EP1509437A1 - Leichtbauelement und herstellungsverfahren - Google Patents

Leichtbauelement und herstellungsverfahren

Info

Publication number
EP1509437A1
EP1509437A1 EP03755922A EP03755922A EP1509437A1 EP 1509437 A1 EP1509437 A1 EP 1509437A1 EP 03755922 A EP03755922 A EP 03755922A EP 03755922 A EP03755922 A EP 03755922A EP 1509437 A1 EP1509437 A1 EP 1509437A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hollow profiles
lightweight
construction element
element according
wall thickness
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03755922A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Karl-Heinz Lindner
Alf Birkenstock
Jürgen BAUMGARTEN
Bernd Fausten
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
WKW AG
Original Assignee
Erbsloeh AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Erbsloeh AG filed Critical Erbsloeh AG
Publication of EP1509437A1 publication Critical patent/EP1509437A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B5/00—Joining sheets or plates, e.g. panels, to one another or to strips or bars parallel to them
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D29/00—Superstructures, understructures, or sub-units thereof, characterised by the material thereof
    • B62D29/008—Superstructures, understructures, or sub-units thereof, characterised by the material thereof predominantly of light alloys, e.g. extruded
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C23/00—Extruding metal; Impact extrusion
    • B21C23/02—Making uncoated products
    • B21C23/04—Making uncoated products by direct extrusion
    • B21C23/14—Making other products
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C23/00—Extruding metal; Impact extrusion
    • B21C23/02—Making uncoated products
    • B21C23/04—Making uncoated products by direct extrusion
    • B21C23/14—Making other products
    • B21C23/142—Making profiles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C23/00—Extruding metal; Impact extrusion
    • B21C23/02—Making uncoated products
    • B21C23/04—Making uncoated products by direct extrusion
    • B21C23/14—Making other products
    • B21C23/142—Making profiles
    • B21C23/145—Interlocking profiles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K33/00—Specially-profiled edge portions of workpieces for making soldering or welding connections; Filling the seams formed thereby
    • B23K33/004—Filling of continuous seams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/04—Tubular or hollow articles
    • B23K2101/045—Hollow panels

