Verfahren zu deren Herstellung

Die Erfindung betrifft Halbzeuge für die Herstellung von Hohlprofilen, wie sie z.B. im Leichtbau, der Gebäude- bzw. Anlagentechnik sowie im Leitungsbau Anwendung finden. Des Weiteren umfasst die Anmeldung aus diesem Halbzeug erstellte Hohlprofile sowie das Verfahren zum Herstellen derartige Hohlprofile.

Im Stand der Technik sind diverse Hohlprofile bekannt, die aus einem Material gefertigt sind. Diese werden entweder durch Extrusions- oder Gießverfahren direkt als

Hohlprofile mit definiertem Querschnitt erzeugt oder durch Verschweißen der stumpf aufeinander stoßenden Enden des aus einem Blech hergestellten Schlitzprofils mit einer konstanten Wandstärke gebildet.

Des Weiteren sind Hohlprofile mit mehrschichtigem Aufbau bekannt, wobei diese meist durch ggf. mehrfaches ein- oder beidseitiges Beschichten von Hohlprofilen nach deren Herstellung erfolgt.

Nachteilig an diesen aus dem Stand der Technik bekannten Profilen ist, dass der

Beschichtungsaufwand an 3D geformten Profilen sehr hoch ist und nur mit Aufwand ausreichender Druck aufgebracht werden kann um eine Haftung zu ermöglichen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Alternative zu den im Stand der Technik bekannten Profilen bereitzustellen, wobei insbesondere die Eigenschaften des

Hohlprofils flexibler und einfacher einstellbar sind und ein verbessertes

Leichtbaupotential gegeben ist.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Halbzeug zur Herstellung eines Hohlprofils, welches ein Metallsubstrat aufweist, welches eine Breite aufweist, die größer als der Umfang des herzustellenden Hohlprofils ist, und einen ersten Verbindungsbereich und einen zweiten Verbindungsbereich umfasst, die bei der Herstellung des Hohlprofils

miteinander in Kontakt gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass der erste oder zweite oder beide, also erster und zweiter, Verbindungsbereich mit einer thermoplastischen Koppelschicht beschichtet ist. Die Bereitstellung der Koppelschicht auf dem flachen Metallsubstrat lässt sich beispielsweise durch

Bandbeschichtungsvorgänge oder andere Methoden zur Kunststoffapplizierung leicht und kostengünstig erzielen. Unter Metallsubstrat sind neben band- auch blechförmige Ausführungen zu verstehen.

Beim Halbzeug erstreckt sich die thermoplastische Koppelschicht bevorzugt vollflächig über die Breite des Metallsubstrats. Insbesondere mit Bandbeschichtungsvorgängen lassen sich vollflächige Schichten leicht aufbringen. Des Weiteren bietet eine vollflächige Koppelschicht den Vorteil einer zusätzlichen Schicht am fertigen Hohlprofil, die ggf. einen Schutz des Metallsubstrats gegen die Umgebung hinsichtlich Korrosion oder Isolierung bietet, sowie dem Entfallen der Anforderung an eine genaue Positionierung der Koppelschicht auf dem Metallsubstrat.

In weiteren Ausführungen ist das Halbzeug dadurch gekennzeichnet, dass auf der Koppelschicht abgesehen von dem ersten und/oder zweiten Verbindungsbereich ein weiteres Metallsubstrat, insbesondere mit einer dem Umfang des herzustellenden Hohlprofils oder dem Metallsubstrat abzüglich der beiden Verbindungsbereiche entsprechenden Breite, angeordnet ist. Das heißt, dass neben den freibleibenden Verbindungsbereich oder Verbindungsbereichen ein weiteres Metallsubstrat auf der vollflächigen Koppelschicht aufgebracht ist. Durch das weitere Metallsubstrat wird beim geformten Hohlprofil ein mehrschichtiger Wandaufbau erzeugt.

In alternativen Ausführungen des Halbzeugs besteht das Metallsubstrat und/oder weitere Metallsubstrat aus einem Sandwichmaterial aus mindestens zwei Deckblechen und einer dazwischenliegenden Kunststoffschicht, insbesondere faserverstärkten Kunststoffschicht. Hierdurch werden insbesondere die mechanischen Eigenschaften des späteren Hohlprofils verbessert.

