DE19806484A1 - Verbundteil und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbundteil aus einem eine obere und un­ tere metallische Deckschicht und einen metallischen, in Wabenstruktur aufgebau­ ten Kern umfassenden Sandwichbauteil und mindestens einem mit einer Verbin­ dungsfläche ausgestatteten metallischen Profil zur Krafteinleitung in das Sand­ wichbauteil und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen.

Konstruktionen in Sandwichbauweise zeichnen sich durch hohe Biegesteifigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht aus. Aus diesem Grund wird der Einsatz die­ ser Bauweise im Transportbereich - besonders in der Bahntechnologie - immer häufiger erwogen. Für hochbeanspruchte Konstruktionen ist es sinnvoll, diese Sandwichverbünde aus metallischen Werkstoffen herzustellen.

Um weitere Komponenten an den Sandwichbauteilen anzulenken oder verschie­ dene Sandwichbauteile in beliebigen Winkeln zueinander zu verbinden, werden zur Krafteinleitung und zum Anbringen von Anbindepunkten Profile integriert. Der Aufbau größerer Sandwichbauteile wird bewerkstelligt, indem mehrere klei­ nere Sandwichbauteile, im folgenden Grundbauteile genannt, je nach Anforde­ rung zu einem großen Sandwichbauteil zusammengefügt werden.

Aus EP 0 544 498 sind Verbundteile aus Sandwichbauteilen und Profilen zur Krafteinleitung bekannt, bei denen die Profile mit einem zur Deckschicht des Sandwichbauteils senkrecht stehenden Steg zwischen zwei an ihren Enden stumpf aneinandergestoßenen Grundbauteilen geschweißt sind. Dabei wird eine Verstärkung zum Anbringen der Profile benutzt, die dadurch entsteht, daß sowohl Sandwichbauteile als auch Grundbauteile in ihrem Endbereich normalerweise durch U-förmige, mit dem offenen Bereich nach außen zeigende und an Stelle des Kerns eingefügte Verstärkungsprofile abgeschlossen und verstärkt sind. Ge­ schweißt wird bei dieser Art der Anbringung entlang der Kontaktstellen von Deckfläche und Profil.

Bei einem Verbundteil gemäß EP 0 644 096 sind die Profile mit einer Verbin­ dungsfläche entweder auf dem mit U-förmigen Verstärkungsprofilen verstärkten Verbindungsbereich zweier Grundbauteile am Rand festgeschweißt oder auf die mit hohlen Verstärkungsprofilen unterlegte Deckschicht genietet.

Bei allen bekannten Verbundteilen wird das Profil an das Sandwichbauteil ge­ schweißt oder genietet, wodurch ein punktueller oder linienförmiger Kraftüber­ trag vom Profil auf das Sandwichbauteil stattfindet. Dies setzt aber voraus, daß das Sandwichbauteil im Schweißbereich verstärkt wird. Die Verstärkung wird durch extra eingebrachte hohle Verstärkungsprofile an Stelle des metallischen Kerns oder durch U-förmige Verstärkungsprofile im Stoßbereich zweier Grund­ bauteile bewerkstelligt.

Nachteilig wirkt sich bei derartigen Verbundteilen der Aufbau von großen Bau­ teilen mit mehreren Profilen zur Krafteinleitung aus. Entweder müssen große Bauteile, wie z. B. Seitenwände eines Waggons, aus vielen kleinen Verbundteilen aufgebaut werden, um die Profile zur Krafteinleitung an Stoßstellen plazieren zu können oder die Sandwichbauteile müssen im voraus an den entsprechenden Stellen mit hohlen Verstärkungsprofilen an Stelle des Kerns versehen werden. In allen Fällen ist ein nachträgliches Anbringen von Profilen zur Krafteinleitung nicht mehr möglich, wenn dort kein Verstärkungsprofil eingearbeitet ist. Außer­ dem ist der Aufbau von größeren Bauteilen aus vielen kleinen Verbundteilen ko­ sten- und zeitintensiv. Des weiteren entstehen an den Schweißnähten oder Niet­ verbindungen Spaltkorrosions- bzw. Kontaktkorrosionsprobleme, welche die Le­ bensdauer der Bauteile erheblich beeinflussen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verbundteil aus einem Sand­ wichbauteil und einem/mehreren Profil(en) zur Krafteinleitung anzugeben, mit dem es möglich ist, größere Bauteile, bei denen mehrere Krafteinleitungspunkte benötigt werden, aus wenigen großen Verbundteilen zusammen zu bauen. Auch soll es bei den Verbundteilen nachträglich möglich sein, Profile an beliebigen Stellen anzubringen, ohne daß der Kraftübertrag beeinflußt wird.

