WO2007042441A1 - Profilelement und verwendungen eines solchen profilelements - Google Patents

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Mario Schmidt
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Thyssenkrupp Steel Ag
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    • E04C2003/0408—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces of metal beams, girders, or joists characterised by cross-sectional aspects characterised by assembly or the cross-section
    • E04C2003/0413—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces of metal beams, girders, or joists characterised by cross-sectional aspects characterised by assembly or the cross-section being built up from several parts
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    • E04C2003/0443—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces of metal beams, girders, or joists characterised by cross-sectional aspects characterised by substantial shape of the cross-section
    • E04C2003/0452—H- or I-shaped

Definitions

  • the invention relates to a profile element with at least one belt element made of a metallic material and a web element.
  • a profile element is known, for example, from EP 0 868 237 B1.
  • a method is described, with which a first made of a metallic material flat part can be easily connected to a second flat part to form a profile.
  • parts of any metals can be added for which other joining techniques, be it for reasons of material combination or for other reasons, are not suitable or optimal.
  • the known method makes it possible to form profiles from a combination of metallic and non-metallic flat parts.
  • the method known from EP 0 868 237 B1 envisages joining the at least two parts of the respective metal profile exclusively by forming material with one another.
  • the material conversion in question means that the joining partners are firmly connected to each other by clamping forces and positively interlocking material of the joining partners.
  • Profile elements of the type described above are used for example for the construction of houses, for interior design and for the construction of furniture, lighting equipment or similar objects. Likewise, such profile elements can be used as parts for vehicle bodies, in particular car vehicle bodies.
  • the particular advantage of these profile elements is that it allows the joining technique used in their manufacture to combine parts made of different materials. This makes it possible to create profile elements that are optimally adapted, for example, with regard to their strength and rigidity, their deformation behavior, their weight, their visual appearance, their thermal conductivity, etc., to the respective intended use.
  • profile elements that are optimally adapted, for example, with regard to their strength and rigidity, their deformation behavior, their weight, their visual appearance, their thermal conductivity, etc., to the respective intended use.
  • the weight on the one hand and, for example, the deformation behavior on the other hand, which can not be fulfilled even with the known profile elements explained above. This is particularly the case when these profile elements are joined from metallic flat parts.
  • the object of the invention was to provide a profile element with further improved possibilities of adaptation to the requirements in each case posing in the practice.
  • a profile element of the type specified in which in the at least one belt member made of a metallic material, a fastening groove is formed, in which a web element is provided by the side of the arranged in the mounting groove edge region of the web element pressed material the webbing element is held positively and / or non-positively in the fastening groove, wherein according to the invention the web element and / or the belt element have at least one defined defined section which differs in at least one property from the adjoining adjacent section by the respective belt element at least two sheet metal parts of different quality, thickness, strength and / or surface refinement is composed.
  • the web element and the belt element can be designed in the manner of a "tailored blanks".
  • a "tailored blank” usually a sheet metal part is called, which consists of individual Sheet metal parts with, for example, the same or different quality, thickness or surface finishing is composed.
  • Tailored blanks are reshapeable and tailored to specific customer requirements.
  • tailored blanks in addition to laser beam welding, the crimp seam method is often used, in which the parts to be joined are guided between two roller electrodes.
  • tailored blanks may have a material distribution that has a greater material thickness or a particularly strong material in the areas that are more heavily loaded in use, while the other areas may be thinner or made of a lighter material.
  • each section of the profile element can be easily adapted to the loads occurring in practical use in the region of each section optimally.
  • the invention thus provides profiles with a minimized weight and at the same time improved service properties, in which not only the respective materials but also their shape and distribution can be adapted to the respective requirements.
  • the at least one section differs in its thickness from the section adjacent to it.
  • the thicker sections can be easily arranged so that they are in the in the practical use of heavily loaded areas of the inventive profile element.
  • the at least one section of a profile element according to the invention which differs from the other sections may have a different strength, toughness and / or deformability in order to be able to absorb optimally the loads which each occur there in the installed state.
  • sections of the belt or the web can be connected to each other for example by welding, in particular laser beam welding.
  • welding in particular laser beam welding.
  • Profile elements according to the invention can have a T-shaped, double-T or Z-shaped cross-section, for example.
  • the interconnected elements seen in cross-section need not necessarily be aligned orthogonal to each other, but can also taper at an angle to each other.
  • the mounting groove does not necessarily have a straight course, but may, for example, also wavy or zigzag shape.
  • FIG. 1 shows a detail of a profile element in a side view.
  • FIG. 3 is an enlarged view of the detail A of FIG .. 2
  • the profile element 1 shown in the figures is designed as a double-T-carrier and has an upper belt element 2 and a lower belt element 3. Between the belt elements 2,3 is a web element 4, which is aligned at right angles to the mutually associated surfaces 5,6 of the belt elements 2,3.
  • the web element 4 is formed from two edge sections 7, 8 consisting of a first steel material and from a middle section 9, which each extend over the entire length of the belt elements 2, 3.
  • the edge portions 7,8 have in the side view the shape of a right triangle, while the central portion 9 has the shape of an elongated rectangle.
  • the one edge portion 7 is connected with its one longitudinal edge directly to the belt element 2, while the other edge portion 8 is connected with its other longitudinal edge to the other belt member 3.
  • the edge portions 7,8 are welded to their respective associated longitudinal edge of the central portion 9. To this Way, run the belt elements 2.3, starting from a given at one end of the profile element 1 low profile height in the direction of the other end of the profile element 1 apart until there the largest profile height is reached.
  • first recordings 10 have been formed in the central portion 9 at regular intervals, then the sheet metal sections 11 have been used.
  • the sheet metal sections 11 have then been welded to the surrounding sections 12 of the central section 9 by means of laser beam welding.
  • the sheet metal sections 11 have a greater thickness than the central section 9 of the bar element 4 in its surrounding sections 12 and are positioned so that the central section 9 and thus the entire web element 4 and, accordingly, the entire profile element 1 in the region of the respective sheet metal sections 11th has a strength and a deformation behavior that is optimally adapted to the loads occurring in practical use.
  • a fastening groove 13, 14 has already been molded into the mutually facing surfaces 5, 6 of the belt elements 2, 3 during the prefabrication extends over the entire length of the tunnel element 4.
  • the width of the fastening grooves 13, 14 corresponded to the thickness D of the respective belt element 2, 3 assigned edge portion 7 and 8 of the bar element 4th

