DE102004023547A1 - Bauteil - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein dreidimensional verformtes flächiges Bauteil (1) mit mindestens zwei im Wesentlichen formgleich ineiander gestapelten Metallbahnschichten (2, 2'). Erfindungswesentlich ist hierbei, dass die Metallbahnschichten (2, 2') an mehreren punktförmigen diskreten Verbindungsstellen (3) fest miteinander verbunden sind. DOLLAR A Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung von dreidimensional verformten flächigen Bauteilen (1).

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein dreidimensional verformtes flächiges Bauteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein zugehöriges Verfahren zur Herstellung desselben gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
• Aus der DE 198 25 762 A1 ist eine geformte mehrschichtige Metallfolienstruktur mit einem Stapel aus mindestens zwei Metallbahnschichten bekannt. Mindestens zwei der Schichten weisen eine Dicke von höchstens 0,15 mm auf und sind in einem Abschnitt mit Lücken zwischen den Schichten beabstandet. Der Stapel ist aus einem Vorformling gestapelter und beabstandeter Metallfolienschichten dreidimensional geformt, wobei ein Abschnitt der Metallfolienschichten gedehnt ist, um eine Ecke in der dreidimensionalen Struktur zu bilden. Ein Abschnitt der Metallfolienschichten ist dabei zusammengedrückt, um dadurch eine einheitliche mehrschichtige Struktur zu bilden, wobei in einem Abschnitt der geformten dreidimensionalen Struktur die Metallfolienschichten Lücken dazwischen aufweisen. Die Metallfolienstruktur wird vorzugsweise für Abschirmanwendungen, beispielsweise zum Abschirmen von hohen Temperaturen oder von Akustiksignalen, eingesetzt.
• Aus der DE 199 51 941 C1 ist ein Wabenkörper mit mehrlagigem Mantel bekannt. Der Wabenkörper umfasst einen Trägermatrixmantel für eine aus zumindest teilweise strukturierten Blechfolien geschichtete und/oder gewickelte bzw. gefaltete Trägermatrix mit einer Vielzahl von für ein Fluid durchströmba re, im wesentlichen zu einer zentralen Längsachse parallelen Kanäle. Der Trägermatrixmantel ist dabei aus mindestens zwei einzelnen, glatten, zueinander konzentrisch angeordneten Lagen aufgebaut, wobei wenigstens zwei Lagen unmittelbar aneinander liegen. Neben seiner Eignung thermisch bedingte Dehnungen besser ausgleichen zu können, besitzt der Wabenkörper aufgrund der vorteilhaften mehrlagigen Bauweise seines Trägermatrixmantels schwingungs- und schalldämpfende Eigenschaften. Die einzelnen Lagen des Trägermatrixmantels können zumindest in Teilbereichen fügetechnisch miteinander verbunden, insbesondere verschweißt, verlötet oder verklebt, werden.
• Aus der DE 195 12 533 A1 ist ein Verfahren zur Wölbstrukturierung und Profilierung dünner Wände und Folien bekannt. Die Wölb- bzw. Beulprofilierung wird dabei mit einer herkömmlichen Profilierung kombiniert, wobei die eine Profilierung der anderen überlagert wird. Dazu kann eine zu strukturierende Materialbahn über beabstandete Stützelemente gebogen, mit Druck beaufschlagt und anschließend durch ein Formwerkzeug in definierten Richtungen profiliert werden. Hierdurch erhalten dünne Wände, wie Folien oder Bleche, eine große allseitige Formsteifigkeit. Aufgrund der hohen Formsteifigkeit der strukturierten, dünnen Wände wird das akustische, unerwünschte Dröhnen vermieden oder reduziert, so dass ein nach dem Verfahren hergestelltes Bauteil günstige schalltechnische Eigenschaften aufweist.
