DE102004008301B4

DE102004008301B4 - Profilbauteil

Info

Publication number: DE102004008301B4
Application number: DE200410008301
Authority: DE
Inventors: Konrad Dipl.-Ing. Eipper
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2004-02-20
Filing date: 2004-02-20
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2024-02-21
Also published as: WO2005082557A1; DE102004008301A1

Abstract

Profilbauteil (10) mit einem mindestens zwei Profilschenkel (12, 14, 16, 18) enthaltenden Walzprofil, wobei das Profilbauteil (10) in Profillängsrichtung (20) wenigstens bereichsweise eine steifigkeitsverändernde Kontur (22) aufweist und mindestens ein Profilschenkel (18) eine die Steifigkeitsveränderung wenigstens teilweise kompensierende Strukturierung (24) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung (24) bei einer steifigkeitsverringernden Kontur (22) durch eine geometrische Oberflächenstruktur (26) gebildet ist, und dass die Strukturierung (24) bei einer steifigkeitserhöhenden Kontur (22) durch eine Ausnehmungsstruktur (28) und/oder durch eine zu einer Profilgrundwandstärke (S1) verkleinerte Wandstärke (S2) gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Profilbauteil mit einem mindestens zwei Profilschenkel enthaltenden Walzprofil, wobei das Profilbauteil in Profillängsrichtung wenigstens bereichsweise eine steifigkeitsverändernde Kontur aufweist und mindestens ein Profilschenkel eine die Steifigkeitsveränderung wenigstens teilweise kompensierende Strukturierung aufweist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Profilbauteile der eingangs genannten Art sind bekannt. Beispielsweise offenbart die DE 198 07 830 A1 ein Verfahren zur Herstellung von Karosserie- und Fahrwerkteilen für Fahrzeuge aus längsnahtverschweißten Aluminiumrohren oder offenen Walzprofilen. Dazu wird ein flachbandförmiges planes Halbzeug in einem kontinuierlichen Prozess zuerst anhand von Ermittlungen oder Berechnungen der benötigten Wanddicken der endgültigen Karosserie- und Fahrwerkteile mittels Walzen selektiv über seiner Breite auf die für die benötigten Wanddicken erforderliche Materialdicke umgeformt. Danach wird das Material mittels ein Rohrprofil oder offenes Profil formender Walzen in ein geschlossenes rohrförmiges Profil oder offenes Profil umgeformt. Im Falle eines rohrförmigen Profils werden die seitlichen Kanten des ursprünglichen planen Halbzeugs längs miteinander verschweißt und anschließend die Schweißnaht entgratet. Das flachbandförmige Halbzeug kann ggf. mittels vorge schalteter Walzen selektiv auch über seiner Länge auf die für die benötigten Wanddicken erforderliche Materialdicke umgeformt werden. Dadurch können unterschiedliche Wanddicken nicht nur über dem Umfang des Profils, sondern auch über der Länge des Profils, also in Achsrichtung, erzielt werden. Hierdurch lassen sich die Wanddicken auch unterschiedlichen örtlichen Belastungen über der Länge des Rohres oder offenen Profils anpassen. Ferner wird so eine weitere Material- und Gewichtseinsparung möglich.

