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Die Erfindung bezieht sich auf ein
Versteifungselement zur Anordnung in einem Hohlträger, insbesondere
in einem Dachprofil einer Kraftfahrzeugkarosserie, mit einem Trägerteil,
und mit mindestens einem an diesem vorgesehenen Schaumteil, das
unter bestimmten Bedingungen, beispielsweise unter Wärmeeinwirkung
oder Einwirkung eines . Reaktionsagens, ausschäumt. Weiterhin bezieht sich die
Erfindung auf einen Hohlträger
mit mindestens einem solchen Versteifungselement sowie weiterhin auf
ein Verfahren zur Herstellung eines versteiften Hohlträgers.
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Das Ausschäumen von Hohlträgern zum Zweck
der Versteifung ist aus dem Stand der Technik bereits allgemein
bekannt. Üblicherweise
wird dabei der gesamte Profilquerschnitt des Hohlträgers ausgeschäumt.
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Im Karosseriebau werden vorzugsweise
solche Schäumstoffe
eingesetzt, die unter Wärmeeinwirkung
ausschäumen.
Dies hat den Vorteil, daß der Schäumvorgang
nach einer Kataphorese-Tauchgrundierung während der anschließenden Trocknung automatisch
abläuft. Üblicherweise
werden die auszuschäumenden
Komponenten dabei mit Abstand zur Innenwand in dem Hohlträger angeordnet,
so daß die
Innenoberflächen
vor dem Ausschäumen
beschichtet werden können.
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Die
DE 19 12 288 C1 offenbart ein Hohlprofil mit
Innenversteifung, bei dem das Versteifungselement durch ein Kernmaterial
gebildet wird, das mit einem ausschäumbaren Werkstoff umhüllt ist.
Im nicht-ausgeschäumten
Zustand läßt sich
das Versteifungselement unter Ausbildung eines Zwischenraums zu
der Innenwand in das Hohlprofil einsetzen. Abstandhalter stellen
sicher, daß das
Versteifungselement vor dem Ausschäumen nicht gegen die Innenwand
anliegt, so daß die
Innenwand einer Oberflächenbeschichtung
unterworfen werden kann. Bei dem nachfolgenden Ausschäumen wird
der verbleibende Hohlraum vollständig
ausgeschäumt.
Eine genaue Positionierung des Versteifungselements in dem Hohlprofil
ist dabei nicht vorgesehen. Es besteht daher die Gefahr, daß das Versteifungselement
vor dem Ausschäumen
verrutscht. Überdies
ergeben sich bei der Montage Handhabungsschwierigkeiten durch die
allseitige Abstützung
mittels der Abstandshalter.
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Weiterhin ist aus der
EP 0 383 498 B1 ein Schaumteil
bekannt, das in im nichtausgeschäumten Zustand über von
außen
in den Hohlträger
eingesetzte Bolzen festgehalten wird. Zwischengelegte Beilagscheiben
sorgen für
einen ausreichenden Wandabstand des Schaumteils vor dem Ausschäumen. Auch hier
begegnet die Montage jedoch Handhabungsschwierigkeiten, da die Montage
der Bolzen und Beilagscheiben diffizil ist.
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Vor diesem Hintergrund liegt der
Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Versteifung eines Hohlträgers in
handhabungstechnischer Hinsicht zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird zunächst durch
ein Versteifungselement der eingangs genannten Art gelöst, bei
dem das Schaumteil keilförmige
Abschnitte ausbildet, die mit einer Flanke an dem Trägerteil
anliegen und im ausgeschäumten
Zustand gegen einen zweiten Innenwandabschnitt des Hohlträgers verspannt werden.
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Das erfindungsgemäße Versteifungselement läßt sich
gegenüber
den obengenannten Versteifungselementen erheblich einfacher handhaben.