Zur Lösung der Aufgabe ist ein Verbundteil der eingangs beschriebenen Art er­ findungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das/die Profil(e) flächig auf das Sandwichbauteil gefügt ist/sind.

Durch das erfindungsgemäße Verbundteil können größere, mit mehreren Profilen zur Krafteinlenkung versehene Bauteile leicht hergestellt werden, indem das Ver­ bundteil in seinen Ausmaßen samt Profilen an das zu formende Bauteil optimal angepaßt wird, ohne an den Krafteinleitungsstellen das Sandwichbauteil unter­ brechen und neu ansetzen zu müssen, was den Aufbauprozeß der Bauteile wesentlich vereinfacht und zu Kostenersparnis führt. Die Profile zur Kraftein­ leitung werden an das Sandwichbauteil gefügt, nachdem das Sandwichbauteil in seinen Ausmaßen optimal an das zu formende Bauteil angepaßt wurde. Da die Fügungsstellen der Profile zur Krafteinleitung unabhängig sind von Stoßstellen bzw. Verstärkungsstellen der Sandwichbauteile, können weitere Profile auch zu einem späteren Zeitpunkt beliebig an das schon bestehende Verbundteil gefügt werden, was die Variabilität der Verbundteile erhöht. Des weiteren wird die Qualität der Verbindung von Profil und Sandwichbauteil durch das flächige Fügen der Profile verbessert, wodurch der Aufbau der Verbundteile stabilisiert wird. So wird zur Erhöhung der Lebensdauer die Spaltkorrosion bzw. Kontakt­ korrosion an den Fügestellen verhindert.

Zum flächigen Fügen der Profile an die Sandwichbauteile weisen diese minde­ stens eine an die Deckschicht anschließende Verbindungsfläche auf. Die Ge­ samtgeometrie der verwendeten Profile wird dem jeweiligen Verwendungszweck angepaßt. Je nachdem, ob weitere Teile angeschweißt, angeschraubt oder ange­ nietet werden, weisen die Profile weitere Flächen bzw. T-Elemente oder ge­ schlitzte Hohlkörper zum Einbringen eines Schrauben- oder Nietkopfes auf. Diese Formgebung wird vorteilhaft dadurch erzielt, daß Strangpreßprofile als Krafteinleitungselemente verwendet werden.

Das gegenüber dem Schweißen der Profile an den verstärkten Sandwichbauteilen Vorteile aufweisende flächige Fügen kann nun dadurch durchgeführt werden, daß das Profil auf das Sandwichbauteil geklebt wird, doch bevorzugt ist das metalli­ sche Profil auf die metallische Deckschicht gelötet. Hierdurch wird besonders bei starken Vibrationen eine erhöhte Haftung erzielt.

Der folgende Teil der Beschreibung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstel­ lung des erfindungsgemäßen Verbundteils.

Bei einem Verfahren gemäß EP 0 405 889 werden die Verbundteile hergestellt, indem die Sandwichbauteile mit Verstärkungen an den für die Profile vorgesehe­ nen Positionen oder durch Aneinanderstoßen von im Randbereich verstärkten Grundbauteilen in einem ersten Arbeitsschritt gefertigt werden und die Profile in einem zweiten Arbeitsschritt mit mindestens einer Naht an die verstärkten Berei­ che geschweißt werden.