Definitions

  • the present invention relates to a lightweight construction element with an inner framework structure made of light metal.
  • the invention further relates to a method for producing the lightweight component.
  • Lightweight elements with an inner framework structure made of light metal material have proven to be advantageous in terms of the best possible relationship between weight and load-bearing capacity or strength. Such lightweight components can be produced economically by extrusion.
  • the object of the present invention is to provide a lightweight construction element with an internal framework structure made of light metal, the wall thickness of which is less than that of conventional lightweight construction elements produced by extrusion.
  • this object is achieved in that a lightweight construction element with an inner framework structure made of light metal is shown, which consists of several extruded hollow profiles joined together, the lightweight construction element having a circumscribed circle with a diameter of at least 300 mm and a wall thickness of maximum 0.5%. has this value.
  • the wall thickness is at most 0.35% of the diameter of the circumscribed circle of the lightweight component.
  • extrusion of individual hollow profiles and joining of the hollow profiles in a flat Realize a practically arbitrarily large lightweight component with a wall thickness, which due to the technical restrictions of the extrusion process from a certain size (generally above a diameter of the circumscribed circle of 300 mm) cannot be produced monolithically or only with a significantly higher weight per meter or higher wall thickness ,
  • the extruded hollow profiles of the lightweight component according to the invention can be joined by friction stir welding.
  • the friction stir welding process requires a wall thickness of the workpieces to be welded of at least 1.6 mm (most recently ascertained at the 2nd specialist conference "Progress in lightweight automotive construction", contribution from Alusuisse, Stuttgart, November 6th - 7th. 2001).
  • Friction stir welding which is also often referred to as friction stir welding (FSW)
  • FSW friction stir welding
  • friction stir welding in contrast to conventional welding processes - involves welding the two workpieces below the liquidus temperature of the materials to be welded, so that there is no significant risk of pores and hot cracks forming.
  • friction stir welding can also be used to weld alloys that are difficult or not to melt, as well as aluminum / magnesium composite elements, which is difficult or not possible with conventional welding processes.
  • the individual hollow profiles can be joined by gluing.
  • Adhesion has the particular advantage that only a slight thermal load is imposed on the hollow profiles to be connected, thereby preventing the formation of pores and hot cracks.
  • the hollow profiles that compose the lightweight component can each have a suitable web, hook or groove-shaped element for joining, such that the web, hook or groove shaped elements of mutually adjacent hollow profiles have a corresponding shape and when the hollow profiles are arranged in a flat manner Arrange an overlap in order to be able to absorb the forces occurring during friction stir welding together with the adjacent profile sections.
  • the individual hollow profiles can consist of aluminum, magnesium, titanium or their alloys.
  • composite workpieces can be produced in an advantageous manner.
  • a lightweight component consists of a plurality of individual hollow profiles that are symmetrical to one another.
  • hollow profiles with a wall thickness of at most 0.5% of the diameter of the circumscribed circle of the lightweight component made therefrom are first produced by extrusion.
  • the extruded hollow profiles are then joined in a flat arrangement to form a lightweight component, such that the lightweight component has a circumscribed circle with a diameter of at least 300 mm.
  • Friction stir welding and gluing are preferably used to join the hollow profiles.
  • the lightweight component according to the invention produced in this way is preferably used as part of a support structure, for example in a motor vehicle.
  • Fig. 1 shows a sectional view of an inventive
  • Lightweight construction element with an inner framework structure which consists of three joined individual hollow profiles; 2 shows in the form of a Wöhler diagram the behavior of the voltage amplitude A [MPa] as a function of the number of load cycles N of a lightweight component produced by friction stir welding (curve a) and by laser welding (curve b);
  • Fig. 3 shows examples of the joint of adjacent hollow profiles
  • the lightweight component is composed of three hollow profiles 1, 2, 3 in a flat arrangement.
  • the two outer hollow profiles 1, 3 have a shape which is symmetrical to one another, one of the two hollow profiles being rotated relative to the other hollow profile only by a 180 ° rotation about its longitudinal axis.
  • the two outer hollow profiles 1, 3 carry web-shaped connecting elements 4, 5, while the central hollow profile 2 is provided with complementary web-shaped connecting elements 6, 7.
  • the web-shaped connecting elements of adjacent hollow profiles are brought into mutual contact and are joined, for example, by means of friction stir welding.
  • the lightweight component shown by way of example in FIG. 1 is made of hollow aluminum profiles and has a wall thickness of approx. 1 mm a diameter of the circumscribed circle of approx. 500 mm.
  • the joined individual hollow profiles have a diameter of the circumscribed circle of approx. 170 mm.
  • the weight saving achieved with the lightweight construction element according to the invention at about 15%.
  • the fatigue strength of the lightweight component produced can be significantly increased.
  • Fig. 2 shows in the form of a Wöhler diagram the behavior of the voltage amplitude A [MPa] as a function of the number of load cycles N of a similar lightweight component manufactured by friction stir welding (curve a) and by laser welding (curve b).
  • Fig. 3 shows in a sectional view different forms of joints of the hollow profiles.
  • the hollow profiles shown in case I each have corresponding hook-shaped connecting elements 10, 11 in their shape.
  • the hook-shaped connecting elements are hooked into one another (right-hand illustration) and then joined, for example by friction stir welding, in the contact surfaces.
  • the mechanical pressure forces exerted by the welding mandrel on the hollow profiles are absorbed by the hook-shaped connecting elements 10, 11 and the adjacent profile sections 18, 19, thereby counteracting deformation of the hollow profiles.
  • a hollow profile carries the web-like terrace-shaped connecting elements 12, 13, while that to be added hollow profile has the web-like connecting elements 14, 15 with a corresponding terrace shape.
  • the web-like connecting elements are brought into mutual contact and then joined, for example by friction stir welding, in the contact surfaces.
  • the pressure forces exerted on the hollow profiles during friction stir welding are absorbed by the terrace-shaped connecting elements and the adjacent profile sections 20, 21.
  • the hollow profiles are provided with flat abutting surfaces 16, 17 that correspond in their shape.
  • the abutting surfaces 16, 17 are brought together and joined in the contact surfaces.
  • the pressure forces acting on the profiles during friction stir welding must be absorbed by an appropriate device, for example an internal mandrel, in order to avoid deformation of the hollow profiles.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • Body Structure For Vehicles (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Leichtbauerlement mit einer inneren Fachwerkstruktur aus Leichtmetall, welches aus mehreren, miteinander in einer flächigen Anordnung gefügten, stranggepressten Hohlprofilen (1, 2, 3) besteht, wobei das Leichtbauelement einen umschriebenen Kreis mit einem Durchmesser von wenigstens 300 mm und eine Wandstärke von maximal 0,5 % dieses Werts aufweist.

