DE102005048243A1 - Profilelement und Verwendungen eines solchen Profilelements - Google Patents

Abstract

Die voliegende Erfindung betrifft ein Profilelement mit mindestens einem Gurtelement (2, 3) aus einem metallischen Werkstoff, in das eine Befestigungsnut (13, 14) eingeformt ist, in die ein Stegelement (4) gestellt ist, das durch seitlich an den in der Befestigungsnut (13, 14) angeordneten Randbereich des Stegelements (4) angedrücktes Material des Gurtelements (2, 3) form- und/oder kraftschlüssig in der Befestigungsnut (13, 14) gehalten ist, und Verwendungen eines solchen Profilelements. Das erfindungsgemäße Profilelement schafft weiter verbesserte Möglichkeiten der Anpassung an die sich jeweils in der Praxis stellenden Anforderungen. Dies wird dadurch erreicht, dass das Gurtelement (2, 3) und/oder das Stegelement (4) mindestens einen definiert abgegrenzten Abschnitt (7, 8, 9, 11) aufweisen, der sich in mindestens einer Eigenschaft von dem an ihn angrenzenden benachbarten Abschnitt (7, 8, 9, 12) unterscheidet.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Profilelement mit mindestens einem Gurtelement aus einem metallischen Werkstoff und einem Stegelement. Ein derartiges Profilelement ist beispielsweise aus der EP 0 868 237 B1 bekannt. In dieser Druckschrift wird ein Verfahren beschrieben, mit dem ein erstes aus einem metallischen Werkstoff bestehendes Flachteil auf einfache Weise mit einem zweiten Flachteil zu einem Profil verbunden werden kann. So lassen sich durch die Anwendung des aus der EP 0 868 237 B1 bekannten Verfahrens Teile aus beliebigen Metallen fügen, für die andere Fügetechniken, sei es aus Gründen der Materialkombination, sei es aus anderen Gründen, nicht geeignet oder optimal sind. Ebenso erlaubt es das bekannte Verfahren, Profile aus einer Kombination von metallischen und nicht metallischen Flachteilen zu bilden.
• Zu diesem Zweck sieht das aus der EP 0 868 237 B1 bekannte Verfahren vor, die mindestens zwei Teile des jeweiligen Metallprofils ausschließlich durch Umformung von Material untereinander zu verbinden. Die betreffende Materialumformung führt dazu, dass die Fügepartner durch Klemmkräfte und formschlüssig ineinander greifendes Material der Fügepartner miteinander fest verbunden sind.
• Die Herstellung der bekannten Metallprofile erfolgt in der Weise, dass zunächst in einem der zu fügenden Teile eine Nut eingeformt wird. Bei dieser Einformung findet eine Gefügeveränderung in der näheren Umgebung der Nut statt. Dann wird in diese Nut ein anderes aus Flachmaterial bestehendes Teil mit seiner Schmalseite eingesetzt und in der Nut durch Verquetschen des der Nut benachbarten Materials in dem einen Teil festgeklemmt. Dabei findet eine weitere Gefügeveränderung statt, so dass eine ausschließlich kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen den beiden aneinander anzuschließenden Teilen hergestellt ist. Dies schließt selbstverständlich nicht aus, dass ergänzend zu der form- und kraftschlüssigen Verbindung eine Verklebung oder eine andere Verbindung zwischen den Fügepartnern hergestellt wird.
• Profilelemente der voranstehend erläuterten Art werden beispielsweise zum Bau von Häusern, zum Innenausbau sowie zum Bau von Möbeln, Beleuchtungseinrichtungen oder vergleichbaren Gegenständen eingesetzt. Ebenso lassen sich solche Profilelemente als Teile für Fahrzeugkarosserien, insbesondere PKW-Fahrzeugkarosserien, verwenden.
• Unabhängig von der jeweiligen Verwendung besteht der besondere Vorteil dieser Profilelemente darin, dass es die bei ihrer Herstellung eingesetzte Fügetechnik erlaubt, aus unterschiedlichen Materialien bestehende Teile miteinander zu kombinieren. Dies ermöglicht es, Profilelemente zu schaffen, die beispielsweise hinsichtlich ihrer Festigkeit und Steifigkeit, ihres Verformungsverhaltens, ihres Gewichtes, ihrer optischen Erscheinung, ihrer Wärmeleitfähigkeit etc. optimal an den jeweiligen Einsatzzweck angepasst sind.
