HOHLPROFIL MIT EINEM DURCHSETZENDEN VERSTäRKUNGSELEMENT UND VERFAHREN ZU DESSEN HERSTELLUNG

Die Erfindung betrifft ein Hohlprofil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Ein gattungsgemäßes Hohlprofil ist aus der DE 100 29 467 Cl bekannt. Hierbei wird am Hohlprofil in einer Ausführungsform eine öffnung geschaffen, in die ein u-förmig gebogenes Blech eingeführt wird, wonach die Stirnseite des Bleches, die an der der öffnung gegenüberliegenden Innenseite des Hohlprofils anliegt, und die Enden des Bleches, die aus der öffnung herausragen mit dem Hohlprofil verschweißt werden. Eine weitere Ausführungsform zeigt zwei einander gegenüberliegende öffnungen eines Hohlprofils, in denen die Enden eines ebenen Bleches positioniert und mit den öffnungsrändern verschweißt sind. Die Bleche verstärken damit die umfänglich geschlossenen Hohlprofile erheblich. Die

Anwendungsmöglichkeiten sind jedoch insofern begrenzt, als dass die Bleche zum einen großen Bauraum erfordern und zum anderen erheblichen Montageaufwand hinsichtlich der Einbringung und Fixierung benötigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Hohlprofil dahingehend weiterzubilden, dass eine Verstärkung des Hohlprofils in einfacher Weise ermöglicht wird, die Leichtbauanforderungen genügt und an die lokalen Steifigkeitsanforderungen angepasst ist. Des Weiteren soll

ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Hohlprofils angegeben werden.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 hinsichtlich des Hohlprofils und durch die Merkmale des Patentanspruches 6 hinsichtlich des Verfahrens gelöst .

Aufgrund dessen, dass als Verstärkungselement des umfänglich geschlossenen Hohlprofils ein bezüglich dessen separates längliches, im Wesentlichen rotationssymmetrisches Bauteil verwandt wird, kann dieses relativ klein bauen und ist in seiner Handhabung beim Montieren erheblich einfacher. Hierbei kann das Hohlprofil punktuell verstärkt werden, was eine deutliche Verbesserung in der Variabilität der Verstärkungsmöglichkeiten darstellt. Die Verstärkung kann in einer Vielzahl von Bauteilen gebildet werden, die nur dort eingesetzt werden, wo wirklich eine Verstärkung des Hohlprofils erforderlich ist. So können diese kreuz und quer den Hohlraum des Hohlprofils durchsetzen und je nach Auftreten der mechanischen Belastung des Hohlprofils auf Zug- und/oder Druck entsprechend ausgebildet und mit den betroffenen vom Hohlraum voneinander getrennten Wandungsbereichen gefügt werden, so dass eine Verbindung zwischen diesen zustande kommt. Das Bauteil beansprucht wenig Material und genügt somit dem Leichtbauprinzip, das insbesondere in der Kraftfahrzeugtechnik von großer Bedeutung ist. Somit kann mit Verwendung des Bauteils in einfacher Weise den Steifigkeitsanforderungen an das Hohlprofil Rechnung getragen werden ohne großen Aufwand zu betreiben. Hierbei ist auch die Festlegung des Bauteils bzw. der Bauteile am Hohlprofil mit nur geringem Aufwand verbunden, da die Fügestellen räumlich sehr eingegrenzt sind. Zudem ist es möglich, die Bauteile so zu gestalten, dass sie eine geeignete Montageanbindung an Anbauteile für das Hohlprofil bilden. Insbesondere flanschlose Hohlprofile mit gekrümmter

