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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Profilbauteils mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 sowie ein Profilbauteil für eine Kraftfahrzeugkarosserie mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 5.
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Die vorliegende Erfindung betrifft Profilbauteile bestimmter Länge für eine Kraftfahrzeugkarosserie und insbesondere deren Herstellung.
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Profilbauteile der in Rede stehenden Art werden in Kraftfahrzeugkarosserien an verschiedenen Stellen verwendet, z. B. als Querträger oder Längsträger. Ein besonderer Einsatzort sind Positionen eines Crash Management Systems (CMS), also beispielsweise Stoßfängerquerträger, Seitenaufprallschutz, Schachtleiste einer Seitentür, Instrumententafelträger, Schwellerprofile, etc.
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In der vorliegenden Patentanmeldung diskutieren wir ein Profilbauteil am Beispiel eines Aufprallquerträgers für eine Kraftfahrzeugkarosserie in Form eines Stoßfängerquerträgers. Das ist aber nur eine beispielhafte Beschreibung. Die Lehre der Erfindung ist für alle Arten von gebauten Profilbauteilen in einer Kraftfahrzeugkarosserie anwendbar.
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Bei einem bekannten Aufprallquerträger (
EP 1 914 096 A1 ) ist vorgesehen, dass dieser die Form eines langgestreckten, durchlaufenden, leicht gebogenen Hohlprofils aufweist, das eine konvex verlaufende Außenseite (im Einbauzustand vom Inneren der Karosserie aus gesehen nach Außen gerichtet) und eine konkav verlaufende Innenseite aufweist. Bei dem bekannten Aufprallquerträger besteht das Hohlprofil aus zwei sich in Längsrichtung erstreckenden Teilprofilen, die auf einander zu gerichtet miteinander zusammengefügt und fest miteinander verbunden sind. Die beiden Teilprofile sind im Querschnitt im Wesentlichen U-förmig ausgeführt, an den U-Schenkeln überlappend angeordnet und dort durch Schweißen fest miteinander verbunden.
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Ein in ähnlicher Weise wie zuvor beschrieben aus zwei Teilprofilen zusammengebauter Aufprallquerträger (
WO 2006/012223 A2 ) weist ein erstes Teilprofil als Hut-förmiges Teilprofil mit einem die konvex verlaufende Außenseite bildenden Hut-Steg auf, das im Rollformverfahren aus Stahl-Flachbandmaterial hergestellt wird. Optional kann dieses Teilprofil eine über die Länge nicht gleichförmige Krümmung aufweisen. An der Innenseite dieses ersten Teilprofils befindet sich ein zweites Teilprofil, das im Grundsatz ebenfalls, wie das erste Teilprofil, konvex verläuft und gleichzeitig aber auch die konkav verlaufende Innenseite des Aufprallquerträgers insgesamt bildet. Dieses zweite Teilprofil ist ebenfalls jedenfalls überwiegend Hut-förmig ausgeführt. Die Hut-Schenkel beider Teilprofile bilden Anschlussflansche, liegen flach aufeinander und sind miteinander verschweißt oder werden zur Verbindung der beiden Teilprofile eingerollt. Das zweite Teilprofil ist ein Stanzprofil, das aus einem anderen Stahl als das erste Teilprofil hergestellt ist.
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Bekannt ist es im Übrigen auch seit längerem, dass man im Rollformverfahren kastenförmige oder U-förmige Profile aus Metall-Flachbandmaterial, insbesondere aus Stahl, mit einer über die Länge nicht gleichförmigen Krümmung herstellen kann (
EP 2 050 520 A2 ,
WO 2006/138179 A2 ,
WO 2009/126677 A2 ).
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Der Lehre liegt nun das Problem zugrunde, die Herstellung eines wie zuvor beschrieben aus zwei Teilprofilen gebauten Profilbauteils zu optimieren.