• Trotz dieser Optimierungsmöglichkeiten ergeben sich in der Praxis Anforderungen hinsichtlich des Gewichtes einerseits und beispielsweise des Verformungsverhaltens andererseits, die auch mit den voranstehend erläuterten bekannten Profilelementen nicht erfüllt werden können. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn diese Profilelemente aus metallischen Flachteilen gefügt werden.
• Ausgehend von dem voranstehend erläuterten Stand der Technik bestand daher die Aufgabe der Erfindung darin, ein Profilelement mit weiter verbesserten Möglichkeiten der Anpassung an die sich jeweils in der Praxis stellenden Anforderungen zu schaffen.
• Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch ein Profilelement der eingangs angegebenen Art gelöst, bei dem in das mindestens eine Gurtelement aus einem metallischen Werkstoff eine Befestigungsnut eingeformt ist, in die ein Stegelement gestellt ist, das durch seitlich an den in der Befestigungsnut angeordneten Randbereich des Stegelements angedrücktes Material des Gurtelements form- und/oder kraftschlüssig in der Befestigungsnut gehalten ist, wobei erfindungsgemäß das Stegelement und/oder das Gurtelement mindestens einen definiert abgegrenzten Abschnitt aufweisen, der sich in mindestens einer Eigenschaft von dem an ihn angrenzenden benachbarten Abschnitt unterscheidet.
• Bei einem erfindungsgemäßen Profilelement können das Stegelement sowie das Gurtelement nach Art eines "Tailored Blanks" ausgebildet sein. Als "Tailored Blank" wird üblicherweise ein Blechteil bezeichnet, das aus einzelnen Blechteilen mit beispielsweise gleicher oder unterschiedlicher Güte, Dicke oder Oberflächenveredelung zusammengesetzt ist. Tailored Blanks sind umformbar und werden entsprechend den speziellen Kundenanforderungen maßgeschneidert. Zur Herstellung von Tailored Blanks wird neben dem Laserstrahlschweißen oft das Quetschnahtverfahren eingesetzt, bei dem die zu fügenden Teile zwischen zwei Rollenelektroden geführt werden. Abhängig von den sich bei der jeweiligen Anwendung stellenden Belastungen können Tailored Blanks eine Materialverteilung aufweisen, die in den im Einsatz stärker belasteten Bereichen eine größere Materialstärke oder ein besonders festes Material aufweist, während die anderen Bereiche dünner sein oder aus einem leichteren Werkstoff bestehen können.
• Indem bei einem erfindungsgemäßen Profilelement mindestens das Stegelement oder das Gurtelement abschnittsweise unterschiedlich ausgebildet ist, kann jeder Abschnitt des Profilelements problemlos an die im praktischen Einsatz im Bereich des jeweiligen Abschnitts auftretenden Belastungen optimal angepasst werden. Mit der Erfindung stehen somit Profile mit minimiertem Gewicht bei gleichzeitig verbesserten Gebrauchseigenschaften zur Verfügung, bei denen nicht nur die jeweiligen Materialien, sondern auch deren Formgebung und Verteilung an die jeweiligen Anforderungen angepasst sein können.
• Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung unterscheidet sich bei dem Stegelement und/oder dem Gurtelement eines erfindungsgemäßen Profilelements der mindestens eine Abschnitt in seiner Dicke von dem an ihn angrenzenden Abschnitt. Die dickeren Abschnitte können auf einfache Weise so angeordnet werden, dass sie in den im praktischen Einsatz stärker belasteten Bereichen des erfindungsgemäßen Profilelements liegen. Ebenso ist es bei dieser Ausgestaltung der Erfindung möglich, größere Materialstärken in bestimmten Abschnitten des Profilelements auszubilden, um dort beispielsweise Anschlüsse, wie Gewinde, Ösen o. ä., für weitere Bauteile auszubilden oder zu befestigen.
• Alternativ oder ergänzend kann der mindestens eine sich von den anderen Abschnitten unterscheidende Abschnitt eines erfindungsgemäßen Profilelements eine andere Festigkeit, Zähigkeit und/oder Verformbarkeit aufweisen, um die dort im Einbauzustand jeweils auftretenden Belastungen optimal aufnehmen zu können.
• Die voneinander hinsichtlich ihrer Eigenschaften abweichenden Abschnitte des Gurts oder des Stegs können beispielsweise durch Verschweißen, insbesondere Laserstrahlschweißen miteinander verbunden werden. Alternativ ist es jedoch auch möglich, die unterschiedliche Abschnitte aufweisenden Gurtelemente oder Stegelemente walztechnisch herzustellen.
