DE10249601B3

DE10249601B3 - Stabförmiges Trägerelement

Info

Publication number: DE10249601B3
Application number: DE10249601A
Authority: DE
Inventors: Holger Dipl.-Ing. Georgi; Winand de la Dipl.-Ing. Haye; Alvaro Dr. Casajus; Christian Dipl.-Ing. Kindt; Sylvio Dr. Simon
Original assignee: Brandenburgische Technische Universitaet Cottbus
Current assignee: Brandenburgische Technische Universitaet Cottbus
Priority date: 2002-10-18
Filing date: 2002-10-18
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2022-10-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein stabförmiges Trägerelement aus bandförmigen, längsseits, parallel zu den Rändern nahtförmig miteinander verbundenen Konstruktionsteilen und ist insbesondere geeignet, derartige Trägerelemente einfach zu fertigen und als Halbzeug effektiv zu transportieren. DOLLAR A Die Aufgabe der Erfindung ein stabförmiges Trägerelement vorzugschlagen, das eine hohe Biegesteifigkeit aufweist und als Halbzeuge zum Coil aufgewickelt werden kann, wird durch ein stabförmiges Trägerelement gelöst, das aus bandförmigen, längsseits, parallel zu den Rändern (3) nahtförmig miteinander verbundenen Konstruktionsteilen (1) besteht, bei dem ein durch eine oder mehrere Verbindungsnähte (2) begrenzter, zwischen diesen Verbindungsnähten (2) befindlicher Teilstreifen (1a) der Konstruktionsteile (1), von den Verbindungsnähten (2) ausgehend, zur Mitte der Teilstreifen (1a) hin bogenförmig gewölbt ist. Ein solches Trägerelement wird gefertigt, indem zwei streifenförmige Konstruktionsteile aufeinander gelegt werden, diese durch zwei parallel zu den Längskanten verlaufende nahtförmige Verbindungen miteinander verbunden werden und das durch die beiden Nähte und die dazwischen liegenden Teilstreifen der Konstruktionsteile (1) begrenzte Volumen mit einem Druckübertragungsmedium soweit gefüllt wird, dass die sich ergebenden Auswölbungen der Teilstreifen (1a) die erwünschte mechanische Stabilität aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft ein stabförmiges Trägerelement aus bandförmigen, längsseits, parallel zu den Rändern nahtförmig miteinander verbundenen Konstruktionsteilen und ist insbesondere geeignet, derartige Trägerelemente einfach zu fertigen und als Halbzeug effektiv zu transportieren.

Stabförmige Trägerelemente, die als Hohlprofil ausgebildet sind, weisen eine gute Stabilität sowohl bei Biegebeanspruchung als auch gegenüber Torsionsbelastungen auf. Sie werden deshalb vielfach als Bauelement für Rahmen oder andere Tragekonstruktionen verwendet. Zur Fertigung solcher Elemente aus fließfähigem Material wie Aluminium oder Kunststoff wird vielfach ein Extrusionsverfahren verwendet. Ein solches Trägerelement ist beispielsweise aus der DE 19746478 A1 bekannt. Hier wird ein Mehrkammerprofil aus Metall als Ausgangsprofil für die Fertigung von Biegeträgern, zum Beispiel von Stoßfängern für Pkw vorgestellt.

Solche Profile weisen materialbedingt eine geringere Stabilität auf. Aus diesem Grunde werden solche Trägerelemente vielfach aus mehreren zuvor in Schalenform gepressten Konstruktionsteilen zusammengesetzt. Als Beispiel hierfür kann die DE 19726720 C1 benannt werden. Ein darin beschriebenes Strukturbauteil weist in seiner Querschnittsebene mindestens zwei durch Roll-Umformen hergestellte geschlossene Hohlprofilkammern auf, die aus einem einzigen Blechteil hergestellt sind, wobei die wenigstens zwei Hohlprofilkammern mit wenigstens einer Längsnaht versehen sind. Zwischen den wenigstens zwei Hohlprofilkammern verläuft wenigstens ein Zwischensteg, der mit den Wänden der Hohlprofilkammern einstückig ist. Der wenigstens eine Zwischensteg geht von der Längsnaht aus und ist auf der von der Längsnaht abgewandten Längsseite mit einer Innenseite des Blechteiles verbunden.

