DE10238668A1 - Profilrahmenträger, insbesondere für die Rahmenstruktur einer Kraftfahrzeugkarosserie - Google Patents

Profilrahmenträger, insbesondere für die Rahmenstruktur einer Kraftfahrzeugkarosserie Download PDF

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Hans-Günther Prof. Dr.-Ing. Haldenwanger
Christof Dipl.-Ing. Haberling
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    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D29/00Superstructures, understructures, or sub-units thereof, characterised by the material thereof
    • B62D29/001Superstructures, understructures, or sub-units thereof, characterised by the material thereof characterised by combining metal and synthetic material
    • B62D29/002Superstructures, understructures, or sub-units thereof, characterised by the material thereof characterised by combining metal and synthetic material a foamable synthetic material or metal being added in situ
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Abstract

Die Erfindung sieht einen Profilrahmenträger (1), insbesondere für die Rahmenstruktur einer Kraftfahrzeugkarosserie, vor, bestehend aus mindestens zwei miteinander verbundenen Elementen (6, 10) und einem einen Hohlraum ausfüllenden, aufgeschäumten Schaumwerkstoff (8). Dabei ist mindestens eines der den Profilrahmenträger (1) bildenden Elemente (6, 19) doppelwandig ausgeführt und der zwischenliegende Hohlraum ist mit dem Schaumwerkstoff (8) gefüllt.

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles. Die zugehörige Zeichnung zeigt:
  • 1 eine perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispieles eines Profilrahmenträgers vor und nach dem Aufschäumen eines Halbzeuges und
  • 2 ein entsprechendes weiteres Ausführungsbeispiel eines Profilrahmenträgers, perspektivisch dargestellt, wiederum vor und nach dem Aufschäumvorgang.
  • In den 1 und 2 sind konstruktiv etwas verschieden ausgeführte Profilrahmenträger 1,15 dargestellt, wobei im Übrigen für übereinstimmende Bauteile gleiche Bezugszeichen verwendet werden.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (6)

  1. Profilrahmenträger, insbesondere für die Rahmenstruktur einer Kraftfahrzeugkarosserie, bestehend aus mindestens zwei miteinander verbundenen Elementen und einem einen Hohlraum ausfüllenden, aufgeschäumten Schaumwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der den Profilrahmenträger (1) bildenden Elemente (6,10,18) doppelwandig ausgeführt und der sich dabei ergebende Hohlraum mit dem Schaumwerkstoff (8) gefüllt ist.
  2. Profilrahmenträger nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch zwei an beidseitigen flanschartigen Ausläufen (4,5) miteinander verbundenen Profilen (2,3) zur Bildung des doppelwandigen Elementes (10), wobei die Verbindung (7) jeweils auch ein Deckblech (6) erfasst, so dass jede Verbindung als Dreiblech-Verbindung (7) ausgebildet ist.
  3. Profilrahmenträger nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch eine eingeschränkt formstabile Metallfolie (17), die zusammen mit einem Profil (3) das doppelwandige Element (18) bildet, während das Profil (3) an beidseitigen flanschartigen Ausläufen (5) mit einem Deckblech (6) verbunden (Verbindung 16) ist.
  4. Profilrahmenträger nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolie (17) sich nur über einen Teilbereich der Oberfläche des Profils (3) erstreckt.
  5. Profilrahmenträger nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung (7, 16) durch Wiederstandpunktschweißen, Laserstrahlschweißen, Kleben, jeweils alternativ oder kumulativ hergestellt ist.
  6. Profilrahmenträger nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch die wahlweise Verwendung eines einkomponentigen, zweikomponentigen oder metallischen Schaumwerkstoffes (8).
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