DE19858977C1 - Zusammengesetztes Bauteil, insbesondere Hohlprofilträger - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft zusammengesetzte Bauteile, insbesondere Hohlprofilträger, die durch Verschweißen, Löten oder Verkleben mehrerer schalen- oder trogförmigen Einzelteile miteinander entstehen. Hierzu ist eine exakte und stabile Positionierung der Einzelteile zueinander gefordert. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, diese zusammengesetzten Bauteile so zu verbessern, daß sie einfach, prozeßsicher und formgenau in hoher Qualität herstellbar sind. Hierzu werden die Einzelteile, die sich in Zusammenbaulage im Randbereich zumindest teilweise überlappen, im Randbereich mit Sicken versehen, die so positioniert sind, daß sich die Einzelteile während des Zusammenbauvorganges gegenseitig abstützen und distanzieren.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf zusammengesetzte Bauteile, ins­ besondere Hohlprofilträger, die durch Verschweißen, Löten und/oder Kleben mehrerer schalen- oder trogförmiger Einzelteile miteinander entstehen, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstel­ lung.

Ein Hohlträger, der aus mehreren Einzelteilen zusammenge­ schweißt bzw. -gelötet wird, ist aus der DE 34 29 447 A1 be­ kannt. Hier werden die zugewandten Ränder der Einzelteile an ihrer gegenseitigen Stoßstelle zur Bildung einer Kehle nach in­ nen in das Profil eingezogen und entlang ihrer Berührungskontur aneinandergefügt; diese Ausformung des Fügebereichs ermöglicht eine freiere Gestaltung des Profilquerschnitts, da keine nach außen abragenden Schweißflansche auftreten. Sie eignet sich je­ doch nur für dünnwandige Bauteile, da die hierbei verwendeten kleinen Biegeradien bei dickwandigen Blechteilen, also insbe­ sondere bei Strukturteilen, nur schwer zu bewerkstelligen sind.

Ein Beispiel für das Zusammensetzen mehrerer dickwandiger Strukturelemente zu einem Fahrzeugrahmen ist in der DE 196 18 258 beschrieben. Der Rahmen ist aufgebaut aus mehre­ ren Hohlträgern konstanten Querschnitts. Zum Aneinanderfügen zweier Hohlträger entlang ihrer gemeinsamen Achse wird vorge­ schlagen, einen Hohlträger, der im Inneren mit einer senkrecht zur Trägerachse liegenden Platte versehen wurde, nach Art einer Muffe über den anderen Hohlträger zu schieben, wobei das gegen­ seitige axiale Eindringen der Hohlträger durch die eingebrachte Platte begrenzt ist. Die in dieser Weise auf Stoß aneinanderge­ setzten Hohlträger werden dann miteinander verschweißt. Die hier beschriebene Konstruktion beschränkt sich allerdings auf Hohlträger konstanten Querschnitts, die axial aneinandergefügt werden sollen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein durch Schweißen, Löten und/oder Kleben aus schalen- oder trogförmigen Einzelteilen zusammengesetztes Bau­ teil beliebiger Geometrie, insbesondere ein zusammengesetztes Strukturbauteil, so zu verbessern, daß es einfach, prozeßsicher und formgenau in hoher Qualität herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des An­ spruches 1 und die Merkmale des Verfahrensanspruches 8 gelöst.

Danach sind die schalen- bzw. trogförmigen Einzelteilen derart gestaltet, daß sie in Zusammenbaulage randseitig zumindest ab­ schnittsweise überlappen und mit Sicken versehen sind, auf de­ nen in Einbaulage das Schwesterteil aufliegt, so daß sich die Einzelteile anhand der Sicken beim Verbinden zum fertigen Bau­ teil gegenseitig abstützen und distanzieren. Die Sicken stellen sicher, daß die Einzelteile während des Fügens zum fertigen hohlförmigen Bauteil - wobei dies durch Schweißen, Löten und/oder Kleben erfolgen kann - genau und stabil zueinander po­ sitioniert sind. Diese Sicken ersetzen auf den schalen- bzw. trogförmigen Einzelteilen die bei herkömmlichen Verfahren ver­ wendeten eingeschweißten Distanzhalter, die die Einzelteile während des Zusammenfügens in einer wohldefinierten Position und Distanz zueinander halten sollen. Die erfindungsgemäße Blechteildistanzierung über Sicken führt gegenüber den herkömm­ lichen Verfahren zu einer Reduktion von Ausschuß, da durch die Sicken reproduzierbare Überlappbereiche zwischen den Einzeltei­ len entstehen und im Gegensatz den herkömmlichen Verfahren keine Verzüge durch das Einschweißen der Distanzhalter entste­ hen.