Der erste Verbindungsbereich und der zweite Verbindungsbereich des Halbzeugs sind in Breitenrichtung in entgegensetzten Randbereichen und auf unterschiedlichen Seiten des Metallsubstrats oder auf der gleichen Seiten des Metallsubstrats liegend angeordnet. Abhängig von der Anordnung werden aus dem Halbzeug Hohlprofile mit unterschiedlich angeordneten Verbindungsbereichen herstellbar. Bei auf unterschiedlichen Seiten des Metallsubstrats liegenden Verbindungsbereichen entstehen sich über dem Umfang verlaufend überlappende Verbindungsbereiche. Liegen die Verbindungsbereiche auf der gleichen Seite, kann durch die Verbindungsbereiche ein vom Umfang abstehender Flansch gebildet werden.

In weiteren Ausführungsformen weist das Metallsubstrat des Halbzeugs in

Längsrichtung unterschiedliche Breiten auf. Hierdurch können Hohlprofile mit in Längsrichtung variierenden Querschnitten erzeugt werden. Bevorzugt ist ein

kontinuierlicher Übergang zwischen den unterschiedlichen Breiten vorgesehen.

Bei bevorzugten Ausführungsformen des Halbzeugs ist die Koppelschicht als

faserverstärkte Koppelschicht ausgebildet. Durch die Faserverstärkung in der

Koppelschicht oder evtl. vorhandenen Kunststoffschichten werden die mechanischen Eigenschaften des Halbzeugs sowie des daraus gefertigten Hohlprofils verbessert. Bei der Verwendung von gerichteten Fasern, wie bei Geweben, Gewirken oder Rovings, kann im Gegensatz zu ungerichteten Fasern, wie Vliesen oder losen Kurzfasern, die Verstärkung gezielt in Belastungsrichtung, z.B. in Längs- oder Umfangsrichtung oder durch eine gegenüber der Längsrichtung um vorzugsweise 45° verdrehte Ausrichtung auch hinsichtlich Torsion, erfolgen.

Erfindungsgemäße Hohlprofile weisen einen geschlossenen Querschnitt auf, der durch die Umformung eines erfindungsgemäßen Halbzeugs und Fügen der

Verbindungsbereiche dieses Halbzeugs erzeugt ist, wobei der erste Verbindungsbereich und der zweite Verbindungsbereich durch eine thermoplastische Koppelschicht verbunden sind. In einer ersten Ausführungsform sind ein erster Verbindungsbereich und ein zweiter Verbindungsbereich sich zumindest über einen Teil des Umfangs überlappend vorgesehen. In weiteren Ausführungen ist ein erster Verbindungsbereich und ein zweiter Verbindungsbereich sich in einem Winkel vom Umfang abstehenden Flansch überlappend vorgesehen. Dieser Flansch kann sowohl innen oder auch außen am Hohlprofil in einem beliebigen Winkel von der Umfangsfläche abstehend vorgesehen sein. Fertigungstechnisch wird ein außenliegender Flansch vorzugsweise mit einem Winkel von ca. 90° gegenüber der Umfangsfläche bevorzugt. Durch die Verwendung von Halbzeugen mit unterschiedlichen Breiten in Längsrichtung werden erfindungsgemäße Hohlprofil mit in Längsrichtung unterschiedlichen

Querschnitten erzeugt.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Hohlprofils aus einem erfindungsgemäßen Halbzeug umfasst die Herstellung des geschlossenen Hohlprofils folgende Schritte,

- Umformen des Metallsubstrats (2) derart, dass der erste Verbindungsbereich (3) und der zweite Verbindungsbereich (4, 4') überlappen,

- Erwärmen der thermoplastischen Koppelschicht,

- Aufeinanderpressen des ersten und zweiten Verbindungsbereichs,

- Abkühlen der Koppelschicht.

Die Umformung kann bei bandförmigen Metallsubstraten in kontinuierlichen Prozessen, wie Rollprofilieren erfolgen, was insbesondere für sehr lange bzw. endlose Hohlprofile vorteilhaft ist. Für kleinere oder komplex geformte Bauteile eigenen sich gestufte Pressvorgänge. Gegebenenfalls kann zur Formgebung mechanische Dorne oder ein mit Druck beaufschlagtes Medium verwendet werden.