• Aus der DE 32 15 616 C2 ist ein Verfahren zum Herstellen von Verbundbauteilen in Sandwichbauweise bekannt. Die Verbundbauteile bestehen aus dünnen geformten Metallblechen, wobei sich die Schalen im Randbereich und an Stellen im Mittelbereich berühren und der Hohlraum zwischen den Schalen örtlich stark unterschiedliche Höhe aufweist. An der Innenseite der Schalen ist ein Schaumkunststoff aufgetragen, welche in einem weiteren Verfahrensschritt unter Zusammenhalten der Randbereiche der Verbundbauteile aufgeschäumt wird. Vor dem Einbringen des Schaum-Ausgangsmaterials werden die Metallbleche in ihrer Schalenform geformt und anschließend vor dem Schäumen an ihren Rändern und den zusätzlichen Berührungsstellen miteinander verbunden. Die Verbindung kann dabei beispielsweise durch Punktschweißen, Bördeln, Löten oder dgl. vorgenommen werden.
• Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein dreidimensionales Bauteil eingangs erwähnter Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, welche insbesondere einfach und kostengünstig herzustellen ist und zudem eine verbesserte Dämmwirkung gegenüber Schall aufweist.
• Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.
• Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem dreidimensional verformten flächigen Bauteil, welches zumindest zwei im wesentlichen formgleiche ineinander gestapelte Metallbahnschichten aufweist, diese an mehreren punktförmigen und diskreten Verbindungsstellen fest miteinander zu verbinden bzw. zu vernähen.
• Durch die erfindungsgemäße Lösung wird somit ein Bauteil geschaffen, welches an den Verbindungsstellen eine Reibdämpfung aufweist, die einer Schwingung, mit der das Bauteil angeregt wird, Energie entzieht und dadurch die Struktur dämpft. Dieser Effekt wird dabei ohne zusätzliche Dämmstoffe erzielt, wodurch im Vergleich zu herkömmlichen mehrschichtigen Strukturen, welche beispielsweise zusätzlich aufgebrachte Dämpfungsbeläge aus viskosen Materialien aufweisen, eine Gewichtsreduzierung sowie eine Kosteneinsparung erreicht werden kann.
• Darüber hinaus ist das erfindungsgemäße Bauteil deutlich recyclingfreundlicher, da es nur aus einem einzigen metallischen Werkstoff besteht. Gleichzeitig entfällt ein Arbeitsgang, welcher bisher zur Aufbringung der zusätzlichen Dämp fungsbeläge notwendig war, so dass auch in diesem Bereich Zeit- und Kostenvorteile realisiert werden können. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass das Bauteil aufgrund der eingesparten Dämpfungsbeläge auch in weiteren Arbeitsschritten nahezu temperaturunempfindlich und damit schweißbar bleibt. Die erfindungsgemäße Lösung besitzt im Vergleich zu herkömmlich gedämpften Strukturen weiter den Vorteil, dass sie Luftschall bei Frequenzen im Eigenfrequenz- und Koinzidenzbereich besonders gut dämpft und darüber hinaus eine Luftschallabstrahlung relativ breitbandig mindert.
• Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform können die Metallbahnschichten an den Verbindungsstellen punktförmig miteinander verschweißt oder über lasergeschweißte Stepnähte miteinander verbunden sein. Schweißverbindungen, insbesondere Punktschweißverbindungen, lassen sich heutzutage mit Schweißrobotern herstellen und dadurch kostengünstig, qualitativ hochwertig und schnell herstellen. Gleichzeitig bieten sie eine ideale Verbindung, da keine andersartigen Materialien und/oder Bauteile zur Verbindung herangezogen werden müssen. Genannte Stepnähte lassen sich ebenfalls in hoher Qualität und kostengünstig herstellen.
• Zweckmäßig kann das Bauteil als Pressformteil ausgebildet sein. Die Erfindung sieht vor, das eingangs beschriebene Bauteil zunächst aus den miteinander verbundenen Metallbahnschichten herzustellen und in einem weiteren Verarbeitungsschritt, ähnlich herkömmlichen Pressformteilen aus Blech mittels einer herkömmlichen Presse zu verformen. Dies bedeutet, dass das erfindungsgemäße Bauteil in den herkömmlichen Fertigungsprozeß integriert werden kann und mit herkömmlich zur Verfügung stehenden Umformpressen bearbeitet werden kann, so dass keine neuen Maschinen bzw. Pressen erforderlich sind.
• Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung liegen die Metallbahnschichten zumindest in einem Abschnitt flächig aneinander. Dadurch wird ein noch besserer Kontakt zwischen den einzelnen Blechschichten erzielt, so dass die Reibdämpfung, welche an den Kontaktflächen entsteht, vergrößert wird und dadurch mehr Schwingungsenergie entzogen bzw. vernichtet werden kann.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Verbindungsstellen in den Metallbahnschichten jeweils gleich oder verschieden angeordnet. Hierbei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass zunächst zwei Schichten miteinander verbunden bzw. verschweißt werden und danach eine dritte bzw. weitere Schichten angeschweißt werden. Bei einer gleichen Anordnung der Verbindungsstellen an den jeweiligen Metallbahnschichten kann eine Rationalisierung des Fertigungsprozesses erreicht werden, in dem die Schweißroboter stets an den gleichen Punkten schweißen. Bei verschieden angeordneten Verbindungsstellen wird die Homogenität des späteren Verbundbauteils verbessert und zugleich eine materialschonende Fertigung erreicht, indem eine Metallschicht, welche zwischen zwei anderen angeordnet ist, nicht beidseitig am selben Punkt geschweißt wird.
• Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
• Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
• Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktional gleiche oder ähnliche Bauteile beziehen.
• Dabei zeigen:
• 1 ein erfindungsgemäßes Bauteil vor einem Umformvorgang und mit in den Metallbahnschichten jeweils gleich angeordneten Verbindungsstellen,
• 2 einen Querschnitt durch das erfindungsgemäße Bauteil, jedoch bei verschieden in den Metallbahnschichten angeordneten Verbindungsstellen,
• 3 ein erfindungsgemäßes Bauteil, jedoch nach einem Umformvorgang.
• Entsprechend 1 weist ein erfindungsgemäßes flächiges Bauteil 1 zumindest zwei, hier drei, im wesentlichen formgleiche Metallbahnschichten 2, 2' und 2'' auf. Das Bauteil 1 ist somit mehrschichtig aufgebaut, wobei die einzelnen Metallbahnschichten, wie in 1 gezeigt, eben oder im wesentlichen formgleich ineinander gestapelt ausgebildet sein können. Zwischen den einzelnen Metallbahnschichten 2, 2' und 2'' sind mehrere punktförmige diskrete Verbindungsstellen 3 vorgesehen, über welche die erwähnten Metallbahnschichten 2, 2' und 2'' fest miteinander verbunden sind.
• Gemäß 1 ist das Bauteil 1 im wesentlichen eben dargestellt, welches einem Zustand vor dem Umformvorgang, bei dem das Bauteil 1 seine endgültige dreidimensionale Form erhält, entspricht. Denkbar ist, dass die einzelnen Metallbahnschichten 2, 2' und 2'' eine gleiche Dicke aufweisen, beispielsweise 0,4 mm, oder aber unterschiedliche an spezielle Anforderungen angepasste Dicken aufweisen. Günstiger Weise sind die eingangs erwähnten Verbindungsstellen 3 zwischen den einzelnen Metallbahnschichten 2 und 2' bzw. 2' und 2'' als Punktschweißungen ausgeführt, so dass das Bauteil 1 einfach und kostengünstig mittels Schweißroboter aus den einzelnen Metallbahnschichten 2, 2' und 2'' gefertigt werden kann. Gene rell ist aber auch eine Verbindung über lasergeschweißte Stepnähte denkbar.
• Die Verbindungsstellen 3 garantieren dabei beim anschließenden Umformvorgang, welcher beispielsweise in einer Blechpresse stattfindet, dass sich die einzelnen Metallbahnschichten 2, 2' und 2'' nicht flächenparallel gegeneinander verschieben.