Bei metallischen Blechteilen können die erfindungsgemäßen Sic­ ken - soweit sie im Randbereich liegen - im Rahmen des Umform­ prozesses der Einzelteile ausgeformt werden; dies führt zu Ko­ stenreduktion gegenüber den herkömmlichen Verfahren, da das aufwendige und daher teure maßgenaue Einbringen und Verschwei­ ßen der Distanzhalter entfällt. Sollen die Sicken in einem randferneren Bereich des Einzelteils angeordnet werden, so kön­ nen sie durch Einschneiden des Einzelteils parallel zur Rand­ kontur und anschließendes Einprägen der Sicke geformt werden.

Ein Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß die Sicken an ge­ nau denjenigen Stellen auf den Einzelteilen angebracht werden können, an denen die Relativposition der Einzelteile zueinander besonders kritisch ist, d. h. insbesondere auch in solchen Be­ reichen, die schweißtechnisch für einen Distanzhalter nicht oder nur schwer erreichbar sind. Kostenvorteile ergeben sich weiterhin aus der Tatsache, daß die zur Stabilisierung des Fer­ tigteils benötigten Verstärkungsbleche konstruktiv stark ver­ einfacht werden können, da sie nur zur Verstärkung, nicht aber zur gegenseitigen Positionierung und Distanzierung der Einzel­ teile benötigt werden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß durch das Einbringen von Sicken Umformtoleranzen an den Einzelteilen - vor allem in schlecht meßbaren Freiformbe­ reichen - besser aufgefangen werden können, und eine für einen optimalen Kleb- bzw. Schweißüberstand angepaßte Positionierung der Einzelschalen bzw. -tröge zueinander leichter erreicht wer­ den kann. Der Schweißnahtverlauf entlang der Berührungskontur der Einzelteile wird durch die Sicken nicht beeinträchtigt und kann trotz der Sicken ununterbrochen sein. Ebenso kann eine durchgängige Löt- oder Klebverbindung über die Sicke hinweg er­ reicht werden.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteran­ sprüchen entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung anhand einiger in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele nachfolgend noch erläutert; dabei zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines aus zwei Einzelelementen bestehenden Bauteils vor dem Zusammenbau,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Sicke auf einer Randkontur eines Unterteils des Bauteils,

Fig. 3 eine seitliche Ansicht Sicke der Fig. 2 gemäß einem Schnitt entlang der Linie III-III,

Fig. 4a eine perspektivische Ansicht einer Sicke auf der Randkontur des Oberteils,

Fig. 4b eine seitliche Ansicht Sicke der Fig. 4a gemäß einem Schnitt entlang der Linie IVa-IVa,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausgestaltung einer Sicke auf der Randkontur des Unterteils,

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer durch Einschneiden der Außenwand der Unterteils geformten Sicke.

Fig. 1 zeigt in einer Explosionsdarstellung einen Ausschnitt aus einem Hohlträger 1, der aus einem schalenförmigen Oberteil 2 und einem schalenförmigen Unterteil 3 aufgebaut ist. Das Oberteil 2 besteht aus einem Ringbereich 4, der die Form eines hohlen, diametral abgeschnittenen Torus hat, an den sich ein schalenförmiger Armbereich 5 anschließt. Analog hierzu besteht das Unterteil 3 aus einem korrespondierenden, ebenfalls torus­ förmigen hohlen Ringbereich 6, in den ein schalenförmiger Arm­ bereich 7 mündet.

Beide Einzelelemente 2, 3 bestehen aus Aluminiumblech der Wand­ stärke Δ. Das Oberteil 2 ist nach unten hin begrenzt durch ei­ ne äußere Randkontur 8 und eine innere Randkontur 9, die in ei­ ner gemeinsamen Ebene liegen. Das Unterteil 3 ist - analog hierzu - begrenzt durch eine äußere Randkontur 10 und eine in­ nere Randkontur 11, die ebenfalls in einer gemeinsamen Ebene liegen.

Während im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 die Randkonturen 8, 9 und 10, 11 der Einzelelemente 3, 4 jeweils in einer gemeinsamen Ebene liegen, so braucht dies nicht generell zuzutreffen: Im allgemeinsten Fall beschreiben die Randkonturen 8, 9, 10, 11 ge­ schlossene Kurven im Raum.