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Das Verfahren zur Herstellung eines Profilbauteils, bei dem die zuvor aufgezeigte Problemstellung gelöst ist, wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 definiert.
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Zunächst wird erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Ränder der Schenkel des ersten Teilprofils mit der Innenseite der Anschlussflansche des zweiten Teilprofils fest verbunden werden. Die Verbindung erfolgt also nicht, wie in dem den Ausgangspunkt bildenden Stand der Technik, über flächig aneinander anliegende Schenkel der beiden U-Profile oder Hut-Profile, sondern auf Stoß. Das hat z. B. bei einem Aufprall wesentliche Vorteile.
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Wesentlich ist nun für die Lehre ferner, dass die Ränder der Schenkel des ersten Teilprofils mit der Innenseite der Anschlussflansche des zweiten Teilprofils nicht, wie im Stand der Technik üblicherweise realisiert, durch Schweißen fest verbunden werden, sondern durch Kleben.
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Den Begriff ”Kleben” wird man in diesem Zusammenhang primär als stoffschlüssiges Verbinden mittels Kunststoff-basierter Kleber verstehen. Grundsätzlich ist es auch denkbar, diesen Begriff auf Metall-basierte Kleber zu erweitern. Im weiteren Sinne kann man also unter ”Kleben” im Sinne der Lehre dieser Erfindung auch das Löten mit Lötzinn oder anderen Lötmitteln verstehen.
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Erfindungsgemäß stoßen die Ränder der Schenkel des ersten Teilprofils stumpf oder, bei einem Hut-Profil mit den Hut-Rändern streifenartig, auf die Innenseite des zweiten Teilprofils. Die dortigen Verbindungsstellen werden im Ernstfall erheblichen Scherkräften ausgesetzt. Damit diese von den Klebeverbindungen aufgenommen werden können, ist vorgesehen, dass das zweite Teilprofil dort, wo es anschließend mit den Rändern der Schenkel des ersten Teilprofils verbunden wird, an den Anschlussflanschen zuvor mit in Längsrichtung verlaufenden Ausformungen versehen wird, die derart zu den Rändern der Schenkel des ersten Teilprofils passen, dass bei zusammengefügten Teilprofilen die Ränder der Schenkel des ersten Teilprofils am zweiten Teilprofil gegen seitlichen Verschieben formschlüssig gesichert sind.
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Die Klebeverbindungen werden also dort angebracht, wo die Ausformungen sich befinden, insbesondere in den von den Ausformungen am zweiten Teilprofil vorgegebenen Bereichen. Die bei einem Aufprall auftretenden erheblichen Schwerkräfte werden hier also durch die Ausformungen des zweiten Teilprofils formschlüssig aufgenommen, die Klebeverbindungen selbst werden praktisch nicht auf Scherung beansprucht. Das zweite Teilprofil bleibt im Ergebnis mit dem ersten Teilprofil auch bei einem Aufprall fest verbunden.
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Im letztgenannten Fall, also bei Bildung der Ausformungen im zweiten Teilprofil empfiehlt es sich, dass das zweite Teilprofil mitsamt den Ausformungen als Strangpressprofil aus Aluminium hergestellt wird oder dass das zweite Teilprofil mitsamt den Ausformungen im Rollformverfahren aus Aluminium-Flachbandmaterial hergestellt wird oder dass das zweite Teilprofil mitsamt den Ausformungen im Rollformverfahren aus Stahl-Flachbandmaterial hergestellt wird oder dass das zweite Teilprofil mitsamt den Ausformungen als Strangpressprofil aus einem passenden Kunststoff hergestellt wird. Die Materialien der beiden Teilprofile und dem folgend die Herstellungsweise des zweiten Teilprofils mit den Ausformungen werden passend aufeinander abgestimmt. Dabei erlaubt die Klebeverbindung eine große Anzahl von unterschiedlichen Materialpaarungen.