Ferner ist aus der DE 691 03 257 T2 ein Profilbauteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein alternatives Profilbauteil der eingangs genannten Art zu schaffen.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Profilbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Das erfindungsgemäße Profilbauteil zeichnet sich dadurch aus, dass die Strukturierung bei einer steifigkeitsverringernden Kontur durch eine geometrische Oberflächenstruktur gebildet ist, und dass die Strukturierung bei einer steifigkeitserhöhenden Kontur durch eine Ausnehmungsstruktur und/oder durch eine zu einer Profilgrundwandstärke verkleinerte Wandstärke gebildet ist. Hierdurch ist es möglich, ein in Profillängsrichtung an die jeweils zu erwartende Beanspruchungshöhe und/oder -art angepasst konzipiertes Profilbauteil zu schaffen, wobei das Profilbauteil in Profillängsrichtung nun auch unterschiedliche Konturen enthalten kann, welche ohne eine geeignete Strukturierung des Profilbauteils eine Steifigkeitsveränderung in Profillängsrichtung hervorrufen würden. Eine derartige steifigkeitsverändernde Kontur kann beispielsweise im Fahrzeugbau zur Optimierung der Bauraumausnutzung erstrebenswert bzw. erforderlich sein. Mittels einer geeigneten, die Steifigkeitsverände rung wenigstens teilweise kompensierenden Strukturierung des Profilbauteils ist es möglich zu gewährleisten, dass selbiges eine hinreichend große Steifigkeit aufweist und gleichzeitig eine konstruktiv flexible Profilbauteilstrukturierung, ggf. unter Berücksichtigung von Leichtbaukonzepten, möglich ist. Mittels einer derartigen steifigkeitserhöhenden bzw. steifigkeitsverringernden Strukturierung mindestens eines Profilschenkels des Profilbauteils ist es möglich, selbiges auf vielseitige Weise an die jeweils vorliegenden Einbau- und/oder Beanspruchungsanforderungen, beispielsweise in einer Fahrzeugkarosserie, anzupassen.

Die geometrische Oberflächenstruktur kann beispielsweise als mindestens eine Sicke ausgebildet sein. Die Ausnehmungsstruktur kann z. B. als mindestens eine Profilwandöffnung ausgebildet sein. Eine derartige Profilwandöffnung kann mittels einer Ausstanzung fertigungstechnisch verhältnismäßig einfach realisiert werden. Ferner kann die Profilwandöffnung ggf. mit einem flanschartigen Rand versehen sein. Derartige konstruktive Maßnahmen der Profilstrukturierung sind verhältnismäßig einfach an Walzprofilen realisierbar.

Die Strukturierung kann innerhalb eines vollständigen Profillängsteilbereichs oder auch in einem Teilsektor eines Profillängsteilbereichs ausgebildet sein. Bei einem derartigen Teilsektor handelt es sich um einen, sich lediglich teilweise in Umfangsrichtung erstreckenden Sektor innerhalb eines Profillängsteilbereichs. Unter einem vollständigen Profillängsteilbereich wird somit ein Teilbereich verstanden, der sich über den kompletten Umfang des Profilbauteils erstreckt.

Das Profilbauteil kann ein Hohlprofil mit in Längsrichtung variierender Profilhöhe und/oder Profilbreite sein. Hierdurch wird bei Gewährleistung einer hinreichend großen Profilstei figkeit eine verhältnismäßig hohe Gestaltungsflexibilität in Bezug auf die Konstruktion von Profilbauteilen geschaffen.

Gemäß einer möglichen Ausführungsform enthält das Hohlprofil ein im Querschnitt im Wesentlichen U-förmiges Walzprofil, an dessen freien Enden ein Walzblech schweißbefestigt ist, unter Ausbildung eines geschlossenen Hohlprofils. Dabei kann die Strukturierung beispielsweise im Walzblech ausgebildet sein.