Umfangskontur bergen im Allgemeinen die Schwierigkeit, mit anderen Hohlprofilen bzw. Anbauteilen verbunden werden zu können. Hierzu kann das verstärkende Bauteil in einer funktionserweiternden Gestaltung Abhilfe schaffen. Zur Herstellung eines solchermaßen verstärkten Hohlprofils wird in einfacher Weise das Bauteil von außen in das fertig ausgeformte Hohlprofil eingebracht, indem das Bauteil eine Wandung des Hohlprofils von außen nach innen durchdringt und den Hohlraum des Hohlprofils durchsetzt, so dass zwei vom Hohlraum getrennte Wandungsbereiche des Hohlprofils miteinander verbunden werden. Das Bauteil kann gleichzeitig oder im Anschluss an die Positionierung an den beiden Verbindungsstellen an den Wandungsbereichen fixiert werden.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 ist das Bauteil ein Nagel, Stift, Schraube, ein Bolzen oder dergleichen. Diese Art von Bauteilen ist als Massenware sehr kostengünstig, kann besonders leicht in das Hohlprofil eingebracht werden und erfordert nur minimalen Bauraum.

In einer weiteren bevorzugten dazu alternativen Ausführung nach Anspruch 3 ist das Bauteil ein Blindniet, der endseitig mit den Lochrändern der mit jeweils einem Loch ausgebildeten Wandungsbereiche formschlüssig verbunden ist. Dadurch ist das Bauteil unverrückbar verankert, wobei keinerlei gefüge- und oberflächenverändernde Befestigungsverfahren erforderlich sind. Somit können auch leichte Materialien wie Kunststoffe bei dem Hohlprofil zum Einsatz kommen, die bei wärmeerzeugenden Fügeverfahren wie Schweißen oder Löten außer Acht gelassen werden müssen. Das Hohlprofil ist mit der Ausführung sowohl auf Zug als auch auf Druck besonders belastbar.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 4 ist das Bauteil ein Rohr, das jeweils ein in

den Wandungsbereichen ausgebildetes Loch durchstößt und die Lochränder außen am Hohlprofil hintergreift. Durch die Verwendung eines Rohrstückes kann die Steifigkeit und Festigkeit des Hohlprofils sowie der Verbindung zwischen Hohlprofil und Bauteil erheblich erhöht werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nach Anspruch 5 hintergreift das Rohr zusätzlich die Lochränder an der Innenseite des Hohlprofils. Hierdurch wird dem Hohlprofil und der Verbindung zwischen Hohlprofil und Bauteil eine hohe Stabilität hinsichtlich Zug- und Druckbelastung verliehen.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 7 wird die Wandung des Hohlprofils an den Verbindungsstellen gelocht, wonach das Bauteil in das Hohlprofil hineingesteckt wird, so dass die beiden Enden des Bauteils zumindest in die beiden Löcher hineinragen. Durch den vorangehenden Arbeitsschritt des Lochens kann das Bauteil vereinfacht in das Hohlprofil eingeführt werden. Die Abmessungen und die Positionierung können so gewählt werden, dass das Bauteil nicht über die Außenkontur des Hohlprofil übersteht, was zum einen optischen Zwecken zu Gute kommt, insbesondere wenn das Bauteil mit den äußeren Lochrändern bündig abschließt, und zum anderen bei einer weiteren Verbauung des Hohlprofils für die Montage nicht hinderlich ist. Bei Verwendung eines Schweißverfahrens können Schweißspuren, wie beispielsweise Schweißraupen im Loch verschwinden, so dass das Fügeverfahren optisch nicht ohne weiteres zum Vorschein kommt. Das Lochverfahren kann in verfahrensökonomischer Weise bei der Ausbildung des Hohlprofils insbesondere bei einer Ausformung mittels Innenhochdruck erfolgen. Hierbei sind die Lochränder maßlich hochpräzise, was sich auf die Qualität der Befestigung des Bauteils am Hohlprofil aufgrund der bei der Ausformung erzielten Toleranzfreiheit des Loches besonders positiv auswirkt. Des Weiteren wird dabei auch eine automatische Montage ermöglicht, die ohne großen Aufwand bewerkstelligt

werden kann .