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Für das erste Teilprofil empfiehlt sich ebenfalls durchaus eine Herstellung im Rollformverfahren aus Metall-Flachbandmaterial, insbesondere aus Aluminium-Flachbandmaterial oder Stahl-Flachbandmaterial. Es kann aber auch als Strangpressprofil aus Aluminium oder auch aus Kunststoff hergestellt sein. Für die Besonderheit der Lehre der Erfindung kommen auch die letztgenannten Teilprofile in Frage.
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Weiter ist es ohne weiteres möglich, dass das erste Teilprofil und/oder das zweite Teilprofil mit in Längsrichtung verlaufenden Sicken und/oder mit lokalen Verprägungen oder Ausschnitten versehen wird.
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Gegenstand der Erfindung ist, wie eingangs erläutert, auch ein Profilbauteil bestimmter Länge für eine Kraftfahrzeugkarosserie, das in seinem fertigen Zustand ein langgestrecktes Hohlprofil ist, das mit seinem Verlauf eine Längsrichtung definiert und aus zwei sich in Längsrichtung erstreckenden Teilprofilen besteht, die auf einander zu gerichtet miteinander zusammengefügt und fest miteinander verbunden sind.
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Bei dem erfindungsgemäßen Profilbauteil ist, wie bereits bekannt, das erste Teilprofil als U-förmiges oder Hut-förmiges Teilprofil ausgeführt. Das zweite Teilprofil ist mit flachen Anschlussflanschen ausgeführt, kann ansonsten aber jede beliebige Formgebung aufweisen.
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Erfindungsgemäß ist entsprechend Anspruch 5 wesentlich, dass das zweite Teilprofil dort, wo es mit den Rändern der Schenkel des ersten Teilprofils verbunden ist, an den Anschlussflanschen in Längsrichtung verlaufende Ausformungen aufweist, die derart zu den Rändern der Schenkel des ersten Teilprofils passen, dass die Ränder der Schenkel des ersten Teilprofils am zweiten Teilprofil gegen seitliches Verschieben formschlüssig gesichert sind, und dass die Ränder der Schenkel des ersten Teilprofils mit der Innenseite des zweiten Teilprofils durch Kleben verbunden sind.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Profilbauteils ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
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Im Übrigen darf auf die Erläuterungen zum erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren zur Ergänzung verwiesen werden.
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Vorteile und Besonderheiten der Lehre der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt
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1 in perspektivischer Ansicht, stark schematisiert, ein Profilbauteil gemäß der Erfindung am Beispiel eines Stoßfängerquerträgers einer Kraftfahrzeugkarosserie,
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2 in einer Stirnansicht Ausführungsbeispiele eines entsprechend aus zwei Teilprofilen zusammengesetzten Profilbauteils gemäß der Erfindung.
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1 zeigt den kompletten Aufbau eines erfindungsgemäßen Profilbauteils bestimmter Länge, hier dargestellt anhand eines Stoßfängerquerträgers für eine Kraftfahrzeugkarosserie. Insgesamt darf zu der Erläuterung des Hintergrundes von Profilbauteilen der in Rede stehenden Art und zu deren Einsatzorten in der Kraftfahrzeugkarosserie auf den einleitenden Teil der vorliegenden Beschreibung verwiesen werden.
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Das in 1 im Grundsatz dargestellte Profilbauteil bestimmter Länge in Form eines Stoßfängerquerträgers bildet hier ein langgestrecktes, bogenförmig verlaufendes Hohlprofil 1. Das Hohlprofil 1 definiert mit seiner Erstreckung von links nach rechts in 1 seine ”Längsrichtung”. In der Tiefe in 1 wird die ”Querrichtung” definiert und in der Zeichenebene in 1 liegt die ”Höhenrichtung” des Profilbauteils.