Die DE 2361215 A1 schlägt vor, Hohlkörper aus Blech herzustellen, indem zwei flache oder auch bereits vorgewölbte Blechteile an den Rändern miteinander verschweißt und durch Aufblähen eines vorher in den Zwischenraum eingefüllten Treibmediums in die gewünschte Form gebracht wird.

Lediglich von einem Blechteil geht das von der WO 98/24569 A1 beschriebene Verfahren aus. Dieses soll erfindungsgemäß so gefaltet werden, dass zwei gegenüberliegende Ränder zu einem Flansch verschweißt werden können. Der dadurch gebildete Hohlraum soll durch Innenhochdruckumformung in einer Hohlform zu dem erwünschten Hohlkörper aufgeweitet werden.

Die DE 3914960 C1 beschreibt einen geschlossenen Hohlträger, der im Inneren Versteifungsprofile aufweist. Die Versteifungsprofile sind hierbei mit dem Trägerprofil und untereinander verbunden. Die Trägerprofile, die die äußere Fläche des Hohlträgers bilden, sind entlang von Längsnähten miteinander verschweißt, und mindestens eines von ihnen weist Löcher auf, die zum Durchführen z. B. eines Schraubendrehers oder eines Nietwerkzeuges geeignet sind.

Die jeweiligen Profile werden vor dem Verbinden in die jeweilige Form gepresst und erst danach miteinander verschweißt. Auch die DE 19736149 A1 beschreibt Stahlprofile, vorzugsweise als Quadrat- und Rechteckrohr, bei denen das Stahlprofil aus verschiedenen geformten Stahlkaltprofilen so zusammengesetzt ist, dass die Berührungsflächen der einzelnen Profile untereinander verklebt werden können. Indem die Klebeflächen aus einem Isoliermaterial gefertigt sind, kann hier die Wärmeübertragung vermindert werden.

Die DE 2154519 C3 beschreibt einen Kastenträger für Lagerregale, der aus zwei ineinander gestreckten U-Profilen gebildet wird. Durch Anwalzen von Randflanschen werden die Profile gegeneinander gesichert. Ein ähnliches Kastenprofil beschreibt die FR 2 568 668 A3 . Auch hier werden zwei überwiegend U-förmige Blechprofile zu einem Kastenprofil zusammengesteckt.

Für alle zuvor genannten Stabprofile werden die streifenförmigen Blechzuschnitte durch Walzumformung oder Tiefziehen zum jeweiligen Halbzeug umgeformt. Auf Grund ihrer dreidimensionalen Ausformung benötigen diese zur Weiterverarbeitung ein relativ großes Transportvolumen.

Anders bei der US 3503164 . Hier wird ein bandförmiges Halbzeug vorgeschlagen, das an seinen beiden Rändern Verbindungselemente aufweist, mit denen die Ränder verbunden werden können, nachdem der Streifen zu einem Rohr geformt wurde. Bei dieser Lösung kann das am Rande perforierte Halbzeug zum Coil aufgewickelt von der Fertigung zum Ort der Verwendung transportiert werden und erst dort durch Verbinden der Ränder zu einem Rohr geformt werden. Durch die angewendete Steckverbindung sind derartige Strukturen jedoch insbesondere bei dynamischer Belastung wenig haltbar.

Aufgabe der Erfindung ist deshalb, ein stabförmiges Trägerelement vorzuschlagen, das eine hohe Biegesteifigkeit aufweist und als Halbzeug zum Coil aufgewickelt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem entsprechend dem Anspruch 1 ausgestatteten Trägerelemente gelöst. Durch die Ausgestaltung der stabförmigen Trägerelemente entsprechend den Ansprüchen 2 bis 6 kann das Trägerelement in jeweils benötigten statischen Aufgaben angepasst werden.

Zur Fertigung entsprechender Trägerelemente ist insbesondere ein Verfahren entsprechend den Ansprüchen 7 und folgende geeignet.