So bildet dieses eine vormontierte Baueinheit, die sich bei der
Montage mit wenigen Handgriffen in dem Hohlträger sicher und vor allem positionsgenau
plazieren läßt. Dabei
wird gewährleistet,
daß das
Versteifungselement bei späteren
Bearbeitungsvorgängen
vor dem Ausschäumen
nicht verrutscht. Dieses ist insbesondere dann wichtig, wenn lediglich
Abschnitte des Hohlträgers
ausgesteift werden sollen und eine vollständige Profilausfüllung nicht
unbedingt gewünscht
ist. Da die Lagefestlegung über
das Trägerteil
erfolgt, wird beim Ausschäumen
sichergestellt, daß exakt
die gewünschten
Abschnitte des Hohlträgers
versteift werden und gegenüber
einer Vollausschäumung
eine unnötige
Gewichtszunahme vermieden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung
erfolgt die Festlegung des Versteifungselements über Rasteinrichtungen. Diese
sind vorzugsweise an dem Trägerteil
ausgebildet, um eine positionsgenaue Ankopplung an die Fahrzeugkarosserie
zu gewährleisten.
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Das Schaumteil kann entlang des Trägerteils ein
keilförmiges
Profil aufweisen. Dadurch bleibt das Schaumteil in seiner Form verhältnismäßig einfach und
damit kostengünstig
herstellbar. Es ist jedoch auch möglich, an dem Trägerteil
mehrere, in Längsrichtung
desselben voneinander beabstandete, keilförmige Schaumteil-Streben vorzusehen,
um über eine
größere Länge bei
geringer Gewichtszunahme einen Versteifungseffekt zu erzielen. Über die
Keilform wird darüber
hinaus gewährleistet,
daß beim Ausschäumen eine
Abstützung
gegen nicht-parallele Innenwände
erzielt wird.
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In einer weiteren, vorteilhaften
Ausgestaltung kann das Trägerteil
zur Festlegung an einem Wandabschnitt der Fahrzeugkarosserie an
seiner von dem Schaumteil abgewandten Seite federelastische und
mit Rastnasen versehene Haltelaschen aufweisen. Dies ermöglicht es,
das Versteifungselement, auch dann sicher in dem Hohlträger zu positionieren,
wenn zur Festlegung keine Vertiefungen oder Öffnungen in demselben vorgesehen
werden. Die federelastischen Bügel
werden bei einem Ausschäumen
komprimiert, so daß das
gewünschte
Füllverhalten
durch die Klemmbefestigung des Versteifungselements nicht beeinträchtigt wird.
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Gemäß einer weiteren, vorteilhaften
Ausgestaltung der Erfindung bildet mindestens ein Versteifungselement
mit einem Hohlträger
eine Einheit, die sich dadurch auszeichnet, daß der Hohlträger ein erstes,
vorzugsweise inneres Seitenteil und ein zweites, vorzugsweise äußeres Seitenteil
aufweist und das mindestens eine Versteifungselement zwischen diesen
Seitenteilen derart angeordnet ist, daß dessen Trägerteil an einem Seitenteil
befestigt ist und das Schaumteil sich im ausgeschäumten Zustand gegen
das andere Seitenteil abstützt.
Diese erlaubt beispielsweise eine Montage des bzw. der Versteifungselemente,
bevor die Seitenteile zu einem Hohlträger zusammengefügt werden.
Zudem wird eine Verschiebung der Versteifungselemente beim Zusammenbau
der Seitenteile verhindert.
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Im Montagezustand bleibt vor dem
Ausschäumen
zwischen dem Schaumteil und den Seitenteilen ein Zwischenraum frei.
Dadurch lassen sich einerseits Montagefehler ausschließen, wenn
die Seitenteile zusammengebaut werden. Andererseits können die Innenwände auch
nach der Anbringung der Versteifungselemente einer Oberflächenbehandlung
unterworfen werden.
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Vorzugsweise sind an dem ersten Seitenteil und
an dem Trägerteil
miteinander korrespondierende Mittel zur Lagepositionierung vorgesehen.
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Dazu ist es beispielsweise möglich, an
dem Trägerteil
integrale Fixiervorsprünge
auszubilden, welche in an dem ersten Seitenteil vorgesehene Vertiefungen
oder Öffnungen
eingreifen.