Die Steifigkeit des Profilbauteils kann in Profillängsrichtung im Wesentlichen konstant sein oder ggf. je nach Belastungsfall definiert variieren. Bei dem Profilbauteil kann es sich um ein Leichtbau-Konstruktionsteil, insbesondere eines Fahrzeugs, handeln.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung.
Die Erfindung wird anhand mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele, unter Bezugnahme auf eine schematische Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 eine schematische Perspektivdarstellung eines erfindungsgemäßen Profilbauteils entsprechend einer ersten Ausführungsform;
2 eine schematische Seitendarstellung des teilweise gezeigten Profilbauteils der 1;
3 eine schematische Draufsicht auf ein Walzblech zur Realisierung eines erfindungsgemäßen Profilbauteils;
4 eine schematische Querschnittdarstellung des Walzblechs der 3;
5 eine schematische Draufsicht auf ein Walzblech entsprechend einer weiteren, alternativen Ausführungsform zur Realisierung eines erfindungsgemäßen Profilbauteils;
6 eine schematische Querschnittdarstellung des Walzblechs der 5;
7 eine schematische Draufsicht auf ein Walzblech gemäß einer weiteren, alternativen Ausführungsform zur Realisierung eines erfindungsgemäßen Profilbauteils und
8 eine schematische Längsschnittdarstellung des Walzblechs der 7.
Die 1 und 2 zeigen in schematischen Darstellungen ein allgemein mit 10 gekennzeichnetes Profilbauteil, das ein Walzprofil mit vier Profilschenkeln 12, 14, 16, 18 ist. Bei dem Walzprofil handelt es sich um ein geschlossenes O-Profil, das in Profillängsrichtung 20 bereichsweise eine steifigkeitsverändernde Kontur 22 aufweist. Diese, die Profilsteifigkeit verändernde Kontur 22 wird dadurch erhalten, dass die Profilschenkel 12, 16 hinsichtlich ihrer Höhe H in dem betreffenden Profilbereich nicht betragsmäßig konstant ausgebildet sind, sondern einen in diesem Ausführungsbeispiel kurvenförmigen Profilschenkelverlauf aufweisen. Hierdurch wird eine Steifigkeitsveränderung der Profilschenkel 12, 16 und insbesondere eine Steifigkeitsreduzierung derselben hervorgerufen.
Zur wenigstens teilweisen Kompensation der genannten Steifigkeitsveränderung der zwei Profilschenkel 12, 16 des Profilbauteils 10 ist am Profilschenkel 18 eine Strukturierung 24 vorgesehen. Diese Strukturierung 24 ist derart, dass der Profilschenkel 18 im Bereich der Kontur 22 mit einer in Bezug auf die Profilgrundwandstärke S1 veränderten, d. h. vergrößerten Wandstärke S2 versehen ist. Dabei sind die Profilschenkel 12, 14, 16, 18 des Profilbauteils 10 mit einer bestimmten Profilgrundwandstärke S1 versehen, mit Ausnahme des Profilschenkels 18 im Bereich der steifigkeitsverändernden Kontur 22, in welchem der Profilschenkel 18 zur Gewährleistung einer hinreichenden Steifigkeit des Profilbauteils 10 im Bereich der Kontur 22 eine geeignet vergrößerte Wandstärke S2 besitzt. Die Vergrößerung der Wandstärke S2 gegenüber der Profilgrundwandstärke S1 ist im Wesentlichen umgekehrt proportional zur Veränderung der Schenkelhöhe der Profilschenkel 12, 16 im Bereich der Kontur 22.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Profilbauteil 10 entlang der vollständigen Profillängsrichtung 20 eine konstante Breite B auf. Zur Realisierung eines Hohlprofils gemäß dem Profilbauteil 10 kann der Profilschenkel 18 mit der Strukturierung 24 ein Walzblech 32 sein, welches mit dem entsprechend geformten U-förmigen Restprofil, bestehend aus den Profilschenkeln 12, 14, 16, an dessen freien Enden schweißverbunden worden ist, unter Ausbildung des geschlossenen Hohlprofils. Als Fügeverfahren kann beispielsweise das Laserschweißen oder auch ein anderes geeignetes Fügeverfahren eingesetzt werden.
Die 3 bis 8 zeigen mögliche, alternative Ausführungsbeispiele in Bezug auf die Gestaltung des Walzblechs 32 zur Realisierung eines erfindungsgemäßen Profilbauteils 10. Das Walzblech 32 ist gemäß der in den 3 und 4 dargestellten Ausführungsform mit einer Strukturierung 24 in Form einer Ausnehmungsstruktur 28 versehen. Dabei wird die Ausnehmungsstruktur 28 durch eine Mehrzahl an in Profillängsrichtung 20 hintereinander angeordneten und voneinander beabstandeten Profilwand-Durchgangsöffnungen gebildet. Die Strukturierung 24 des in den 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiels des Walzblechs 32 wird durch eine Ausnehmungsstruktur 28 in Form einer Profilwand-Durchgangsöffnung mit einem flanschartigen Rand 30 gebildet. Die Ausnehmungsstruktur 28 des Walzblechs 32 der 5 kann ggf. auch eine Mehrzahl an Profilwand-Durchgangsöffnungen mit jeweils einem flanschartigen Rand 30 aufweisen. Die Profilwand-Durchgangsöffnungen am Walzblech 32 gemäß den 3 und 5 können beispielsweise Ausstanzungen sein. Dabei sind eine Mehrzahl an voneinander beabstandet angeordnete und/oder auch aneinander angrenzende Profilwandöffnungen im Walzblech 32 realisierbar. Die 7 und 8 zeigen ein weiteres, alternatives Ausführungsbeispiel eines Walzblechs 32 zur Realisierung eines erfindungsgemäßen Profilbauteils 10. Das Walzblech 32 der 7 und 8 enthält eine geometrische Oberflächenstrukturierung 26, die als eine Mehrzahl an voneinander beabstandeten Sicken ausgebildet ist. Alternativ hierzu ist auch eine andersartige Anordnung bzw. Ausgestaltung von Sicken denkbar.
Mittels einer geeigneten Strukturierung 24 kann am Walzblech 32 und somit am Profilbauteil 10 eine Steifigkeitserhöhung oder eine Steifigkeitsreduzierung hervorgerufen werden. Die konstruktiven Maßnahmen zur Herstellung einer geeigneten Strukturierung 24 können an unterschiedlichen Konstruktionswerkstoffen, wie z. B. Stahl oder Aluminium, fertigungstechnisch verhältnismäßig einfach realisiert werden. Es lassen sich mittels einer geeigneten Strukturierung 24 Steifigkeitssprünge bei Walzprofilen mit unterschiedlichen Querschnitten und/oder mit Aussparungen kompensieren. Bei derartigen Aussparungen kann es sich beispielsweise um Fixierlöcher handeln, welche durch zusätzliches Abstellen eines flanschartigen Randes stabilisiert werden können. Die Strukturierung 24 kann mittels bekannter Walzprofilieranlagen vor dem eigentlichen Rollumformprozess am Walzblech 32 realisiert werden. Das Anwendungsspektrum der neuen Profilbauteile 10 ist im Vergleich zu traditionellen Profilbauteilen verhältnismäßig hoch. Insbesondere im Karosseriebau für Fahrzeuge ist es nun besonders effektiv möglich, eine crashgerechte Auslegung von Walzprofilen unter gleichzeitiger Berücksichtigung von Leichtbaukonzepten durchzuführen.