Der erste Arbeitsschritt beinhaltet neben der reinen Herstellung der Sandwich­ bauteile weitere Arbeitsabläufe, da die Verstärkungen an den für die Profile vorgesehenen Positionen eingebracht werden müssen, was die Einbringung des metallischen Kerns unterbricht und die Herstellung derart verstärkter Sandwich­ bauteile sehr aufwendig macht. Außerdem lassen sich die Verstärkungsprofile nicht in jedem beliebigen Winkel zur Wabenstruktur des Kerns einbringen, was eine Limitierung der Anwendungsmöglichkeiten darstellt. Auch die Herstellung der Sandwichbauteile aus aneinandergestoßenen Grundbauteilen erhöht den Ar­ beitsaufwand im ersten Arbeitsschritt. Werden mehrere Schweißnähte ange­ bracht, um das Profil am verstärkten Sandwichbauteil zu befestigen, erhöht sich außerdem die Zahl der Arbeitsabläufe im zweiten Arbeitsschritt entsprechend.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung soll weiterhin sein ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Verbundteils aus Sandwichbauteil und Profil zur Krafteinleitung zu schaffen, bei dem die Anzahl der Arbeitsschritte und die darin enthaltenen Arbeitsabläufe minimiert sind.

Die Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß das/die Pro­ fil(e) während des Herstellprozesses des Sandwichbauteils auf das Sandwichteil gefügt wird/werden.

Vorteilig wirkt sich bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren aus, daß durch die gleichzeitige Herstellung von Sandwichbauteilen und Fügen der Profile der ge­ samte zweite Arbeitsschritt eingespart wird. Da die Profile auch in Bereichen ohne Verstärkungsprofile und ohne Beachtung einer bestimmten Richtung zur Wabenstruktur des Kerns gefügt werden können, ist es mit dem erfindungsge­ mäßen Verfahren auch möglich, Verbundteile mit beliebig orientierten Profilen zu fertigen.

Während der Herstellung des Sandwichbauteils werden die Parameter dieses Pro­ zesses für das Fügen des Profils an das Sandwichbauteil ausgenutzt. Da es sich bei den Deckschichten und dem wabenförmigen Kern um metallische Kompo­ nenten handelt, ist es vorteilhaft, die Deckschichten durch Löten mit dem Kern zu verbinden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn zum Löten der Deckschichten auf dem Kern lotplattierte Deckschichten verwendet werden. Kontaktiert die lot­ plattierte Seite den metallischen Kern, so läuft der Lötvorgang ab, wenn die Komponenten unter Luftausschluß, insbesondere Vakuum, auf eine über dem Schmelzpunkt des Lots liegende Temperatur erhitzt werden. Das Lot wird ver­ flüssigt und sammelt sich an den Kontaktstellen der Deckschicht mit den Stegen der wabenförmigen Struktur des Kerns, so daß beim Abkühlen ein gelötetes Sandwichbauteil gebildet wird.

Die Parameter des Herstellprozesses des Sandwichbauteils - wie die auftretende Temperatur - können genutzt werden, um das Profil gleichzeitig auf das Sand­ wichbauteil zu fügen. Dazu wird auch das Profil bevorzugt auf das Sandwichbau­ teil gelötet. Vorteilhaft werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Deck­ schichten verwendet, die auf der dem Profil zugewandten Seite lotplattiert sind, so daß durch die Temperatur beim Herstellprozeß das Lot auf dieser Seite der Deck­ schicht ebenfalls verflüssigt wird und sich unter Luftausschluß an der Kontakt­ stelle von Profil und Deckschicht sammelt. Hierdurch wird beim Abkühlen des Verbundteils das Profil flächig auf das Sandwichbauteil gefügt.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben, aus dem sich weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorzüge ergeben.

Die Figur zeigt ein Verbundteil aus einem Sandwichbauteil und einem flächig ge­ fügten Profil zur Krafteinleitung.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein Verbundteil 1, das ein Sandwichbauteil 10 und ein angefügtes Profil zur Krafteinleitung 20 umfaßt.

Das Sandwichbauteil ist aus einer oberen Deckschicht 11, einer unteren Deck­ schicht 12 und einem metallischen Kern 13 aufgebaut. Letzterer ist zwischen den Deckschichten 11, 12 angebracht und wird durch eine Vielzahl von aneinander­ gefügten Waben 13a gebildet. Durch diesen Aufbau weist das Sandwichbauteil eine hohe Biegesteifigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht aus.

