EP1687194A1 - Bauteil, insbesondere hybridbauteil in leichtbauweise - Google Patents

Bauteil, insbesondere hybridbauteil in leichtbauweise

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EP1687194A1
EP1687194A1 EP04803199A EP04803199A EP1687194A1 EP 1687194 A1 EP1687194 A1 EP 1687194A1 EP 04803199 A EP04803199 A EP 04803199A EP 04803199 A EP04803199 A EP 04803199A EP 1687194 A1 EP1687194 A1 EP 1687194A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
component
base support
component according
intermediate layer
core element
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Withdrawn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
EP04803199A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gregor Specht
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.)
Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
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 Behr GmbH and Co KG filed Critical Behr GmbH and Co KG
Publication of EP1687194A1 publication Critical patent/EP1687194A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L9/00—Rigid pipes
    • F16L9/003—Rigid pipes with a rectangular cross-section
    • 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
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L9/00—Rigid pipes
    • F16L9/14—Compound tubes, i.e. made of materials not wholly covered by any one of the preceding groups
    • F16L9/147—Compound tubes, i.e. made of materials not wholly covered by any one of the preceding groups comprising only layers of metal and plastics with or without reinforcement
    • 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
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L9/00—Rigid pipes
    • F16L9/17—Rigid pipes obtained by bending a sheet longitudinally and connecting the edges
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    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/001—Profiled members, e.g. beams, sections
    • B29L2031/003—Profiled members, e.g. beams, sections having a profiled transverse cross-section

Definitions

  • Component in particular hybrid component in lightweight construction
  • the invention relates to a component, in particular a hybrid component with a shell-shaped base support and at least one core element.
  • Such components e.g. a pipe or cross member are used in vehicle construction, but also in appropriate design in aircraft.
  • An existing example of a pipe cross member is usually made due to the better modulus of elasticity, exclusively made of metal, wherein, for example, a deep drawn from sheet steel or aluminum sheet body welded to rivets, riveted or screwed.
  • the component has correspondingly large wall thicknesses, so that a sufficient bending, buckling and torsional rigidity and a sufficient pressure load is given. This results in a high weight and cost disadvantages.
  • the component can be used in principle for air flow, for example, for an air conditioner. Here, the problem arises that can easily deposit unwanted condensation on the metal pipes.
  • a component which has a two-shell construction with welded-in webs for stabilization.
  • a component is For example, from DE 197 20 902 known.
  • the component is very expensive to manufacture and has a high weight.
  • EP 0 370 342 discloses a lightweight component which can be used as a carrier in a motor vehicle and has a hybrid construction which has a shell-shaped basic body preferably made of metal, in the interior of which reinforcing ribs are arranged.
  • the reinforcing ribs consist of injected plastic and are connected to the metal base body at discrete connection points, in that the plastic penetrates through apertures arranged in the metal part and extends beyond the surfaces of the apertures.
  • the metal base body is U-shaped, and the reinforcing ribs enforce the interior of the body to achieve high rigidity and strength.
  • This known hybrid component has an advantageously low weight while maintaining sufficient strength, rigidity and load capacity.
  • the present invention seeks to provide a lightweight component and a method for its production, which has improved properties and is inexpensive.
  • the object is achieved by a component comprising a shell-shaped base support and at least one core element, wherein the base carrier has at least one closing seam and is connected to the core element via at least one tolerance-compensating intermediate layer.
  • the invention relates to a method for producing a component according to the invention, in which the tolerance compensating intermediate layer is placed on the inside of the non-closed base support and at least one core element is applied to the intermediate layer, the base support is closed and via a suitable joining technique along one or more Closing seams permanently connected.
  • the invention relates to the use of the component according to the invention in vehicles or aircraft.
  • the invention is based on the idea of providing a low-cost, stable lightweight component which has a high modulus of elasticity (called E modulus for short) and at the same time low weight and low thermal conductivity.
  • the component comprises a stable shell-shaped base support, for example made of metal and a Kemele- element, for example made of plastic.
  • the inside of the base carrier and the core element are connected via at least one tolerance compensating intermediate layer.
  • the production method a cohesive bonding of the metallic base carrier and the core element via adhesion is possible. Lich.
  • the tolerance compensation is preferably achieved by intermediate layers such as adhesive.