Das Oberteil 2 ist so geformt, daß in der Umgebung der Randkon­ turen 8, 9 die randnahen Bereiche 12, 13 der Wände des Oberteils 2 steil nach oben abragen, wobei der randnahe Bereich 12 der Außenwand gegenüber der Senkrechten leicht nach innen, der randnahe Bereich 13 der Innenwand leicht nach außen geneigt ist. Analog dazu ragen die randnahen Bereiche 14, 15 der Wände des Unterteils 3 in der Umgebung der Randkonturen 10, 11 steil nach unten ab; hier ist ebenfalls der randnahe Bereich 14 der Außenwand leicht innen und der randnahe Bereich 15 der Innen­ wand leicht nach außen geneigt.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wurden die Einzelteile 2, 3 durch Tiefziehen von Aluminium hergestellt. Dies bedingt die oben beschriebene Gestaltung der randnahen Bereiche 12-15 der Wände als schräg nach innen bzw. nach außen geneigt. Um die Einzelteile 2, 3 in Zusammenbaulage gut fügen zu können ist es generell wichtig, daß die Schrägen nur schwach ausgebildet und die randnahen Bereiche 12-15 der Wände somit möglichst steil sind, damit die Klaffungen zwischen Oberteil 2 und Unterteil 3 im Bereich der überlappenden Ränder 8-11 in Zusammenbaulage möglichst gering ausfallen. Im allgemeinen Fall ist es nicht von Bedeutung, ob die randnahen Bereiche 12-15 der Wände nach innen oder außen angeschrägt sind, solange gegenüberliegende randnahe Bereiche 12, 14 und 13, 15 im Bereich der Ränder 8-11 möglichst parallel zueinander verlaufen.

Das Unterteil 3 enthält im Bereich der äußeren Randkontur 10 zwei Sicken 16, 17, deren eine im Detail in Fig. 2 dargestellt ist. Die Sicke 16 kragt um eine Prägetiefe T aus der Wand der Unterteils 3 heraus. Im Bereich der Sicke 16 ist die äußere Randkontur 10 des Unterteils 3 ausgespart, so daß der Oberrand 18 der Sicke 16 um eine Überlappungstiefe 20 gegenüber der restlichen Randkontur 10 versetzt ist.

Die äußere Randkontur 10 der Unterteils 3 verläuft auf ihrer gesamten Länge - mit Ausnahme der Ränder 18, 19 der Sicken 16, 17 - parallel zur äußeren Randkontur 8 des Oberteils 2 und ist, wie in Fig. 3 gezeigt, gegenüber dieser Randkontur 8 um einen Versatz A nach innen versetzt. Ebenso verläuft die innere Rand­ kontur 11 des Unterteils 3 auf ihrer gesamten Länge parallel zur inneren Randkontur 9 des Oberteils 2 und ist gegenüber die­ ser Randkontur 9 um den Versatz A nach außen versetzt. Der Ver­ satz A ist dabei mindestens so groß ist wie die Wandstärke Δ der Einzelteile 2, 3.

Diese Dimensionierung der Randkonturen 8-11 und die näherungs­ weise senkrechte Ausrichtung der randnahen Bereiche 12-15 der Wände stellen sicher, daß das Oberteil 2 in Zusammenbaulage das Unterteil 3 überall - mit Ausnahme der Sickenberandungen 18, 19 - randseitig überlappt, das Oberteil 2 also wie ein Deckel auf das Unterteil 3 aufgesetzt werden kann. Die Position des Ober­ teils 2 relativ zu Unterteil 3 in Zusammenbaulage ist in Fig. 3 gestrichelt dargestellt.

Der Versatz A von Randkonturen 8 zu Randkontur 10 bzw. von Randkontur 9 zu Randkontur 11 sollte die Wandstärke Δ der Ein­ zelteile 2, 3 nur unwesentlich überschreiten. Dann ist gewähr­ leistet, daß beim Fügen der Einzelteile 2, 3 zum fertigen Hohl­ träger 1 entlang der in Zusammenbaulage bloßliegenden Randkon­ turen 8, 9 schmale Ritzen auftreten, die durch das gewählte Fü­ geverfahren - Schweißen, Löten oder Kleben - leicht geschlossen werden können.

