DE10101927A1 - Strukturbauteil einer Kraftfahrzeug-Karosserie und Verfahren zur Herstellung eines solchen Strukturbauteils - Google Patents

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein als geschlossenes Hohlprofil ausgeführtes, aus Metall bestehendes Strukturbauteil einer Kraftfahrzeugkarosserie, insbesondere ein Grundträger eines Cockpit-Moduls der Kraftfahrzeugkarosserie, bestehend aus zwei gleichen oder unterschiedlichen Halbschalen (6, 7), die an je zwei in Längsrichtung des Strukturbauteils (1) verlaufenden Flanschen (8; 9) mittels Schweißnähten (10) miteinander dauerhaft und hochbelastbar verbunden sind, wobei die Kanten der miteinander verschweißten Flansche (8; 9) verrundet sind. Dieses zeichnet sich dadurch aus, daß an beiden Verbindungen der Flansch (9) einer Halbschale (7) um die Kante des Flansches (8) der anderen Halbschale (6) herumgebördelt ist und die Schweißnaht (10) neben dem Bördelrand in der Fläche der aufeinanderliegenden Flansche (8; 9) der beiden Halbschalen (6, 7) unter Ausbildung einer verrundeten Kante gemeinsam umgebördelt sind und die Schweißnaht (10) neben dem Bördelrand in der Fläche der aufeinanderliegenden Flansche (8; 9) liegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein als geschlossenes Hohlprofil ausgeführtes, aus Me­ tall bestehendes Strukturbauteil einer Kraftfahrzeugkarosserie, und zwar ins­ besondere einen Grundträger eines Cockpit-Moduls der Kraftfahrzeugka­ rossrie, mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 bzw. von An­ spruch 2. Gegenstand der Erfindung ist auch ein entsprechendes Herstel­ lungsverfahren gemäß Anspruch 12 bzw. Anspruch 13.

Aus Metall bestehende Strukturbauteile einer Kraftfahrzeugkarosserie wer­ den dort eingesetzt, wo besonders belastete, möglichst weitgehend vormon­ tierte Baueinheiten in der Kraftfahrzeugkarosserie eingesetzt werden sollen. Grundsätzlich findet man derartige Strukturbauteile an verschiedenen Stellen in der Kraftfahrzeugkarosserie. Besonderes Augenmerk gilt für die Lehre der Erfindung einem Grundträger eines Cockpit-Moduls der Kraftfahrzeugkaros­ serie.

Kraftfahrzeug-Cockpits sind komplexe, an den jeweiligen Fahrzeugtyp an­ gepaßte Systeme, die so konstruiert werden, daß möglichst weitgehend vor­ montierte und vor dem Einbau in das Kraftfahrzeug funktionsgeprüfte Bau­ einheiten vorliegen. Ein wesentlicher Teil eines Cockpit-Moduls der Kraft­ fahrzeugkarosserie ist dabei der Cockpit-Grundträger, der quer in die Karos­ serie eingebaut nicht nur Tragfunktion für eine Vielzahl von Anbauelementen hat, sondern auch der Versteifung der Kraftfahrzeugkarosserie dient und in das von der Kraftfahrzeugkarosserie gebildete Sicherheitssystem einbezogen ist. Der Grundträger hat dabei die Aufgabe, eine möglichst hohe Gesamtstei­ figkeit des Cockpit-Moduls zu gewährleisten.

Ein bekanntes Cockpit eines Kraftfahrzeugs (DE 197 53 178 A1) weist einen Grundträger des Cockpit-Moduls auf, der über die Breite der Kraftfahrzeug­ karosserie zwischen den beiden A-Säulen durchgeht. Dieser Grundträger hat einen einfachen Profilquerschnitt, an dem die erforderlichen Anbauelemente angebracht werden können. Bekannt ist dabei auch die unterschiedliche Ge­ staltung des Grundträgers einerseits im - breiteren - Beifahrerabschnitt, an­ dererseits im Fahrerabschnitt. Der Fahrerabschnitt stellt an den Grundträger hinsichtlich der Gesamtsteifigkeit höhere Anforderungen, insbesondere weil hier die Lenksäule angebunden ist.

Aus dem zuvor erläuterten Stand der Technik ist es bekannt, den Grundträger des Cockpit-Moduls als Rund-, Oval- oder Rechteckrohr oder als C-, U- oder Doppel-T-Profil auszuführen. Vorgeschlagen wird die Ausführung mit Ver­ steifungsrippen, den sogenannten Schottblechen. Insbesondere wird in die­ sem Stand der Technik bereits vorgeschlagen, den Grundträger als geschlos­ senes Hohlprofil auszuführen, aber aus zwei offenen Halbschalen, die gleich oder unterschiedlich gestaltet sein können, zu dem geschlossenen Hohlprofil zu fügen. Dazu wird die Verschweißung der Halbschalen als Verbindungs­ technik vorgeschlagen.