  • the manufacturing process and the component produced therewith enable a simple modeling of the composite system in the component by a uniform stress distribution in the case of adhesive intermediate layers.
  • the component has a high surface resistance moment since a closed, as thin as possible metal base support surrounds the core elements.
  • the base support is not limited to a straight base support, but may also assume a shape in the plan view, as they may occur, for example, in floor groups or area stiffening parts of vehicles or aircraft.
  • the component leads to a space savings, since in the base support, for example in cavities formed by the base carrier guide elements such as air guide elements or lines can be performed.
  • a special base support structure such as recesses in the form of holes in the base support core elements can escape to the outside, which, for example, mechanical integration such as the screwing of an airbag are possible.
  • the special composite structure of the component and the method of manufacture also allow a fast and inexpensive generation of prototypes, which is of great importance in vehicle production in particular. This is achieved, among other things, by the low tool costs and tool change costs, since a modular design with core elements can be selected.
  • flexible solutions for example, given left and right halves, which in turn allows small injection or forming tools.
  • the core elements may also perform tasks such as directing and isolating air streams, integrating components located outside the metal base support, and / or stiffening the structure with reinforcements of metal.
  • Under schalenformigen metal base support in the context of the invention are in particular single or multi-part base support made of metal or metal compositions with high modulus to understand.
  • the component, ie the composite element comprises a base support made of steel.
  • the metal base support may have a special surface with different structures or attached materials, for example a surface with holes.
  • the holes in the base support allow the core elements to escape outward, allowing for integration. Integrations within the meaning of the invention are to be understood as meaning, for example, mechanical integrations. Particularly suitable are mechanical integrations, such as airbags and / or a steering column.
  • At least one core element is arranged in the component with the basic carrier in the component.
  • the core element may preferably be a functional component made of plastic or metal, such as steel.
  • the core element is a plastic element.
  • the plastic has a low weight and low thermal conductivity.
  • the core element can be one or more parts.
  • the core elements can perform tasks such as directing and isolating air streams, integrating components located outside the metal base support, or stiffening the structure by metal reinforcements in the core elements.
  • the component may be measured strip adjacent to the core element in addition electrical wires, conductive traces, fiber optic cables, sensors, strain 'and / or (electronic chips.
  • the base support has at least one closing seam.
  • the closing seam can largely enclose the space formed from metal base support and core elements. A short interruption of the closing seam can be particularly disadvantageous in stress-relieved areas be possible, for example, to lead a wiring harness from the inside out or vice versa.
  • the closing seam preferably has at least one joint.
  • the base support is preferably closed via the closing seam with suitable joining technology.
  • the base support is closed by welding, soldering, gluing, clinching, screws and / or rivets on the closing seam.
  • the base support is closed by a combination of gluing and clinching.
  • the closing seam in particular during welding, soldering by clinching or gluing, has a thickness corresponding to the thickness of the closed base support.
  • the thickness of the closing seam should preferably not exceed ten times the thickness of the closed base support.
  • tolerances compensating intermediate layers in the sense of the invention are preferably to be understood as intermediate layers which comprise adhesives and sealants, double-sided adhesive tape and / or sealing or foam strips.
  • Particularly suitable tolerances compensating intermediate layers are, for example, polyurethane adhesives.
  • the component is not limited to a straight base support, but may also assume a different shape in plan view. Other shapes in the sense of the invention may be shapes, as occur, for example, in floor groups or flat depression parts of vehicles or aircraft.
  • the tolerance-compensating intermediate layer is introduced at the beginning onto the inside of a non-closed basic carrier and at least one core element is applied to the intermediate layer.
  • the open base support is then closed and connected permanently via a suitable joining technique along one or more closing seams.
  • electrical lines, conductor tracks, fiber optic cables, sensors, strain gauges and / or electronic chips can be inserted or glued.
  • the method for producing the component is composed of the following method steps:
  • the component can be used in any technical field.
  • the component is particularly preferably used in vehicle and aircraft construction.
  • the component can contain, for example, as instrument panel support, all brackets and air ducts and a part of the air conditioner. Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Show:
  • FIG. 1 is a perspective view of a component with a closing seam
  • FIG. 2 is a plan view of a component with two Schi mannumbleten
  • FIG. 3 shows a detailed view of a closing seam of a component
  • FIG. 4 shows a detailed view of a closing seam with an enforcing connection
  • FIGS. 5 I) to 5 V) schematically show the sequence of a method for producing a component with a base carrier and a closing seam
  • FIGS. 6 I) to V) schematically show the sequence of a method for producing a component with two basic carriers and two closing seams.
