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Die Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren zur Herstellung eines ausgesteiften Profilrahmenträgers, insbesondere
für die
Rahmenstruktur einer Kraftfahrzeugkarosserie, mit den weiteren Merkmalen
nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Eine gattungsgemäße Verfahrensweise zur Herstellung
eines ausgesteiften Profilrahmenträgers ist durch die
DE 196 48 164 C2 bekannt
geworden. Dabei umgrenzen auszusteifende Karosserieteile einen innenliegenden
Hohlraum, in den ein vorbereitetes Halbzeug aus metallischem Schaumwerkstoff eingesetzt
und dann durch erhitzen auf seine von zumindest den Innenwandungen
des Karosserieteils begrenzte Endgestalt fertiggeschäumt wird.
Das Halbzeug ist in Anpassung an die Form des Hohlraumes vorzugsweise
endkonturnah ausgebildet. Weiter werden die den Hohlraum umgrenzenden
Karosserieteile vor ihrer Montage zumindest bereichsweise mit einer
Lage aus aufzuschäumendem
metallischen Werkstoff versehen. Das Erhitzen kann auf verschiedene
Weise erfolgen, beispielsweise durch Induktion, Strahlungswärme, Wärmeleitung
oder Konvektion und durch den Einsatz elektromagnetischer Wellen, wie
sie beispielsweise in der Lasertechnik verwendet werden.
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Wenn gleich damit ein Profilrahmenträger geschaffen
werden kann, bei dem die Erfüllung
eines breiten Spektrums von statischen und dynamischen Beanspruchungen,
wie sie im Karosseriebereich auftreten, im Wesentlichen gegeben
ist und Torsions-, Knick- und Biegebeanspruchungen von dem Profilrahmenträger gut
aufgenommen werden, so ist das Herstellungsprozedere insgesamt doch
als zu aufwendig anzusehen.
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Der Vollständigkeit halber sei noch auf
die
DE 44 39 827 A1 verwiesen,
die einen Verbundwerkstoff und ein Verfahren zur Fügetechnik
von Leichtbauformteilen, die mittels dieses Verbundwerkstoffes hergestellt
werden, beschreibt. Der Verbundwerkstoff besteht aus einem Trägermaterial,
d. h. vor zugsweise einem Aluminium- oder Stahlblech, das mit einer Kunststoffbeschichtung
versehen ist, die durch die Beimengung geeigneter thermischer Treibmittel
so ausgeführt
ist, dass sie aufschäumt,
sobald das Material erwärmt
wird. Dabei können
treibmittelhaltige Kunststofffolien oder -tafeln auf einer oder
auch auf zwei Trägerschichten
aufgebracht werden. Für
das Erwärmen
zum Zwecke des Aufschäumens
werden in dieser Druckschrift verschiedene Wege aufgezeigt, z. B.
Einleitung eines heißen
Gases, Hochfrequenzwärme,
elektromagnetische Induktion hochfrequenter Wechselfelder usw.
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Entsprechend der zuvor behandelten
DE 196 48 164 C2 ist
auch bei der
DE 44
39 827 A1 das beschriebene Herstellungsverfahren bzw. die
verschiedenen Verfahrensvarianten als zu aufwendig anzusehen.
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Von daher liegt der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren zur Herstellung eines ausgesteiften
Profilrahmenträgers,
insbesondere für
die Rahmenstruktur einer Kraftfahrzeugkarosserie, dahingehend weiter
zu optimieren, dass die Herstellungsschritte und der zur Durchführung erforderliche
vorrichtungsgemäße Aufwand
reduziert und auch eine Verbesserung bezüglich Korrosionsschutz herbeigeführt werden
kann.
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Ausgehend von einem Herstellungsverfahren
mit den Merkmalen gemäß Oberbegriff
des Patentanspruches 1 ist die erfindungsgemäße Lösung in den weiteren Verfahrensmerkmalen
nach dem Kennzeichen dieses Patentanspruches zu sehen. Vorteilhafte
Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind mit den Unteransprüchen beansprucht.
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Dadurch, dass vor dem Aufschäumen des Halbzeuges
der Profilrahmenträger
einer auch einen vorhandenen Spalt erfassenden Oberflächenbeschichtung
unterzogen wird, kann auch im Hohlraum ein optimaler Korrosionsschutz
sichergestellt werden. Das Aufschäumen des Halbzeuges im Zuge
eines Oberflächenbeschichtungs-Trocknungsvorganges
vonstatten gehen zu lassen, dient der Reduzierung der Verfahrensschritte
und reduziert in so weit auch den vorrichtungsgemäßen Aufwand.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der nachstehenden Beschreibung des Verfahrensablaufes anhand von
Ausführungsbeispielen zum
Profilrahmenträger.