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Das Hohlprofil 1 hat eine konvex verlaufende Außenseite 2 und eine konkav verlaufende Innenseite 3. Dieses Hohlprofil 1 besteht aus zwei sich in Längsrichtung erstreckenden Teilprofilen 4, 5. Diese sind auf einander zu gerichtet miteinander zusammengefügt und fest miteinander verbunden.
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Das erste, die konkav verlaufende Innenseite 3 bildende Teilprofil 4 ist in 1 im Einbauzustand in der Kraftfahrzeugkarosserie dargestellt. Es ist mittels Verschraubungen 6 an in Längsrichtung der Kraftfahrzeugkarosserie verlaufenden Crashboxen 7 angebracht, die ihrerseits an Stirnplatten 8 von Karosserie-Längsträgern (die hier nicht dargestellt sind) der Kraftfahrzeugkarosserie angebracht sind. Die Crashboxen 7 zusammen mit dem das Profilbauteil bildenden Hohlprofil 1 bilden ein Crash Management System (CMS).
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Dargestellt ist, dass das erste Teilprofil
4 als U-förmiges Teilprofil im Rollformverfahren aus Metall-Flachbandmaterial hergestellt wird. Alternativ, jedoch in der Zeichnung nicht dargestellt, kann auch ein Hut-förmiges Teilprofil
4 eingesetzt werden. Es unterscheidet sich vom U-förmigen Teilprofil durch die an den Rändern wiederum nach außen abgewinkelten Schenkel (siehe z. B. die
WO 2006/012223 A2 ).
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Das erste Teilprofil 4 hat hier eine über die Länge nicht gleichförmige Krümmung mit einem die konkav verlaufende Innenseite 3 bildenden U-Steg (bzw. Hut-Steg). Die Herstellungsverfahren für derartige Profile mit einer über die Länge nicht gleichförmigen Krümmung sind aus dem Stand der Technik bekannt. Die Quellen sind in der Beschreibungseinleitung beispielhaft angesprochen worden.
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In einem optionalen weiteren Verfahrensschritt kann man dann die Ränder der Schenkel 9 des ersten Teilprofils 4 auf ein gewünschtes Endmaß beschneiden. Ist der Verlauf der Ränder der Schenkel 9 des Teilprofils 4 schon wunschgemäß, so kann dieser Verfahrensschritt entfallen. Will man aber eine besondere Kontur der Ränder der Schenkel 9 des ersten Teilprofils 4 erreichen, insbesondere einen anderen Verlauf als am die Innenseite 3 bildenden Steg des ersten Teilprofils 4, so ist ein solcher Beschnitt eine zweckmäßige Maßnahme.
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In 1 kann man bereits erkennen, dass das zweite Teilprofil 5, bei ansonsten an sich beliebiger Formgebung, jedenfalls mit flachen Anschlussflanschen 10 hergestellt worden ist. Diese Anschlussflansche 10 sieht man besonders gut in 2. So ist es möglich, dass die Ränder der Schenkel 9 des ersten Teilprofils 4 stumpf mit der Innenseite der Anschlussflansche 10 des zweiten Teilprofils 5 fest verbunden werden.
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Die stumpfe Anbindung, also das Abstützen des zweiten Teilprofils 5 durch die Ränder der Schenkel 9 des ersten Teilprofils 4, ist im Crashfall besonders zweckmäßig. Die Verbindungsstellen der beiden Teilprofile 4, 5 werden dabei vergleichsweise wenig auf Scherung beansprucht.
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In 1 ist das zweite Teilprofil 5 als flaches Bauteil dargestellt. Für das zweite Teilprofil 5 gilt aber, dass es ohne weiteres auch mit in Längsrichtung verlaufenden Sicken 11 und/oder mit lokalen Verprägungen 12 oder Ausschnitten versehen werden kann. Ersteres erkennt man besonders gut in 2, letzteres in 1. Im Grunde ist die Form des zweiten Teilprofils 5 im Querschnitt weitgehend beliebig, sofern es die ebenen Anschlussflansche 10 für die Ränder des ersten Teilprofils 4 ausbildet.