  • FIG. 1 shows a rectangular embodiment of a component 1, for example a crossbeam for a vehicle or an aircraft.
  • the component 1 comprises a base support 2.
  • a core element 6 is introduced with the interposition of a tolerance compensating intermediate layer 4.
  • a basic support 2 is for example a metallic body or a metallic profile, in particular a cup-shaped metal profile.
  • the core element 6 is the lightweight construction of the component 1 made of plastic.
  • a liner 4 is preferably a layer of adhesive provided.
  • the intermediate layer 4 may be formed as a double-sided adhesive tape and / or sealing or foam strips. That is, the base support 2 is connected via the intermediate layer 4 with the core element 6.
  • the base support 2 may also be permanently connected along a closing seam 8 via joints 10.
  • Figure 2 shows a multi-part component 1.
  • the base support 2 comprises in this embodiment two closing seams 8, which have a plurality of joints 10 for permanent connection.
  • further elements 1 such as e.g. introduced electrical lines.
  • FIGS 3 and 4 show detailed views of a closing seam 8 of the component 1.
  • the base support 2 via the closing seam 8 is closed by welding.
  • the thickness 8a of the closing seam 8 corresponds to the thickness or thickness of the connected base support 2 at this point.
  • the base support 2 via the closing seam 8 is closed by a screw 14.
  • the base support 2 is formed in two parts, so that the two elements of the basic support 2 are connected to one another in the region of the closing seam 8 with the interposition of the intermediate layer 4 and the core element 6.
  • the thickness 8a of the closing seam 8 in this embodiment corresponds to the thickness of the two elements, e.g. two half-shells, the base support 2, the thickness of the intermediate layers 4 and the thickness of the Kernele- element. 6
  • FIGS. 5 I) to V) show the sequence of a method for producing a component 1, for example a pipe carrier, with a one-piece base carrier 2.
  • Adhesive and / or a double-sided adhesive tape and / or a double-sided adhesive tape are inserted into the two half-shells 3 of the base carrier 2. or a sealing or foam strip introduced.
  • the core element 6 is in one of the two Half shells 3 applied to the intermediate layer 4 and the base support 2 via a bending point 16 closed.
  • the base support 2 is permanently connected via the closing seam 8 at the joint 10 with a screw 14.
  • the adhesive can be distributed during closing of the base support 2 by mechanical stress in the cavity H formed between the core element 6 and the base support 2, so that a peripheral intermediate layer 4 is formed.
  • FIGS. 6 I) to 6 V) schematically show the sequence of a method for producing a component 1 with a two-part basic carrier 2.
  • the basic carrier 2 comprises two elements 2 a and 2 b, for example a half-open profile and a lid.
  • the base support 2 may be formed with two half-shells or two other half-profiles. In a two-part embodiment of the base support 2, this has two closing seams 8 for permanent connection.
  • a tolerance-compensating intermediate layer 4 of adhesive, a double-sided adhesive tape and / or a sealing or foam strip is introduced.
  • the core element 6 is applied to the intermediate layer 4 of the one element 2b of the base carrier 2.
  • the other element 2a of the base support 2 is applied to the element 2b and the core element 6 inserted into this and both elements 2a, 2b of the base support 2 permanently connected via the closing seams 8 with screws 14 at the joints 10.
  • Component basic support 2b Elements of a basic support Half shell of a basic support Intermediate layer Core element Closing seam Thickness of the closing seam0 Joining point2 Elements4 Screw6 Bending point

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Bauteil (1), umfassend einen insbesondere schalenförmigen Grundträger (2) und mindestens ein Kernelement (6). Um ein verbessertes Bauteil (1) bereitzustellen, wird vorgeschlagen, dass zwischen dem Grundträger (2) und dem Kernelement (6) eine Toleranzen ausgleichende Zwischenlage (4) eingebracht wird, was zu einem formschlüssigen Kraftfluss über die Zwischenlage (4) und einen verbesserten Toleranzausgleich führt.

Description

Bauteil, insbesondere Hybridbauteil in Leichtbauweise
Die Erfindung bezieht sich auf einen Bauteil, insbesondere ein Hybridbauteil mit einem schalenformigen Grundträger und mindestens einem Kernelement.