Claims

Profilbauteil (10) mit einem mindestens zwei Profilschenkel (12, 14, 16, 18) enthaltenden Walzprofil, wobei das Profilbauteil (10) in Profillängsrichtung (20) wenigstens bereichsweise eine steifigkeitsverändernde Kontur (22) aufweist und mindestens ein Profilschenkel (18) eine die Steifigkeitsveränderung wenigstens teilweise kompensierende Strukturierung (24) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung (24) bei einer steifigkeitsverringernden Kontur (22) durch eine geometrische Oberflächenstruktur (26) gebildet ist, und dass die Strukturierung (24) bei einer steifigkeitserhöhenden Kontur (22) durch eine Ausnehmungsstruktur (28) und/oder durch eine zu einer Profilgrundwandstärke (S1) verkleinerte Wandstärke (S2) gebildet ist.
Profilbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische Oberflächenstruktur als mindestens eine Sicke ausgebildet ist.
Profilbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungsstruktur (28) als mindestens eine Profilwandöffnung ausgebildet ist.
Profilbauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilwandöffnung eine Ausstanzung ist.
Profilbauteil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilwandöffnung einen flanschartigen Rand (30) aufweist.
Profilbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung (24) innerhalb eines vollständigen Profillängsteilbereichs ausgebildet ist.
Profilbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung (24) in einem Teilsektor eines Profillängsteilbereichs ausgebildet ist.
Profilbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Profilbauteil (10) ein Hohlprofil mit in Längsrichtung variierender Profilhöhe (H) und/oder Profilbreite (B) ist.
Profilbauteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlprofil ein im Querschnitt im Wesentlichen U-förmiges Walzprofil enthält, an dessen freien Enden ein Walzblech (32) schweißbefestigt ist, unter Ausbildung eines geschlossenen Hohlprofils.
Profilbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass seine Steifigkeit in Profillängsrichtung (20) im Wesentlichen konstant ist.
Profilbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Leichtbau-Konstruktionsteil, insbesondere eines Fahrzeugs, ist.