Description

Leichtbauelement und Herstellungsverfahren
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leichtbauelement mit einer inneren Fachwerkstruktur aus Leichtmetall. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des Leichtbauelements .
Der Einsatz von Leichtmetallen ist eine der größten Herausforderungen beim Bau von Fortbewegungsmitteln, insbesondere von Automobilen, da die Minimierung von Gewicht eine der wirkungsvollsten Methoden zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs ist.
Vor dem Hintergrund eines Kosten/Nutzen-Vergleichs unterschiedlicher Leichtmetalle wird deutlich, dass mit einer zunehmenden Gewichtsersparnis durch den Einsatz derartiger Werkstoffe die Fertigungskosten drastisch ansteigen. Leichtbau lässt sich also nur dann wirtschaftlich realisieren, wenn es gelingt, die damit verbundenen höheren Materialkosten durch günstigere Produktionsprozesse und vor allem einen sparsameren Materialeinsatz zu kompensieren.
Als vorteilhaft im Sinne eines bestmöglichen Verhältnisses zwischen Gewicht und Tragfähigkeit bzw. Festigkeit haben sich Leichtbauelemente mit einer inneren Fachwerkstruktur aus Leichtmetallwerkstoff erwiesen. Solche Leichtbauelemente lassen sich in wirtschaftlicher Weise durch Strangpressen herstellen.
Beim Strangpressen ist jedoch für den Materialfluss eines bestimmten Werkstoffs das relative Verhältnis zwischen der Größe des zu pressenden Profils und der Größe der Strangpresse bzw. insbesondere des Rezipientendurchmessers ausschlaggebend. Aus dem Aluminiumtaschenbuch, Aluminium-Verlag, Düsseldorf, 15. Auflage 1996, Bd. 2, S. 103 ist beispielsweise bekannt, dass beim Strangpressen von Hohlprofilen mit einer gleichmäßigen Wanddicke aus reinem Aluminium bzw. AlMgSi-Legierungen, ein in einer 80 MN-Strangpresse gepresstes Profil mit einem Profilkreisdurchmesser von 450 mm eine minimale Wanddicke von 5 mm zulässt, während bei einem in einer 10 MN-Strangpresse gepressten Profil mit einem Profilkreisdurchmesser von 50 mm eine minimale Wanddicke von 1 mm möglich ist. Dies zeigt, dass sich große Leichtbauelemente nur mit einer vergleichsweise dicken Wandstärke durch Strangpressen herstellen lassen, was höhere Produktionskosten und durch das höhere Bauteilgewicht auch einen nachteiligen Einfluss auf den Kraftstoffverbrauch eines dieses Bauteil enthaltenden Kraftfahrzeugs bedingt.
Vor diesem Hintergrund liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin ein Leichtbauelement mit einer inneren Fachwerkstruktur aus Leichtmetall zur Verfügung zu stellen, dessen Wandstärke geringer ist als bei herkömmlichen, durch Strangpressen hergestellten Leichtbauelementen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Leichtbauelement mit einer inneren Fachwerkstruktur aus Leichtmetall gezeigt ist, welches aus mehreren miteinander gefügten stranggepressten Hohlprofilen besteht, wobei das Leichtbauelement einen umschriebenen Kreis mit einem Durchmesser von wenigstens 300 mm und eine Wandstärke von maximal 0,5 % dieses Werts aufweist. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die Wandstärke maximal 0,35 % des Durchmessers des umschriebenen Kreises des Leichtbauelements.
Erfindungsgemäß lässt sich also durch Strangpressen von einzelnen Hohlprofilen und Fügen der Hohlprofile in einer flächi- gen Anordnung ein praktisch beliebig großes Leichtbauelement mit einer Wandstärke realisieren, welches aufgrund der technischen Beschränkungen des Strangpressverfahrens ab einer bestimmten Größe (i. a. oberhalb eines Durchmessers des umschriebenen Kreises von 300 mm) monolithisch nicht oder nur mit deutlich höherem Metergewicht bzw. höherer Wandstärke zu fertigen ist.