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Weiterhin kann der Hohlträger mit
einem ersten, vorzugsweise inneren Seitenteil und einem zweiten,
vorzugsweise äußeren Seitenteil
und dem mindestens einen Versteifungselement so ausgebildet sein,
daß beispielsweise
das zweite Seitenteil ein im Querschnitt abgewinkeltes Profil aufweist
und das Versteifungsteil im nichtausgeschäumten Zustand in dem Zwickel
des Profils über
federelastische Laschen positioniert und verspannt ist, wobei zwischen dem
nicht-ausgeschäumten
Schaumteil und dem ersten Seitenteil ein Zwischenraum freibleibt.
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In diesem Fall stützt sich das Schaumteil erst im
ausgeschäumten
Zustand gegen das erste und zweite Seitenteil ab.
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Denkbar ist weiterhin, in einem Hohlträger wie
beispielsweise einem Dachprofil einer Kraftfahrzeugkarosserie verschiedene,
an die jeweilige Hohlträgerkonfiguration
angepaßte
Versteifungselemente einzusetzen. Bevorzugt sind das bzw. die Versteifungselemente
lediglich im Bereich der Anbindungsstellen für einen Dachgepäckträger an dem
Dachprofil der Fahrzeugkarosserie vorgesehen, so daß bei einem
ausreichenden Steifigkeitsgewinn gleichwohl ein geringes Bauteilgewicht
erzielt wird. Zu diesem Zweck können
das bzw. die Versteifungselemente so ausgestaltet sein, daß diese
im ausgeschäumten
Zustand den Querschnitt des Hohlträgers lediglich teilweise ausfüllen.
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An einem Seitenteil können zur
besser Positionierung bei der Montage Vorsprünge, insbesondere Blindniete
vorgesehen werden, die in an dem Versteifungselement ausgebildete,
durch das Schaumteil zumindest teilweise ausgekleidete Vertiefung eingreifen
und das Schaumteil im nicht ausgeschäumten Zustand von den Seitenwänden beabstandet
halten.
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Weiterhin wird die oben genannte
Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines versteiften Hohlträgers der
vorstehend erläuterten
Art gelöst,
bei dem das bzw. die Versteifungselemente mit dem Trägerteil
an einem Seitenteil befestigt werden, anschließend die beiden Seitenteile
zu einem Hohlprofil miteinander verbunden werden und hernach das Schaumteil
ausgeschäumt
wird. Beim Ausschäumen expandiert
das Schaumteil zunächst
und bildet danach eine drucksteife Verstärkung. Die Anbindung über das
Trägerteil
und nicht unmittelbar über
das Schaumteil ermöglicht
eine sichere und positionsgenaue Fixierung bei der Montage.
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Das Ausschäumen kann nach einer Hohlraum-Oberflächenbehandlung,
insbesondere einer Hohlraum-Konservierung vorgenommen werden, wobei
die Innenwände
des Hohlträgers
zugänglich bleiben
und ein Verrutschen des Schaumteils vermieden wird.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand
von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die
Zeichnung zeigt in:
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1 eine
räumliche
Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels
eines Versteifungselements nach der Erfindung,
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2 eine
Rückansicht
des Versteifungselements aus 1,
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3 einen
Schnitt entlang der Linie III-III in 2,
wobei das Versteifungselement im noch nicht ausgeschäumten Zustand
in ein Dachprofil eingebaut ist,
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4 einen
Schnitt entlang der Linie IV-IV in 2,
wobei das Versteifungselement im noch nicht ausgeschäumten Zustand
in ein Dachprofil eingebaut ist,
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5 eine
räumliche
Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels
eines Versteifungselements nach der Erfindung,
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6 eine
weitere, räumliche
Ansicht des Versteifungselements aus 5,
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7 einen
Schnitt entlang der Linie VII-VII in 6,
wobei das Versteifungselement im noch nicht ausgeschäumten Zustand
in ein Dachprofil eingebaut ist,
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8 einen
weiteren Schnitt entlang der Linie VIII-VIII in 6, wobei das Versteifungselement im noch
nicht ausgeschäumten
Zustand in ein Dachprofil eingebaut ist.