Für die Ausführung des Grundträgers schlägt die zuvor genannte Literatur­ stelle Metallprofile in Form von Press-, Strangpress- oder Schmiedeteilen vor, vorzugsweise aus Leichtmetallen wie Aluminium, Magnesium oder deren Legierungen. Vorgeschlagen wird aber auch die Verwendung abgekanteter Blechprofile insbesondere aus Stahlblech.

Strukturbauteile der in Rede stehenden Art aus zwei gleichen oder unter­ schiedlichen, in Längsrichtung über Flansche verschweißten Halbschalen werden regelmäßig dadurch miteinander hochbelastbar verbunden, daß die nach außen abgewinkelten Flansche der beiden Halbschalen mittels Elektro­ nenstrahlschweißung miteinander verschweißt werden. Danach werden die Kanten der miteinander verschweißten Flansche verrundet, indem die Kanten schweißtechnisch abgeschmolzen werden. Die in den freien Raum abstehen­ den Ränder der Flansche werden so entschärft, daß hier vorbeigeführte Ka­ belstrenge o. dgl. nicht durch Scheuern beschädigt werden können. Gleich­ zeitig wird die Verletzungsgefahr für den Werker am Montageband verrin­ gert.

Es hat sich gezeigt, daß eine hohe Qualität der Verrundung der Kanten der miteinander verschweißten Flansche nur mit hohem schweißtechnischen und steuerungstechnischen Aufwand erreicht werden kann. Das ist kostenauf­ wendig.

Bei dem zuvor erläuterten Stand der Technik wird als weitere Alternative eine Metall-Kunststoff-Verbundkonstruktion vorgeschlagen, bei der die ge­ wünschten verrundeten Kanten durch den Kunststoffteil des Grundträgers realisiert werden. Eine Metall-Kunststoff-Verbundkonstruktion ist aber her­ stellungstechnisch wesentlich aufwendiger als eine durchgehende Metall­ konstruktion des Strukturbauteils und bietet im übrigen auch ggf. nicht die gewünschte Gesamtsteifigkeit des Grundträgers.

Der Lehre liegt daher das Problem zugrunde, das bekannte, aus zwei gleichen oder unterschiedlichen Halbschalen aus Metall bestehende Strukturbauteil herstellungstechnisch zu optimieren.

Die zuvor aufgezeigte Problemstellung ist bei einem Strukturbauteil mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 durch die Merkmale des kenn­ zeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß realisiert man zunächst ein durchgehend aus Metall bestehendes, nämlich aus zwei glei­ chen oder unterschiedlichen Halbschalen aus Metall hergestelltes Struktur­ bauteil. Durchgehend bedeutet hier nicht zwingend, daß die volle Länge des Einbauteils durch das Strukturbauteil überbrückt wird. Man kann das Ein­ bauteil, insbesondere also den Grundträger des Cockpit-Moduls, durchaus über die Länge auch aus zwei oder drei Abschnitten zusammensetzen. Das kann dann den unterschiedlichen Beanspruchungen in unterschiedlichen Abschnitten des Strukturbauteils entsprechen.

Die hohe Gesamtsteifigkeit des als geschlossenes Hohlprofil ausgeführten Strukturbauteils wird durch die durchgehende Ausführung aus Metall-Halb­ schalen, die miteinander über ihre volle Länge verschweißt sind, erreicht. Da­ bei besteht hinsichtlich des Querschnittes des so realisierten Hohlprofils weitgehende Freiheit. Man kann an ggf. an den Kanten erheblich abgerun­ dete quadratische oder rechteckige Querschnitte ebenso denken, wie an eher zylindrische oder stark bogenförmige Mantellinien aufweisende Quer­ schnitte.

Wesentlich für die Lehre ist die Maßnahme, die Verrundung der Kanten der miteinander verschweißten Flansche nicht durch schweißtechnische Maß­ nahmen zu realisieren, sondern rein mechanisch durch eine mit entsprechendem Radius durchgeführte Umbiegung oder Bördelung. Man hat damit eine auch über die erhebliche Länge des Strukturbauteils gleichbleibende, stets optimal den Anforderungen des Einbaus angepaßte Verrundung der Kante der Flanschverbindung der beiden Halbschalen, die ansonsten als Scheuer­ stelle für herübergeführte Kabel oder Züge bzw. als Verletzungsquelle bei der Montage durch den Werker am Band wirkt.