Derartige Bauteile, z.B. ein Rohr- oder Querträger werden im Fahrzeugbau, aber auch in entsprechender Gestaltung im Flugzeugbau eingesetzt. Ein beispielsweise aus einem Rohr bestehender Querträger wird meist, aufgrund des besseren E-Moduls, ausschließlich aus Metall hergestellt, wobei bei- spielsweise ein aus Stahlblech oder Aluminiumblech tiefgezogener Grundkörper mit Verstärkungsrippen verschweißt, vernietet oder verschraubt wird. Das Bauteil weist entsprechend große Wandstärken auf, damit eine ausreichende Biege-, Knick- und Torsionssteifigkeit und eine ausreichende Druckbelastung gegeben ist. Daraus resultiert ein hohes Gewicht und Kosten- nachteile. Das Bauteil läßt sich prinzipiell zur Luftführung, beispielsweise für eine Klimaanlage, nutzen. Hierbei tritt das Problem auf, dass sich an den Metallrohren leicht unerwünschtes Kondenswasser abscheiden kann.
Weiter ist ein Bauteil bekannt, das eine zweischalige Konstruktion mit einge- schweißten Stegen zur Stabilisierung aufweist. Ein derartiges Bauteil ist bei- spielsweise aus der DE 197 20 902 bekannt. Das Bauteil ist in der Herstellung sehr aufwendig und weist ein hohes Gewicht auf.
Aus der EP 0 370 342 ist ein als Träger im Kraftfahrzeug einsetzbares Leichtbauteil in Hybridbauweise bekannt, das einen bevorzugt aus Metall bestehenden, schalenformigen Grundkörper aufweist, in dessen Innenraum Verstärkungsrippen angeordnet sind. Die Verstärkungsrippen bestehen aus eingespritzten Kunststoff und sind mit dem Metallgrundkörper an diskreten Verbindungsstellen verbunden, indem der Kunststoff im Metallteil angeord- nete Durchbrüche durchsetzt und über die Flächen der Durchbrüche hinausreicht. Der Metallgrundkörper ist U-förmig ausgebildet, und die Verstärkungsrippen durchsetzen zur Erzielung einer hohen Steifigkeit und Festigkeit den Innenraum des Grundkörpers. Dieses bekannte Hybridbauteil hat ein vorteilhaft geringes Gewicht bei gleichzeitig ausreichender Festigkeit, Steifigkeit und Belastbarkeit.
Aus der DE 200 08 201 U ist ein Querträger in Hybridbauweise mit einem schalenartigen Grundkörper, der durch eine eingespritzte Kunststoffvemp- pung ausgesteift ist, bekannt. Die Kunststoffrippen sind derart ausgeformt, dass ein als Luftkanal dienendes Kunststoffrohr formschlüssig eingelegt werden kann. Ein solches Einbringen eines Kanals ist aufwendig, da der Kanal separat hergestellt und in einem Arbeitsschritt eingelegt werden muss. Die derart in ihrer Form angepassten Rippen verlieren an Stabilität.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Bauteil in Leichtbauweise und ein Verfahren zu dessen Herstellung zur Verfügung zu stellen, das verbesserte Eigenschaften aufweist und kostengünstig ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Bauteil, umfassend einen schalenformigen Grundträger und mindestens ein Kernelement, wobei der Grundträger mindestens eine Schließnaht aufweist und über mindestens eine Toleranzen ausgleichende Zwischenlage mit dem Kernelement verbunden ist.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Bauteils, bei dem auf die Innenseite des nicht geschlossen Grundträgers die Toleranzen ausgleichende Zwischenlage eingebracht wird und mindestens ein Kernelement auf die Zwischenlage aufgebracht wird, der Grundträger geschlossen wird und über eine geeignete Fügetechnik entlang einer oder mehrere Schließnähte dauerhaft verbunden wird.
Des weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des erfindungsgemäßen Bauteils in Fahrzeugen oder Flugzeugen.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, ein kostengünstiges, stabiles Bauteil in Leichtbauweise bereitzustellen, das ein hohes Elastizitäts-Moduls (kurz E-Modul genannt) und gleichzeitig ein geringes Gewicht und eine ge- ringe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Das Bauteil umfaßt dazu einen stabilen schalenformigen Grundträger beispielsweise aus Metall und ein Kemele- ment, beispielsweise aus Kunststoff. Die Innenseite des Grundträgers und das Kernelement sind über mindestens eine Toleranzen ausgleichende Zwischenlage verbunden.
