbinden eines ersten Profilelements mit einem zweiten Profilelement mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 sowie durch eine Profilkonstruktion für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 10 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Profilkonstruktion und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Verbinden eines ersten Profilelements mit einem zweiten Profilelement gelöst. Das Verfahren weist die folgenden Verfahrensschritte auf:

- Bereitstellen des ersten Profilelements, des zweiten Profilelements sowie eines Verbindungsprofils zum Verbinden des ersten Profilelements mit dem zweiten Profilelement, wobei das Verbindungsprofil ein erstes Durchgangsloch und ein zweites Durchgangsloch aufweist,
- Ausrichten des ersten Profilelements mit dem zweiten Profilelement und dem Verbindungsprofil derart, dass das Verbindungsprofil einen Bereich einer ersten Wandung des ersten Profilelements und einen Bereich einer zweiten Wandung des zweiten Profilelements derart abdeckt, dass das erste Durchgangsloch der ersten Wandung und das zweite Durchgangsloch der zweiten Wandung zugewandt angeordnet sind,
- Einbringen eines Klebstoffs in das erste Durchgangsloch derart, dass ein zwischen der ersten Wandung und dem Verbindungsprofil ausgebildeter erster Spalt mit dem Klebstoff vollständig oder teilweise ausgefüllt sowie ein zwischen der zweiten Wandung und dem Verbindungsprofil ausgebildeter zweiter Spalt mit dem Klebstoff vollständig oder teilweise ausgefüllt werden, und
- Einführen eines Verbindungselements in das erste Durchgangsloch derart, dass das Verbindungselement die erste Wandung vollständig oder zumindest teilweise durchdringt und somit das erste Profilelement am Verbindungsprofil fixiert.

Zunächst werden das erste Profilelement, das zweite Profilelement und das Verbindungsprofil bereitgestellt. Als erstes Profilelement und/oder zweites Profilelement werden vorzugsweise sogenannte m-Profile bereitgestellt, welche vorzugsweise durch Strangpressen, Rollen oder dergleichen hergestellt sind. Das Verbindungselement weist vorzugsweise eine Topografie auf, die mit einer Topografie des ersten Profilelements und einer Topografie des zweiten Profilelements zur Bildung eines Verbindungsknotens des ersten Profilelements mit dem zweiten Profilelement formschlüssig in Eingriff bringbar ist.
Das Ausrichten erfolgt vorzugsweise derart, dass das erste Profilelement und das zweite Profilelement mit dem Verbindungselement in Eingriff gebracht werden. Dies kann erfindungsgemäß auf unterschiedliche Arten erfolgen. Beispielsweise können zuerst das erste Profilelement und das zweite Profilelement an einer Ausrichtvorrichtung zueinander ausgerichtet werden. Anschließend wird das Verbindungselement an dem ersten Profilelement und dem zweiten Profilelement angeordnet. Alternativ kann das Verbindungselement erst am ersten Profilelement oder zweiten Profilelement angeordnet werden. Anschließend wird das Verbindungselement mit dem daran gehaltenen ersten Profilelement bzw. zweiten Profilelement am jeweils anderen zweiten Profilelement bzw. ersten Profilelement angeordnet. Das Verbindungselement ist vorzugsweise ausgebildet, eine relative Lage des ersten Profilelements und zweiten Profilelements zueinander festzulegen, sodass das am Verbindungselement angeordnete erste Profilelement zum am Verbindungselement angeordneten zweiten Profileelement eine vordefinierte Lage aufweist. In dieser Anordnung ist das erste Durchgangsloch des Verbindungsprofils dem ersten Profilelement und das zweite Durchgangsloch des Verbindungsprofils dem zweiten Profilelement zugewandt angeordnet. Das erste Durchgangsloch und/oder zweite Durchgangsloch weisen vorzugsweise einen Durchmesser von mindestens 3 mm auf. Ferner ist im angeordneten Zustand zwischen der ersten Wandung des ersten Profilelements und dem Verbindungsprofil der erste Spalt und zwischen der zweiten Wandung des zweiten Profilelements und dem Verbindungsprofil der zweite Spalt ausgebildet. Das Verbindungsprofil ist vorzugsweise ausgebildet, das erste Profilelement und/oder das zweite Profilelement von mindestens zwei Seiten zu umgeben. Vorzugsweise ist das Verbindungsprofil als Fließformelement ausgebildet. Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass das erste Profilelement und/oder zweite Profilelement und/oder Verbindungselement mittels einer Haltevorrichtung im ausgerichteten Zustand gehalten werden, um eine unbeabsichtigte Lageveränderung des jeweiligen Elements zu den anderen Elementen zu verhindern.