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 8 wird das Bauteil hohl ausgeführt. Das Bauteil wird in den Löchern radial unter Bildung eines Reib- und/oder Formschlusses mit dem Hohlprofil aufgeweitet. Das Bauteil kann hierzu wie oben angegeben als Blindniet ausgebildet sein, wobei der Niet an beiden Enden in Ringnuten aufweitend hineingepresst wird, die in den Lochrändern ausgebildet sind, und sich ein Formschluss ergibt. Ohne die Ringnuten wird lediglich eine reibschlüssige Verbindung zwischen dem Niet und dem Hohlprofil erreicht. Die Verbindung mittels des Nietes ist besonders einfach, insbesondere auch manuell ausführbar. Etwas aufwändiger, jedoch unter Bildung einer extrem haltbaren Presspassung ist auch eine Aufweitung mittels fluidischen Innenhochdrucks denkbar, wenn anstelle eines Nietes ein Rohrstück oder Hülse in die Löcher eingesetzt wird.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 9 wird das über beide Löcher endseitig hinausragende Bauteil beiderseits des Loches und in unmittelbaren Anschluss an das jeweilige Loch aufgeweitet. Dies kann mittels Innenhochdrucks erfolgen oder beispielsweise auch mit einem taumelnden Fließlochbohrer erreicht werden. Hierdurch wird ein Formschluss zwischen dem Hohlprofil und dem Bauteil in einfacher Weise erreicht ohne das Hohlprofil bezüglich seiner Lochränder entsprechend auszugestalten .

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 10 wird das Bauteil in das Hohlprofil hineingeschossen, wobei dessen Enden aus dem Hohlprofil ragen. Hierdurch entfällt ein vorangehender Lochvorgang, da das Bauteil beim Eindringen in das Hohlprofil selbst erzeugt. Durch die hohe Geschwindigkeit kann die Taktzeit zur

Herstellung des Hohlprofils erheblich gesenkt werden. Das Bauteil erreicht am Hohlprofil ebenfalls einen hohen Reibschluss. Des Weiteren ist es dabei auch denkbar, das "Hochgeschwindigkeitsnageln" des Bauteils im Innenhochdruckumformprozess erfolgen zu lassen, da das Bauteil durchaus dicht mit der HohlprofiIwandung abschließen kann. Durch die hohe Geschwindigkeit des Einbringens des Bauteils in das Hohlprofil ergibt sich allenfalls ein vernachlässigbarer Druckabfall im Hohlprofil. Alternativ kann das Einbringen des Bauteils auch in fertig umgeformtem Zustand des Hohlprofils ohne fluidischen Innendruck, jedoch noch innerhalb des geschlossenen

Innenhochdruckumformwerkzeuges erfolgen. Ebenfalls ist es denkbar, dass im Anschluss an die Umformung nur ein bezüglich des Umformdruckes geringerer Stützdruck im Hohlprofil aufrechterhalten wird, der ein etwaiges Einfallen der Wandung des Hohlprofils beim Eindringen des Bauteils verhindert.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 11 wird das Bauteil mit Widerhaken versehen, die durch das Hineinschießen des Bauteils in die jeweilige Lochwandung eingegraben werden. Hierdurch wird das Bauteil formschlüssig und besonders verliersicher am Hohlprofil festgelegt, wodurch das Hohlprofil und die Verbindung druck- und zugbelastbar werden.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 12 wird die Wandung des Hohlprofils an einer Verbindungsstelle gelocht. Das bolzenartige Bauteil wird in das Hohlprofil eingesteckt, bis das im Hohlraum befindliche Ende an der Innenseite des dem Loch gegenüberliegenden Wandbereiches aufliegt. Das Bauteil wird zumindest an seinem aufliegenden Ende mit dem Hohlprofil verschweißt, insbesondere reibverschweißt. Hierdurch wird ebenfalls in recht einfacher Weise eine unlösbare Verbindung zwischen dem Hohlprofil und dem Bauteil geschaffen, wobei durch eine