Die Erwärmung der thermoplastischen Koppelschicht zur Verbindung des ersten mit dem zweiten Verbindungsbereich kann für das ganze Bauteil beispielsweise in einem Ofen erfolgen, oder auch bevorzugt nur lokal an den Verbindungsbereichen durch Wärmestrahlung oder Wärmeleitung z.B. durch Infrarotstrahler, Heizelemente, wie Platten oder Rollen, oder Induktionsspulen, die das Metallsubstrat erwärmen.

Die Erwärmung erfolgt zweckmäßig nach dem Umformen des Halbzeugs zum Hohlprofil bzw. zum Zeitpunkt an dem der erste und zweite Verbindungsbereich in Überlappung gebracht werden. Alternativ kann die Erwärmung zumindest teilweise auch bereits vor oder während dem Umformen des Halbzeugs erfolgen. Eine vorgeschaltete Erwärmung weist beispielsweise hinsichtlich der Umformbarkeit eines mehrschichtigen Verbunds aus Metallsubstrat, Koppelschicht und weiteren Metallsubstrat, insbesondere im Falle von Sandwichmaterial als weiteres Metallsubstrat, Vorteile auf.

Die obigen Ausführungsformen können beliebig miteinander kombiniert werden. Bei den Figuren sind gleiche oder entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Darstellungen sind schematisch und insbesondere die gezeigten

Ausführungsformen der Hohlprofile sind als einfache Vierkantprofile gezeigt, wobei selbstverständig jegliche geschlossene Querschnittsform für erfindungsgemäße

Hohlprofile möglich ist. Die Figuren zeigen:

Fig. la, 2a, 3a, 4a, 5 verschiedene Ausführungsbeispiele eines

erfindungsgemäßen Halbzeugs

Fig. lb, 2b, 2c, 3b, 4b verschiedene Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen

Hohlprofils

Fig. 6, 7 Schematische Ablaufdiagramme für Verfahren zur

Herstellung eines erfindungsgemäßen Hohlprofils

Fig. la zeigt ein erfindungsgemäßes Halbzeug 1, welches ein Metallsubstrat 2 aufweist, sowie einen ersten Verbindungsbereich 3 und einen zweiten Verbindungbereich 4, die auf unterschiedlichen Seiten des Metallsubstrats 2 angeordnet sind, und am zweiten Verbindungsbereich 4 eine Koppelschicht 5 aus einem thermoplastischen Kunststoff , wie beispielsweise Polyamid, insbesondere PA6, PE, PP, PET, PC und/oder deren Mischungen aufgebracht ist. Das Metallsubstrat 2 besteht vorzugsweise aus einem Stahlband, welches als Endlosband oder in Tafeln vorliegt.

Fig. lb zeigt ein Hohlprofil 7 bei dem aus einem in Fig. la dargestellten Halbzeug 1, das Metallsubstrat 2 derart umgeformt wurde, dass der erste Verbindungsbereich 3 und der zweite Verbindungsbereich 4 gegenüberliegend angeordnet sind. Das Hohlprofil 7 ist in dieser Darstellung noch nicht geschlossen. In einem nächsten Schritt ist die

Koppelschicht 5 zu erwärmen, z.B. für PA6 auf ca. 220°-250C, und die beiden

Verbindungsbereiche 3, 4 beispielsweise mit 0,2 - 5 MPa Druckkraft aufeinander zu pressen.

In Fig. 2a ist ein weiteres erfindungsgemäßes Halbzeug 1 dargestellt, wobei der erste Verbindungsbereich 3 die Koppelschicht 5 aufweist und die Koppelschicht 5 sich vollflächig über die Breite des Metallsubstrats 2 erstreckt. Der zweite

Verbindungsbereich 4, 4' kann sich, wie in Fig. la, auf der anderen Seite des Metallsubstrats 2 befinden - vgl. Bezugszeichen 4 - oder auf der gleichen Seite des Metallsubstrats 2 liegen - vgl. Bezugszeichen 4'. Wenn der zweite Verbindungsbereich 4' auf der gleichen Seite wie der erste Verbindungsbereich 3 liegt, weisen beide

Verbindungsbereiche 3, 4' die Koppelschicht 5 auf.