• Erfindungsgemäße Profilelemente können im Querschnitt beispielsweise T-, Doppel-T- oder Z-förmig ausgebildet sein. Dabei müssen die miteinander verbundenen Elemente im Querschnitt gesehen nicht notwendig orthogonal zueinander ausgerichtet sein, sondern können auch schräg aufeinander zulaufen. Ebenso muss die Befestigungsnut nicht notwendig einen geradlinigen Verlauf haben, sondern kann beispielsweise auch wellenartig oder zickzackförmig verlaufen.
• Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
• 1 einen Ausschnitt eines Profilelements in seitlicher Ansicht;
• 2 das Profilelement in einer stirnseitigen Ansicht;
• 3 eine vergrößerte Ansicht des Ausschnitts A der 2.
• Das in den Figuren dargestellte Profilelement 1 ist als Doppel-T-Träger ausgebildet und weist ein oberes Gurtelement 2 und ein unteres Gurtelement 3 auf. Zwischen den Gurtelementen 2, 3 steht ein Stegelement 4, das jeweils rechtwinklig zu den einander zugeordneten Oberflächen 5, 6 der Gurtelemente 2, 3 ausgerichtet ist.
• Das Stegelement 4 ist aus zwei aus einem ersten Stahlwerkstoff bestehenden Randabschnitten 7, 8 sowie aus einem Mittelabschnitt 9 gebildet, die sich jeweils über die gesamte Länge der Gurtelemente 2, 3 erstrecken. Die Randabschnitte 7, 8 weisen in der Seitenansicht die Form eines rechtwinkligen Dreiecks auf, während der Mittelabschnitt 9 die Form eines langgestreckten Rechtecks besitzt. Dabei ist der eine Randabschnitt 7 mit seinem einen Längsrand unmittelbar mit dem Gurtelement 2 verbunden, während der andere Randabschnitt 8 mit seinem anderen Längsrand an das andere Gurtelement 3 angeschlossen ist. Mit ihrem jeweils anderen Längsrand sind die Randabschnitte 7, 8 mit dem ihnen jeweils zugeordneten Längsrand des Mittelabschnitts 9 verschweißt. Auf diese Weise laufen die Gurtelemente 2, 3 ausgehend von einer am einen Ende des Profilelementes 1 gegebenen niedrigen Profilhöhe in Richtung des anderen Endes des Profilelements 1 auseinander, bis dort die größte Profilhöhe erreicht ist.
• Bei der Vorfertigung sind in den Mittelabschnitt 9 in regelmäßigen Abständen zunächst Aufnahmen 10 eingeformt worden, in dann die Blechabschnitte 11 eingesetzt worden sind. Die Blechabschnitte 11 sind dann mittels Laserstrahlschweißen mit dem sie umgebenden Abschnitten 12 des Mittelabschnitts 9 verschweißt worden. Die Blechabschnitte 11 weisen eine größere Dicke auf als der Mittelabschnitt 9 des Stegelements 4 in den seinen sie umgebenden Abschnitten 12 und sind so positioniert, dass der Mittelabschnitt 9 und damit das gesamte Stegelement 4 und dementsprechend auch das gesamte Profilelement 1 im Bereich der betreffenden Blechabschnitte 11 eine Festigkeit und ein Verformungsverhalten aufweist, das den im praktischen Einsatz auftretenden Belastungen optimal angepasst ist.
• Für die Verbindungen zwischen den Gurtelementen 2, 3 und den ihnen jeweils zugeordneten Randabschnitten 7, 8 des Stegabschnitts 4 ist in die einander zugewandten Oberflächen 5, 6 der Gurtelemente 2, 3 bereits bei der Vorfertigung jeweils eine Befestigungsnut 13, 14 eingeformt worden, die sich über die gesamte Länge des Tunnelelements 4 erstreckt. Die Breite der Befestigungsnuten 13, 14 entsprach dabei der Dicke D des dem jeweiligen Gurtelement 2, 3 zugeordneten Randabschnitts 7 bzw. 8 des Stegelements 4.
• Wie in 3 anhand für den Randabschnitt 8 im Einzelnen dargestellt, ist zum Anbinden des Randabschnitts 7, 8 an das jeweilige Gurtelement 2, 3 dann der betreffende Randabschnitt 7, 8 seinem der Befestigungsnut 13, 14 jeweils zugeordneten Randbereich 8a in die Befestigungsnut 13 bzw. 14 gestellt worden. Anschließend ist das beidseits seitlich der Befestigungsnut 13 bzw. 14 vorhandene Material des jeweiligen Gurtelements 2, 3 mittels eines hier nicht dargestellten Werkzeugs in der aus der EP 0 868 237 B1 an sich bekannten Weise gegen den in der Befestigungsnut 13 bzw. 14 stehenden Randbereich 8a des jeweiligen Randabschnitts 7, 8 gedrückt worden. Die in Folge der Materialverdrängung beidseits der Befestigungsnuten 13 bzw. 14 entstandenen Rillen 15, 16 sind in 3 zur Verdeutlichung in einer nicht realistischen, übergroßen Weise dargestellt.