• Entsprechend 1 kann dabei vorgesehen sein, dass die Verbindungsstellen 3, das heißt die Schweißpunkte in den Metallschichten 2, 2' und 2'' jeweils am selben Ort angeordnet sind, so dass sich die Schweißpunkte bzw. die Verbindungsstellen 3 beidseitig der in 1 dargestellten mittleren Metallbahnschicht 2' am gleichen Ort befinden. Prinzipiell ist aber auch denkbar, dass gemäß 2 die Verbindungsstellen 3 schichtweise zueinander versetzt angeordnet sind, so dass die mittlere Metallbahnschicht 2' einerseits eine Verbindungsstelle 3 aufweist, wogegen auf der exakt gegenüberliegenden anderen Seite keine Verbindungsstelle 3 angeordnet ist. Sowohl die gleiche als auch die verschiedene örtliche Anordnung der Verbindungsstellen 3 bietet Vorteile, beispielsweise hinsichtlich der Rationalisierung, des Fertigungsprozesses bzw. einer Verminderung thermischer Zwangsspannung.
• Gemäß den 1 und 2 weist das Bauteil 1 jeweils drei Metallbahnschichten 2, 2' und 2'' auf, wobei jedoch auch mehr Schichten vorstellbar sind. Darüber hinaus ist denkbar, dass die Metallbahnschichten 2, 2' und 2'' zumindest in einem Abschnitt mit Lücken voneinander beabstandet sind, wogegen sie zumindest in einem anderen Abschnitt flächig aneinander anliegen (vergleiche 1 und 2). Die erwähnten Lücken und/oder die aneinander anliegenden Bereiche entstehen dabei vorzugsweise während des Umformprozesses des Bauteils 1.
• Gemäß 3 ist eine mögliche Ausführungsform des Bauteils 1 gezeigt. Dabei sind unterschiedlichste Formen, beispielsweise ein allgemeines Strukturteil oder ein Geräteträger für ein Kraftfahrzeug, denkbar.
• Das erfindungsgemäße Bauteil 1 realisiert im Vergleich zu herkömmlichen Strukturteilen mit einer zusätzlichen passiven Dämpfungsschicht mehrere Vorteile. Zunächst kann das zusätzliche Aufbringen der Dämpfungsbeläge entfallen, wodurch Materialkosten, Gewicht und Arbeitszeit eingespart werden können. Im Vergleich zu herkömmlichen Strukturteilen mit zusätzlicher Dämpfungsschicht ist das erfindungsgemäße Bauteil 1 zudem recyclingfreundlicher, das es nur aus einem einzigen Material besteht, beispielsweise Aluminium oder Blech, und kann darüber hinaus auch nach der Fertigung, beispielsweise geschweißt werden, was bei herkömmlichen Strukturteilen oftmals nicht möglich ist, da das Dämpfungsmaterial häufig nicht temperaturbeständig ist. Die erfindungsgemäße Lösung erhöht somit die Dämmwirkung erheblich und vermindert eine Luftschallabstrahlung in einem relativ breitbandigen Bereich. Auch bisher angebrachte Tilger zur Vibrationsverminderung können durch das erfindungsgemäße Bauteil 1 entfallen.
• Erzielt wird der schalldämpfende Effekt des Bauteils 1 durch den mehrschichtigen Aufbau, wobei an den Verbindungsstellen 3 eine Reibdämpfung entsteht, welche der Schwingung Energie entzieht und dadurch die Struktur dämpft. Zugleich ist die schalldämmende Wirkung im Vergleich zu herkömmlichen Tilgern über einen deutlich breiteren Frequenzbereich erreichbar.
• Im folgenden soll kurz ein Verfahren zur Herstellung des dreidimensional verformten flächigen Bauteils 1 erläutert werden:
  Zunächst werden zumindest zwei im wesentlichen formgleich ineinander gestapelte Metallbahnschichten 2 und 2', hier drei Metallbahnschichten 2, 2' und 2'', an mehreren diskreten Verbindungsstellen fest miteinander verbunden, insbesondere verschweißt. Dadurch entsteht das mehrschichtige Bauteil 1, wel ches in seiner Ausgangsform, also vor einem Umformvorgang, gemäß den 1 und 2 dargestellt ist.