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Das erste Ausführungsbeispiel zeigt ein Versteifungselement 1,
mit dem ein schalenförmiger Hohlträger 2 versteift
werden kann. Im folgenden wird die Funktion des Versteifungselements 1 beispielhaft anhand
eines hohlen Dachprofils einer Kraftfahrzeugkarosserie beschrieben.
Zweck des Versteifungselements 1 ist dabei eine lokale
Verstärkung des
Dachprofils im Bereich der Anbindungsstellen für einen Dachgepäckträger. Es
ist daher wichtig, daß das
Versteifungselement 1 richtig plaziert wird und vor dem
Ausschäumen
nicht verrutscht.
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Das Versteifungselement 1 umfaßt einen Trägerteil 3 aus
Metall oder einem Hartkunststoff. An dem Trägerteil 3 ist ein
Schaumteil 4 angebracht, das unter bestimmten Bedingungen,
beispielsweise unter Wärmeeinwirkung
oder auch unter Einwirkung eines Reaktionsagens ausschäumt. Bei
dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
ist das Trägerteil 3 eine im
wesentlichen flache, steife Platte, die zur Gewichtseinsparung gitterartig
ausgebildet sein kann und dazu mit Öffnungen versehen ist.
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Über
das Trägerteil 3 wird
das Versteifungselement 1 an einem Innenwandabschnitt des
Hohlträgers 2 festgelegt.
Dazu sind an der Rückseite
des Trägerteils 3 entsprechende
Einrichtungen ausgebildet. Wie 2 zeigt,
befindet sich an der Rückseite des
Trägerteils 3 in
der Mitte ein Befestigungsclip 5. Über diesen Clip 5 läßt sich
das Versteifungselement 1 in einer Öffnung 6 oder Vertiefung
an einem Innenwandabschnitt des Hohlträgers 2 verrasten.
Zwei integral an der Rückseite
des Trägerteils 3 ausgebildete
Vorsprünge
bzw. Fixierstifte 7 an den Enden, die in entsprechende Öffnungen
bzw. Vertiefungen an dem Hohlträger 2 eingreifen,
dienen der weiteren Lagerpositionierung und wirken einem Verrutschen
entgegen.
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Das Schaumteil 4 besitzt
bei dem ersten Ausführungsbeispiel
ein im wesentlichen keilförmiges
Profil. Es ist mit einer Flanke an dem Trägerteil 3 befestigt
und wird im ausgeschäumten
Zustand gegen einen Innenwandabschnitt des Hohlträgers 2 verspannt.
In dem in den 3 und 4 dargestellten Montagezustand ist jedoch
das Schaumteil 4 zunächst
von den Innenwänden
des Hohlträgers 2 beabstandet.
Dadurch ist es möglich,
nach dem Schließen
des Profils und vor dem eigentlichen Ausschäumen an den Innenwänden des
Hohlträgers 2 eine Oberflächenbehandlung,
beispielsweise eine Oberflächekonservierung
durchzuführen,
wobei eine größtmögliche Oberfläche an den
Innenwänden
erreicht wird.
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Wie die 3 und 4 zeigen,
umfaßt
der Hohlträger 2 ein
erstes, vorzugsweise inneres Seitenteil 8 und ein zweites,
vorzugsweise äußeres Seitenteil 9,
das gleichzeitig die Außenwand
der Kraftfahrzeugkarosserie darstellt. Das Versteifungselement 1 ist
zwischen diesen Seitenteilen 8 und 9 angeordnet,
wobei das Trägerteil 3 an
dem inneren Seitenteil 8 befestigt, vorzugsweise verrastet
oder verklebt ist. Zunächst
besteht zwischen dem Schaumteil 4 und dem äußeren Seitenteil 9 ein
Zwischenraum, denn bei der Montage wird das Versteifungselement 1 zuerst
an dem inneren Seitenteil 8 befestigt und anschließend der
Hohlträger 2 mit
dem äußeren Seitenteil 9 geschlossen.
Durch die Beabstandung des Schaumteils 4 von dem äußeren Seitenteil 9 wird
vermieden, daß das
Versteifungselement 1 verrutschen kann.