1

Profilelement

2

oberes Gurtelement

3

unteres Gurtelement

4

Stegelement

5, 6

einander zugeordnete Oberflächen der Gurtelemente 2, 3

7, 8

Randabschnitte

8a

in der Befestigungsnut 14 stehender Randbereich des jeweiligen Randabschnitts 8

9

Mittelabschnitt

10

Aufnahmen

11

Blechabschnitte

12

die Blechabschnitte 11 umgebende Abschnitte des

Mittelabschnitts 12

13, 14

Befestigungsnuten

15, 16

Rillen

D

Dicke des dem jeweiligen Gurtelement 2, 3 zugeordneten Randabschnitts 7 bzw. 8 des Stegelements 4

Claims (4)

1. Profilelement mit mindestens einem Gurtelement (2, 3) aus einem metallischen Werkstoff, in das eine Befestigungsnut (13, 14) eingeformt ist, in die ein Stegelement (4) gestellt ist, das durch seitlich an den in der Befestigungsnut (13, 14) angeordneten Randbereich des Stegelements (4) angedrücktes Material des Gurtelements (2, 3) form- und/oder kraftschlüssig in der Befestigungsnut (13, 14) gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gurtelement (2, 3) und/oder das Stegelement (4) mindestens einen definiert abgegrenzten Abschnitt (7, 8, 9, 11) aufweisen, der sich in mindestens einer Eigenschaft vom dem an ihn angrenzenden benachbarten Abschnitt (7, 8, 9, 12) unterscheidet.
2. Profilelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Abschnitt (7, 8, 9, 11) sich in seiner Dicke von dem an ihn angrenzenden Abschnitt (7, 8, 9, 12) unterscheidet.
3. Profilelement nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Abschnitt (7, 8, 9, 11) sich in seiner Festigkeit, Zähigkeit und/oder Verformbarkeit von dem an ihn angrenzenden Abschnitt (7, 8, 9, 12) unterscheidet.
4. Profilelement nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschnitte (7, 8, 9, 11, 12) miteinander verschweißt sind.