Wie die Anmelderin in überraschender Weise gefunden hat, können die stranggepressten Hohlprofile des erfindungsgemäßen Leichtbauelements durch Reibrührschweißen gefügt werden. Die Fachwelt ging bisher davon aus, dass das Reibrührschweißver- fahren eine Wandstärke der zu verschweißenden Werkstücke von jeweils wenigstens 1,6 mm erfordert (jüngst festgestellt auf 2. Fachtagung "Fortschritte im Automobilleichtbau", Beitrag Firma Alusuisse, Stuttgart, 6. - 7.11.2001). Das Reibrührschweißen, welches vielfach auch Friction Stir Welding (FSW) genannt wird, wurde bereits vor etwa einem Jahrzehnt entwik- kelt (siehe EP-B-0 615 480) . Gleichwohl zählt es noch nicht zum Standard der Fügeverfahren in der Automobilindustrie, wo als thermische Fügeverfahren bislang nur Widerstandsschweißen, Schutzgasschweißen und Laser (hybrid) schweißen eingesetzt werden.
In besonders vorteilhafter Weise erfolgt beim Reibrührschweißen - im Unterschied zu herkömmlichen Schweißverfahren - eine Verschweißung der beiden Werkstücke unterhalb der Liquidustem- peratur der zu schweißenden Werkstoffe, so dass keine nennenswerte Gefahr der Bildung von Poren und Heißrissen besteht. Darüber hinaus können mit dem Reibrührschweißen auch schwer bzw. nicht schmelzbare Legierungen, sowie Aluminium/Magnesium- Verbundelemente geschweißt werden, was mit den herkömmlichen Schweißverfahren nur schwer oder gar nicht möglich ist. Durch das Reibrührschweißverfahren werden also gänzlich neue Möglichkeiten der Herstellung von Verbundbauteilen geschaffen.
Alternativ zum Reibrührschweißen können die einzelnen Hohlprofile durch Kleben gefügt werden. Eine Klebung hat insbesondere den Vorteil, dass den zu verbindenden Hohlprofilen nur eine geringe thermische Belastung auferlegt wird, wodurch eine Bildung von Poren und Heißrissen vermieden wird.
Die das Leichtbauelement zusammensetzenden Hohlprofile können zum Fügen jeweils ein geeignetes steg-, haken- oder nutförmi- ges Element aufweisen, derart, dass die steg-, haken- oder nutförmigen Elemente einander angrenzender Hohlprofile eine korrespondierende Form aufweisen und bei einem flächigen Anordnen der Hohlprofile in Überlapp gelangen, um gemeinsam mit den angrenzenden Profilabschnitten die beim Reibrührschweißen auftretenden Kräfte aufnehmen zu können.
Alternativ hierzu kann auch auf steg-, haken- oder nutförmige Elemente der Hohlprofile verzichtet werden, wobei die Hohlprofile in diesem Fall nur an einer Stoßkante gefügt werden. Damit beim Reibrührschweißen keine Deformationen der Hohlprofile verursacht werden, müssen die dabei auftretenden Kräfte durch eine entsprechende Vorrichtung, beispielsweise einen Innendorn aufgenommen werden. Ein Verzicht auf die steg-, haken- oder nutförmigen Elemente ist als vorteilhaft anzusehen, da dies zu einer Materialersparnis und damit zu einer Kosten- und Gewichtsreduktion beiträgt.
