DE10333678A1

DE10333678A1 - Verfahren zum Herstellen eines abschnittweise verstärkten rohrförmigen Trägers aus Metall, insbesondere für Tragstrukturen in Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE10333678A1
Application number: DE10333678A
Authority: DE
Inventors: Lothar Dr. Patberg; Uwe Kneiphoff
Original assignee: ThyssenKrupp Stahl AG
Current assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority date: 2003-07-24
Filing date: 2003-07-24
Publication date: 2005-02-24
Anticipated expiration: 2023-07-25
Also published as: US20050034306A1; FR2858945A1; FR2858945B1; DE10333678B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines abschnittsweise verstärkten Trägers aus einem rohrförmigen Hohlprofil (1) aus Metall. Zur abschnittweisen Verstärkung des Hohlprofils (1) wird auf das Hohlprofil (1) eine Manschette (3) aus Metall aufgeschoben und mit einem Kleber (2) im zu verstärkenden Abschnitt vollflächig verklebt, so dass die Wandung des rohrförmigen Hohlprofils (1) und die Manschette (3) unter Vermittlung des Klebers (2) einen Verbund bilden. Um das Aufschieben der Manschette (3) auf das Hohlprofil (1) zu erleichtern, wird die Manschette (3) durch Erwärmen aufgeweitet und/oder das Hohlprofil (1) durch Abkühlen in seinen Außenabmessungen vermindert. Das Umformen des mit der Manschette (3) versehenen Hohlprofils (1) zum Träger erfolgt vor einer abschließenden Extrabehandlung des Klebers (2) zum Zwecke seines Aushärtens.

Description

Im Kraftfahrzeugbau werden aus Leichtbaugründen zunehmend für die Herstellung von Tragstrukturen kaltumgeformte, rohrförmige Träger aus Metall, insbesondere Stahl, als tragende und crash-absorbierende Bauteile eingesetzt. Solche gewichts- und belastungsoptimierte Träger bestehen aus über die Trägerlänge aneinander anschließenden Abschnitten, die hinsichtlich der Wanddicke und/oder der Werkstoffe unterschiedlich dimensioniert sind. Hergestellt werden solche Träger aus speziellen Blechplatinen, sogenannten "Tailored Blanks", bei denen die unterschiedlichen Abschnitte durch Walzen oder dadurch hergestellt werden, dass verschiedene Blechabschnitte zusammengeschweißt werden. Anschließend wird eine solche Platine zu einem längsgeschlitzten Rohr verformt und längsnahtgeschweißt.

Die Herstellung solcher durch Walzen und/oder Schweißen hergestellter "Tailored Tubes" mit über ihre Länge unterschiedlichen Wandstärken ist aufwendig. Deshalb wird nach alternativen Lösungen für die Herstellung von gewichts- und belastungsoptimierten, rohrförmigen Trägern als Bauteile für Tragstrukturen in Kraftfahrzeugen gesucht, deren Herstellung weniger aufwendig ist. Außerdem sollen solche Träger kaltumformbar sein.

Bei einem bekannten Verfahren zum Herstellen von rohrförmigen Hohlprofilen ist lokal an der Wand des Hohlprofils ein Versteifungs- und/oder Funktionselement angefügt ( DE 100 38 337 A1 ). Die Herstellung eines solchen mit einem Versteifungselement versehenen Hohlprofils erfolgt in der Weise, dass das Versteifungselement auf eine noch flache Blechplatine aufgebracht und gemeinsam mit ihr zu einem längsgeschlitzten Rohr umgeformt wird, das dann längsnahtgeschweißt wird. Bei diesem bekannten Verfahren ist nicht vorgesehen und praktisch auch nicht möglich, dass sich das Versteifungselement über den gesamten Umfang des Rohres erstreckt. Die Versteifungswirkung ist deshalb auf kleinere Bereiche des Umfangs des rohrförmigen Hohlprofils beschränkt.

Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen rohrförmigen Träger aus Metall, insbesondere Stahl, herzustellen, der mindestens einen verstärkten Abschnitt aufweist, der dem von Tailored Tubes bekannten verstärkten Abschnitt entspricht.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Herstellen eines abschnittweise verstärkten, rohrförmigen, insbesondere längsnahtgeschweißten Trägers aus Metall, insbesondere Stahl, an dessen Wandung mindestens ein Verstärkungsblech angefügt ist, mit folgenden Verfahrensschritten gelöst:

a) Das Hohlprofil wird an jedem zu verstärkenden Abschnitt mit einer Schicht aus einem durch Extrabehandlung aushärtbaren Kleber versehen.
b) Auf das Hohlprofil wird bis auf den zu verstärkenden Abschnitt eine Manschette aus Metall, insbesondere Stahl, geschoben, nachdem zuvor von den beiden Fügepartnern, dem Hohlprofil und der Manschette, mindestens einer einer solchen Wärmebehandlung unterworfen worden ist, dass zwischen dem Hohlprofil und der Manschette ausreichend Spiel für das Aufschieben der Manschette entsteht.
c) Abschließend wird der Kleber durch Extrabehandlung des Hohlprofils im Bereich der Manschette ausgehärtet.