Verschweißung an einem Ende des Bauteils die Verbindung bzw. das Hohlprofil allein auf Zug belastbar ist, währenddessen durch eine Verschweißung an beiden Enden sowohl eine hohe Belastbarkeit gegen Zug und Druck erzielt wird. Weiterhin bleibt der Wandungsbereich des Hohlprofils, der von dem dem Loch abgewandten Ende des Bauteils beaufschlagt wird, bei geeigneter Verfahrensführung an seiner Außenfläche unversehrt, was unter anderem optische Vorteile haben kann. Des Weiteren kann an dieser Verbindungsstelle keine Medium von außen eindringen, was zum Korrosionsschutz beiträgt.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung Verfahren nach Anspruch 13 wird die Wandung des Hohlprofils an einer Verbindungsstelle gelocht, das mit einem schneidenden Außengewinde ausgebildete schraubenartige Bauteil in das Hohlprofil eingeführt, und das Bauteil in den Lochrand einerseits und durch den dem Loch gegenüberliegenden Wandbereich andererseits lochformend und gewindefurchend hindurch geschraubt. Das Bauteil sollte hierbei zwei voneinander getrennte Gewindeabschnitte aufweisen, wobei das schraubenförmige Bauteil am Kopfende einen größeren Durchmesser besitzt als am freien gegenüberliegenden Ende, so dass das Bauteil auch in den Lochrand ein Gewinde einfurchen und somit dort festgelegt werden kann. Durch die Art der Verbindung kann diese wieder aufgehoben werden, da das Bauteil aus dem Hohlprofil herausgeschraubt werden kann. Die Verbindungstechnik erfordert keine aufwändigen Werkzeuge und kann gegebenenfalls mittels eines Schraubenziehers ausgeführt werden.

Das erfindungsgemäße Hohlprofil kann zur Gestaltung von steifen leichten Strukturen am Kraftfahrzeug wie beispielsweise von Säulen der Karosserie dienen, die optimal auf Biegung und Crashbeanspruchungen ausgelegt sind.

Dabei zeigen:

Fig. Ia in einem Längsschnitt abschnittsweise ein erfindungsgemaßes Hohlprofil mit einem Blindniet als verstärkendem Bauteil vor dessen Festlegung am Hohlprofil,

Fig. Ib in einem Längsschnitt das Hohlprofil aus Fig. Ia nach Festlegung des Bauteils am Hohlprofil,

Fig. 2a in einem Längsschnitt abschnittsweise ein erfindungsgemaßes Hohlprofil mit einem Rohrstuck als verstärkendem Bauteil vor dessen Festlegung am Hohlprofil,

Fig. 2b in einem Längsschnitt das Hohlprofil aus Fig. 2a nach Festlegung des Bauteils am Hohlprofil,

Fig. 3a in einem Längsschnitt abschnittsweise ein erfindungsgemaßes Hohlprofil mit einem Schweißbolzen als verstärkendem Bauteil vor dessen Festlegung am Hohlprofil,

Fig. 3b in einem Längsschnitt das Hohlprofil aus Fig. 3a nach einer einseitigen Festlegung des Bauteils am Hohlprofil,

Fig. 4a in einem Längsschnitt abschnittsweise ein erfindungsgemaßes Hohlprofil mit einem Reibschweißstift als verstärkendem Bauteil vor dessen Festlegung am Hohlprofil,

Fig. 4b in einem Längsschnitt das Hohlprofil aus Fig. 4a nach einer beidseitigen Festlegung des Bauteils am Hohlprofil, Fig. 5a in einem Längsschnitt abschnittsweise ein erfindungsgemaßes Hohlprofil mit einem Nagel als verstärkendem Bauteil vor dessen Festlegung am Hohlprofil,

Fig. 5b in einem Längsschnitt das Hohlprofil aus Fig. 5a nach einer Festlegung des Bauteils am Hohlprofil,

Fig. 6a in einem Längsschnitt abschnittsweise ein erfindungsgemaßes Hohlprofil mit einer Schraube als verstärkendem Bauteil vor dessen Festlegung am Hohlprofil,

Fig. 6b in einem Längsschnitt das Hohlprofil aus Fig. 6a nach einer Festlegung des Bauteils am Hohlprofil,

