DE4203460C2 - Verfahren zum Herstellen eines trägerartigen Bauteils mit einem Leichtstoffkern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines trägerartigen Bauteils.

Betrachtet man den bevorzugten Einsatzfall der Erfindung, näm­ lich das Herstellen eines kinetische Energie absorbierenden Trägers für ein Kraftfahrzeug, so besteht dieser aus einem me­ tallenen Hohlkörper, der durch Schweißoperationen aus mehreren Profilteilen, beispielsweise einem U-Profil und einem Deckel­ profil, zusammengesetzt ist. Aus der gattungsbildenden DE-OS 22 22 557, ist es bekannt, zwecks Erzielung einer kontrollierten Aufnahme von kinetischer Energie durch Falten­ beulen einen als Schaumstoffkörper ausgebildeten Leichtstoff­ kern nach dem Aufschäumvorgang in den Hohlkörper einzusetzen. Nicht gesagt ist jedoch, wie dieser Leichtstoffkern mit dem Hohlkörper kraftübertragend verbunden wird. Auch ist dieses be­ kannte Verfahren offensichtlich auf Bauteile beschränkt, deren Form das Einschieben des vorgefertigten Leichtbaukerns von ei­ nem offenen Ende des Hohlkörpers her ermöglicht, da dieser of­ fenbar bereits vor dem Einsetzen des Kerns fertiggestellt ist. Würde man nämlich den Hohlkörper erst nach dem Einsetzen des Leichtstoffkerns durch Verschweißen der einzelnen Profilteile miteinander zusammensetzen, so bestünde infolge der beim Schweißen erfolgenden Wärmezufuhr die Gefahr der Beschädigung des Kerns.

Die letztgenannte Schwierigkeit würde auch bei dem Verfahren nach der DE-OS 27 47 721, bestehen, bei dem das Schaummaterial in einen bereits im Hohlkörper befindlichen Beu­ tel aus Kunststoff eingebracht wird, der Klebeverbindungen mit dem Hohlträger herstellen soll. Hinzu kommt, daß dieses Verfah­ ren insbesondere bei längeren Hohlkörpern kompliziert ist, da dann zusätzliche Maßnahmen (Druckluftfüllung) zum Aufspreizen des Beutels beim Einbringen des Schaummaterials getroffen wer­ den müssen.

Die EP 0 247 239 A2, schließlich beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines lackierbaren Leichtbauteils, insbesondere für die Fahrzeugindustrie, bei dem zunächst ein Blech mit einer vernetzten Schicht eines Polyester-, Epoxyd- oder Polyurethanlacks versehen, danach das Blech in die endgül­ tige Form gebracht und Lagen aus mit Wärme härtbarem Duroplast­ vorprodukt getränkten Fasermatten eingelegt werden; anschlie­ ßend werden die Lagen unter Erwärmung in dem geformten Blech­ teil gepreßt, wobei die Duroplastvorprodukte in Duroplaste um­ gewandelt und ausgehärtet werden. Da die gewählten Lacke gute Hafteigenschaften sowohl zum Blech als auch zu den getränkten Fasermatten besitzen, wird ein guter Halt dieser Lagen in dem Blechteil erzielt. Nicht berücksichtigt werden auch hier jedoch Schwierigkeiten, die sich dann ergeben können, wenn ein Hohl­ körper aus mehreren Profilteilen durch Verbindungsoperationen zusammengesetzt werden soll, die mit einer Wärmezufuhr einher­ gehen.

Zwar zeigen die DE 38 26 012 A1 und die DE 35 06 004 C1 Verfahren zum Herstellen eines Bauteils nach Art eines Trägers, der in einem metallenen Hohlkörper, welcher z. B. durch mit Wärmezufuhr erfolgende Verbindungsoperationen aus Profilteilen zusammengesetzt ist, einen Leichtstoffkern zur Festigkeitserhöhung enthält, wobei der Leichtstoffkern in den Hohlkörper eingesetzt und unter Freilassung von Zwischenräumen vorläufig in seiner Lage gesichert wird. Durch äußere Einwirkung wird sodann die Verbindungsoperation unter Ausnützen der freien Zwischenräume durch Expandieren des Materials durchgeführt. - Dieser Stand der Technik zeigt jedoch keine Verwendung eines Leichtstoffkerns mit einem Mantel aus aufschäumbarem Material und ein Expandieren und Fixieren durch Tauchlackierung mit Wärmezufuhr.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem ein zwecks Erhöhung der Biegesteifigkeit und/oder der Faltenbeulkraft beim Crash mit einem Leichtstoffkern versehener, durch Schweißopera­ tionen zusammengesetzter Hohlträger geschaffen wird, bei dem einerseits Beschädigungen des Kerns beim Zusammensetzen des Hohlträgers vermieden und andererseits möglichst ohne zusätzli­ che Herstellschritte für eine kraftübertragende Verbindung zwi­ schen Leichtstoffkern und Hohlträger gesorgt wird.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den Merkmalen des Patentanspruchs.