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Die Lehre der Erfindung zeigt 2. Diese hat zur Voraussetzung, dass die Ränder der Schenkel 9 des ersten Teilprofils 4 mit der Innenseite der Anschlussflansche 10 des zweiten Teilprofils 5 durch Kleben fest verbunden sind. Alternativ zum Kleben im engeren Sinne kann man hier auch ein Kleben im weiteren Sinne, einschließlich des Herstellens einer metallbasierten Verbindung durch Löten vorsehen.
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Wesentlich ist die in 2 dargestellte Voraussetzung, dass das zweite Teilprofil 5 dort, wo es anschließend mit den Rändern der Schenkel 9 des ersten Teilprofils 4 verbunden wird, also an den Anschlussflanschen 10, zuvor mit in Längsrichtung verlaufenden Ausformungen 13 versehen wird, die derart zu den Rändern der Schenkel 9 des ersten Teilprofils 4 passen, dass bei zusammengefügten Teilprofilen 4, 5 die Ränder der Schenkel 9 des ersten Teilprofils 4 am zweiten Teilprofil 5 gegen seitliches Verschieben formschlüssig gesichert sind.
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Bei dem in 2a dargestellten Ausführungsbeispiel ist das zweite Teilprofil 5 mit einer Sicke 11 in der Mitte als Strangpressprofil aus Aluminium hergestellt worden. Hier sind die Ausformungen 13 jeweils als Rippenpaare rechts und links ausgebildet, die einen schmalen Einsteckkanal zwischen sich bilden. In die Einsteckkanäle an den Ausformungen 13 ist ein passendes Klebemittel 14 eingebracht worden. Unmittelbar danach oder nach der notwendigen Standzeit des Klebemittels 14 ist das erste Teilprofil 4 mit den Rändern seiner Schenkel 5 in die Einsteckkanäle zwischen den Ausformungen 13 eingesteckt und dadurch mit dem zweiten Teilprofil 5 zusammengefügt worden.
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In entsprechender Weise sähe der Querschnitt aus, wenn das zweite Teilprofil 5 als Strangpressprofil aus Kunststoff hergestellt worden wäre.
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Die 2b und 2c zeigen die entsprechenden Varianten des zweiten Teilprofils 5 bei Herstellung im Rollformverfahren aus Stahl-Flachbandmaterial (2b) oder aus Aluminium-Flachbandmaterial (größere Wandstärken, größere Radien; 2c).
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Den drei Ausführungsformen von 2 ist gemeinsam, dass die Verbindungsstellen mit dem Klebemittel 14 im Crashfall von seitlichen Scherkräften im Wesentlichen frei gehalten werden. Die Ausformungen 13 schützen die Ränder der Schenkel 9 des ersten Teilprofils 4 am zweiten Teilprofil 5 durch den hier bestehenden Formschluss gegen seitliches Verschieben. Der Verbund aus erstem und zweitem Teilprofil 4, 5 bleibt auch im Crashfall oder ansonsten unter entsprechend hohen Belastungen erhalten.
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Gegenstand der Erfindung ist sowohl das Herstellungsverfahren für das Hohlprofil 1, das hier das Profilbauteil bildet, als auch das Profilbauteil selbst in seinem Endzustand.
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Es darf abschließend nochmals darauf hingewiesen werden, dass das Profilbauteil gemäß der Lehre der Erfindung an ganz unterschiedlichen Stellen in einer Kraftfahrzeugkarosserie genutzt werden kann. Besonders bevorzugt ist allerdings die Realisierung von Profilbauteilen der in Rede stehenden Art als Aufprallquerträger o. dgl.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1914096 A1 [0005]
- WO 2006/012223 A2 [0006, 0030]
- EP 2050520 A2 [0007]
- WO 2006/138179 A2 [0007]
- WO 2009/126677 A2 [0007]