Prinzipiell wird ein erfindungsgemäßes Trägerelement gefertigt, indem entweder ein Streifen des Ausgangsmaterials entlang der Längsachse gefaltet wird oder 2 gleichartige Streifen aufeinander gelegt werden. Anschließend werden die beiden übereinander liegenden Flächen mit einer oder mehreren in Längsrichtung parallel zum Rand oder zur Falzkante verlaufenden Naht verbunden. Hierfür ist besonders das Rollnahtschweißverfahren geeignet. Der durch die Verbindungsnähte und die dazwischen liegenden Flächen umschlossene Raum wird durch Einfüllen eines Druckmediums zu einem Rohr mit ovalem bis kreisrundem Querschnitt ausgeweitet. Wenn die Verbindungsnähte in ausreichend großem Abstand zum Rand angeordnet werden, ist es vorteilhaft, wenn diese anschließend in der Regel rechtwinklig zur Ausgangslage abgebogen werden. Diese können dann als Ober- und gegebenenfalls Untergurt des Trägerelementes genutzt werden. Ein aufgeklebter oder aufgeschweißter Materialstreifen kann diesen Gurt verstärken.

Die Erfindung soll im folgenden anhand der Zeichnungen 1 bis 6 in zwei Ausführungsbeispielen dargestellt werden. Dabei zeigt

1 ein Ausschnitt eines erfindungsgemäßen stabförmigen Trägerelementes

4 bis 6 Beispiele möglicher Ausführungen des erfindungsgemäßen stabförmigen Trägerelementes.

Ein erfindungsgemäßes Trägerelement besteht aus zwei Blechstreifen von 15 Zentimeter Breite und 0,5 Millimeter Stärke. Die Blechstreifen werden aufeinander gelegt und in einem Abstand von drei Zentimetern von den Rändern durch zwei Rollschweißnähte 2 miteinander verbunden. Dadurch entsteht ein flaches schlauchartiges, durch die Rollschweißnähte 2 begrenztes und von den Teilstreifen 1a umschlossenes Gebilde mit zwei seitwärts abstehenden Randstreifen 1b. Dieses schlauchartige Gebilde wird an einem Ende mit einer Schweißnaht und am anderen Ende mit einem Einfüllstutzen verschlossen. Durch den Einfüllstutzen wird ein Druckmedium, beispielsweise ein Hydrauliköl in den Innenraum eingepresst, so dass der von den beiden Rollschweißnähten begrenzte Raum zu einem ovalen Querschnitt aufgeweitet wird.

Die vier von den Verbindungsnähten 2 ausgehenden Randstreifen 1b werden mit einer Biegevorrichtung so abgekantet, dass sie sich rechtwinklig zu der durch die Verbindungsnähte 2 gebildeten Ebene jeweils in entgegengesetzte Richtung erstrecken. Auf die von den Randstreifen 1b gebildeten Flächen wird ein 6 cm breiter und 1 Millimeter starker Blechstreifen aufgeklebt. Der auf diese Weise erzeugte Träger weist eine gute Biege- und Torsionssteifigkeit auf.

Beispiel 2

Indem zwei Blechstreifen durch 2 Verbindungsnähte 2 verschweißt und durch Füllen mit einem Druckmedium aufgewölbt wurden, kann ein Trägerelement entsprechend 5 gefertigt werden, indem beide Randstreifen 1B in die selbe Richtung geschaltet werden. Ein derartiges Trägerelement weist gegenüber einem U-Profil mit ähnlichen Materialstärken eine höhere Torsionssteifigkeit auf. Es ist deshalb insbesondere zur Herstellung von Rahmenstrukturen im Fahrzeugbau geeignet.