Beim Bauteil sind zahlreiche Material- und Oberflächenkombinationen möglich. Dies führt zu einer hohen Flexibilität in der Herstellung des Bauteils sowie einer hohen Flexibilität in seinen Verwendungsmöglichkeiten.
Ferner ist mittels des Herstellungsverfahrens ein stoffschlüssiges Verbinden des metallischen Grundträgers und des Kernelements über Adhäsion mög- lich. Der Toleranzausgleich wird bevorzugt durch Zwischenlagen wie Klebstoff erreicht. Das Herstellungsverfahren und das damit hergestellte Bauteil ermöglichen eine einfache Modellierung des Verbundsystems im Bauteil durch eine gleichmäßige Spannungsverteilung bei adhäsiven Zwischenla- gen. Das Bauteil weist des Weiteren ein hohes Flächenwiderstandsmoment auf, da ein geschlossener, möglichst dünner Metall-Grundträger die Kernelemente umgibt. Der Grundträger ist dabei nicht auf einen geraden Grundträger beschränkt, sondern kann in der Draufsicht auch eine Form annehmen, wie sie beispielsweise in Bodengruppen oder flächigen Verstei- fungsteilen von Fahrzeugen oder Flugzeugen vorkommen können.
Des weiteren führt das Bauteil zu einer Raumersparnis, da im Grundträger, beispielsweise in durch den Grundträger gebildete Hohlräume Führungselemente wie Luftführungselemente oder Leitungen geführt werden können. Durch eine spezielle Grundträgerstruktur wie Ausnehmungen in Form von Löchern im Grundträger können Kernelemente nach außen dringen, wodurch beispielsweise mechanische Integrationen wie das Anschrauben eines Airbags ermöglicht werden. Die besondere Verbundstruktur des Bauteils und die Herstellungsweise lässt weiterhin eine schnelle und preisgünstige Proto- typengenerierung zu, was gerade in der Fahrzeugherstellung von großer Bedeutung ist. Dies wird unter anderem auch durch die geringen Werkzeugkosten und Werkzeugänderungskosten erreicht, da ein modularer Aufbau mit Kernelementen gewählt werden kann. Hierdurch sind flexible Lösungen, beispielsweise für linke und rechte Hälften gegeben, die wiederum kleine Spritz- oder Umformwerkzeuge ermöglicht.
Die Kernelemente können ferner Aufgaben wie das Leiten und Isolieren von Luftströmen, das Integrieren von Bauteilen, die sich außerhalb des Metall- Grundträgers befinden, und/oder das Versteifen der Struktur durch Verstär- kungen aus Metall erfüllen. Unter schalenformigen Metall-Grundträger im Sinne der Erfindung sind insbesondere ein- oder mehrteilige Grundträger aus Metall oder Metallzusammensetzungen mit hohem E-Modul zu verstehen. Vorzugsweise umfaßt das Bauteil, d.h. das Verbundelement einen Grundträger aus Stahl. Der Metall- Grundträger kann eine spezielle Oberfläche mit unterschiedlichen Strukturen oder aufgesetzten Materialien, beispielsweise eine Oberfläche mit Löchern aufweisen. Durch die Löcher im Grundträger können die Kernelemente nach außen dringen, wodurch Integrationen ermöglicht werden. Unter Integratio- nen im Sinne der Erfindung sind beispielsweise mechanische Integrationen zu verstehen. Besonders geeignet sind mechanische Integrationen, beispielsweise Airbags und/oder eine Lenksäule.
In einer weiteren Ausgestaltung ist im Bauteil mindestens ein Kernelement mit dem Grundträger im Verbund angeordnet. Das Kernelement kann vorzugsweise ein Funktionsbauteil aus Kunststoff oder Metall, wie Stahl sein. Vorzugsweise ist das Kernelement ein Kunststoffelement. Der Kunststoff weist ein geringes Gewicht und eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf. Das Kernelement kann ein- oder mehrteilig sein. Vorzugsweise können die Ker- nelemente Aufgaben erfüllen, wie das Leiten und Isolieren von Luftströmen, das Integrieren von Bauteilen, die sich außerhalb des Metall-Grundträgers befinden oder das Versteifen der Struktur durch Verstärkungen aus Metall in den Kernelementen. Das Bauteil kann neben dem Kernelement zusätzlich elektrische Leitungen, Leiterbahnen, Glasfaserkabel, Sensoren, Dehnungs- 'messstreifen und/oder(elektronische Chips enthalten.
