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Dokumentenidentifikation DE102006018381A1 25.10.2007
Titel Verfahren zur Erhöhung der Steifigkeit eines einen Hohlraum aufweisenden Bauteils und danach hergestelltes Bauteil
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Preker, Christoph, 40233 Düsseldorf, DE
DE-Anmeldedatum 20.04.2006
DE-Aktenzeichen 102006018381
Offenlegungstag 25.10.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 25.10.2007
IPC-Hauptklasse C22C 1/08(2006.01)A, F, I, 20060420, B, H, DE
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur wenigstens abschnittsweisen Erhöhung der Steifigkeit eines wenigstens einen von außen zugänglichen Hohlraum (HR) aufweisenden Bauteils, mit dem Schritt:
Einbringen eines Formteils (F1, ..., F4), dessen Abmessungen an den Hohlraum (HR) angepasst werden, in den Hohlraum (HR) auf mechanischem Wege, sowie ein nach dem Verfahren hergestelltes Bauteil.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur wenigstens abschnittsweisen Erhöhung der Steifigkeit eines wenigstens einen von außen zugänglichen Hohlraum aufweisenden Bauteils sowie auf ein nach dem Verfahren hergestelltes Bauteil selbst.

Aufgrund des vorhandenen Hohlraums besitzen solche Bauteile im Vergleich zu einem Bauteil aus Vollmaterial grundsätzlich eine verminderte Stabilität und/oder Steifigkeit. In diesem Zusammenhang ist es aus der DE 44 26 627 A1 bekannt, im Rahmen eines Verfahrens zur Herstellung eines metallischen Verbundwerkstoffes zunächst ein geeignetes Halbzeug mit gewünschten Abmessungen bereit zu stellen, dann das zugeschnittene Halbzeug und damit zu verbindende Metallteile zu einem Paket zu stapeln und in einem abschließenden Verfahrensschritt den Verbund aus aufschäumbarem Halbzeug und konventionellem massiven Material durch Erwärmung auf eine Temperatur, die hoch genug ist, um bei dem aufschäumbaren Material eine Vergrößerung des Volumens und damit eine Porenentstehung hervorzurufen, aufzuschäumen. Typische Temperaturen für den abschließenden Schritt des Aufschäumens liegen dabei in dem Bereich von 750°C bis 850°C.

Ein solches Verfahren hat den Nachteil, dass aufgrund der hohen Wärmebeanspruchung Beschädigungen und Verformungen der Verbundkomponente aus konventionellem massivem Material hervorgerufen werden können. Zudem ist das Verfahren sehr aufwendig, da es typischer Weise in einem Ofen durchgeführt wird.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine ursprüngliche Formgebung des einen Hohlraum aufweisenden Bauteils weniger beeinflusst wird, sowie ein nach dem Verfahren hergestelltes Bauteil anzugeben.

Diese Aufgabe wird bei dem oben angegebenen Verfahren dadurch gelöst, dass es den folgenden Schritt enthält: Einbringen eines Formteils, dessen Abmessungen an den Hohlraum angepasst werden, in den Hohlraum auf mechanischem Wege.

Bevorzugt wird bei dem Verfahren als das Bauteil ein Metallprofil verwendet. Wenn sich beispielsweise nach einer Inbenutzungnahme einer übergeordneten Baustruktur, bei der es sich um einen Wagenkasten eines Schienenfahrzeugs handeln kann, zeigt, dass ein bestimmtes Metallprofil eine erhöhte Steifigkeit benötigt, kann in wenigsten einen Abschnitt davon ein Formteil eingebracht werden, dessen Abmessungen entsprechend angepasst sind.

Es ist von Vorteil, wenn für das Formteil ein Schaum-Formteil verwendet wird, insbesondere ein Metallschaum-Formteil. Die Herstellung solcher Metallschaum-Formteile ist im Stand der Technik bekannt, wobei insbesondere auf die Offenbarungsgehalte der DE 40 18 360, DE 41 01 630, DE 41 24 591, DE 44 26 627 und DE 44 24 157 verwiesen wird. Bei den dort beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines Metallschaum-Formteils werden handelsübliche Metallpulver mit einem ebenfalls pulverförmigen Treibmittel vermischt und im Anschluss daran die entstehende Pulvermischung zu einem festen, wenig porösen, aufschäumbaren Halbzeug verarbeitet. Hierbei können verschiedene Kompaktierungsverfahren, wie beispielsweise Strangpressen oder Heißpressen, zum Einsatz kommen. Von Bedeutung ist, dass erst das bereits fertig gestellte Metallschaum-Formteil in kaltem Zustand in den Hohlraum des Bauteils oder Metallprofils mechanisch eingebracht wird.