Die einzelnen Hohlprofile können aus Aluminium, Magnesium, Titan oder deren Legierungen bestehen. Durch Fügen von Hohlprofilen aus einem verschiedenen Material können in vorteilhafter Weise Verbundwerkstücke hergestellt werden. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung besteht ein Leichtbauelement aus einer Mehrzahl von zueinander symmetrischen einzelnen Hohlprofilen. Hierdurch können die Kosten bei der Herstellung eines Leichtbauelements durch eine geringere Werkzeuganzahl und vereinfachte Logistik wesentlich vermindert werden.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Leichtbauelements werden zunächst Hohlprofile mit einer Wandstärke von maximal 0,5 % des Durchmessers des umschriebenen Kreises des daraus gefertigten Leichtbauelements durch Strangpressen hergestellt. Anschließend werden die stranggepressten Hohlprofile in einer flächigen Anordnung zu einem Leichtbauelement gefügt, derart, dass das Leichtbauelement einen umschriebenen Kreis mit einem Durchmesser von wenigstens 300 mm aufweist. Zum Fügen der Hohlprofile wird vorzugsweise das Reibrührschweißen und Kleben eingesetzt .
Das auf diese Weise hergestellte erfindungsgemäße Leichtbauelement wird vorzugsweise als Teil einer Tragstruktur, beispielsweise bei einem Kraftfahrzeug, eingesetzt.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen wird.
Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen
Leichtbauelements mit einer inneren Fachwerkstruktur, welches aus drei gefügten einzelnen Hohlprofilen besteht; Fig. 2 zeigt in Form eines Wöhler-Diagramms das Verhalten der Spannungsamplitude A [MPa] in Abhängigkeit der Zahl der Lastzyklen N eines durch Reibrührschweißen (Kurve a) und durch Laserschweißen (Kurve b) gefertigten Leichtbauelements;
Fig. 3 zeigt Beispiele für die Fügestelle angrenzender Hohlprofile;
Zunächst sei Fig. 1 betrachtet, worin eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Leichtbauelements mit einer inneren Fachwerkstruktur dargestellt ist. Das Leichtbauelement setzt sich aus drei Hohlprofilen 1, 2, 3 in einer flächigen Anordnung zusammen. Die beiden äußeren Hohlprofile 1, 3 weisen eine zueinander symmetrische Form auf, wobei eines der beiden Hohlprofile lediglich durch eine 180°-Drehung um seine Längsachse relativ zum anderen Hohlprofil verdreht wurde. Die beiden äußeren Hohlprofile 1, 3 tragen stegförmige Verbindungselemente 4, 5, während das mittlere Hohlprofil 2 mit hierzu formkomplementären stegförmigen Verbindungselementen 6, 7 versehen ist. Beim Fügen der Hohlprofile werden die stegförmigen Verbindungselemente angrenzender Hohlprofile zur gegenseitigen Anlage gebracht und beispielsweise mittels Reibrührschweißen gefügt. Die beim Reibrührschweißen auftretenden Kräfte werden von den stegförmigen Verbindungselementen und den diesen angrenzenden Hohlprofilabschnitten 8, 9 aufgenommen, wodurch unerwünschte Deformationen der Hohlprofile vermieden werden können. Die Vergrößerung zeigt, wie die stegförmigen Verbindungselemente 6, 7 der beiden Hohlprofile 2, 3 zur formkomplementären Anlage gelangen.
Das in Fig. 1 beispielhaft dargestellte Leichtbauelement ist aus Aluminiumhohlprofilen gefertigt, und weist bei einer Wand- stärke von ca. 1 mm einen Durchmesser des umschriebenen Kreises von ca. 500 mm auf. Die gefügten einzelnen Hohlprofile haben einen Durchmesser des umschriebenen Kreises von ca. 170 mm.
Im Vergleich zur Fertigung eines entsprechenden Leichtbauelements aus zwei gleich großen Einzelhohlprofilen (Durchmesser des umschriebenen Kreises ca. 250 mm) mit einer in diesem Fall strangpresstechnisch zu realisierenden Wandstärke von 2 mm, wobei die Einzelhohlprofile durch Laserschweißen verschweißt wurden, lag die erreichte Gewichtsersparnis beim erfindungsgemäßen Leichtbauelement bei ca. 15%.