Die Verrundung ist mit einer entsprechenden mechanischen Herstellungs­ technik über die große Länge des Strukturbauteils wesentlich gleichmäßiger zu realisieren, nämlich über ein entsprechend gefertigtes Werkzeug zu gestal­ ten. Außerdem schafft die Bördelung zusätzlich zu der Schweißverbindung bereits vorab eine Vorfixierung der beiden Halbschalen zueinander, die un­ abhängig von äußeren Werkzeugen die exakte Relativlage der beiden Halb­ schalen und insbesondere ihrer Flansche für das nachfolgende Schweißver­ fahren gewährleistet.

Für die Verschweißung der in der Fläche aufeinanderliegenden Flansche der beiden Halbschalen kann man alle im Stand der Technik bekannten Schweiß­ verfahren verwenden. Elektronenstrahlschweißen läßt sich im Grundsatz ebenso einsetzen wie Punktschweißen. Das Punktschweißen als Verbin­ dungstechnik erweist sich jedoch dadurch als nicht ganz so optimal, daß es eben nur eine partielle Verbindung der Flansche an der Schweißnaht darstellt und dadurch die Gesamtsteifigkeit des Strukturbauteils nicht ganz so hoch ist wie bei einer durchlaufenden, zu 100% geschlossenen Schweißnaht.

Allerdings besteht ein Vorteil der Anbringung der Schweißnaht bei dem er­ findungsgemäß realisierten Strukturbauteil darin, daß es nicht an der scharfen Anlagekante, sondern neben dem Bördelrand in der Fläche der aufeinander­ liegenden Flansche ausgeführt werden kann. Dadurch läßt sich das Schweiß­ verfahren besonders prozeßsicher anwenden.

Der zuvor erläuterte Vorteil kommt ganz besonders dann zur Geltung, wenn als Schweißverfahren das Laserschweißen eingesetzt wird. Dieses kann auf der Fläche der aufeinanderliegenden Flansche besonders prozeßsicher und toleranzunempfindlich eingesetzt werden.

Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Strukturbauteils sind Gegenstand der weiteren, das Strukturbauteil betref­ fenden Unteransprüche. Insbesondere empfiehlt sich eine Herstellung aus Stahlblech mit Blechdicken zwischen 0,6 und 2,0 mm.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung eines sol­ chen Strukturbauteils. Die Verfahrensansprüche 12 und 13 erläutern zwei Al­ ternativen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens, die Verfahrensan­ sprüche 14 bis 20 beschreiben bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbil­ dungen dieses Verfahrens.

Verfahrensanspruch 21 beschreibt eine besonders bevorzugte Technik zur Ausführung der Bördelverbindung, Anspruch 22 bildet dieses Verfahren noch vorteilhaft weiter.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbei­ spiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein Beispiel eines aus Metall bestehendes, als geschlossenes Hohlprofil ausgeführten Strukturbauteils einer Kraftfahrzeugka­ rosserie in der Ausführung als Grundträger eines Cockpit-Mo­ duls,

Fig. 2 einen Schnitt durch den Grundträger aus Fig. 1 bei II-II, darge­ stellt mit einem aus dem Stand der Technik bekannten Grund­ träger,

Fig. 3 einen Fig. 2 entsprechenden Querschnitt, dargestellt mit einem erfindungsgemäß gestalteten Grundträger,

Fig. 4 den Flanschbereich eines Strukturbauteils gemäß der Erfindung, vergrößert dargestellt aus Fig. 3,

Fig. 5 ein Werkzeug zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Struk­ turbauteils, d. h. zur Durchführung eines entsprechenden Her­ stellungsschrittes gemäß der Erfindung.

Fig. 1 zeigt als Beispiel eines als geschlossenes Hohlprofil ausgeführten, aus Metall bestehenden Strukturbauteils 1 einer Kraftfahrzeugkarosserie, einen Grundträger eines Cockpit-Moduls der Kraftfahrzeugkarosserie. Dieser Grundträger erstreckt sich zwischen den üblichen A-Säulen der Kraftfahr­ zeugkarosserie.

Die Lehre der Erfindung ist aber anwendbar auf alle als geschlossenes Hohl­ profil ausgeführte, aus Metall bestehende Strukturbauteile 1 einer Kraftfahr­ zeugkarosserie und wird nur im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform nachfolgend anhand des Cockpit-Moduls der Kraftfahrzeugkarosserie weiter erläutert.