Durch Verwendung von oberen und unteren Deckschichten 11, 12, die lot­ plattierte Seiten 11a, 12a zum metallischen Kern 13 hin aufweisen, vereinfacht sich die Herstellung der Sandwichbauteile bzw. der Verbundbauteile, indem der so gepackte Stapel unter Vakuum über die Schmelztemperatur des Lots erhitzt wird, wodurch sich das Lot an den Kontaktstellen der Waben 13a mit der oberen Deckschicht 11 bzw. unteren Deckschicht 12 sammelt und beim Abkühlen der Lötvorgang abgeschlossen wird.

Über diesen Vorgang wird auch das Profil 20 mit der Verbindungsfläche 21 zeitgleich zum Herstellprozeß des Sandwichbauteils auf die äußere Seite 11b der oberen Deckschicht 11 gelötet. Dabei ist auch die äußere Seite 11b der oberen Deckschicht 11 lotplattiert und das Profil 20 an der entsprechenden Position pla­ ziert. Der Vorgang zum Fügen des Profils 20 mit der Verbindungsfläche 21 auf der oberen Deckschicht 11 läuft gleichzeitig zum Herstellungsprozeß des Sand­ wichbauteils 10 ab. Beim Hochheizen über die Schmelztemperatur des Lots sammelt sich das Lot der lotplattierten äußeren Seite 11b an der Verbindungs­ fläche 21 und fügt beim Abkühlen das Profil 20 an das Sandwichbauteil 10. Es ist aber auch möglich, nur die Bereiche der äußeren Seite 11b der oberen Deck­ schicht 11 zu plattieren, die später mit einem Profil in Berührung kommen.

Das Profil 20 besitzt in dem gewählten Ausführungsbeispiel neben der Verbin­ dungsfläche 21 noch zwei Backen 22, 23, die einen T-förmigen Bereich ein­ grenzen, der entweder ein flächiges Bauteil senkrecht zum Sandwichbauteil hält oder in dem sich mehrere mit den Köpfen im T-förmigen Bereich befindliche Schrauben zum Anbringen von Trägern oder ähnlichem befinden können. Natür­ lich können zum Zwecke unterschiedlichster Art der Krafteinleitung in das erfin­ dungsgemäße Verbundteil auch Profile gefügt sein, die neben der Verbindungs­ fläche 21 andere Geometrien aufweisen.

Claims (9)

1. Verbundteil (1) aus einem eine obere (11) und untere (12) metal­ lische Deckschicht und einen metallischen, in Wabenstruktur aufgebauten Kern (13) umfassenden Sandwichbauteil (10) und mindestens einem mit einer Verbin­ dungsfläche (21) ausgestatteten metallischen Profil (20) zur Krafteinleitung in das Sandwichbauteil (10), dadurch gekennzeichnet, daß das/die Profil(e) flächig auf das Sandwichbauteil gefügt ist/sind.

2. Verbundteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil (20) als Strangpreßprofil ausgebildet ist.

3. Verbundteil nach einem oder mehreren der vorausgehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil (20) auf das Sandwichbauteil (10) geklebt ist.

4. Verbundteil nach einem oder mehreren der vorausgehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil (20) auf das Sandwichbauteil (10) gelötet ist.

5. Verfahren zur Herstellung eines Verbundteiles (1) nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das/die Profil(e) (20) während des Herstellprozesses des Sandwichbauteils auf das Sand­ wichbauteil (10) gefügt wird/werden.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorausgehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sandwichbauteil (10) durch Löten der metallischen Deckschichten (11, 12) mit dem metallischen Kern (13) herge­ stellt wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorausgehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Deckschichten (11, 12) mit einer lot­ plattierten Seite (11a, 12a) auf dem Kern (13) angebracht werden und der Löt­ vorgang unter Ausschluß der Luft bei einer Temperatur oberhalb des Schmelz­ punktes des Lots durchgeführt wird.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorausgehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil (20) auf das Sandwichbauteil (10) gelötet wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorausgehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Deckschichten (11, 12) mit einer dem Profil (20) zugewandten lotplattierten Seite (11b) angebracht werden.