In besonders vorteilhafter Weise kann bei durch Reibrührschweißen gefügten Hohlprofilen die Dauerschwingfestigkeit des hergestellten Leichtbauelements deutlich erhöht werden. Zum Vergleich der Dauerschwingfestigkeit eines durch Laserschweißen und eines durch Reibrührschweißen hergestellten Leichtbauelements wurden in entsprechender Weise gefertigte Leichtbauelemente einer sinusförmig an- und abschwellenden Zugbeanspruchung bei verschiedenen Lastniveaus unterworfen. Das Ergebnis ist in Fig. 2 dargestellt, welche in Form eines Wöhler- Diagramms das Verhalten der Spannungsamplitude A [MPa] in Abhängigkeit der Zahl der Lastzyklen N eines durch Reibrührschweißen (Kurve a) und durch Laserschweißen (Kurve b) gefertigten gleichartigen Leichtbauelements zeigt.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist bei einem hohen Lastniveau von 75 MPa bei einem lasergeschweißten Leichtbauelement bereits bei ca. 33 000 Lastzyklen mit einem Ausfall zu rechnen, während dies bei einem reibrührgeschweißten Leichtbauelement erst bei ca. 240 000 Lastzyklen zu erwarten ist. Bei einer hohen Belastung bedeutet dies also eine um einen Faktor 7,4 hö- here Beanspruchbarkeit des reibrührgeschweißten Leichtbauelements gegenüber dem lasergeschweißten Leichtbauelement. Für den Fall eines niedrigen Lastniveaus von 47 MPa tritt bei dem lasergeschweißten Leichtbauelement bei ca. 2 Millionen Lastzyklen ein Ausfall ein, während ein solcher bei dem reibrührgeschweißten Leichtbauelement erst bei ca. 5 Millionen LastZyklen auftritt. Bei einer niedrigen Belastung bedeutet dies also eine um einen Faktor 2,5 höhere Beanspruchbarkeit des reibrührgeschweißten Leichtbauelements gegenüber dem lasergeschweißten Leichtbauelement.
Zudem ist festzustellen, dass sich bei dem lasergeschweißten Leichtbauelement ein Bruch im allgemeinen in der Schweißnaht befindet, wobei dieser von der Schweißnahtoberseite und Was- serstoffporen ausgeht, während bei dem reibrührgeschweißten Leichtbauelement der Bruch im Grundwerkstoff liegt und von Profilkerben, d. h. Strangpressmarken oder Oberflächenrauig- keiten, ausgeht.
Fig. 3 zeigt in einer Schnittansicht verschiedene Formen von Fügestellen der Hohlprofile. Die in Fall I gezeigten Hohlprofile tragen jeweils in ihrer Form korrespondierende hakenförmige Verbindungselemente 10, 11. Zum Fügen der Hohlprofile werden die hakenförmigen Verbindungselemente ineinander verhakt (rechte Darstellung) und anschließend, beispielsweise durch Reibrührschweißen in den Anlageflächen gefügt. Die vom Schweißdorn auf die Hohlprofile ausgeübten mechanischen Druckkräfte werden von den hakenförmigen Verbindungselementen 10, 11 und den angrenzenden Profilabschnitten 18, 19 aufgenommen, wodurch einer Verformung der Hohlprofile entgegengewirkt wird.
In Fall II von Fig. 3 trägt ein Hohlprofil die stegartigen terassenförmigen Verbindungselemente 12, 13, während das damit zu fügende Hohlprofil die stegartigen Verbindungselemente 14, 15 mit einer hierzu korrespondierenden Terassenform aufweist. Zum Fügen der Hohlprofile werden die stegartigen Verbindungselemente zur gegenseitigen Anlage gebracht und anschließend, beispielsweise durch Reibrührschweißen in den Anlageflächen gefügt. Die beim Reibrührschweißen auf die Hohlprofile ausgeübten Druckkräfte werden durch die terassenförmigen Verbindungselemente und die angrenzenden Profilabschnitte 20, 21 aufgenommen.
In Fall III von Fig. 3 sind die Hohlprofile mit in ihrer Form korrespondierenden ebenen Stoßflächen 16, 17 versehen. Zum Fügen werden die Stoßflächen 16, 17 aneinandergebracht und in den Anlageflächen gefügt. Die beim Reibrührschweißen auf die Profile einwirkenden Druckkräfte müssen durch eine entsprechende Vorrichtung, beispielsweise einen Innendorn, aufgenommen werden, um Verformungen der Hohlprofile zu vermeiden.