Das in Fig. 1 dargestellte Strukturbauteil zeigt in seiner Funktion als Grund­ träger eines Cockpit-Moduls einen Beifahrerabschnitt 2, der für das hier vor­ gesehene, linksgelenkte Kraftfahrzeug etwa zwei Drittel der Gesamtlänge des Strukturbauteils 1 einnimmt, und links einen Fahrerabschnitt 3, der etwa ein Drittel der Gesamtlänge des Strukturbauteils einnimmt. Im Fahrerabschnitt 3 ist das Strukturbauteil 1 wesentlich größer im Querschnitt dimensioniert, weil es im Fahrerabschnitt 3 in der Praxis höhere Belastungen aufnehmen muß. Dort ist beispielsweise die Längssäule aufgehängt und der wesentliche Teil der Armaturentafel wird getragen.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten, lediglich das Grundprinzip eines solchen Strukturbauteils 1 zeigenden Beispiel erkennt man zunächst rechts einen Bei­ fahrerabschnitt 2 und links einen aufgrund höherer Belastung größer dimen­ sionierten Fahrerabschnitt 3. Im Fahrerabschnitt 3 erkennt man Befesti­ gungspunkte 4 für den Lenkradbock, rechts und links erkennt man Befesti­ gungspunkte 5 zur Befestigung des Strukturbauteils 1 hier an den A-Säulen der Kraftfahrzeugkarosserie. Im Beifahrerabschnitt 2 des Strukturbauteils 1 erkennt man angedeutet ferner zwei innere Versteifungselemente in Form von Schottblechen 5.

Das in Fig. 1 dargestellte Strukturbauteil ist, wie bereits angesprochen, als ge­ schlossenes Hohlprofil ausgeführt und besteht aus Metall. Es besteht ge­ nauer gesagt aus zwei gleichen oder unterschiedlichen Halbschalen 6, 7. Fig. 2 zeigt zwei gleiche Halbschalen 6, 7 eines Strukturbauteils 1 wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die beiden Halbschalen 6, 7 sind an zwei in Längsrichtung des Strukturbauteils 1 verlaufenden Flanschen 8, 9 mittels Schweißnähten 10 miteinander dauerhaft und hochbelastbar verbunden. Das in Fig. 2 dargestellte Beispiel zeigt, daß die Kanten der miteinander ver­ schweißten Flansche 8, 9 verrundet sind, und zwar im Zuge des Verschwei­ ßens durch das hier ausgeführte Elektronenstrahlschweißen. Die Vor- und Nachteile dieser Art der Verrundung der vorspringenden Kanten der Flan­ sche 8, 9 sind im allgemeinen Teil der Beschreibung erläutert worden.

Fig. 3 zeigt einen Fig. 2 entsprechenden und auch am Strukturbauteils 1 aus Fig. 1 entsprechend liegenden Querschnitt eines erfindungsgemäßen Struk­ turbauteils 1. Hier erkennt man, daß an beiden Verbindungen der Flansch 9 einer Halbschale 7 um die Kante des Flansches 8 der anderen Halbschale 6 herumgebördelt ist und die Schweißnaht 10 neben dem Bördelrand in der Fläche der aufeinanderliegenden Flansche 8, 9 liegt. Fig. 4 zeigt in Verbin­ dung mit Fig. 3 die Lage der Schweißnaht 10 neben dem Bördelrand in der Fläche der aufeinanderliegenden Flansche 8, 9. Daran erkennt man besonders gut, wie die vorspringende Kante der Flansche 8, 9 nach außen hin dadurch perfekt gerundet vorliegt, daß der Flansch 9 um die Kante des Flansches 8 mit dem entsprechenden Radius herumgebogen/herumgebördelt ist. Die aus si­ cherheitstechnischen und anwendungstechnischen Gründen erforderliche Abrundung der vorspringenden Kante der Flansche 8, 9 ist also auf mechani­ schem Wege durch Herumbördeln des Metallbleches gelungen und nicht durch schweißtechnische Maßnahmen realisiert. Das hat die im allgemeinen Teil der Beschreibung bereits erläuterten Vorteile.

Nicht dargestellt ist in der Zeichnung eine Alternative, die dadurch gekenn­ zeichnet ist, daß an beiden Verbindungen die aufeinanderliegenden Flansche 8, 9 der beiden Halbschalen 6, 7 unter Ausbildung einer verrundeten Kante gemeinsam umgebördelt sind und die Schweißnaht 10 neben dem Bördelrand in der Fläche der aufeinanderliegenden Flansche 8, 9 liegt. In diesem Fall ent­ steht ebenfalls der gerundete Bördelrand, die Flansche 8, 9 sind aber beide abgebogen worden. Das muß natürlich ebenfalls mit einem vorgegebenen Radius erfolgen.

Der in Fig. 2 dargestellte Stand der Technik zeigt bereits zwei gleiche Halb­ schalen 6, 7. Gleiche Halbschalen 6, 7 kann man auch im Rahmen der Lehre der Erfindung verwirklichen.