Die Sicken 16, 17 dienen beim Zusammenbau von Oberteil 2 und Un­ terteil 3 zum Hohlträger 1 einer genauen vertikalen Distanzie­ rung der beiden Einzelteile 2, 3 zueinander. Dazu muß die Präge­ tiefe T der Sicken größer sein als die Differenz zwischen Ver­ satz A und Wanddicke Δ, so daß die Randkontur 8 des Oberteils 2 in vertikaler Richtung mit der Randkontur 18 der Sicke 16 überlappt (also T < A - Δ). Aus Stabilitätsgründen empfiehlt sich eine Prägetiefe T, die größer oder gleich der halben Wand­ stärke Δ ist. Andererseits sollte die Prägetiefe T die Wand­ stärke Δ nicht wesentlich überschreiten, um eine möglichst kompakte Gesamtform des Bauteils zu erreichen und um - z. B. bei Verwendung des Tiefziehverfahrens zur Herstellung der Einzel­ teile 2, 3 - verfahrensbedingte Schwierigkeiten bei der Ausfor­ mung tiefer Sicken 16 zu vermeiden.

Zur stabilen Positionierung des Oberteils 2 relativ zur Unter­ teil 3 sind mehrere - vorzugsweise drei - Sicken 16, 17 vonnö­ ten, die so entlang der Randkontur 10 positioniert sind, daß das Oberteil 2 unter seinem Eigengewicht stabil auf diesen Sic­ ken 16, 17 ruht. Die Zahl und die geeignete Positionen der anzu­ bringenden Sicken 16, 17 ist abhängig von der Geometrie der zu fügenden Einzelteile 2 und 3. Die Sicken 16, 17 können an belie­ bigen Stellen entlang des Randes 10 vorgesehen werden, insbe­ sondere an denjenigen Stellen, die sich bezüglich Fertigungs­ verfahren, Werkstückfestigkeit, Funktion, und/oder Ästhetik als besonders günstig erweisen.

Insbesondere kann die Position der Sicken 16, 17 unabhängig ge­ wählt werden von der Position von Verstärkungsblechen 21, die - wie in den Fig. 2 und 3 strichpunktiert angedeutet - zur Stabilisierung des Hohlträgers 1 an bestimmten Stellen in die Einzelteile 2 und 3 eingebracht werden.

Alternativ bzw. zusätzlich zu der in Fig. 1 gezeigten Positio­ nierung der Sicken 16, 17 entlang der äußeren Randkontur 10 im Ringbereich 6 des Unterteils 3 können die Sicken 16, 17 auch entlang der inneren Randkontur 11 vorgesehen werden.

Einige weitere mögliche geometrische Ausgestaltungen der Sicken 16 sind in den Fig. 4 bis 6 dargestellt: Wie Fig. 4a und 4b zeigen, kann die Sicke 16' auch im Bereich der Außenwand 12 des Oberteils 2 angebracht werden; in diesem Fall muß die Sicke 16' aber in Richtung des Werkstückinneren hin geprägt werden, um in Zusammenbaulage - wie in Fig. 4b gestrichelt dargestellt - im Bereich der Sicke 16' einen zumindest partiellen Form­ schluß zwischen der Randkontur 18' der Sicke 16' und der Rand­ kontur 10 des Unterteils 3 zu erreichen.

Fig. 5 zeigt eine Realisierung, bei der auf dem Unterteil 3 eine Sicke 16" ausgeprägt ist, deren obere Berandung 18" sich auf gleicher Höhe befindet wie in die äußere Randkontur 10" des Unterteils 3, in der also der randnahe Bereich 14 der Au­ ßenwand des Unterteils 3 im Bereich der Sicke 16" nicht ausge­ spart ist. Um dennoch eine Überlappung von Oberteil 2 und Un­ terteil 3 entlang ihrer Berandungskonturen 8", 10" sicherzu­ stellen, ist auf dem Oberteil 2 an der der Sicke 16" gegen­ überliegenden Stelle im Bereich der äußeren Randkontur 8" eine Aussparung 22 vorgesehen, die das Ineinandergleiten der Einzel­ teile 2, 3 gewährleistet. Die Position des Oberteils 2 relativ zum Unterteil 3 in Zusammenbaulage ist in Fig. 5 gestrichelt dargestellt.

In Fig. 6 ist eine Sicke 16''' gezeigt, die, um die Überlap­ pungstiefe 20 gegenüber der Randkontur 10 versetzt, in die Wand 14 des Unterteils 3 eingeprägt ist. Zur Herstellung dieser Sic­ ke wird das Unterteil 3 mit einem Einschnitt 23 versehen, der im Abstand der Überlappungstiefe 20 parallel zur Randkontur 10 verläuft; dann wird in einem separaten Arbeitsschritt die Sicke 16''' eingeprägt.