Der Klebstoff wird vorzugsweise im komplett ausgerichteten Zustand vom erstem Profilelement, zweitem Profilelement und Verbindungselement in das erste Durchgangsloch eingebracht. Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass bereits vor dem Ausrichten zumindest ein Teil des Klebstoffs am Verbindungselement angeordnet wird. Der Klebstoff wird derart in das erste Durchgangsloch eingebracht, dass der erste Spalt und der zweite Spalt mit dem Klebstoff zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, befüllt werden. Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass vor dem Einführen des Verbindungselements eine Voraushärtung des Klebstoffs erfolgt, um beispielsweise somit eine relative Lageveränderung des ersten Profilelements, des zweiten Profilelements und des Verbindungselements zu verhindern. Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass der Klebstoff zusätzlich in das zweite Durchgangsloch eingebracht wird.
Schließlich wird das Verbindungselement in das erste Durchgangsloch eingeführt. Hierbei wird das Verbindungselement vorzugsweise um seine Längsachse gedreht. Weiter bevorzugt erfolgt das Einführen des Verbindungselements mittels einer zusätzlichen Druckkraft auf das Verbindungselement in Einführungsrichtung. Das Einführen erfolgt derart, dass die erste Wandung des ersten Profilelements vom Verbindungselement zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, durchdrungen wird. Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass bei diesem Verfahrensschritt die erste Wandung des ersten Profilelements vom Verbindungselement aufgeschnitten, aufgebohrt oder zumindest derart aufgeweicht wird, dass das Verbindungselement durch die erste Wandung gedrückt wird. Vorzugsweise entsteht auf diese Weise eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Verbindungselement und dem ersten Profilelement. Auf diese Weise wird eine Fixierung des ersten Profilelements mit dem Verbindungsprofil verbessert. Weiter bevorzugt wird ein weiteres Verbindungselement in das zweite Durchgangsloch eingeführt. Hierbei wird das Verbindungselement vorzugsweise um seine Längsachse gedreht. Weiter bevorzugt erfolgt das Einführen des Verbindungselements mittels einer zusätzlichen Druckkraft auf das Verbindungselement in Einführungsrichtung. Das Einführen erfolgt derart, dass die zweite Wandung des zweiten Profilelements vom Verbindungselement zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, durchdrungen wird. Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass bei diesem Verfahrensschritt die zweite Wandung des zweiten Profilelements vom Verbindungselement aufgeschnitten, aufgebohrt oder zumindest derart aufgeweicht wird, dass das Verbindungselement durch die zweite Wandung gedrückt wird. Vorzugsweise entsteht auf diese Weise eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Verbindungselement und dem zweiten Profilelement. Auf diese Weise wird eine Fixierung des zweiten Profilelements mit dem Verbindungsprofil verbessert.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren hat gegenüber herkömmlichen Verfahren den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine solide Profilkonstruktion aus einem ersten Profilelement und einem zweiten Profilelement bereitgestellt ist. Durch das Verbindungsprofil wird ein leicht herzustellender Verbindungsknoten der Profilelemente bereitgestellt, durch den eine zusätzliche Verstärkung der Profilkonstruktion gewährleistet ist. Das Verbindungsprofil lässt sich mit einfachen Mitteln als abgekantetes Stanzteil herstellen. Somit sind auch nicht tiefziehbare, hochvergütete Stähle als Verbindungsprofil verwendbar. Überdies wird das lokale Gefüge der Profilelemente durch den Verzicht auf einen Schweißprozess, wie beispielsweise Punktschweißen, beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht geschwächt. Durch das Verkleben und Verschrauben wird eine Verbindung mit hoher Festigkeit gewährleistet. Das erfindungsgemäße Verfahren ist aufgrund seiner reduzierten Komplexität auch bei Kleinserien wirtschaftlich einsetzbar.
Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem Verfahren vorgesehen sein, dass ein Verbindungsprofil bereitgestellt wird, welches aus einem Blech durch Abkanten oder mittels eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellt ist. Derartige Verbindungsprofile lassen sich aus einer Vielzahl unterschiedlicher Werkstoffe herstellen, wobei die Auswahl eines geeigneten Werkstoffes anwendungsspezifisch erfolgen kann. Gemäß einer ersten Herstellungsvariante wird ein Blech bereitgestellt und durch entsprechendes Zuschneiden vorbereitet. Anschließend wird das zurechtgeschnittene Blech durch Abkanten zum Verbindungselement geformt. Gemäß einer zweiten Herstellungsvariante wird das Verbindungsprofil mittels eines additiven Fertigungsverfahrens, wie beispielsweise Lasersintern, Laminieren oder dergleichen, schichtweise hergestellt. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Gestaltungsfreiheit beim Festlegen eines zu verwendenden Werkstoffs des Verbindungsprofils verbessert ist. Somit sind beispielsweise Gewicht und/oder Steifigkeit und/oder Abmessungen der herzustellenden Profilkonstruktion auf vorteilhafte Weise gezielter beeinflussbar. Zudem sind die Herstellungskosten reduziert, da keine aufwendigen Spezialwerkzeuge, wie beispielsweise Umformwerkzeuge, für die Herstellung des Verbindungsprofils erforderlich sind.
Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass ein Verbindungsprofil bereitgestellt wird, welches eine Streckgrenze von mindestens 800 MPa und/oder eine Wandstärke von mindestens 1 mm aufweist. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Verbindung zwischen dem ersten Profilelement und dem zweiten Profilelement bereitgestellt ist, die eine besonders hohe Belastbarkeit aufweist. Die auf diese Weise hergestellte Profilkonstruktion ist somit besonders robust ausgebildet.
Weiter bevorzugt werden ein Verbindungsprofil und/oder erstes Profilelement und/oder zweites Profilelement bereitgestellt, welche ein Abstandselement zum formschlüssigen Festlegen einer minimalen Spaltbreite des ersten Spalts und/oder des zweiten Spalts aufweisen. Das Abstandselement ist vorzugsweise mit einer derart hohen Steifigkeit ausgebildet, dass beim Anordnen des ersten Profilelements, zweiten Profilelements und Verbindungselement keine Deformation des Abstandselements erfolgt. Das Abstandselement weist vorzugsweise eine punktförmige, kreisförmige oder linienförmige Erstreckung auf. Demnach kann das Abstandselement beispielsweise als Buckel, Delle, Kante, Welle oder dergleichen ausgebildet sein. Vorzugsweise werden auf diese Weise mehrere Abstandselemente bereitgestellt. Das Abstandselement kann beispielsweise durch ein additives Fertigungsverfahren, wie beispielsweise Lasersintern, oder durch ein formgebendes Verfahren, wie beispielsweise Prägen, hergestellt sein. Besonders bevorzugt ist das Abstandselement als Prägung am Verbindungsprofil ausgebildet. Eine solche Prägung ist leicht, mit einfachen Mitteln sowie kostengünstig herstellbar. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise das Einhalten einer minimalen Spaltbreite des ersten Spalts und/oder des zweiten Spalts sichergestellt ist. Auf diese Weise ist das bestimmungsgemäße Einbringen des Klebstoffs in den ersten Spalt und den zweiten Spalt verbessert.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann bei einem Verfahren vorgesehen sein, dass das Abstandselement eine Höhe von mindestens 0,1 mm aufweist. Somit sind ein erster Spalt und/oder zweiter Spalt mit einer Spaltbreite von mindestens 0,1 mm sicherstellbar. Bei einer derartigen Spaltbreite sind Scherspannungen beim Einbringen des Klebstoffs gegenüber kleineren Spaltbreiten reduziert. Zudem sind somit Lufteinschlüsse besser vermeidbar. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise das Einhalten einer minimalen Spaltbreite des ersten Spalts und/oder des zweiten Spalts sichergestellt ist. Auf diese Weise ist das bestimmungsgemäße Einbringen des Klebstoffs in den ersten Spalt und den zweiten Spalt verbessert.