Bei der Erfindung wird der Leichtstoffkern, beispielsweise ein Polyurethan- oder Aluminium-Hartschaum, zunächst mit einem Mantel aus dem durch Wärmezufuhr aufschäumbaren Material (Pop­ corneffekt) versehen und in den noch nicht geschlossenen Hohl­ körper eingelegt. Da durch entsprechende Formgebung von Kern und/oder Hohlkörper die Positionierung des Kerns im Hohlkörper nur durch örtliche Vorsprünge oder dergleichen erfolgt, ist die Wärmeübertragung auf den Kern bei den zum Schließen des Hohl­ körpers erforderlichen Verbindungsoperation (Schweißen) mini­ mal, so daß das Kernmaterial nicht beeinträchtigt wird. Zum an­ deren dienen die durch die nur örtlichen Berührungen zwischen Kern und Hohlkörper bestehenden freien Zwischenräume zwischen beiden dazu, bei der danach erfolgenden Tauchlackierung des Bauteils heißen Lack auch auf den Mantel des Kerns gelangen zu lassen, so daß dadurch das Aufschäumen des Mantels und in des­ sen Folge die kraftschlüssigen Verbindungen zwischen Kern und Hohlkörper bewirkt werden. Da die Tauchlackierung zum Korro­ sionsschutz des Hohlkörpers ohnehin erfolgt, erfordert das Auf­ schäumen des Materials des Kernmantels also keinen zusätzlichen Verfahrensschritt mit Energiezufuhr.

Für den Mantel lassen sich verschiedene Materialien verwenden. Geeignet ist als Ausgang ein Gemisch von Kapseln, die unter­ schiedliche Komponenten eines Polyurethanmaterials enthalten, die in Mischung bei Wärmezufuhr aufschäumen und härten. Die Kapselwände bestehen aus einem nicht temperaturresistenten Ma­ terial. Geeignet ist auch Blähglimmer.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, deren Figuren Querschnitte durch einen im Fahrzeugbau einsetzbaren Träger zeigen, der in Längsrichtung des Fahrzeugs verläuft und bei ei­ nem Crash kinetische Energie in Verformungsarbeit durch Fal­ tenbeulen umsetzen soll.

Fig. 1 zeigt die Verhältnisse während des Herstellverfahrens nach dem Einsetzen des mit dem aufschäumbaren Mantel 1 versehe­ nen Leichtstoffkerns 2 in den allgemein mit 3 bezeichneten, hier aus Eisenwerkstoff bestehenden Hohlkörper, der aus dem U-Profil 4 und dem Deckblech 5 durch Verschweißen der Flansch­ bereiche 6 und 7 zusammengesetzt ist. An von den Flanschberei­ chen 6 und 7 und damit den Schweißstellen entfernten Bereichen sind die beiden Profilteile 4 und 5 mit Sicken 8 bzw. 9 zur Bildung von Vorsprüngen versehen, die zur Positionierung des Kerns 2 vor dem Aufschäumen des Materials des Mantels 1 dienen. Durch diese nur örtlichen, von den Schweißstellen und damit den Orten der Wärmezufuhr entfernten Berührungen zwischen Hohlkör­ per 3 und Kernmantel 1 wird erreicht, daß das Material des Man­ tels 1 und verständlicherweise auch des Leichtstoffkerns 2 bei der Durchführung der Schweißoperation zum Schließen des Hohl­ körpers 3 nicht beeinflußt wird. Außerdem ergeben sich zwischen dem Kern und den Innenwänden des Hohlkörpers 3 freie Zwischen­ räume 10, die eine Art Wärmeisolation herstellen.

Nach der Durchführung der Schweißoperationen in den Flanschbe­ reichen 6 und 7 wird das Bauteil in der in Fig. 1 gezeigten Konfiguration einer Tauchlackierung unterzogen, bei der heißer Lack auch in die Zwischenräume 10 eindringt und Wärme in das Material des Kernmantels 1 überträgt. Das bedeutet, daß dieses Material aufschäumt und der Mantel 1 nunmehr die Zwischenräume 10 erfüllt. Auch zwischen dem Kern 2 und den Sicken bzw. Vor­ sprüngen 8 und 9 im Hohlkörper 3 liegt eine dünnere Schicht aus dem Mantelmaterial vor.

Mit der Erfindung ist demgemäß ein Verfahren geschaffen, das mit einfachen Mitteln Beschädigungen des Leichtbaukerns beim Zusammenfügen des - demgemäß auch mit kom­ plizierter Form herstellbaren - Hohlkörpers vermeidet und eine kraftübertragende Verbindung zwischen Kern und Hohlkörper si­ cherstellt.

Claims (1)

1. Verfahren zum Herstellen eines Bauteils nach Art eines Trägers, das in einem metallenen Hohlkörper (3), der durch mit Wärmezufuhr erfolgende Verbindungsoperationen aus Profilteilen zusammengesetzt ist, einen Leichtstoffkern (2) zur Festigkeitserhöhung enthält, der mit einem Mantel (1) aus durch Wärmezufuhr aufschäumbarem Material versehen und in den Hohlkörper (3) eingesetzt wird, wobei am Kern (2) und/oder am Hohlkörper (3) vorgesehene örtliche Vorsprünge (8, 9) zwischen beiden freie Zwischenräume (10) sicherstellen, daß dann die Verbindungsoperation unter Ausnützung der freien Zwischenräume (10) zur thermischen Isolierung sowie eine mit Wärmezufuhr erfolgende Tauchlackierung vorgenommen werden, die das Aufschäumen des Materials des Mantels (1) und dadurch das Ausfüllen der Zwischenräume (10) bewirkt.