Selbstverständlich können auf einem Werkstück gleichzeitig ver­ schiedene Ausgestaltungen der Sicken 16-16''' verwendet wer­ den.

Bei dem in Fig. 1 bis 3 beschriebenen Ausführungsbeispiel des Hohlträgers 1 aus tiefgezogenem Aluminiumblech erfolgt die Verbindung der Einzelteile 2, 3 zum Hohlträger 1 durch Schwei­ ßen. Durch eine günstige Wahl der Lage und der Geometrie der Sicken 16, 17 kann hierbei eine kontinuierliche Schweißnaht er­ reicht werden.

Jedoch beschränkt sich die Erfindung nicht auf Hohlträger, die aus metallischen Umformteilen zusammengefügt werden. Als Ein­ zelteile 2, 3 können z. B. ebenso Werkstücke aus Kunststoff oder Metall verwendet werden, die beispielsweise durch Guß- oder Preßverfahren hergestellt wurden und mittels Schweißen, Löten oder Kleben miteinander verbunden werden.

Claims (10)

1. Zusammengesetztes Bauteil,

• 1. bestehend aus zumindest zwei schalen- oder trogförmigen Einzelteilen,
• 2. die sich in Zusammenbaulage im Randbereich zumindest teil­ weise überlappen,
• 3. und entlang der Überlappbereiche bzw. der Berührungskontu­ ren fest verbunden sind,
• 4. so daß im Inneren des Bauteils Hohlräume gebildet sind,

dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens eines der Einzelteile (3) in einem randna­ hen Bereich (14) mindestens eine Sicke (16, 17) eingeprägt wird, die so positioniert und dimensioniert ist, daß in Zu­ sammenbaulage der Rand (8) des anderen Einzelteils (2) zu­ mindest teilweise auf der Sicke (16, 17) aufliegt.

2. Zusammengesetztes Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelteile (2, 3) Aluminium-Umformteile sind.

3. Zusammengesetztes Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelteile (2, 3) Kunststoff-Formteile sind.

4. Zusammengesetztes Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicke (16) im Randbereich eines Einzelteils (3) an­ geordnet ist, wobei die Randkontur (10) des Einzelteils (3) in diesem Bereich ausgespart ist, so daß die Randkonturen (8, 18) der zu verbindenden Einzelteile (2, 3) im Bereich der Sicke (16) formschlüssig aufeinandertreffen.

5. Zusammengesetztes Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicke (16") in einem randnahen Bereich (14) des ei­ nen Einzelteils (3) angeordnet ist und die Randkontur (8) des komplementär gegenüberliegenden Einzelteils (2) in dem der Sicke gegenüberliegenden Bereich eine Aussparung (22) aufweist, so daß die Randkonturen (8", 18") der zu verbin­ denden Einzelteile (2, 3) im Bereich der Sicke (16") form­ schlüssig aufeinandertreffen.

6. Zusammengesetztes Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe (T) der Sicke (16) auf dem Einzelteil (3) die Relation T < A - Δ erfüllt, wobei A der Versatz der Randkon­ turen (8, 10) der überlappenden Einzelteile (2, 3) und Δ die Wandstärke der Einzelteile (2, 3) ist.

7. Zusammengesetztes Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe (T) der Sicke (16) auf dem Einzelteil (3) das 0.5-1-fache der Wandstärke Δ des Einzelteils (3) be­ trägt.

8. Verfahren zur Herstellung eines zusammengesetzten Bauteiles,

• 1. bestehend aus zumindest zwei schalen- oder trogförmigen Einzelteilen,
• 2. die sich in Zusammenbaulage im Randbereich zumindest teil­ weise überlappen,
• 3. so daß im Inneren des Bauteils Hohlräume entstehen,

dadurch gekennzeichnet,

• 1. daß mindestens eines der Einzelteile (3) in einem randna­ hen Bereich (14) mit einer Sicke (16, 17) versehen wird,
• 2. und die Einzelteile (2, 3) dann entlang der randnahen Be­ reiche (12, 13, 14, 15) bzw. der Berührungskonturen (8, 9, 18, 19) fest miteinander verbunden werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicke (16) während des Umformprozesses in das Ein­ zelteil (3) eingeformt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicke (16''') in das Einzelteil (3) eingeformt wird

• 1. indem das Einzelteil (3) in dem für die Sicke (16''') vorgesehenen randnahen Bereich (14) mit einem parallel zur Randkontur (10) des Einzelteils (3) liegenden Ein­ schnitt (23) versehen wird,
• 2. und die Sicke (16''') dann durch Einprägen entlang des Einschnitts (23) geformt wird.