Das in Fig. 3 und 4 dargestellte Ausführungsbeispiel zeichnet sich jedoch durch eine besonders bevorzugte Gestaltung aus, die mit unterschiedlichen Halbschalen 6, 7 arbeitet. Es ist nämlich dort vorgesehen, daß die eine Halb­ schale 6 im Querschnitt wannenförmig, insbesondere U-förmig gestaltet ist und drei Seiten des gesamten Strukturbauteils 1 bildet und daß die zweite Halbschale 7 als Deckel auf die erste Halbschale 6 aufgesetzt ist und die vierte Seite des Strukturbauteils 1 bildet. Im Grundsatz kommen hier alle Querschnittsformen des Strukturbauteils 1 in Frage, das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt für den vom Hohlprofil gebildeten Hohlraum einen etwa rechteckigen Querschnitt.

Das in Fig. 3 und 4 dargestellte, bevorzugte Ausführungsbeispiel zeigt weiter, daß die freien Ränder der ersten Halbschale 6 die Flansche 8 bilden, die zweite Halbschale 7 ebenfalls im Querschnitt wannenförmig, insbesondere U- förmig, mit gegenüber der ersten Halbschale 6 geringer Tiefe ausgebildet ist und die Ränder der zweiten Halbschale 7 nach außen um die Ränder der er­ sten Halbschale 6 unter Ausbildung der Flansche 9 herumgebördelt sind. Diese Konstruktion ist von der Formgebung der beiden Halbschalen 6, 7 be­ sonders zweckmäßig herstellbar.

Bereits im allgemeinen Teil der Beschreibung ist darauf hingewiesen worden, daß zur Herstellung der Schweißnähte 10 alle Metall-Schweißverfahren werkstoffspezifisch eingesetzt werden können. Besonders bevorzugt läßt sich allerdings aufgrund der zweckmäßigen Lage der Schweißnähte 10 das Verfahren des Laserschweißens einsetzen. Eine Laserschweißnaht als Schweißnaht 10 führt zu einer besonders hohen Gesamtsteifigkeit des Struk­ turbauteils 1, weil die Schweißnähte 10 durchgehend laufen und mit ver­ gleichsweise hoher Schweißgeschwindigkeit hergestellt werden können.

Für die Realisierung der Schweißnähte, jedoch insbesondere bei Einsatz des Laserschweißens als Schweißverfahren sollte man vorsehen, daß zwischen den Kontaktflächen der verschweißten Flansche 8, 9 ein minimaler Luftspalt, insbesondere ein Luftspalt von 5/100 bis 15/100 mm, vorzugsweise von etwa 10/100 mm, vorliegt. Dadurch trägt man der Tatsache Rechnung, daß auf den Kontaktflächen während des Schweißvorgangs eine Materialverdampfung an der Oberfläche stattfindet. Dies gilt beispielsweise bei einer aus Gründen des Korrosionsschutzes vorgenommenen Zink-Beschichtung der Halbscha­ len 6, 7. Die entstehenden Dämpfe müssen zwischen den Kontaktflächen entweichen können, um eine perfekte Schweißnahtausbildung zu gewährlei­ sten. Dem dient dieser minimale Luftspalt. Der Bestimmung dieses Luftspaltes kommt erhebliche Bedeutung zu, weil ein zu großer Luftspalt das Schweißer­ gebnis insbesondere beim Laserschweißen nachhaltig verschlechtert. Hier zeigt sich der große Vorteil der erfindungsgemäßen Konstruktion mit den op­ timal aneinander heranführbaren Flanschen 8, 9 der beiden Halbschalen 6, 7. Dadurch, daß die Flansche 8, 9 in der Fläche miteinander mechanisch gebör­ derlt werden, also eine besonders toleranzarme Einstellbarkeit des Luftspaltes zur Vorbereitung der Laserschweißung ergibt sich eine besonders genaue Kalibrierungsmöglichkeit.

Insbesondere bei dem zuvor erläuterten bevorzugten Ausführungsbeispiel mit den erheblich unterschiedlichen Halbschalen 6, 7 empfiehlt es sich, daß die erste, größere Halbschale 6 eine größere Blechdicke als die zweite, klei­ nere Halbschale 7 aufweist. Insbesondere kann man vorsehen, daß bei aus Stahlblech geformten Halbschalen 6, 7 die erste, größere Halbschale 6 eine Blechdicke von 1,0 bis 2,0 mm, insbesondere von ca. 1,5 mm, und die zweite, kleinere Halbschale 7 eine Blechdicke von 0,6 bis 1,5 mm, vorzugsweise von ca. 0,9 mm aufweist. Demgegenüber kann man bei aus Leichtmetallblech her­ gestellten Halbschalen 6, 7 vorsehen, daß die erste, größere Halbschale 6 eine Blechdicke von 2,0 bis 4,0 mm, insbesondere von 2,5 bis 3,5 mm, und die zweite, kleinere Halbschale 7 eine Blechdicke von 1,2 bis 2,7 mm, insbeson­ dere von 1,5 bis 2,5 mm, aufweist. Im letztgenannten Fall wird man meist eine Leichtmetallegierung aus Aluminium, Magnesium und anderen geringfügigen Beimischungen verwenden.