Vorzugsweise wird der Klebstoff solange in das erste Durchgangsloch eingebracht, bis Klebstoff aus dem zweiten Durchgangsloch und/oder dem ersten Spalt und/oder dem zweiten Spalt nach außen austritt. Hierbei ist es bevorzugt, dass der Klebstoff solange eingebracht wird, bis dieser über die gesamte Spaltlänge aus dem ersten Spalt und/oder zweiten Spalt austritt. Somit ist sicherstellbar, dass der erste Spalt und/oder zweite Spalt vollständig mit Klebstoff befüllt ist. Bei einer Befüllung des ersten Spalts und zweiten Spalts mit Klebstoff durch das erste Durchgangsloch und das zweite Durchgangsloch ist es bevorzugt, dass das Befüllen solange durchgeführt wird, bis Klebstoff aus dem ersten Spalt und/oder zweiten Spalt austritt. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise die Haltekraft der Klebverbindung verbesserbar bzw. erhöhbar ist. Die Stabilität der erzeugten Profilkonstruktion ist somit erhöht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist bei einem Verfahren bevorzugt, dass das Verbindungselement mit einer Fügekraft von mindestens 1 kN und/oder einer Umdrehungszahl von mindestens 50 U/min derart in das erste Durchgangsloch eingebracht wird, dass zwischen dem Verbindungselement und dem ersten Profilelement eine stoffschlüssige Verbindung hergestellt wird. Überdies ist es bevorzugt, dass das Verbindungselement eine Spitzengeometrie aufweist, welche einen vorgegebenen Grad der Wärmeentwicklung zulässt, der erforderlich ist, um das Gefüge des ersten Profilelements entsprechend aufzuweichen. Hierfür ist es bevorzugt, dass die hinter dem ersten Durchgangsloch angeordnete erste Wandung als geschlossene Wandung ausgebildet ist oder ein Loch aufweist, welches einen kleineren Durchmesser als das Verbindungselement aufweist. In diesen Fällen wird mittels des Verbindungselements ein Loch in die erste Wandung eingebracht oder vergrößert und anschließend mittels des Verbindungselements verschlossen. Beim Erkalten des Materials der ersten Wandung und des Verbindungselements wird die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Profilelement und dem Verbindungselement verfestigt. Vorzugsweise wird das weitere Verbindungselement gleichermaßen in das zweite Durchgangsloch eingeführt. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise die Verbindung des ersten Profilelements mit dem Verbindungselement und zweiten Profilelement verbessert ist. Die Stabilität der erzeugten Profilkonstruktion ist somit erhöht.
Besonders bevorzugt wird beim Ausrichten des ersten Profilelements mit dem zweiten Profilelement und dem Verbindungsprofil das zweite Profilelement in das erste Profilelement oder das erste Profilelement in das zweite Profilelement gesteckt. Eine mögliche Stecktiefe ist vorzugsweise formschlüssig begrenzt. In diesem Rahmen ist es beispielsweise bevorzugt, dass das erste Profilelement mit dem zweiten Profilelement zunächst in eine Steckrichtung zusammengesteckt wird. Anschließend wird das Verbindungselement quer zur Steckrichtung am ersten Profilelement und zweiten Profilelement angeordnet. Vorzugsweise sind das erste Profilelement, zweite Profilelement und Verbindungselement derart ausgebildet, dass ein Auseinanderziehen des ersten Profilelements und zweiten Profilelements formschlüssig verhindert ist, wenn das Verbindungselement am zusammengesteckten ersten Profilelement und zweiten Profilelement angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Verbindung des ersten Profilelements mit dem zweiten Profilelement verbessert ist. Die Stabilität der erzeugten Profilkonstruktion ist somit erhöht.
Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass beim Ausrichten des ersten Profilelements mit dem zweiten Profilelement und dem Verbindungsprofil das Verbindungsprofil von einer Seite auf das erste Profilelement und/oder das zweite Profilelement aufgesetzt wird. Eine Aufsetztiefe ist vorzugsweise formschlüssig begrenzt. Hierbei kann auch vorgesehen sein, dass das erste Profilelement und das zweite Profilelement ineinandergesteckt werden. Das Verbindungsprofil ist vorzugsweise ausgebildet, das erste Profilelement und/oder zweite Profilelement von mindestens drei Seiten, vorzugsweise von vier Seiten und besonders bevorzugt von fünf Seiten zu umgeben. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Verbindung des ersten Profilelements mit dem zweiten Profilelement verbessert ist. Die Stabilität der erzeugten Profilkonstruktion ist somit erhöht.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Profilkonstruktion für ein Kraftfahrzeug gelöst. Die Profilkonstruktion weist ein erstes Profilelement, ein zweites Profilelement und ein das erste Profilelement mit dem zweiten Profilelement verbindendes Verbindungselement auf. Erfindungsgemäß ist die erfindungsgemäße Profilkonstruktion mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt.
Das erste Profilelement und/oder zweite Profilelement ist vorzugsweise als m-Profil, insbesondere durch Strangpressen, Rollen oder dergleichen, hergestellt. Als Werkstoff sind Bleche aus Aluminium, Stahl oder dergleichen bevorzugt. Vorzugsweise weist das erste Profilelement und/oder zweite Profilelement eine korrosionsbeständige, vorzugsweise nicht schweißbare, Oberflächenschicht auf. Das Verbindungsprofil ist vorzugsweise formschlüssig am ersten Profilelement und zweiten Profilelement angeordnet und über eine Klebverbindung sowie ein oder mehrere Verbindungselemente an diesen gehalten.
Bei der erfindungsgemäßen Profilkonstruktion ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einem Verfahren zum Verbinden eines ersten Profilelements mit einem zweiten Profilelement gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Demnach hat die erfindungsgemäße Profilkonstruktion gegenüber herkömmlichen Profilkonstruktionen den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine solide Profilkonstruktion aus einem ersten Profilelement und einem zweiten Profilelement bereitgestellt ist. Durch das Verbindungsprofil ist ein leicht herzustellender Verbindungsknoten der Profilelemente bereitgestellt, durch den eine zusätzliche Verstärkung der Profilkonstruktion gewährleistet ist. Das Verbindungsprofil lässt sich mit einfachen Mitteln als abgekantetes Stanzteil herstellen. Somit sind auch nicht tiefziehbare, hochvergütete Stähle als Verbindungsprofil verwendbar. Überdies wird das lokale Gefüge der Profilelemente durch den Verzicht auf einen Schweißprozess, wie beispielsweise Punktschweißen, bei einer erfindungsgemäßen Profilkonstruktion nicht geschwächt. Durch das Verkleben und Verschrauben wird eine Verbindung mit hoher Festigkeit gewährleistet. Die erfindungsgemäße Profilkonstruktion ist aufgrund seiner reduzierten Komplexität auch für Kleinserien wirtschaftlich herstellbar.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren sowie eine erfindungsgemäße Profilkonstruktion werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:

1 in einer Schnittdarstellung ein erster Zustand bei der Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 in einer Schnittdarstellung ein zweiter Zustand bei der Durchführung der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 in einer Schnittdarstellung ein dritter Zustand bei der Durchführung der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
4 in einer perspektivischen Ansicht ein erster Zustand bei der Herstellung eines Verbindungsprofils,
5 in einer perspektivischen Ansicht ein zweiter Zustand bei der Herstellung des Verbindungsprofils, und
6 in einer perspektivischen Ansicht einen Verbindungsknoten einer erfindungsgemäßen Profilkonstruktion.

Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 6 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
In 1 ist ein erster Zustand bei der Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch in einer Seitenansicht dargestellt. Im ersten Zustand sind ein erstes Profilelement 1, ein zweites Profilelement 2 und ein Verbindungsprofil 3 mittels eines Raumpositioniersystems 14 zueinander ausgerichtet. Diese Lage entspricht einer finalen Lage dieser Bauteile in der fertigen Profilkonstruktion 13 (vgl. 3). Das Verbindungsprofil 3 weist ein erstes Durchgangsloch 4 und ein zweites Durchgangsloch 5 auf, wobei das erste Durchgangsloch 4 einer ersten Wandung 6 des ersten Profilelements 1 und das zweite Durchgangsloch 5 einer zweiten Wandung 7 des zweiten Profilelements 2 benachbart angeordnet ist. Ferner weist das Verbindungsprofil 3 mehrere als Buckel ausgebildete Abstandselemente 12 auf, welche das Verbindungsprofil 3 gegen die erste Wandung 6 und die zweite Wandung 7 abstützen. Auf diese Weise sind ein definierter erster Spalt 9 zwischen dem Verbindungsprofil 3 und der ersten Wandung 6 und ein definierter zweiter Spalt 10 zwischen dem Verbindungsprofil 3 und der zweiten Wandung 7 gebildet.
2 zeigt einen zweiten Zustand bei der Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch in einer Seitenansicht. Im zweiten Zustand ist eine Klebstoffdüse 15 am ersten Durchgangsloch 4 angeordnet. Mittels der Klebstoffdüse 15 wird Klebstoff 8 durch das erste Durchgangsloch 4 in den ersten Spalt 9 sowie den zweiten Spalt 10 derart eingebracht, dass Klebstoff 8 aus dem zweiten Durchgangsloch 5 austritt. Durch Verfestigen des Klebstoffs 8 werden das erste Profilelement 1 und das zweite Profilelement 2 am Verbindungsprofil 3 fixiert.
In 3 ist ein dritter Zustand bei der Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch in einer Seitenansicht abgebildet. In dem dritten Zustand ist die Klebstoffdüse 15 vom ersten Durchgangsloch 4 entfernt. Der Klebstoff 8 ist vorzugsweise bereits zumindest teilverfestigt. Mittels eines Fließformwerkzeugs 16 wird ein Verbindungselement 11 über das erste Durchgangsloch 4 unter einer Druckkraft sowie mit einer Rotation um eine Längsachse des Verbindungselements 11 derart eingebracht, dass die erste Wandung 6 nachgibt und einen Spitzenbereich des Verbindungselements 11 aufnimmt. Der gleiche Prozess ist bereits am zweiten Durchgangsloch 7 erfolgt. Das Verbindungselement 11 weist eine stoffschlüssige Verbindung mit der zweiten Wandung 7 auf. Ein Kopf 17 des Verbindungselements 11 liegt an dem Verbindungsprofil 3 auf. Somit ist eine Profilkonstruktion 13 gebildet. Durch die Verbindungselemente 11 ist eine Fixierung des ersten Profilelements 1 und des zweiten Profilelements 2 mit dem Verbindungsprofil 3 weiter verbessert.
4 zeigt einen ersten Zustand bei der Herstellung eines Verbindungsprofils schematisch in einer perspektivischen Ansicht. In dem ersten Zustand ist ein geschnittenes Blech 18 bereitgestellt. Das geschnittene Blech 18 ist vorzugsweise aus einem hochvergüteten Stahl hergestellt. Weiter bevorzugt ist das geschnittene Blech 18 mittels Laserschneiden hergestellt.
In 5 ist ein zweiter Zustand bei der Herstellung eines Verbindungsprofils schematisch in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. In dem zweiten Zustand ist das in 4 gezeigte geschnittene Blech 18 durch Abkanten zu dem Verbindungsprofil 3 umgeformt.
6 zeigt einen Verbindungsknoten einer erfindungsgemäßen Profilkonstruktion 13 schematisch in einer perspektivischen Ansicht. Mittels des in 5 gezeigten Verbindungsprofils 3 sind das erste Profilelement 1 und das zweite Profilelement 2 miteinander verbunden.