Des Weiteren weist der Grundträger mindestens eine Schließnaht auf. Die Schließnaht kann den aus Metall-Grundträger und Kernelementen gebildeten Raum weitestgehend umschließen. Eine kurze Unterbrechung der Schließnaht kann insbesondere an spannungsarmen Stellen ohne Nachteile möglich sein, um beispielsweise einen Kabelbaum von innen nach außen oder umgekehrt zu führen.
Die Schließnaht weist vorzugsweise mindestens eine Fügestelle auf. Der Grundträger ist vorzugsweise über die Schließnaht mit geeigneter Fügetechnik geschlossen. Besonders bevorzugt ist der Grundträger durch Schweißen, Löten, Kleben, Durchsetzfügen, Schrauben und/oder Nieten über die Schließnaht geschlossen. In einer weiteren Ausführungsform ist der Grundträger durch eine Kombination aus Kleben und Durchsetzfügen ge- schlössen.
Vorzugsweise weist die Schließnaht, insbesondere beim Schweißen, Löten Durchsetzfügen oder Verkleben eine der Dicke des geschlossenen Grundträgers entsprechende Dicke auf. Bei Fügeverfahren, wie Nieten oder Schrauben soll die Dicke der Schließnaht vorzugsweise das Zehnfache der Dicke des geschlossenen Grundträgers nicht überschreiten.
Die Verbindung des Grundträgers mit den Kernelementen erfolgt größtenteils über Toleranzen ausgleichende Zwischenlagen. Unter Toleranzen aus- gleichenden Zwischenlagen im Sinne der Erfindung sind bevorzugt Zwischenlagen zu verstehen, die Kleb- und Dichtstoffe, doppelseitiges Klebeband und/oder Dicht- oder Schaumstoffstreifen umfassen. Besonders geeignete Toleranzen ausgleichende Zwischenlagen sind beispielsweise Polyurethan-Klebstoffe.
Das Bauteil ist nicht auf ein gerades Grundträger beschränkt, sondern kann in der Draufsicht auch eine andere Form annehmen. Andere Formen im Sinne der Erfindung können Formen sein, wie sie beispielsweise in Bodengruppen oder flächigen Vertiefungsteilen von Fahrzeugen oder Flugzeugen vor- kommen. Beim Verfahren zur Herstellung des Bauteils wird zu Beginn auf die Innenseite eines nicht geschlossen Grundträgers die toleranzausgleichende Zwischenlage eingebracht und mindestens ein Kemelement auf die Zwischenlage aufgebracht. Der offene Grundträger wird danach geschlossen und über eine geeignete Fügetechnik entlang einer oder mehrere Schließnähte dauerhaft verbunden. Optional können zusätzlich beispielsweise elektrische Leitungen, Leiterbahnen, Glasfaserkabel, Sensoren, Dehnungsmessstreifen und/oder elektronische Chips mit eingelegt oder geklebt werden.
Das Verfahren zur Herstellung des Bauteils setzt sich aus folgenden Verfahrensschritten zusammen:
I) Vorliegen eines oder mehrerer Grundträger, die nicht geschlossen sind, II) Einbringen mindestens einer Toleranzen ausgleichenden Zwischenlage, III) Einbringen von mindestens eines Kernelements und/oder optional anderer Elemente wie beispielsweise elektrische Leitungen, Leiterbahnen, Glasfaserkabel, Sensoren, Dehnungsmessstreifen und/oder elektronischen Chips, IV) Verschließen des offenen Grundträgers, V) Dauerhaftes Verbinden des geschlossenen Grundträgers über eine geeignete Fügetechnik entlang einer oder mehrerer Schließnähte.