Im Automobilbau kommt es auf jedes Gramm Gewicht an, deshalb bietet die zuvor erläuterte erfindungsgemäße Lösung mit beanspruchungskonform ge­ stalteten Halbschalen 6, 7 einen erheblichen anwendungstechnischen Vorteil.

Die Patentansprüche 12 bis 20 beschreiben das erfindungsgemäße Herstel­ lungsverfahren in verschiedenen Ausgestaltungen, auf diese Patentansprü­ che darf zur Vermeidung von Wiederholungen verwiesen werden.

Fig. 5 zeigt eine Vorrichtung, auf der ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Strukturbauteils ausgeführt werden kann. Diese Vorrichtung erlaubt eine besonders bevorzugte Abfolge von Verfahrensschritten. Hier­ nach ist vorgesehen, daß ein die vorgeformte erste Halbschale 6 paßgenau aufnehmendes Grundwerkzeug 11 vorgesehen ist, daß ein die vorgeformte zweite Halbschale 7 paßgenau aufnehmendes Kalibrierwerkzeug 12 vorge­ sehen ist, daß die zweite Halbschale 7 zunächst im Kalibrierwerkzeug 12 mit seitlich abstehenden Flanschen 9 angeordnet wird, daß das Grundwerkzeug 11 und das Kalibrierwerkzeug 12 mit eingelegten Halbschalen 6, 7 miteinan­ der verbunden werden und dabei der Abstand des Grundwerkzeugs 11 vom Kalibrierwerkzeug 12 genau eingehalten wird, daß bei diesem Verfahrens­ schritt die freien Ränder der ersten Halbschale 6 genau in den inneren Winkel der seitlich abstehenden Flansche 9 der zweiten Halbschale 7 reichen, daß das Grundwerkzeug 11 mit dem Kalibrierwerkzeug 12 zusammengesetzt seit­ lich Führungen 13 für seitliche Bördelschieber 14 bildet und daß die beiden abstehenden Flansche 9 der zweiten Halbschale 7 mittels der beiden Bördel­ schieber 14 umgebördelt und auf das gewünschte Maß des Luftspaltes an die Ränder der ersten Halbschale 6 herangebogen werden.

Die Zeichnung zeigt dabei ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel in Form einer Prinzipdarstellung dergestalt, daß die Flansche 9 an der zweiten Halbschale 7 durch das Einsetzen in das Kalibrierwerkzeug 12 mittels ent­ sprechender Ausformungen 15 des Kalibrierwerkzeug 12 seitlich abstehend ausgeformt werden. Man erkennt die Ausformungen 15 seitlich am Kali­ brierwerkzeug 12. Man erkennt ferner am Kalibrierwerkzeug 12 eine Mittel­ stütze 16 (über die Länge des Kalibrierwerkzeugs 12 sind mehrere Mittelstüt­ zen 16 vorgesehen), durch die der Abstand des Grundwerkzeugs 11 vom Ka­ librierwerkzeug 12 exakt vorgegeben wird. Damit wird die Lage des Flan­ sches 8 an der ersten Halbschale 6 in der Biegung des Flansches 9 an der zweiten Halbschale 7 exakt vorgegeben.

Die in Fig. 5 dargestellten, seitlichen Bördelschieber 14 werden dann in der durch die Pfeile angegebenen Richtung auf Maß angestellt, d. h. tatsächlich bis auf einen vorgegebenen Enddruck zugestellt, so daß sich der gewünschte Spalt unter Berücksichtigung der Rückfederung des Materials von selbst einstellt. Durch diese Bördelschieber 14 läßt sich der gewünschte Luftspalt für die Laserschweißung perfekt auf das gewünschte Maß von 10/100 mm einstellen. Damit gewinnt man insgesamt eine perfekt gerade verlaufende, optimal verrundete Kante an den Flanschen 8, 9 der Halbschalen 6, 7.

Der gegebenenfalls mit Schottblechen 5 versehene, aus den beiden Halbscha­ len 6, 7 zusammengeschweißte Grundträger - Strukturbauteil 1 - kann im weiteren Herstellungsverfahren dann mit weiteren Kleinteilen und Anbautei­ len komplettiert zum Cockpit-Modul insgesamt aufgerüstet werden. Das Endergebnis ist ein Strukturbauteil 1 hoher Gesamtsteifigkeit, optimaler ver­ letzungssicherer Handhabbarkeit und optimaler Einbausicherheit hinsichtlich Kantenschutz etc.