Bezugszeichenliste

1: erstes Profilelement
2: zweites Profilelement
3: Verbindungsprofil
4: erstes Durchgangsloch
5: zweites Durchgangsloch
6: erste Wandung
7: zweite Wandung
8: Klebstoff
9: erster Spalt
10: zweiter Spalt
11: Verbindungselement
12: Abstandselement
13: Profilkonstruktion
14: Raumpositioniersystem
15: Klebstoffdüse
16: Fließformwerkzeug
17: Kopf
18: geschnittenes Blech

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008056507 A1 [0004]
DE 10260171 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Verbinden eines ersten Profilelements (1) mit einem zweiten Profilelement (2) für ein Kraftfahrzeug, aufweisend die folgenden Schritte: - Bereitstellen des ersten Profilelements (1), des zweiten Profilelements (2) sowie eines Verbindungsprofils (3) zum Verbinden des ersten Profilelements (1) mit dem zweiten Profilelement (2), wobei das Verbindungsprofil (3) ein erstes Durchgangsloch (4) und ein zweites Durchgangsloch (5) aufweist, - Ausrichten des ersten Profilelements (1) mit dem zweiten Profilelement (2) und dem Verbindungsprofil (3) derart, dass das Verbindungsprofil (3) einen Bereich einer ersten Wandung (6) des ersten Profilelements (1) und einen Bereich einer zweiten Wandung (7) des zweiten Profilelements (2) derart abdeckt, dass das erste Durchgangsloch (4) der ersten Wandung (6) und das zweite Durchgangsloch (5) der zweiten Wandung (7) zugewandt angeordnet sind, - Einbringen eines Klebstoffs (8) in das erste Durchgangsloch (4) derart, dass ein zwischen der ersten Wandung (6) und dem Verbindungsprofil (3) ausgebildeter erster Spalt (9) mit dem Klebstoff (8) vollständig oder teilweise ausgefüllt sowie ein zwischen der zweiten Wandung (7) und dem Verbindungsprofil (3) ausgebildeter zweiter Spalt (10) mit dem Klebstoff (8) vollständig oder teilweise ausgefüllt werden, und - Einführen eines Verbindungselements (11) in das erste Durchgangsloch (4) derart, dass das Verbindungselement (11) die erste Wandung (6) vollständig oder zumindest teilweise durchdringt und somit das erste Profilelement (1) am Verbindungsprofil (3) fixiert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbindungsprofil (3) bereitgestellt wird, welches aus einem Blech durch Abkanten oder mittels eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbindungsprofil (3) bereitgestellt wird, welches eine Streckgrenze von mindestens 800 MPa und/oder eine Wandstärke von mindestens 1 mm aufweist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbindungsprofil (3) und/oder erstes Profilelement (1) und/oder zweites Profilelement (2) bereitgestellt werden, welche ein Abstandselement (12) zum formschlüssigen Festlegen einer minimalen Spaltbreite des ersten Spalts (9) und/oder des zweiten Spalts (10) aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstandselement (12) eine Höhe von mindestens 0,1 mm aufweist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff (8) solange in das erste Durchgangsloch (4) eingebracht wird, bis Klebstoff (8) aus dem zweiten Durchgangsloch (5) und/oder dem ersten Spalt (9) und/oder dem zweiten Spalt (10) nach außen austritt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (3) mit einer Fügekraft von mindestens 1 kN und/oder einer Umdrehungszahl von mindestens 50 U/min derart in das erste Durchgangsloch (4) eingebracht wird, dass zwischen dem Verbindungselement (3) und dem ersten Profilelement (1) eine stoffschlüssige Verbindung hergestellt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ausrichten des ersten Profilelements (1) mit dem zweiten Profilelement (2) und dem Verbindungsprofil (3) das zweite Profilelement (2) in das erste Profilelement (1) oder das erste Profilelement (1) in das zweite Profilelement (2) gesteckt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ausrichten des ersten Profilelements (1) mit dem zweiten Profilelement (2) und dem Verbindungsprofil (3) das Verbindungsprofil (3) von einer Seite auf das erste Profilelement (1) und/oder das zweite Profilelement (2) aufgesetzt wird.
Profilkonstruktion (13) für ein Kraftfahrzeug, aufweisend ein erstes Profilelement (1), ein zweites Profilelement (2) und ein das erste Profilelement (1) mit dem zweiten Profilelement (2) verbindendes Verbindungselement (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Profilkonstruktion (13) mittels eines Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche hergestellt ist.