In der zugehörigen
Zeichnung zeigt:
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1 eine
perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispieles eines Profilrahmenträgers vor
und nach dem Aufschäumen
des Halbzeuges und
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2 ein
entsprechendes weiteres Ausführungsbeispiel
eines Profilrahmenträgers,
perspektivisch dargestellt, wiederum vor und nach dem Aufschäumvorgang.
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In den 1 und 2 sind konstruktiv etwas verschieden
ausgeführte
Profilrahmenträger 1, 15 dargestellt,
wobei im Übrigen
für übereinstimmende Bauteile
gleiche Bezugszeichen verwendet werden.
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Ein solcher Profilrahmenträger 1, 15 eignet sich
insbesondere für
Derivatfahrzeuge, wie beispielsweise Cabrios, bei deren Grundkonzeption
auf ein Großserienbasisfahrzeug
zurückgegriffen
wird. Dabei wird ein Bauteil zur Verfügung gestellt, das sich als
Rahmen- oder Versteifungselement (z. B. Längs- oder Querträger) im Kraftfahrzeug einsetzen lässt. Einsatzmöglichkeiten
für einen
solchen Profilrahmenträger
finden sich beispielsweise auch als Windschutzscheibenrahmen oder Überrollbügel, insbesondere
jedoch als tragendes Teil der Grundstruktur, etwa als Seitenschweller,
wo schon bisher im Cabrioletbau in dem Profilrahmenträger angeordnete Rohre
oder ähnliches
zur Erhaltung der Torsionssteifigkeit und für die Energieaufnahme unverzichtbar waren.
Das zusätzliche
Ausschäumen
von Hohlräumen
ermöglicht
eine großflächige Abstützung von miteinander
verbundenen Profilen, so dass über
den gesamten oder einen doch wesentlichen Verlauf des Profilrahmenträgers 1, 15 eine
gleichmäßige Wiederstandfähigkeit
gegen von Außen
auftretende Deformationen, insbesondere Knickdeformationen, erreicht
wird.
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Günstigenfalls
ist es dabei noch nicht einmal erforderlich, ändernd in den Produktionsablauf
bezüglich
des Großserienbasisfahrzeuges
einzugreifen. Ohne nennenswerte Anpassungsarbeiten an den Basisfertigungsanlagen
(Spannvorrichtungen, Schweißanlagen)
für die
Trägerfügetechnik
lassen sich, wie später
noch gezeigt wird, gegenüber
nicht ausgesteiften Profilrahmenträgern nun Bauteile herstellen,
die besonders günstige
Eigenschaften bezüglich
Trägertorsionssteifigkeit
/ -festigkeit, Trägerbiegesteifigkeit
/ -festigkeit und Trägerverformungsverhalten,
insbesondere was das Crashverhalten angeht, aufweisen.
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Der Profilrahmenträger 1 gemäß 1 besteht aus einem ersten
Profilteil 10, das sich aus zwei miteinander verbundenen,
U-förmigen
Profilen 2, 3 zusammensetzt, wobei die Verbindung
7 an beidseitigen flanschartigen Ausläufen 4, 5 erfolgt
und darüber
hinaus jeweils auch ein aufliegendes Deckblech 6 erfasst.
Die Verbindung 7 kann durch Wiederstandpunktschweißen, Laserstrahlschweißen, Kleben, usw.,
jeweils alternativ oder kumulativ hergestellt sein.
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Während
auf der einen Seite eine Kante 9 des Deckbleches 6 mit
den flanschartigen Ausläufen 4, 5 bündig abschließt, ragt
es auf der anderen Seite über
diese flanschartigen Ausläufe 4, 5 hinaus.
Diese Ausführungsvariante
hat aber nur beispielhaften Charakter. Im Übrigen sind auch bezüglich Profilierung
und Bemaßung
der Profile 2, 3 und des Deckbleches 6 verschiedenerlei
Varianten denkbar, die sich insbesondere anhand des konkreten Einsatzfalles
des Profilrahmenträgers 1 ergeben.
Sonach kann also auch das Deckblech in geeigneter Weise profiliert
sein.
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Durch die beiden U-Profile 2, 3 ergibt
sich eine Doppelwandstruktur, wobei der sich dabei ergebende Hohlraum
mit einem Schaumwerkstoff 8 gefüllt ist. Unter Bezugnahme auf
eine Mittellinie 12 des Profilrahmenträgers 1 ist dieser
in 1 in zwei verschiedenen
Herstellungsabschnitten gezeigt, nämlich auf der einen Seite mit
aufgeschäumtem,
den Hohlraum ausfüllenden
Schaumwerkstoff 8 und auf der anderen Seite mit einem noch
nicht aufgeschäumten,
einen Hohlraumspalt 13 belassendes Halbzeug 14.
Dabei kann es sich beispielsweise um einen EP-Schaum oder einen
PU-Schaum handeln. Er kann sowohl einkomponentig als auch zweikomponentig
sein. Auch die Verwendung eines metallischen Schaumwerkstoffes wäre eventuell
denkbar. In einer Weiterbildung der Erfindung wäre ebenfalls denkbar, den zwischen
Deckblech 6 und innerem U-förmigen Profil 2 bestehenden
weiteren Hohlraum 11 ebenfalls mit Schaumwerkstoff zu füllen.