Claims (22)

1. Als geschlossenes Hohlprofil ausgeführtes, aus Metall bestehendes Strukturbauteil einer Kraftfahrzeugkarosserie, insbesondere Grundträger ei­ nes Cockpit-Moduls der Kraftfahrzeugkarosserie,
bestehend aus zwei gleichen oder unterschiedlichen Halbschalen (6, 7), die an je zwei in Längsrichtung des Strukturbauteils (1) verlaufenden Flanschen (8; 9) mittels Schweißnähten (10) miteinander dauerhaft und hochbelastbar verbunden sind, wobei die Kanten der miteinander verschweißten Flansche (8; 9) verrundet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß an beiden Verbindungen der Flansch (9) einer Halbschale (7) um die Kante des Flansches (8) der anderen Halbschale (6) herumgebördelt ist und die Schweißnaht (10) neben dem Bördelrand in der Fläche der aufeinander­ liegenden Flansche (8, 9) liegt.

2. Als geschlossenes Hohlprofil ausgeführtes, aus Metall bestehendes Strukturbauteil einer Kraftfahrzeugkarosserie, insbesondere Grundträger ei­ nes Cockpit-Moduls der Kraftfahrzeugkarosserie,
bestehend aus zwei gleichen oder unterschiedlichen Halbschalen (6, 7), die an je zwei in Längsrichtung des Strukturbauteils (1) verlaufenden Flanschen (8; 9) mittels Schweißnähten (10) miteinander dauerhaft und hochbelastbar verbunden sind, wobei die Kanten der miteinander verschweißten Flansche (8; 9) verrundet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß an beiden Verbindungen die aufeinanderliegenden Flansche (8, 9) der beiden Halbschalen (6, 7) unter Ausbildung einer verrundeten Kante gemein­ sam umgebördelt sind und die Schweißnaht (10) neben dem Bördelrand in der Fläche der aufeinanderliegenden Flansche (8, 9) liegt.

3. Strukturbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Halbschale (6) im Querschnitt wannenförmig, insbesondere U-förmig gestaltet ist und drei Seiten des gesamten Strukturbauteils (1) bildet und daß die zweite Halbschale (7) als Deckel auf die erste Halbschale (6) aufgesetzt ist und die vierte Seite des Strukturbauteils (1) bildet.

4. Strukturbauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Ränder der ersten Halbschale (6) die Flansche (8) bilden, die zweite Halb­ schale (7) ebenfalls im Querschnitt wannenförmig, insbesondere U-förmig, mit gegenüber der ersten Halbschale (6) geringer Tiefe ausgebildet ist und die Ränder der zweiten Halbschale (7) nach außen um die Ränder der ersten Halbschale (6) unter Ausbildung der Flansche (9) herumgebördelt sind.

5. Strukturbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schweißnähte (10) als Laserschweißnähte ausgeführt sind.

6. Strukturbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, insbesondere nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Kontaktflächen der verschweißten Flansche (8, 9) ein minimaler Luftspalt, insbesondere ein Luft­ spalt von 5/100 bis 15/100 mm, vorzugsweise von etwa 10/100 mm, vorliegt.

7. Strukturbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste, größere Halbschale (6) eine größere Blechdicke als die zweite, kleinere Halbschale (7) aufweist.

8. Strukturbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Halbschalen (6; 7) aus Stahlblech gestanzt und geformt sind.

9. Strukturbauteil nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, größere Halbschale (6) eine Blechdicke von 1,0 bis 2,0 mm, ins­ besondere von ca. 1,5 mm, und die zweite, kleinere Halbschale (7) eine Blechdicke von 0,6 bis 1,5 mm, vorzugsweise von ca. 0,9 mm aufweist.

10. Strukturbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Halbschalen (6; 7) aus einem Leichtmetallblech - Leichtmetall Leichtmetallegierung, insbesondere Aluminium/Aluminiumlegierung - ge­ stanzt und geformt sind.

11. Strukturbauteil nach den Ansprüchen 7 und 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die erste, größere Halbschale (6) eine Blechdicke von 2,0 bis 4,0 mm, insbesondere von 2,5 bis 3,5 mm, und die zweite, kleinere Halbschale (7) eine Blechdicke von 1,2 bis 2,7 mm, insbesondere von 1,5 bis 2,5 mm, aufweist.