Fig. 2b zeigt ein Hohlprofil 7 aus einem ein Halbzeug 1 gemäß Fig. 2a, wobei der erste Verbindungsbereich 3 und der zweite Verbindungsbereich 4 auf unterschiedlichen Seiten des Metallsubstrats 2 liegen. Die Umformung erfolgte analog zu der Fig. Ib.

Fig. 2c zeigt eine weitere Ausführungsform eines Hohlprofils 7 aus einem Halbzeug 1 gemäß Fig. 2a, wobei der erste Verbindungsbereich 3 und der zweite

Verbindungsbereich 4' auf der gleiche Seite des Metallsubstrats 2 liegen. Die

Umformung erfolgte hierbei derart, dass der erste Verbindungsbereich 3 und der zweite Verbindungsbereich 4' zu einem nach außen in einem Winkel 10 vom Umfang

abstehenden Flansch 9 mit einer doppelt dazwischenliegenden Koppelschicht 5, die durch Erwärmung und Druck mit sich selbst stoffschlüssig verbunden wird,

überlappend angeordnet sind. Hierdurch ergibt sich ein geschlossenes Hohlprofil 7, wobei der außenliegende Flansch 9 beispielsweise zur Anbindung an andere Bauteile verwendet werden kann. Durch die vollflächig ausgebildete Koppelschicht 5 ergibt sich ebenfalls eine geschlossene Beschichtung des Innenumfangs des Hohlprofils 7, wodurch der Hohlraum des Hohlprofils 7 versiegelt ist.

Fig. 3a zeigt eine analoge Ausführungsform zu Fig. la, wobei die Koppelschicht 5, 5' lokal auf dem ersten und dem zweiten Verbindungsbereich 3, 4 vorgesehen ist.

Entsprechend zeigt Fig. 3b eine analoge Ausführung zu Fig. lb, wobei die

Koppelschichten 5, 5' der erste und zweite Verbindungsbereich 3, 4 über einen Teil des Umfangs 8 miteinander verbunden, insbesondere verklebt bzw. verschweißt, sind.

Bei einer in Fig. 4a gezeigten Ausführungsform des Halbzeugs 1 erstreckt sich die Koppelschicht 5 vom ersten Verbindungsbereich 3 über die Breite des Metallsubstrats 2 bis zum dem zweiten Verbindungsbereich 4, wobei der zweite Verbindungsbereich 4 keine Koppelschicht 5 aufweist. Auf der Koppelschicht 5 ist abgesehen von dem ersten und zweiten Verbindungsbereich 3, 4 ein weiteres Metallsubstrat 6 vorgesehen. Das weitere Metallsubstrat 6 weist somit eine in etwa dem Umfang des fertigen Hohlprofils abzüglich des über einen Teil des Umfangs 8 verlaufenden Verbindungsbereichs entsprechenden Breite auf. Andere Breiten sowie die Verwendung von

Sandwichmaterial für das weitere Metallsubstrat 6 sind ebenfalls möglich. Als

Sandwichmaterial sind insbesondere ein mehrlagiger Verbund mit metallischen

Deckblechen und eine, insbesondere beispielsweise mit Kohle-, Glas-, Basalt- oder Aramidfaser faserverstärkte, Kunststoffschicht geeignet. Durch derartige Aufbauten des Halbzeugs 1 kann gezielt die Oberfläche oder die mechanischen Eigenschaften des Hohlprofils beeinflusst werden.

Fig. 4b zeigt ein Hohlprofil 7 aus einem Halbzeug 1 gemäß der in Fig. 4a dargestellten Ausführungsform. Durch ein Aussparen der Koppelschicht 5 im Bereich des zweiten Verbindungsbereichs 4 und einem sich in etwa bis zu diesem Bereich erstreckenden weiteren Metallsubstrat 6 ergibt sich ein Hohlprofil 7 mit einer im wesentlichen konstanten Wandstärke.