Die Herstellung des abschnittweise verstärkten Trägers nach der Erfindung ist denkbar einfach. Es wird von einem herkömmlichen, rohrförmigen Hohlprofil ausgegangen, das an dem oder den zu verstärkenden Abschnitten entsprechend den späteren betrieblichen Belastungen mit einer Manschette versehen wird, die mit der Rohrwandung einen stoffschlüssigen Verbund eingeht. Die Variationsmöglichkeit bei der Werkstoffauswahl und der Wanddicke der Manschette bieten eine Vielzahl von Kombinationsmöglichkeiten, diesen Verbund den späteren betrieblichen Belastungen optimal anzupassen. Sofern das Hohlprofil noch zum Träger umgeformt werden muss, z.B. gebogen oder durch Innenhochdruckumformen anders profiliert werden muss, ist dies leicht möglich, wenn dieses Umformen vor dem abschließenden Aushärten des Klebers erfolgt, also in einer Phase, in der an dem zu verstärkenden Abschnitt der stoffschlüssige Verbund noch nicht entstanden ist. Vor dem Aushärten ist der Kleber ausreichend elastisch, um die Umformung von Hohlprofil und Manschette mitzumachen. Die Art der Extrabehandlung des Klebers richtet sich nach der stofflichen Zusammensetzung des Klebers. Vorzugsweise setzt man einen durch Wärmebehandlung bei erhöhter Temperatur erhärtenden Kleber ein.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung sollte eine Manschette verwendet werden, die im kalten Zustand ein Übermaß gegenüber dem Hohlprofil hat, das gleich der Dicke der Schicht des Klebers ist. Dadurch wird gewährleistet, dass genügend Kleber für einen vollflächigen Stoffschluss zur Verfügung steht.

Das leichte Aufschieben der Manschette wird durch Wärmebehandlung ermöglicht, die durch Erwärmen der Manschette und/oder Abkühlen des Hohlprofils erfolgen kann. Vorzugsweise wird das Hohlprofil vor dem Aufschieben der Manschette gegenüber Raumtemperatur abgekühlt. Das bringt den weiteren Vorteil mit sich, dass bei einem viskosen Kleber dieser verhältnismäßig steif wird und beim Aufschieben der Manschette nicht so leicht teilweise abgeschabt werden kann. Sofern zusätzlich die Manschette erwärmt wird, sollte sie bei Verwendung eines unter Wärme aushärtbaren Klebers unterhalb einer Temperatur gehalten werden, die der Reaktionstemperatur des Klebers entspricht.

Als Kleber kann ein Sprühkleber oder ein Folienkleber Verwendung finden.