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Das Ausschäumen wird, wie bereits erwähnt, vorzugsweise
nach einer Hohlraum-Oberflächenbehandlung,
insbesondere einer Hohlraum-Konservierung vorgenommen. Bevorzugt
erfolgt dies im Zusammenhang mit einer kataphoretischen Tauchgrundlackierung
in der nachfolgenden Trocknung, bei der die Ausschäumtemperatur
erreicht wird.
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Die Form des Schaumteils 4 und
der Zwischenraum zu der Innenwand ist so gewählt, daß das Schaumteil 4 sich
im ausgeschäumten
Zustand gegen das andere, äußere Seitenteil 9 abstützt. Seitliche
Laschen 10 an dem Trägerteil 3,
welche der Keilkontur des Schaumteils 4 im nicht-ausgeschäumten Zustand
im wesentlichen folgen, verhindern eine unerwünschte seitliche Expansion
des Schaumteils 4 entlang des Hohlträgers 2. Auf diese
Weise wird sichergestellt, daß die
Aussteifung lediglich an den gewünschten
Stellen erzielt wird. So ist es beispielsweise nicht nötig, den
gesamten Profilquerschnitt des Hohlträgers 2 auszuschäumen, sondern
vielmehr lediglich an ausgewählten
Stellen eine Abstützung
des äußere Seitenteils 9 gegen
das innere Seitenteil 8 zu erzielen. Dadurch läßt sich
eine unnötige
Gewichtszunahme vermeiden. Das vorgeschlagene Versteifungssystem
ist zudem toleranzunempfindlich und ermöglicht eine konturfolgende
und abzeichnungsfreie Versteifung im Dachrahmenbereich einer Kraftfahrzeugkarosserie,
die auch für
den Crashfall Vorteile bietet.
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Das zweite Ausführungsbeispiel in den 5 bis 8 zeigt ein weiteres Versteifungselement 11 zur
Anordnung in einem Hohlträger 12,
wie z. B. einem Dachprofil einer Kraftfahrzeugkarosserie. Das Versteifungselement 11 umfaßt ebenfalls
einen Trägerteil 13 und
mindestens ein an diesem vorgesehenes Schaumteil 4, das
beispielsweise unter Wärmeeinwirkung
oder Einwirkung eines Reaktionsagens ausschäumt.
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Auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel befinden
sich an dem Trägerteil 13 Einrichtungen
zur Festlegung an einem ersten Innenwandabschnitt des Hohlträgers 12,
die es ermöglichen,
bei einer manuellen oder automatisieren Montage das Versteifungselement 11 mit
einem Wandabschnitt des Hohlträgers 12 zu
verrasten. Dazu sind hier an dem Trägerteil 13 an dessen
von dem Schaumteil 14 abgewandten Seite federelastische
und mit Rastnasen 15 versehene Haltelaschen 16 vorgesehen.
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Der Hohlträger 12 weist ein erstes,
inneres Seitenteil 18 und ein zweites, äußeres Seitenteil 19 auf.
Das zweite, äußere Seitenteil 19 besitzt
ein im Querschnitt abgewinkeltes Profil. Im nicht-ausgeschäumten Zustand
ist das Versteifungselement 11 in dem Zwickel des Profils über die
Haltelaschen 16 positioniert und verspannt ist. Die Rastnasen 15 der Haltelaschen 16 verhaken
dabei mit einer Kante an dem zweiten Seitenteil 19.
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Zusätzlich sind an dem zweiten, äußeren Seitenteil 19 Vorsprünge 20 in
Form von Blindnieten vorgesehen. An dem Versteifungselement 11 befinden
sich korrespondierende Vertiefungen 21, die durch das Schaumteil 14 zumindest
teilweise ausgekleidet sind. Im Montagezustand greifen die Vorsprünge 20 in
die Vertiefungen 21 ein. Dabei sind die Vorsprünge 20 und
die Vertiefungen 21 derart aufeinander abgestimmt, daß das Schaumteil 14 im nicht-ausgeschäumten Zustand
von den Seitenwänden 18 und 19 beabstandet
gehalten wird, somit zwischen dem nicht ausgeschäumten Schaumteil 14 und dem
ersten, inneren Seitenteil 18 und dem zweiten, äußeren Seitenteil 19 ein
Zwischenraum freibleibt.