In den Fig. 1-6 ist jeweils ein Hohlprofil 1 mit einem dessen Hohlraum 2 durchsetzenden Verstärkungselement dargestellt, welches ein bezüglich des umfänglich geschlossenen Hohlprofils 1 separates längliches, im Wesentlichen rotationssymmetrisches Bauteil ist, das zwei vom Hohlraum 2 voneinander getrennte Wandungsbereiche 3 und 4 des Hohlprofils 1 miteinander verbindet. Prinzipiell wird zur Herstellung des Hohlprofils 1 das Bauteil von außen in das fertig ausgeformte Hohlprofil 1 eingebracht, indem mittels des Bauteils zumindest ein Wandungsbereich 3,4 des Hohlprofils 1 von außen nach innen durchdrungen und dessen Hohlraum 2 durchsetzt wird, so dass die zwei vom Hohlraum 2 getrennte Wandungsbereiche 3,4 des Hohlprofils 1 miteinander verbunden werden. Das Bauteil wird an den beiden Verbindungsstellen an den Wandungsbereichen 3,4 festgelegt.

In Fig. Ia weist das Hohlprofil 1 ein Durchgangsloch 5 auf, in das das als Blindniet 6 ausgebildete Bauteil eingesteckt ist. Das Durchgangsloch 6 wird als erster Arbeitsschritt zur Herstellung der Verbindung zwischen dem Hohlprofil 1 und dem Bauteil durch Lochen der Wandungsbereiche 3,4 an den späteren Verbindungsstellen erzeugt. Der danach eingesteckte Blindniet 6 schließt mit seinen Enden 7,8 bündig mit den äußeren Lochrändern 9 ab. Der Blindniet 6 weist eine Durchgangsbohrung 10 auf, in der ein Aufweitstift 11 aufgenommen ist. Der Aufweitstift 11 besitzt zwei sphärische Verdickungen 12,13, wobei sich die Verdickung 12 an einem der Lochränder 9 und die Verdickung 13 an einer die

Durchgangsbohrung 10 verengenden Schulter 14 in der Nähe des Endes 8 abstützt. Durch axiales Ziehen des Aufweitstiftes 11 werden die Verdickungen 12,13 derart gegen den Lochrand 9 und die Schulter 14 gedrückt, dass das hohle Bauteil, also der Blindniet 6 radial an seinen Enden 7,8 aufgeweitet und gegen die Lochwandung 15 gepresst wird (Fig. Ib). In der jeweiligen Lochwandung 15 ist eine Ringnut 16 ausgebildet, in die Blindnietmaterial hineingepresst wird, so dass sich nicht nur ein Reibschluss sondern auch ein Formschluss des Blindniets 6 mit dem Hohlprofil 1 ausbildet. Nach dieser Befestigung des Blindniets 6 wird der über den Lochrand 9 hinausragende Abschnitt 17 des Aufweitstiftes 11 an einer dafür vorgesehenen Sollbruchstelle 18 abgetrennt.

In einer alternativen Ausführungsform ist das Bauteil gemäß Fig. 2a als geradliniges Rohr 19 ausgebildet. Das Rohr 19 wird durch das Durchgangsloch 5 des Hohlprofils 1 durchgesteckt. Zur form- und reibschlüssigen Festlegung des Rohres 19 am Hohlprofil 1 wird nach Fig. 2b das das Durchgangsloch 5 durchstoßende Rohr 19 aufgeweitet, was vorzugsweise durch Erzeugen eines fluidischen Innenhochdruckes im Rohr 19 erfolgen kann. Bei der dadurch sich ausbildenden Ausbauchung 20 des Rohres 19 innerhalb des Hohlraums 2 und der ebenfalls dabei ergebenden Ausstülpung 21 der über das Durchgangsloch 5 beiderseits hinausragenden Abschnitte 22 des Rohres 19 werden sowohl die äußeren Lochränder 9 außen am Hohlprofil 1 als auch die inneren Lochränder 23 an der Innenseite 24 des Hohlprofils 1 hintergriffen. Die Aufweitung erfolgt genauer gesagt in unmittelbarem Anschluss an die in den Wandungsbereichen 3,4 ausgebildeten Einzellöcher 25,26, die zusammen das Durchgangsloch 5 bilden, beiderseits des jeweiligen Einzelloches 25,26. Das Hohlprofil 1 wird quasi vom Rohr 19 umklammert .