Claims

Ansprüche
1. Leichtbauelement mit einer inneren Fachwerkstruktur aus Leichtmetall, welches aus mehreren, miteinander in einer flächigen Anordnung gefügten, stranggepressten Hohlprofilen besteht, wobei das Leichtbauelement einen umschriebenen Kreis mit einem Durchmesser von wenigstens 300 mm und eine Wandstärke von maximal 0,5 % dieses Werts aufweist.
2. Leichtbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke 0,34 % des Durchmessers des umschriebenen Kreises des Leichtbauelements beträgt.
3. Leichtbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des Leichtbauelements 1,5 mm beträgt.
4. Leichtbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des Leichtbauelements 1 mm beträgt.
5. Leichtbauelement nach Anspruch 1, bei welchem die Hohlprofile durch Reibrührschweißen gefügt sind.
6. Leichtbauelement nach Anspruch 1, bei welchem die Einzelhohlprofile durch Kleben gefügt sind.
7. Leichtbauelement nach Anspruch 1, bei welchem die Hohlprofile ein zur Aufnahme der beim Fügen auftretenden Kräfte geeignetes steg-, haken- oder nutförmiges Verbindungselement aufweisen.
8. Leichtbauelement nach Anspruch 1, bei welchem die Hohlprofile aus Aluminium, Magnesium, Titan oder deren Legierungen bestehen.
9. Leichtbauelement nach Anspruch 8, bei welchem die Hohlprofile aus verschiedenen Leichtmetallen bzw. Leichtmetalllegierungen bestehen.
10. Leichtbauelement nach Anspruch 1, welches aus zueinander symmetrischen einzelnen Hohlprofilen besteht.
11. Verfahren zur Herstellung eines Leichtbauelements nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches die folgenden Schritte umfasst:
(a) Strangpressen von Hohlprofilen mit einer Wandstärke von maximal 0,5 % des Durchmessers des umschriebenen Kreises des daraus gefertigten Leichtbauelements,
(b) Fügen von mehreren Hohlprofilen in einer flächigen Anordnung zu einem Leichtbauelement, welches einen umschriebenen Kreis mit einem Durchmesser von wenigstens 300 mm aufweist.
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem die Hohlprofile durch Reibrührschweißen gefügt werden.
13. Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem die Hohlprofile durch Kleben gefügt werden.
EP03755922A 2002-05-31 2003-02-26 Leichtbauelement und herstellungsverfahren Withdrawn EP1509437A1 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10224198A DE10224198C1 (de) 2002-05-31 2002-05-31 Leichtbauelement und Herstellungsverfahren
DE10224198 2002-05-31
PCT/EP2003/001936 WO2003101810A1 (de) 2002-05-31 2003-02-26 Leichtbauelement und herstellungsverfahren

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1509437A1 true EP1509437A1 (de) 2005-03-02

Family

ID=27588634

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP03755922A Withdrawn EP1509437A1 (de) 2002-05-31 2003-02-26 Leichtbauelement und herstellungsverfahren

Country Status (10)

Country Link
US (1) US20050016108A1 (de)
EP (1) EP1509437A1 (de)
JP (1) JP2005519771A (de)
KR (1) KR20040035685A (de)
CN (1) CN1585707A (de)
AU (1) AU2003215592A1 (de)
CA (1) CA2462516A1 (de)
DE (1) DE10224198C1 (de)
NO (1) NO20040400L (de)
WO (1) WO2003101810A1 (de)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005048001B4 (de) * 2005-10-06 2007-06-14 Euro-Composites S.A., Zone Industrielle Verbindungselement
US8627632B2 (en) * 2008-08-29 2014-01-14 Werner Extrusion Solutions LLC Node, apparatus, system and method regarding a frame support for solar mirrors
CN102347577B (zh) * 2010-07-27 2013-07-17 泰科电子(上海)有限公司 电连接系统和具有电连接系统的框架
JP5649465B2 (ja) * 2011-01-18 2015-01-07 日立機材株式会社 パネル構造
CN102198454A (zh) * 2011-03-18 2011-09-28 浙江中盛铝业有限公司 汽车水箱坯管的制造方法
CN102198455B (zh) * 2011-04-11 2014-12-17 洛阳易得传动轴有限公司 驱动轴毛坯热挤压成型方法及其模具
CN102371285A (zh) * 2011-06-03 2012-03-14 北京理工大学 摆动挤压制备梯度材料技术
CN102327918B (zh) * 2011-08-08 2013-06-12 上海天灵开关厂有限公司 铜排孔毛刺的无切削加工方法
DE102014004329A1 (de) * 2014-03-26 2015-10-01 Ulrich Bruhnke Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten von stranggepessten Profilabschnitten aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen und ein daraus hergestelltes Leichtbauelement