In Fig. 5 ist eine Ausführungsform eines Halbzeugs 1 gezeigt, welches beidseitig vollflächig mit einer Koppelschicht 5, 5' versehen ist. Derartige Halbzeuge 1 weisen, neben den zu Fig. 2a erläuterten, noch den Vorteil auf, dass flexibel und bedarfsabhängig gewählt werden kann, auf welcher Seite der zweite Verbindungsbereich 4, 4' vorgesehen ist. Bei den hieraus hergestellten Hohlprofilen 7 liegen stets ein erster und eine zweiter Verbindungsbereich 3, 4, 4' mit einer Koppelschicht 5, 5' vor, weshalb immer

Verbindungen mit doppelter Koppelschicht 5, 5', wie beispielsweise in Fig. 2c oder Fig. 3b gezeigt, entstehen.

Nicht dargestellt sind weitere Varianten, bei denen, wie in Fig. 2a, der erste und zweite Verbindungsbereich 3, 4 auf der gleichen Seite angeordnet sind, wodurch Hohlprofile analog zu Fig. 2c möglich sind, die einen überlappenden, vom Umfang abstehenden Flansch 9 bilden, wobei der Flansch 9, wie in Fig. 2c exemplarisch dargestellt, orthogonal nach außen abstehend ausgeführt sein kann. Allerdings sind auch

innenliegende Flansche 9 und/oder andere Winkel 10 zur Umfangsfläche, z.B. 45°, möglich. Fig. 6 ist eine vereinfachte schematische Darstellung der wesentlichen

Verfahrensschritte für die Herstellung eines erfindungsgemäßen Hohlprofils aus einem erfindungsgemäßen Halbzeug. Zunächst wird in Schritt A das Halbzeug umgeformt, um die Form des Hohlprofils zu erzeugen. Anschließend wird in Schritt B zumindest im Bereich des ersten und/oder zweiten Verbindungsbereichs die Koppelschicht erwärmt, um diese zu erweichen und/oder zu aktivieren und für den Schritt C vorzubereiten. In Schritt C werden der erste und zweite Verbindungsbereich miteinander verpresst, um die Koppelschicht mit dem Metallsubstrat zu verbinden beziehungsweise mit einer weiteren Koppelschicht oder weiterem Abschnitt der gleichen Koppelschicht zu verkleben bzw. verschweißen. Anschließend wird das Hohlprofil in Schritt D abgekühlt, vorzugsweise unter zumindest zeitweiser Aufrechterhaltung von zumindest einem Teil des Pressdrucks aus Schritt C, um die Verbindung zu verfestigen. Dadurch liegt ein geschlossenes Hohlprofil vor.

Fig. 7 stellt einen Verfahrensablauf mit den gleichen Schritten A bis D dar, wie zu Fig. 6 erläutert. Mit dem Unterschied, dass der Schritt B der Erwärmung vor Schritt A der Umformung erfolgt, wobei bevorzugt das komplette Halbzeug erwärmt wird.

Insbesondere bei einer thermoplastischen Koppelschicht aus einem bei

Raumtemperatur relativ spröden Kunststoff oder Halbzeugen mit einem weiteren Metallsubstrat, insbesondere aus einem Sandwichmaterial mit Faserverstärkung, wirkt sich eine Erwärmung vor Umformung vorteilhaft auf den Prozess aus, da die

erforderlichen Umformkräfte reduziert und die Gefahr von Beschädigung oder Bruch der Koppelschicht in den umzuformenden Bereichen des Hohlprofils vermieden werden. In einer weiteren Ausführungsform kann nach dem Umformen des erwärmten Bauteils nochmals eine Erwärmung insbesondere der ersten und zweiten Verbindungsbereiche erfolgen.

Weitere Verfahrensschritte, wie Zuschneiden des Halbzeugs zu Rohlingen oder

Ablängen von kontinuierlich hergestellten Hohlprofilen sowie weitere bauteilabhängige Ver- und Bearbeitungen sind nicht dargestellt.

Generell ist die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern diese können beliebig kombiniert werden. Bezugszeichenliste

1 Halbzeug

2 Metallsubstrat

3 erster Verbindungsbereich

4, 4' zweiter Verbindungsbereich

5,5' Koppelschicht

6 weiteres Metallsubstrat

7 Hohlprofil

8 Teil des Umfangs mit überlappenden Verbindungsbereichen

9 Flansch (abstehende überlappende Verbindungsbereiche)

10 Winkel zwischen Flansch und Umfangsfläche

A Umformschritt

B Erwärmen der Koppelschicht

C Verpressen der Verbindungsbereiche

D Abkühlen