12. Verfahren zur Herstellung eines als geschlossenes Hohlprofil ausgeführ­ ten, aus Metall bestehenden Strukturbauteils einer Kraftfahrzeugkarosserie, insbesondere eines Grundträgers eines Cockpit-Moduls der Kraftfahrzeugka­ rosserie,
bei dem zwei gleiche oder unterschiedliche Halbschalen (6, 7) an je zwei in Längsrichtung des Strukturbauteils (1) verlaufenden Flanschen (8; 9) mittels Schweißnähten (10) miteinander dauerhaft und hochbelastbar verbunden werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß vor dem Verschweißen der Flansche (8, 9) an beiden Verbindungen der Flansch (9) einer Halbschale (7) um die Kante des Flansches (8) der anderen Halbschale (6) herumgebördelt wird und
daß dann die Schweißnaht (10) neben der Bördelrand in der Fläche der auf­ einanderliegenden Flansche (8, 9) angebracht wird.

13. Verfahren zur Herstellung eines als geschlossenes Hohlprofil ausgeführ­ ten, aus Metall bestehenden Strukturbauteils einer Kraftfahrzeugkarosserie, insbesondere eines Grundträgers eines Cockpit-Moduls der Kraftfahrzeugka­ rosserie,
bei dem zwei gleiche oder unterschiedliche Halbschalen (6, 7) an je zwei in Längsrichtung des Strukturbauteils (1) verlaufenden Flanschen (8; 9) mittels Schweißnähten (10) miteinander dauerhaft und hochbelastbar verbunden werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß vor dem Verschweißen der Flansche (8, 9) an beiden Verbindungen die dort aufeinanderliegenden Flansche (8, 9) der beiden Halbschalen (6, 7) unter Ausbildung einer verrundeten Kante gemeinsam umgebördelt werden und
daß dann die Schweißnaht (10) neben der Bördelrand in der Fläche der auf­ einanderliegenden Flansche (8, 9) angebracht wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbschale (7) mit ihren freien Rändern an den Rändern der ersten Halb­ schale (6), diese um ein erhebliches Stück überragend zur Anlage gebracht wird und daß dann die überstehenden Flansche (9) der zweiten Halbschale (7) um die von den freien Rändern der ersten Halbschale (6) gebildeten Flan­ sche (8) unter Ausbildung einer verrundeten Kante herumgebogen werden.

15. Verfahren nach Anspruch 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnähte als Laserschweißnähte ausgeführt werden.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, insbesondere nach An­ spruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Herumbördeln so erfolgt, daß zwischen den Kontaktflächen der zu verschweißenden Flansche (8, 9) ein minimaler Luftspalt, insbesondere ein Luftspalt von 5/100 bis 15/100 mm, vorzugsweise von etwa 10/100 mm, eingehalten wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbschalen (6; 7) aus Stahlblech gestanzt und geformt werden.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbschalen (6; 7) aus einem Leichtmetallblech - Leichtmetall Leichtmetallegierung, insbesondere Aluminium/Aluminiumlegierung - ge­ stanzt und geformt werden.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Verbinden der Halbschalen (6, 7) in die erste Halbschale (6) Schottbleche (5) o. dgl. eingelegt und verschweißt werden.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Schott­ bleche (5) o. dgl. nach oder gleichzeitig mit dem Herstellen der Schweißnähte (10) mit der zweiten Halbschale (7) verschweißt werden.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet,
daß ein die vorgeformte erste Halbschale (6) paßgenau aufnehmendes Grundwerkzeug (11) vorgesehen ist,
daß ein die vorgeformte zweite Halbschale (7) paßgenau aufnehmendes Kali­ brierwerkzeug (12) vorgesehen ist,
daß die zweite Halbschale (7) zunächst im Kalibrierwerkzeug (12) mit seitlich abstehenden Flanschen (9) angeordnet wird,
daß das Grundwerkzeug (11) und das Kalibrierwerkzeug (12) mit eingelegten Halbschalen (6, 7) miteinander verbunden werden und dabei der Abstand des Grundwerkzeugs (11) vom Kalibrierwerkzeug (12) genau eingehalten wird, daß bei diesem Verfahrensschritt die freien Ränder der ersten Halbschale (6) genau in den inneren Winkel der seitlich abstehenden Flansche (9) der zwei­ ten Halbschale (7) reichen,
daß das Grundwerkzeug (11) mit dem Kalibrierwerkzeug (12) zusammenge­ setzt seitlich Führungen (13) für seitliche Bördelschieber (14) bildet und daß die beiden abstehenden Flansche (9) der zweiten Halbschale (7) mittels der beiden Bördelschieber (14) umgebördelt und, ggf. auf das gewünschte Maß des Luftspaltes, an die Ränder der ersten Halbschale (6) herangebogen werden.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Flansche (9) an der zweiten Halbschale (7) durch das Einsetzen in das Kalibrierwerk­ zeug (12) mittels entsprechender Ausformungen (15) des Kalibrierwerkzeug (12) seitlich abstehend ausgeformt werden.