Das Bauteil kann gemäß Fig. 3a auch ein Bolzen 27 oder Stift

sein. Zur Herstellung des Hohlprofils 28 wird allein nur der Wandungsbereich 33 des Hohlprofils 28, d.h. an nur einer Verbindungsstelle, gelocht. Der Bolzen 27 wird dann in das ausgebildete Loch 29 eingesteckt, bis das im Hohlraum 30 befindliche Ende 31 an der Innenseite 32 des dem Loch 29 gegenüberliegenden Wandbereiches 34 aufliegt. Der Bolzen 27 wird dann am aufliegenden Ende 31 mit dem Hohlprofil 28 verschweißt (Fig. 3b) . Denkbar ist anstelle der Verschweißung auch eine Verlötung oder Verklebung.

In Fig. 4a ist ein Bolzen 35 endseitig leicht spitz zulaufend ausgebildet. In Anlehnung an die Ausführungsform der Fig. 3 wird dieser in das Loch 29 hineingesteckt, bis die Spitze 36 des Bolzenendes 37 an der Innenseite 32 des dem Loch 29 gegenüberliegenden Wandbereiches 34 aufliegt. Anschließend wird nach Fig. 4b der Bolzen 35 an seiner Spitze 36 mit der Innenseite 32 und der Bolzenkopf 38 mit der im Bereich des Loches 29 liegenden Außenseite 39 des Hohlprofils 28 reibverschweißt .

Fig. 5a zeigt, dass das Bauteil auch als Nagel 40 ausgebildet sein kann. Der Nagel 40 weist an seinem Schaft 41 unmittelbar unterhalb des Kopfes 42 und an seinem kopfabgewandten Ende 43 mehrere Widerhaken 44 auf. Der Nagel 40 wird zur Befestigung am Hohlprofil 45 in dieses hineingeschossen, wonach das Ende 43 den Wandungsbereich 46 des Hohlprofils 45 durchdringt und ein wenig aus diesem herausragt, während der Kopf 42 an der Außenseite 47 des Wandungsbereiches 48 anliegt. Durch das Hineinschießen des Nagels 40 in die Wandungsbereiches 46 und 48 des Hohlprofils 45 werden gemäß Fig. 5b die Widerhaken 44 in die jeweilige Lochwandung 49 der beim Hineinschießen erzeugten Löcher eingegraben.

Eine weitere Ausführungsform ist in der Fig. 6a dargestellt. In Abweichung der Beispiele der Fig. 3 und 4 ist das Bauteil als Schraube 50 ausgebildet. Wird durch das Loch 29 des

Hohlprofils 28 hindurch in dieses eingeführt, bis die Spitze 51 der Schraube 50 auf der Innenseite 32 des ungelochten Wandungsbereichs 34 des Hohlprofils 28 aufsteht. Die Schraube besitzt einen dickeren Schaftabschnitt 52 unmittelbar unterhalb des Schraubenkopfes 53 und einen dünneren Schaftabschnitt 54, der sich an den Schabschnitt 52 anschließt. Der Schaftabschnitt 52 sowie das Ende 55 des Schaftabschnitts 54 weisen ein gewindefurchendes Außengewinde 56,57 auf. Zur Befestigung der Schraube 50 am Hohlprofil 28 wird diese eingeschraubt, wobei das Außengewinde 56 des Abschnitts 52 in die bis dahin noch glatte Lochwandung 58 des Loches 29 und das Außengewinde 57 des Abschnittes 54 in den Wandungsbereich 34 gleichzeitig einfurchen und in der Endstellung der Schraube 50 dort verbleiben.