Das Bauteil kann in jeglichen technischen Gebieten Verwendung finden. Besonders bevorzugt wird das Bauteil im Fahrzeug- und Flugzeugbau verwendet. Das Bauteil kann beispielsweise als Instrumententafelträger, sämtliche Halterungen und Luftkanäle sowie einen Teil der Klimaanlage enthalten. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Darstellung eines Bauteils mit einer Schließ- naht,
Figur 2 eine Draufsicht auf ein Bauteil mit zwei Schiießnähten,
Figur 3 eine Detailansicht einer Schließnaht eines Bauteils,
Figur 4 eine Detailansicht einer Schließnaht mit Durchsetzverbindung,
Figuren 5 I) bis 5 V) schematisch den Ablauf eines Verfahrens zur Herstellung eines Bauteils mit einem Grundträger und einer Schließnaht,
Figuren 6 I) bis V) schematisch den Ablauf eines Verfahrens zur Herstellung eines Bauteils mit zwei Grundträgern und zwei Schließnähten.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Einzelnen erläutert. Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt ein rechteckiges Ausführungsbeispiel eines Bauteils 1 , z.B. ei- nes Querträgers für ein Fahrzeug oder ein Flugzeug. Das Bauteil 1 umfaßt einen Grundträger 2. Auf der Innenseite des Grundträger 2 ist unter Zwischenanordnung einer Toleranzen ausgleichenden Zwischenlage 4 ein Kernelement 6 eingebracht. Als Grundträger 2 dient beispielsweise ein metallischer Körper oder ein metallisches Profil, insbesondere ein schalenförmiges Metallprofil. Das Kernelement 6 ist zur Leichtbauweise des Bauteils 1 aus Kunststoff. Als Zwischenlage 4 ist vorzugsweise eine Schicht aus Klebstoff stoff vorgesehen. Alternativ kann die Zwischenlage 4 als ein doppelseitiges Klebeband und/oder Dicht- oder Schaumstoffstreifen ausgebildet sein. D.h. der Grundträger 2 ist über die Zwischenlage 4 mit dem Kernelement 6 verbunden. Der Grundträger 2 kann darüber hinaus entlang einer Schließnaht 8 über Fügestellen 10 dauerhaft verbunden sein.
Figur 2 zeigt ein mehrteiliges Bauteil 1. Der Grundträger 2 umfaßt in diesem Ausführungsbeispiel zwei Schließnähte 8, die mehrere Fügestellen 10 zur dauerhaften Verbindung aufweisen. Zusätzlich zum Kunststoff-Einfügeteil oder Kernelement 6 sind in das Bauteil 1 , insbesondere in einem zwischen dem Kernelement 6 und den Grundträger 2 gebildeten Hohlraum H weitere Elemente 1 2, wie z.B. elektrische Leitungen eingebracht.
Figuren 3 und 4 zeigen Detailansichten einer Schließnaht 8 des Bauteils 1. In Figur 3 ist der Grundträger 2 über die Schließnaht 8 durch Schweißen geschlossen. Die Dicke 8a der Schließnaht 8 entspricht der Stärke oder Dicke des verbundenen Grundträgers 2 an dieser Stelle. In Figur 4 ist der Grundträger 2 über die Schließnaht 8 durch eine Schraube 14 geschlossen. Dabei ist der Grundträger 2 zweiteilig ausgebildet, so dass die beiden Ele- mente des Grundträgers 2 im Bereich der Schließnaht 8 unter Zwischenanordnung der Zwischenlage 4 und des Kernelements 6 miteinander verbunden sind. Somit entspricht die Dicke 8a der Schließnaht 8 in diesem Ausführungsbeispiel der Dicke der beiden Elemente, z.B. zwei Halbschalen, des Grundträgers 2, der Dicke der Zwischenlagen 4 und der Dicke des Kernele- ments 6.
Die Figuren 5 I) bis V) zeigen den Ablauf eines Verfahren zur Herstellung eines Bauteils 1 , z.B. eines Rohrträgers, mit einem einteiligen Grundträger 2. In die beiden Halbschalen 3 des Grundträgers 2 wird als Zwischenlage 4 Klebstoff und/oder ein doppelseitiges Klebeband und/oder ein Dicht- oder Schaumstoffstreifen eingebracht. Das Kernelement 6 wird in eine der beiden Halbschalen 3 auf die Zwischenlage 4 aufgebracht und der Grundträger 2 über eine Biegestelle 16 geschlossen. Der Grundträger 2 wird über die Schließnaht 8 an der Fügestelle 10 mit einer Schraube 14 dauerhaft verbunden. Je nach Art und Form der Zwischenlage 4 kann beim Schließen des Grundträgers 2 durch mechanische Belastung in dem zwischen dem Kernelement 6 und dem Grundträger 2 gebildeten Hohlraum H der Klebstoff verteilt werden, so dass eine umlaufende Zwischenlage 4 gebildet ist.