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2228277B (en) * 1989-01-31 1993-03-10 Harris B J Decking members
JP3070735B2 (ja) * 1997-07-23 2000-07-31 株式会社日立製作所 摩擦攪拌接合方法
WO2000009384A1 (de) * 1998-08-14 2000-02-24 Alusuisse Technology & Management Ag Profilpaarung aus jeweils zwei in abstand verlaufende gurtwände aufweisenden profilen
US6708626B2 (en) * 2001-06-11 2004-03-23 Kobe Steel, Ltd. Double-walled damping structure
JP3478337B2 (ja) * 2001-10-15 2003-12-15 日本軽金属株式会社 アルミニウム系押出形材の摩擦攪拌接合方法および摩擦攪拌接合用アルミニウム系押出形材

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO03101810A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
KR20040035685A (ko) 2004-04-29
WO2003101810A1 (de) 2003-12-11
CA2462516A1 (en) 2003-12-11
DE10224198C1 (de) 2003-08-14
JP2005519771A (ja) 2005-07-07
NO20040400L (no) 2004-03-25
US20050016108A1 (en) 2005-01-27
CN1585707A (zh) 2005-02-23
AU2003215592A1 (en) 2003-12-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0850113A1 (de) Verstärktes formteil, verfahren zu seiner herstellung und seine verwendung
EP2271541A1 (de) Verwendung eines metallischen verbundwerkstoffs in einer fahrzeugstruktur
DE102007030929B9 (de) Achsträger für Kraftfahrzeuge
EP3003599B1 (de) Verfahren zur herstellung eines federbeindoms
EP2599650B1 (de) Kraftfahrzeug-Fahrwerkskomponente
DE102007007810A1 (de) Verfahren zum Formen einer komplex gestalteten Rohrstruktur
DE102016224431B4 (de) Karosseriebauteil
DE102009010404A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Hybridbauteils und Hybridbauteil
DE19622661A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugrahmens
DE3935120A1 (de) Verfahren zur herstellung von metallverbundplatten
DE4333557C1 (de) Karosserie sowie Verfahren zu deren Herstellung
EP1509437A1 (de) Leichtbauelement und herstellungsverfahren
DE102015100261B4 (de) Träger für ein Kraftfahrzeug und Herstellungsverfahren für einen Träger für ein Kraftfahrzeug
EP0522282B1 (de) Verbindung von Hohlteilen sowie Verfahren zu ihrer Herstellung
EP0658232A1 (de) Fachwerk mit hohlteilen, verfahren zu seiner herstellung und seine verwendung
DE29704863U1 (de) Achsschwinge
DE102012020223A1 (de) Verfahren zum Fügen von zwei aus unterschiedlichen Metallwerkstoffen gebildeten Bauteilen mit einem Schweißhilfselement, sowie hierfür verwendbares Schweißhilfselement und hiermit hergestellter Bauteilverbund
DE102007018458B4 (de) Karosseriebauteil für einen Kraftwagen und Verfahren zu dessen Herstellung
WO2006002447A1 (de) Verfahren zum herstellen eines wagenkastens eines schienenfahrzeuges
WO1998046470A2 (de) Verfahren zur herstellung eines stossabsorbierenden kraftfahrzeugbauteils
EP1296867B1 (de) Flächenelement und verfahren zum herstellen eines flächenelements
DE102013106507B4 (de) Mehrschichtverbund und Verfahren zu dessen Herstellung
EP3551371B1 (de) Hybridbauteil und verfahren zur herstellung eines hybridbauteils
DE102013101171A1 (de) Strukturierte Tailored Blanks
EP1286103B1 (de) Behälter zum Speichern von Gas unter hohem Druck

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20031224

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LI LU MC NL PT SE SI SK TR

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN WITHDRAWN

18W Application withdrawn

Effective date: 20050706