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Die Erfindung bezieht sich auf einen
Profilrahmenträger,
insbesondere für
die Rahmenstruktur einer Kraftfahrzeugkarosserie, bestehend aus
mindestens zwei miteinander verbundenen Elementen und einem einen
Hohlraum ausfüllenden,
aufgeschäumten
Schaumwerkstoff.
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Ein gattungsgemäßer Profilrahmenträger, insbesondere
für Cabrios,
geht beispielsweise aus der
DE 196 48 164 C2 hervor, wobei er einen mit
einem aufgeschäumten
metallischen Schaumwerkstoff ausgesteiften Hohlraum umgrenzt. Im
Innern des Hohlraumes ist ein sich in dessen Längsrichtung erstreckendes Strukturbauteil
angeordnet, wobei der aufgeschäumte
metallische Schaumwerkstoff den Raum zwischen der Innenwand des
Profilrahmenträgers
und dem darin liegenden Strukturbauteil einnimmt.
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Mit dieser Anordnung soll ein Bauteil
geschaffen werden, das sich als Rahmen- oder Versteifungselement
im Kraftfahrzeug einsetzen lässt,
beispielsweise als Windschutzscheibenrahmen oder Überrollbügel, insbesondere
jedoch als tragendes Teil der Grundstruktur, etwa als Seitenschwellen,
wo schon bisher im Cabrioletbau in dem Profilrahmenträger angeordnete
Rohre oder ähnliches
zur Erhaltung der Torsionssteifigkeit 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 eine gleichmäßige Widerstandfähigkeit gegen
von Außen
auftretende Deformationen, insbesondere Knickdeformationen, erreicht
wird.
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Ergänzend sei noch auf die
DE 44 39 827 A1 verwiesen,
die einen Verbundwerkstoff beschreibt. Dieser besteht aus einem
Trägermaterial,
d. h. vorzugsweise 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. Dadurch wird eine Hartschaumschicht ausgebildet, die das Ma terial
versteift. Das Trägermaterial
bleibt umformbar, so dass mit dem Verbundwerkstoff verstärkte Formteile
in Schichtenverbundbauweisen in einem Arbeitsgang hergestellt werden
können.
Ein denkbares Einsatzgebiet des in der Offenlegungsschrift beschriebenen Verbundwerkstoffes
ist der Fahrzeug-Karosseriebau.
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Ausgehend von einem Profilrahmenträger der
im Oberbegriff des Patentanspruches 1 beschriebenen Art liegt der
Erfindung die Aufgabe zugrunde, diesen in soweit zu optimieren,
dass er besonders günstige
Eigenschaften bezüglich
Trägertorsionssteifigkeit/-festigkeit,
Trägerbiegesteifigkeit/-festigkeit
und Trägerverformungsverhalten,
insbesondere was das Crashverhalten angeht, aufweist.
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Die erfindungsgemäße Lösung ist in einem Profilrahmenträger zu sehen,
der ergänzend
die Merkmale nach dem Kennzeichen des Patentanspruches 1 aufweist.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind
mit den Unteransprüchen
beansprucht.
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Einzelheiten der Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles.
Die zugehörige
Zeichnung zeigt:
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1 eine
perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispieles eines Profilrahmenträgers vor
und nach dem Aufschäumen
eines 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 Wind schutzscheibenrahmen 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.
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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. 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 kann in vorteilhafter Weise auch der Hohlraumspalt 13 und
damit insbesondere die Innenfläche
des äußeren Profiles 3 von dieser
Oberflächenbeschichtung
erfasst. werden.
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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
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. Das äußere Profil 3 und
die Metallfolie 17 bilden dabei ein doppelwandiges Profilteil 18.
Die Metallfolie 17 kann an geeigneten Stellen und dort vorhandenen
Verprägungen
mit dem Profil 3 verbunden, d. h. an dieses angeheftet
werden. Denkbar ist auch, dass sich die Metallfolie 17 nur über einen
Teilbereich der Oberfläche
des Profiles 3 erstreckt, so dass in sofern ein asymmetrische
Versteifung des Profiles 3 durch Metallfolie 17 und
Schaumwerkstoff 8 vorliegt. 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.