Sofern das Hohlprofil insbesondere zum Träger kaltumzuformen ist, die aufgeschobene Manschette aber durch den Kleber noch nicht ausreichend fixiert ist, kann die Manschette auf dem Hohlprofil durch zusätzliche Mittel fixiert werden, beispielsweise kann sie durch Punktschweißung angeheftet werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:
1 ein rohrförmiges Hohlprofil aus Metall in der Herstellungsphase des Aufschiebens einer Manschette im Axialschnitt,
2 das rohrförmige Hohlprofil gemäß 1 mit der am zu verstärkenden Abschnitt platzierten Manschette im Axialschnitt und
3 das rohrförmige Hohlprofil nach einer Kaltumformung (Biegen zum Träger) im Axialschnitt.
Ein rohrförmiges Hohlprofil 1 kann aus einer Blechplatine insbesondere aus Stahl durch Umformen zu einem längsgeschlitzten Hohlkörper und anschließendes Längsnahtschweißen hergestellt sein. Um ein solches Hohlprofil 1 an einem Abschnitt zu verstärken, dient eine aufgeschobene und durch eine Schicht eines Klebers 2 fixierte Manschette 3 aus Blech, insbesondere Stahlblech. Um die Manschette 3 an dem zu verstärkenden Abschnitt zu platzieren, wird zunächst das Hohlprofil 1 außenseitig mit einem Kleber 2 versehen. Der Kleber 2 kann aufgesprüht werden, oder es kann eine Klebefolie aufgebracht werden. Als Kleber eignet sich ein Kleber, der im kalten Zustand eine ausreichende Festigkeit und Elastizität sowie im Vergleich zur Normaltemperatur geringere Klebfähigkeit hat.
Da die Manschette 3 auf ihrer gesamten Länge möglichst formschlüssig auf dem Hohlprofil 1 sitzen soll, den Kleber 2 aber nicht verdrängen soll, hat die Manschette 3 ein in der vorgesehenen Schichtdicke des Klebers 2 geringes Übermaß gegenüber dem Hohlprofil 1. Um gleichwohl die Manschette 3 leicht auf das Hohlprofil 1 aufschieben zu können, wird das Hohlprofil 1 durch Abkühlen in seinen Außenabmessungen reduziert und/oder die Manschette 3 durch Erwärmen aufgeweitet. Das Abkühlen des Hohlprofils 1 hat beim Einsatz eines bei Erwärmung weich werdenden Klebers 2 den positiven Nebeneffekt, dass der Kleber 2 fest bleibt und nicht klebend wird. Aus dem gleichen Grund sollte beim Erwärmen der Manschette 3 deren Temperatur unter der Aushärttemperatur des Klebers 2 gehalten werden. Sobald die aufgeschobene Manschette 3 im zu verstärkenden Abschnitt platziert ist, können das Hohlprofil 1 und die Manschette 3 wieder Raumtemperatur annehmen. Bei dieser Temperatur sitzt dann die Manschette 3 unter Erhalt der Schicht des Klebers 2 einigermaßen fest auf dem Hohlprofil 1. Dieser Zustand ist in 2 dargestellt.
Um das Hohlprofil zu einem Träger A zu biegen, wie in 3 dargestellt, reicht zur Fixierung der Manschette 3 im zu verstärkenden Abschnitt die Klebekraft des Klebers 2 und der feste Sitz der Manschette 3 in der Regel nicht aus. Damit das Hohlprofil 1 mit der aufsitzenden Manschette 3 aber leicht gebogen oder anderweitig umgeformt werden kann, sollte der Kleber 2 noch keiner Extrabehandlung zum Aushärten unterworfen worden sein. Um gleichwohl die Manschette 3 auf dem Hohlprofil 1 axial zu fixieren, kann die Manschette 3 mit einem Rand durch mindestens einen Schweißpunkt an dem Hohlprofil 1 angeheftet werden. Da der elastische Kleber 2 das Umformen des Hohlprofils zum Träger T praktisch nicht behindert und auch der oder die wenigen Schweißpunkte die Umformung nicht behindern, ist das Umformen leicht möglich.
Sofern der Träger als Teil für die Tragstruktur einer Kfz.-Karosserie bestimmt ist, erfolgt als Nächstes vorzugsweise sein Einbau in die Tragstruktur.
Erst nach diesem Umformschritt und ggf. nach dem Einbau in die Tragstruktur erfolgt dann das Aushärten des Klebers 2 durch Extrabehandlung, die von der Art des eingesetzten Klebers 2 abhängt. In der Regel setzt man einen unter Wärme aushärtbaren Kleber ein. Da in Tragstrukturen von Fahrzeugen die Träger A in der Regel mit einem ebenfalls unter Wärme aushärtbaren Lack versehen werden, kann der Kleber und der Lack in einem gemeinsamen Prozessschritt (KTL bei ca. 180°C) ausgehärtet werden. Die dabei angewendete Temperatur liegt dann in der Regel über der zum Aushärten des Klebers notwendigen Temperatur.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines abschnittweise verstärkten Trägers (A) aus einem rohrförmigen, insbesondere längsnahtgeschweißten Hohlprofil (1) aus Metall, insbesondere aus Stahl, an dessen Wandung mindestens ein Verstärkungsblech angefügt ist, mit folgenden Verfahrensschritten: a) Das Hohlprofil (1) wird an jedem zu verstärkenden Abschnitt mit einer Schicht aus einem durch Extrabehandlung aushärtbaren Kleber (2) versehen. b) Auf das Hohlprofil (1) wird bis über den zu verstärkenden Abschnitt als Verstärkungsblech eine Manschette (3) aus Metall, insbesondere Stahl geschoben, nachdem zuvor von den beiden Fügepartnern, dem Hohlprofil (1) und der Manschette (3), mindestens einer einer solchen Wärmebehandlung unterworfen wird, dass zwischen dem Hohlprofil (1) und der Manschette (3) ausreichend Spiel für das Aufschieben der Manschette (3) entsteht. c) Abschließend wird der Kleber (2) durch die Extrabehandlung des Hohlprofils (1) im Bereich der Manschette (3) ausgehärtet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlprofil (1) vor der dem Aushärten des Klebers (2) dienenden Extrabehandlung zum Träger (T) umgeformt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Manschette (3) verwendet wird, die im kalten Zustand ein Übermaß gegenüber dem Hohlprofil (1) hat, das gleich der Dicke der Schicht des Klebers (2) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlprofil (1) vor dem Aufschieben der Manschette (3) gegenüber Raumtemperatur abgekühlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Manschette (3) im erwärmten Zustand aufgeschoben wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem unter Wärme aushärtbaren Kleber (2) die Temperatur der erwärmten Manschette (3) unter der Reaktionstemperatur des Klebers (2) gehalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sprühkleber verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Folienkleber verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass für das Umformen des mit Manschette (3) versehenen Hohlprofils (1) die Manschette (3) auf dem Hohlprofil (1) durch zusätzliche Mittel fixiert wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 2 und einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung des zum Träger (A) umgeformten Hohlprofils (1) in einer Tragstruktur einer Kfz.-Karosserie der Träger (A) in die Tragstruktur eingebaut wird und dann die gesamte Tragstruktur der auch für die Aushärtung des Klebers (2) dienenden Extrabehandlung unterworfen wird.