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Connection Of Plates (AREA)

Abstract

Die vorliegende 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 vom dem an ihn angrenzenden benachbarten Abschnitt (7,8,9,12) unterscheidet, indem das betreffende Gurtelement (2,3) aus mindestens zwei Blechteilen (9,11) unterschiedlicher Güte, Dicke, Festigkeit und / oder Oberflächenveredelung zusammengesetzt ist.

Description

PROFILELEMENT UND VERWENDUNGEN EINES SOLCHEN PROFILELEMENTS
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 Bl 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 Bl 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 Bl 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, indem das betreffende Gurtelement aus mindestens zwei Blechteilen unterschiedlicher Güte, Dicke, Festigkeit und / oder Oberflächenveredelung zusammengesetzt ist.
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 starker belasteten Bereichen des erfindungsgemaßen Profilelements liegen. Ebenso ist es bei dieser Ausgestaltung der Erfindung möglich, größere Materialstarken in bestimmten Abschnitten des Profilelements auszubilden, um dort beispielsweise Anschlüsse, wie Gewinde, Ösen o. a., für weitere Bauteile auszubilden oder zu befestigen.
Alternativ oder ergänzend kann der mindestens eine sich von den anderen Abschnitten unterscheidende Abschnitt eines erfindungsgemaßen 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.
Erfindungsgemaße Profilelemente können im Querschnitt beispielsweise T-, Doppel-T- oder Z-formig 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 zickzackformig verlaufen . Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
Fig. 1 einen Ausschnitt eines Profilelements in seitlicher Ansicht;
Fig. 2 das Profilelement in einer stirnseitigen Ansicht;
Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht des Ausschnitts A der Fig. 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 Fig. 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 Bl 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 Fig. 3 zur Verdeutlichung in einer nicht realistischen, übergroßen Weise dargestellt.
BEZUGSZEICHEN
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

P A T E N T A N S P R U C H
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, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s 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, indem das betreffende Gurtelement (2,3) aus mindestens zwei Blechteilen (9,11) unterschiedlicher Güte, Dicke, Festigkeit und / oder Oberflächenveredelung zusammengesetzt ist.
2. Profilelement nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s 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, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s 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, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Abschnitte (7,8,9,11,12) miteinander verschweißt sind.
PCT/EP2006/067047 2005-10-07 2006-10-04 Profilelement und verwendungen eines solchen profilelements WO2007042441A1 (de)

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