• Nach dem Verschweißen der einzelnen Metallbahnschichten 2, 2' und 2'' wird das Bauteil 1, beispielsweise mittels einer Blechpresse, in die endgültige Form gepresst. Durch den Pressvorgang können zwischen den einzelnen Metallbahnschichten 2 und 2' bzw. 2' und 2'' Abschnitte entstehen, in welchen die Metallbahnschichten 2 und 2' und 2' und 2'' mit Lücken voneinander beabstandet sind oder flächig aneinander anliegen.
• Insgesamt wird durch die erfindungsgemäße Lösung ein vereinfachtes und damit kostengünstigeres Herstellungsverfahren geschaffen sowie ein mit dem Verfahren hergestelltes Bauteil 1, was insbesondere durch geringe Kosten, ein geringes Gewicht, gute Recyclingfähigkeit, beste Schalldämmeigenschaften, insbesondere im Eigenfrequenz und Koinzidenzbereich sowie eine Minderung der Luftschallabstrahlung aufweist.
• Zusammenfassend lassen sich die wesentlichen Merkmale der erfindungsgemäßen Lösung wie folgt charakterisieren:
  Die Erfindung sieht vor, bei einem dreidimensional verformten flächigen Bauteil 1, welches zumindest zwei im wesentlichen formgleiche, ineinander gestapelte Metallbahnschichten 2, 2' aufweist, diese an mehreren punktförmigen diskreten Verbindungsstellen 3 fest miteinander zu verbinden. Anschließend kann das Bauteil 1 durch eine herkömmliche Blechpresse in unterschiedlichste Formen gepresst werden, so dass ein vielfältiger Einsatz des Bauteils 1, beispielsweise als allgemeines Strukturteil oder als Geräteträger, denkbar ist. Die Verbindungsstellen 3 zwischen den einzelnen Metallschichten 2, 2' und 2'' bewirken dabei eine Reibdämpfung, die einer Schwingung, mit der das Bauteil 1 angeregt wird, Energie entzieht und dadurch dasselbe dämpft. Ein Einsatz zusätzlicher Dämmstoffe ist damit nicht nötig, so dass Material- und Ferti gungskosten eingespart werden können. Darüber hinaus besteht das erfindungsgemäße Bauteil 1 aus nur einem Material, beispielsweise Aluminium oder Blech, und weist deshalb eine besonders gute Recyclingfähigkeit auf.

Claims (12)

1. Dreidimensional verformtes flächiges Bauteil (1) mit mindestens zwei im wesentlichen formgleichen ineinander gestapelten Metallbahnschichten (2, 2'), dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbahnschichten (2, 2') an mehreren punktförmigen diskreten Verbindungsstellen (3) fest miteinander verbunden sind.
2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbahnschichten (2, 2') an den Verbindungsstellen (3) punktförmig miteinander verschweißt oder über lasergeschweißte Stepnähte miteinander verbunden sind.
3. Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) als Pressformteil ausgebildet ist.
4. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) ein Geräteträger oder ein allgemeines Strukturteil ist.
5. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbahnschichten (2, 2') jeweils ca. 0,4 mm stark sind.
6. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) zumindest zwei miteinander verbundene Metallbahnschichten (2, 2') aufweist.
7. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbahnschichten (2, 2') zumindest in einem Abschnitt mit Lücken voneinander beabstandet ist.
8. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbahnschichten (2) zumindest in einem Abschnitt flächig aneinander anliegen.
9. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstellen (3) in den Metallbahnschichten (2, 2') jeweils gleich oder verschieden angeordnet sind.
10. Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional verformten flächigen Bauteils (1) mit mindestens zwei im wesentlichen formgleichen ineinander gestapelten Metallbahnschichten (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbahnschichten (2, 2') an mehreren punktförmigen diskreten Verbindungsstellen (3) fest miteinander verbunden werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbahnschichten (2, 2') an den Verbindungsstellen (3) punktförmig miteinander verschweißt oder über lasergeschweißte Stepnähte miteinander verbunden werden.
12. Bauteil nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) als Pressformteil hergestellt wird.