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Wie insbesondere 5 zeigt, bildet das Schaumteil 14 an
dem Trägerteil 13 keilförmige Abschnitte
aus, die jeweils mit einer Flanke an dem Trägerteil 13 anliegen
und erst im ausgeschäumten
Zustand gegen einen Innenwandabschnitt des Hohlträgers 12 verspannt
sind. Bei dem hier dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel sind an dem
Trägerteil 13 mehrere,
in Längsrichtung
desselben voneinander beabstandete, keilförmige Schaumteil-Streben 22 vorgesehen.
Diese stützen
sich im ausgeschäumten
Zustand sowohl gegen das erste als auch gegen das zweite Seitenteil 18 und 19 ab
und ermöglichen eine
Profilaussteifung, wobei das bzw. die Versteifungselemente 11 lediglich
im Bereich der Anbindungsstellen für einen Dachgepäckträger an dem Dachprofil
der Fahrzeugkarosserie vorgesehen sind.
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Auch hier ist das Schaumteil 14 derart
ausgebildet und durch seitliche Begrenzungen 23 des Trägerteils 13 so
eingeschränkt,
daß lediglich
gewünschte
Abschnitte des Hohlträgers 12 ausgeschäumt werden.
Dabei ist es nicht notwendig, den gesamten Querschnitt des Hohlträgers 12 auszuschäumen. Vielmehr
füllt das
Versteifungselement 11 im Hinblick auf eine Gewichtseinsparung im
ausgeschäumten
Zustand den Querschnitt des Hohlträgers 12 lediglich
teilweise aus.
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Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel
wird das Versteifungselement 11 bei der Montage zunächst mittels
der Haltelaschen 15 und der Blindniete 20 in dem äußeren Seitenteil 19 fixiert.
Anschließend werden
beide Seitenteile 18 und 19 zu dem Hohlträger 12 verbunden.
Das eigentliche Ausschäumen
erfolgt, wie oben bereits erläutert,
vorzugsweise nach einer Hohlraum-Oberflächenbehandlung auf thermischen
Wege.
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In sämtlichen Fällen kann das Versteifungselement 1 bzw. 11 mit
geringem Handhabungsaufwand positionsgenau an einer gewünschen Stelle
in dem Hohlträger 2 bzw. 12 plaziert
und gegen ein Verrutschen gesichert werden. Dies ermöglicht eine
gezielte Versteifung des Hohlträgers
lediglich an diejenigen Stellen, an denen eine solche auch wirklich
benötigt
wird. Dadurch ergeben sich gegenüber
voll ausgeschäumten
Hohlträgern
deutliche Gewichtsvorteile. Selbstverständlich ist es möglich, an
einem Hohlträger
unterschiedliche Versteifungselemente entsprechend den räumlichen
Gegebenheiten in dem Hohlträger 2 bzw. 12,
insbesondere in Abhängigkeit seines
Profilquerschnitts vorzusehen.
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Die Erfindung ist nicht auf die hier
konkret beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt, sondern
umfaßt
vielmehr sämtliche
durch die Patentansprüche
definierten Ausgestaltungen.
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- 1
- Versteifungselement
- 2
- Hohlträger
- 3
- Trägerteil
- 4
- Schaumteil
- 5
- Clip
- 6
- Öffnung
- 7
- Vorsprünge bzw.
Fixierstifte
- 8
- inneres
Seitenteil
- 9
- äußeres Seitenteil
- 10
- Lasche
- 11
- Versteifungselement
- 12
- Hohlträger
- 13
- Trägerteil
- 14
- Schaumteil
- 15
- Rastnase
- 16
- Haltelasche
- 18
- inneres
Seitenteil
- 19
- äußeres Seitenteil
- 20
- Vorsprung
- 21
- Vertiefung
- 22
- Schaumteil-Strebe
- 23
- seitliche
Begrenzung