Figuren 6 I) bis 6 V) zeigen schematisch den Ablauf eines Verfahrens zur Herstellung eines Bauteils 1 mit einem zweiteiligen Grundträgern 2. Beispielsweise umfaßt der Grundträger 2 zwei Elemente 2a und 2b, z.B. ein halboffenes Profil und einen Deckel. Alternativ kann der Grundträger 2 mit aus zwei Halbschalen oder zwei andere Halbprofile gebildet sein. Bei einer zweiteiligen Ausführungsform des Grundträgers 2 weist dieser zur dauer- haften Verbindung zwei Schließnähte 8 auf. Auf den Innenseiten der Elemente 2a, 2b des Grundträgers 2 wird als Toleranzen ausgleichende Zwischenlage 4 Klebstoff, ein doppelseitiges Klebeband und/oder ein Dichtoder Schaumstoffstreifen eingebracht. Das Kernelement 6 wird auf die Zwischenlage 4 des einen Elements 2b des Grundträgers 2 aufgebracht. Dann wird das andere Element 2a des Grundträgers 2 auf das Element 2b und das in dieses eingesetzte Kernelement 6 aufgebracht und beide Elemente 2a, 2b des Grundträgers 2 über die Schließnähte 8 mit Schrauben 14 an den Fügestellen 10 dauerhaft verbunden.
Bezugszeichenliste
Bauteil Grundträgera, 2b Elemente eines Grundträgers Halbschale eines Grundträgers Zwischenlage Kernelement Schließnahta Dicke der Schließnaht0 Fügestelle2 Elemente4 Schraube6 Biegestelle

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Bauteil (1 ), umfassend einen schalenformigen Grundträger (2) und mindestens ein Kernelement (6), wobei der Grundträger (2) mindestens eine Schließnaht (8) aufweist und über mindestens eine Toleranzen ausgleichende Zwischenlage (4) mit dem Kernelemenf (6) ver- bunden ist.
2. Bauteil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Grundträger.(2) ein- oder mehrteilig ausgebildet ist.
3. Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließnaht (8) mindestens eine Fügestelle (10) aufweist.
4. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundträger (2) durch ein Fügeverfahren, insbesondere Schweißen, Löten, Kleben, Durchsetzfügen und/oder Nieten über die Schließnaht (8) geschlossen ist.
5. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließnaht (8) beim Schweißen, Löten, Durchsetzfügen oder Verkleben und/oder nach dem Fügen eine der Dicke des geschlossenen Grundträgers (2) entsprechende Dicke (8a) aufweist.
6. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (8a) der Schließnaht (8) nach dem Fügen höchstens das Zehnfache der Dicke des geschlossenen Grundträgers (2) beträgt.
7. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundträger (2) Ausnehmungen aufweist, insbesondere teilweise perforiert ausgebildet ist.
8. Bauteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Integrationen, insbesondere an den Fügestellen (10) angebracht sind.
9. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernelement (6) ein Kunststoffelement ist.
10. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Toleranzen ausgleichende Zwischenlage (4) einen Kleb- und/oder Dichtstoff, ein doppelseitiges Klebeband und/oder Dicht- oder Schaumstoffstreifen umfasst.
11. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich als Elemente (12) elektrische Leitungen, Leiterbahnen, Glasfaserkabel, Sensoren, Dehnungsmessstreifen und/oder-' elektronische Chips vorgesehen sind.
12. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , bei dem auf die Innenseite des im Querschnitt offenen Grundträgers (2) eine Toleranzen ausgleichende Zwischenlage (4) eingebracht wird und mindestens ein Kernelement (6) auf die Zwischenlage (4) aufgebracht wird, der Grundträger (2) geschlossen wird und über eine geeignete Fügetechnik entlang einer oder mehrerer Schließnähte (8) dauerhaft verbunden wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich Elemente (12) wie elektrische Leitungen, Leiterbahnen, Glasfaserkabel, Sensoren, Dehnungsmessstreifen und/oder elektronischen Chips eingebracht werden.
14. Verwendung eines Bauteils (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 in Fahrzeugen oder Flugzeugen.
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