Alternativ zu der Ausbildung als Metallschaum-Formteil kann auch ein Kunststoffschaum-Formteil zum Einsatz kommen, sofern es erforderliche Steifigkeit für ein betroffenes Bauteil bereitstellt.

Als mechanisches Verfahren zum Einbringen des Formteils in den Hohlraum kann das Formteil in den Hohlraum einpresst werden. In einfachen Fällen kann es auch mit Hilfe eines Handwerkzeugs, wie einem Hammer, in den Hohlraum eingebracht werden.

Schaum-Formteile der beschriebenen Art sind somit geeignet, selbst bei bereits verbauten Metallprofilen nachgerüstet zu werden, so dass von Fall zu Fall nicht einmal ein Ausbau eines zu verstärkenden Metallprofils aus einer übergeordneten Baustruktur erfolgen muss. Der Einsatz der Schaum-Formelemente kann gezielt erfolgen, um festgelegte Stellen/Segmente/Abschnitte eines Metallprofils oder sonstigen Bauteils zu ertüchtigen, Kräfte aufzunehmen und/oder Kräfte weiterzuleiten. Das Verfahren zeichnet sich außerdem durch eine schnelle Einsetzbarkeit aus. Es wird keine oder nur geringe Vorbereitung der Formteile benötigt, die sich auf eine Reinigung und ggf. erforderliche mechanische Vorbereitung zur Formgebung beschränkt. Dabei können einfachste Formteile zum Einsatz kommen, da sich ihre Konturen durch das Einpressen oder Einbringen auf anderem mechanischen Wege anpassen. Selbst komplexe Profilkonturen können verstärkt werden, soweit sichergestellt ist, dass eine geeignete Zugänglichkeit von außen auf die zu verstärkenden Abschnitte der Bauteile bzw. Metallprofile gegeben ist.

Dabei ist zu berücksichtigen, dass für eine erforderliche Steifigkeit der Hohlraum nicht notwendiger Weise vollständig von dem Formteil eingenommen werden muss. Vielmehr ist es auch möglich, dass das Formteil lediglich zur Ausbildung eines Steges in dem Hohlraum bemessen wird. Der Steg ist dann, abhängig von einer Hauptbeanspruchungsrichtung des Bauteils, in dem Hohlraum geeignet auszurichten.

Gerade bei Bauteilen mit ausgedehnten, langgestreckten Hohlräumen, wie beispielsweise Metallhohlprofilen, wird es häufig nur erforderlich sein, einen Abschnitt des Hohlraums mit dem Formteil zu versehen. Dies wird typischer Weise derjenige sein, der aufgrund von statischen Anforderungen mit einer erhöhten Steifigkeit zu versehen ist.

Die o. g. Aufgabe wird hinsichtlich des Bauteils gelöst durch ein Bauteil mit wenigsten einem von außen zugänglichen Hohlraum, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Hohlraum ein zur Erhöhung der Steifigkeit des Bauteils bemessenes Formteil auf mechanischem Wege eingebracht ist.

Bevorzugte Ausführungsformen des Bauteils sind bereits oben anhand des dargestellten Verfahrens zur Erhöhung der Steifigkeit eines Bauteils erläutert worden.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielshalber anhand der Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht eines Formelements in Kombination mit einem Profil, dessen Steifigkeit zu erhöhen ist,

2 eine schematische Ansicht eines Profils mit darin eingesetztem Formelement,

3 eine schematische Ansicht eines Profils mit in einem Abschnitt davon eingesetztem Formelement und

4 eine schematische Ansicht eines Profils mit darin abschnittsweise eingesetztem Formelement zwischen zwei zusätzlichen Verbindungselementen.

In der 1 ist im unteren Teil ein Metallprofil MP in einer Seitenansicht dargestellt, das beispielsweise einen U-förmigen Querschnitt aufweisen kann, der nach oben offen ist. Das Metallprofil MP schließt einen lang gestreckten Hohlraum HR ein, der von einem Ende des Metallprofils MP bis zu dessen anderem Ende reicht.

Oberhalb des Metallprofils MP ist in 1 ein Metallschaum-Formteil F1 dargestellt, das im Rahmen eines der Verfahren hergestellt sein kann, wie sie in den oben zitierten Druckschriften angegeben sind.