Ein Trägerelement mit einem dem T-Profil ähnlichen Charakter kann wie folgt hergestellt werden:
Ein 20 cm breiter Blechstreifen wird entlang seiner Längsachse gefaltet und in einem Abstand von 3 cm zur Faltkante sowie entlang der aufeinanderliegenden Ränder durch eine Rollnahtschweißung verbunden. Die durch die Verbindungsnähte abgeteilten Hohlräume werden, wie zuvor beschrieben, durch Einfüllen eines Druckmediums ausgeweitet. Nach dem Ablaufen des Druckmediums wird der zwischen Falzkante und Verbindungsnaht 2 befindliche Hohlraum in Richtung der Verbindungsnaht gepresst. Dadurch entsteht ein Trägerelement, wie es in 6 dargestellt ist. Durch weiteres Zusammenpressen dieses Hohlraumes kann hieraus auch ein flacher, sich quer zu der durch die Verbindungsnähte 2 gebildeten Ebene erstreckender Trägergurt erzeugt werden.

Claims

Stabförmiges Trägerelement aus bandförmigen, längsseits, parallel zu den Rändern (3) nahtförmig miteinander verbundenen Konstruktionsteilen (1), bei dem ein durch eine oder mehrere Verbindungsnähte (2) begrenzter, zwischen diesen Verbindungsnähten (2) befindlicher Teilstreifen (1a) der Konstruktionsteile (1) von den Verbindungsnähten (2) ausgehend zur Mitte der Teilstreifen (1a) hin bogenförmig aufgewölbt ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Verbindungsnaht (2) in einem Abstand zu den Rändern (3) der bandförmigen Konstruktionsteile angeordnet ist, sowie dass die vom Rand (3) der Konstruktionsteile (1) und den Verbindungsnähten (2) begrenzten Randstreifen (1b) unter einem Winkel zu der durch die Verbindungsnähte (2) definierten Ebene angeordnet sind.
Stabförmiges Trägerelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Rand (3) der Konstruktionsteile (1) und den Verbindungsnähten (2) begrenzten Randstreifen (1a) unter einem Winkel von 90 ° zu der durch die Verbindungsnähte (2) definierten Ebene angeordnet sind.
Stabförmiges Trägerelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beide von einer Nahtlinie (2) ausgehenden Randstreifen in die selbe Richtung abgewickelt sind.
Stabförmiges Trägerelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die von einer Nahtlinie (2) ausgehenden Randstreifen (1b) in entgegengesetzter Richtung abgewickelt sind.
Stabförmiges Trägerelement nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die abgewinkelten Randstreifen (1b) auf deren Außenseite mit einem auf den Randstreifen aufliegenden, mit diesem streifenförmig oder flächig verbunden, streifenförmigen Konstruktionsteil (4) verbunden sind.
Verfahren zur Herstellung eines stabförmigen Trägerelementes nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem zwei streifenförmige Konstruktionsteile aufeinander gelegt werden, diese durch zwei parallel zu den Längskanten verlaufende nahtförmige Verbindungen miteinander verbunden werden oder bei dem ein streifenförmiges Konstruktionsteil (1) entlang seiner Längsausdehnung aufeinandergefaltet wird, wobei die übereinander liegenden Teilstreifen (1a, 1b) durch eine oder mehrere parallel zur Längskante (3) verlaufende Verbindungsnähte (2) mit sich selbst verbunden werden, und das durch die Nähte und die dazwischen liegenden Teilstreifen der Konstruktionsteile (1) begrenzte Volumen mit einem Druckübertragungsmedium soweit gefüllt wird, bis die sich ergebende Auswölbung der Teilstreifen (1a) die erwünschte mechanische Stabilität aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere der Verbindungsnähte (2) in einem Abstand zum Rand der streifenförmigen Konstruktionsteile angeordnet werden, sowie das die von der Verbindungsnaht (2) und dem Rand (3) begrenzten Randstreifen (1b) gegenüber der ursprünglichen Erstreckung an der Verbindungsnaht (2) abgewinkelt werden.
Verfahren zur Herstellung eines stabförmigen Trägerelementes nach dem voranstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass einer oder mehrere der durch das Füllen mit dem Druckübertragungsmedium gebildeten rohrförmigen Körper durch Zusammenpressen in Richtung der durch die Verbindungsnähte (2) und/oder Faltkante gebildeten Ebene mit Hilfe bekannter Biege- oder Presseinrichtungen zu einem flachen oder schwach gewölbten Gurt geformt wird.