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Die Vorgehensweise bei der Herstellung
des Profilrahmenträgers 1 gemäß 1 ist nun folgende:
Zunächst wird
das Halbzeug 14, wie an sich im Stand der Technik auch
bekannt, auf das Profil 2 aufgebracht. Das so vorbereitete
Profil 2 wird nun zwischen das weitere Profil 3 und
das Deckblech 6, die baugleich und mit identischen Abmessungen
auch bei den Großserienbasisfahrzeugen
(z. B. Limousine) verwendet werden können, eingefügt und die Verbindung 7 (z.
B.
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Widerstandspunktschweißen, Kleben)
hergestellt. Durch das Einfügen
des Profiles 2, beispielweise mit einer Blechdicke von
0,5 mm, wird die Gesamtbauhöhe
des Profilrahmenträgers 1 gegenüber einem
solchen bei einem Großserienbasisfahrzeug um
eben diese Blechdicke erhöht.
Diese Abweichung ist allerdings in der Fertigungsanlagentechnik
in der Serienfertigung tolerierbar, so dass also auch ein Profilrahmenträger 1 mit
Aussteifung mit den in der Großserienfertigungsstraße vorhandenen
Anlagen (z. B. Spannvorrichtungen, Schweißanlagen) bearbeitet werden
kann.
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Im Zuge eines späteren Lackierprozesses wird
der Profilrahmenträger 1 unter
anderem auch einer kataphoretischen Tauchgrundierung (KTL) unterzogen.
Beträgt
die Spaltweite des Hohlraumspaltes 13 mindestens 2 bis
3 mm, so wird in erfindungsgemäßer und
vorteilhafter Weise auch der Hohlraumspalt 13 und damit
insbesondere die Innenfläche
des äußeren Profiles 3 von
dieser Oberflächenbeschichtung
erfasst.
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Die Trocknung der aufgebrachten kataphoretischen
Tauchgrundierung erfolgt in üblicher
Weise in einem entsprechenden Ofen, den die Fahrzeugkarosserie durchläuft, wobei
dieser Wärmeeintrag
nun in vorteilhafter Weise auch dazu benutzt wird, ein Aufschäumen des
Halbzeuges 14 zu bewirken. Durch entsprechende Abstimmung
von Ofentemperatur, KTL-Materialeigenschaften und geeigneter Auswahl
des Halbzeuges 14 lässt
sich erreichen, dass im Ofen zunächst
im Wesentlichen die Trocknung der KTL-Oberflächenbeschichtung erfolgt und erst
danach das Aufschäumen
des Halbzeuges 14 und damit dessen Kontaktierung der Innenwand
des äußeren Profiles 3 vonstatten
geht. Auch durch entsprechende Auswahl der Materialdicke des Halbzeuges 14 und
damit Bemessung des Hohlraumspaltes 13 lässt sich
auf die Reihenfolge der vorgenannten Abläufe Einfluss nehmen.
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Wie aus 1 ersichtlich,
liegt die Verbindung 7 als sogenannte „Dreiblechverbindung" vor. In einer praktischen
Anwendung wurden des weiteren mit folgenden weiteren Aufbauvarianten
des Profilrahmenträgers 1 gute
Ergebnisse erzielt:
Das äußere U-förmige Profil 3 sowie
auch das Deckblech 6 bestehen aus ST14-03 mit einer Dicke
von 0,85 mm. Die Materialdicke des aufgeschäumten EP-Schaumes liegt bei
4 – 8
mm und für
das innenliegende U-Profil 3 werden ein Stahl- oder Aluminiumwerkstoff
mit einer Dicke von 0,3 bis 0,5 mm verwendet.
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Wie die alternative Ausführungsform
gemäß 2 zeigt, wird bei einer anderweitigen
Ausgestaltung eines Profilrahmenträgers 15 das Halbzeug 14 auf
eine relativ dünne,
nur begrenzt formstabile Metallfolie 17 aufgebracht, wobei
allerdings dieser Verbund auf besonders einfache Weise im Fertigungsprozess
in den durch die bereits bestehende Einheit (Verbindung 16) aus
Profil 3 und Deckblech 6 sich ergebenden Hohlraum 11 stirnseitig
eingeschoben werden kann. Die Metallfolie 17 kann an geeigneten Stellen
und dort vorhandenen Verprägungen
mit dem Profil 3 verbunden, d. h. an dieses angeheftet
werden. Damit lässt
sich auf besonders einfache Weise ein für Derivatfahrzeuge geeigneter
Profilrahmenträger 15 herstellen.
Der weitere Ablauf (KTL-Tauchgrundierung, Trocknung, usw.) entspricht
dem zuvor beschriebenen.