In der 2 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem sich ein Formteil F2 über eine gesamte Länge des Metallprofils MP erstreckt. Im Rahmen eines Pressverfahrens kann das Formteil F2 in das Metallprofil MP eingebracht werden, wodurch sich dessen Belastbarkeit und Steifigkeit erhöht. Dies ist insbesondere von Bedeutung in Fällen, bei denen das Metallprofil MP bereits vorab in eine Baustruktur wie diejenige eines Wagenkastens für ein Schienenfahrzeug eingebaut wurde. Wenn sich im Nachhinein herausstellt, dass das Metallprofil MP insgesamt mit einer erhöhten Steifigkeit versehen werden muss, kann auf mechanische Art und Weise das Formteil F2 in das Metallprofil MP eingesetzt werden.

In 3 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem ein Formteil F3 in seiner Länge lediglich einen Abschnitt des Metallprofils MP überdeckt. Im Wege des Einpressens wird das Formteil F3 im gezeigten Beispiel in einen mittleren Bereich des Metallprofils MP eingesetzt. Die Richtung einer Krafteinwirkung des Einpressvorgangs ist mit einem Pfeil F angegeben.

In dem anhand der 4 vorgestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist ein Metallprofil MP bereits zwei an den Enden des Metallprofils MP angeordnete Verbindungselemente V1, V2 zu angrenzenden Profilen auf, wobei im ursprünglichen Einbauzustand ein Hohlraum HR zwischen den beiden Verbindungselementen V1, V2 zunächst frei bleibt. Zur Entlastung der Verbindungselemente V1, V2 bzw. zur Erhöhung einer Steifigkeit eines Zwischenbereichs zwischen den Verbindungselementen V1, V2 wird ein Metallschaum-Formteil F4 passend zwischen die beiden Verbindungselemente V1, V2 gesetzt. Dies geschieht, wie bereits oben beschrieben, im Rahmen eines Einpressvorgangs.

In einfachen Fällen, wenn beispielsweise der mit einem Formelement zu versehende Abschnitt des Metallprofils MP klein ist, kann auch auf manuelle Art und Weise, beispielsweise mit Hilfe eines Hammers ein geeignet bemessenes Formelement in das Metallprofil MP eingesetzt werden.


Anspruch[de]
Verfahren zur wenigstens abschnittsweisen Erhöhung der Steifigkeit eines wenigstens einen von außen zugänglichen Hohlraum (HR) aufweisenden Bauteils, mit dem Schritt:

Einbringen eines Formteils (F1, ..., F4), dessen Abmessungen an den Hohlraum (HR) angepasst werden, in den Hohlraum (HR) auf mechanischem Wege.
Verfahren nach Anspruch 1,

bei dem

als das Bauteil ein Metallprofil (MP) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für das Formteil (F1, ..., F4) ein Schaum-Formteil verwendet wird. Verfahren nach Anspruch 3,

bei dem

für das Schaum-Formteil ein Metallschaum-Formteil verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 3,

bei dem

für das Schaum-Formteil ein Kunststoffschaum-Formteil verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

bei dem

das Formteil (F1, ..., F4) in den Hohlraum (HR) eingepresst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

bei dem

das Formteil (F1, ..., F4) mit Hilfe eines Handwerkzeugs in den Hohlraum (HR) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

bei dem

das Formteil (F1, ..., F4) zur Ausbildung eines Steges in dem Hohlraum (HR) bemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem als das Bauteil ein Strangpressprofil und ein Formteil (F1, ..., F4) verwendet wird, dessen Abmessungen an einen vorgegebenen Abschnitt des Strangpressprofils angepasst werden. Bauteil mit wenigsten einem von außen zugänglichen Hohlraum (HR), dadurch gekennzeichnet, dass in dem Hohlraum (HR) ein zur Erhöhung der Steifigkeit des Bauteils bemessenes Formteil (F1, ..., F4) auf mechanischem Wege eingebracht ist. Bauteil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil als Metallprofil (MP) vorliegt. Bauteil nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (F1, ..., F4) als Schaum-Formteil vorliegt. Bauteil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaum-Formteil als Metallschaum-Formteil vorliegt. Bauteil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaum-Formteil als Kunststoffschaum-Formteil vorliegt. Bauteil nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (F1, ..., F4) zur Ausbildung eines Steges in dem Hohlraum (HR) bemessen ist. Bauteil nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil als Strangpressprofil vorliegt und das Formteil (F1, ..., F4) hinsichtlich seiner Abmessungen an einen vorgegebenen Abschnitt des Strangpressprofils angepasst ist.






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