DE10153712C1 - Leichtbauteil - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Leichtbauteil, insbesondere ein Karosserieteil, das Stahlblech und Leichtmetall umfasst. DOLLAR A Um die Herstellbarkeit sowie die Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften zu verbessern, ist das Stahlblech (6 bis 8) dünnwandig ausgebildet, hat insbesondere eine Dicke von weniger als 2 mm und weist mindestens eine freie Fläche auf, die lokal mit einer gegossenen oder gesinterten Verstärkungsstruktur (15) aus Leichtmetall versehen ist.
Description
Die Erfindung betrifft ein Leichtbauteil, insbeson
dere ein Karosserieteil, das Stahlblech und Leicht
metall umfasst.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 41 03 036 A1
ist ein gegossenes Fahrzeugaufbauteil aus einer
Leichtmetalllegierung mit einer angegossenen oder
eingegossenen Stahlblechstruktur bekannt. Die
Stahlblechstruktur bildet entweder die Fahrzeugau
ßenhaut oder einen Flansch für die Verbindung mit
einem weiteren Fahrzeugteil. Bei dem bekannten
Fahrzeugaufbauteil ist die Stahlblechstruktur voll
flächig mit der Leichtmetalllegierung verbunden. Es
ist möglich, gezielt Hohlräume in dem Fahrzeugauf
bauteil vorzusehen. Die DE 41 03 036 A1 lehrt, sol
che Hohlräume durch die eingegossene Stahlblech
struktur zu verstärken. Das Eingießen der Stahl
blechstruktur hat sich in der Praxis als schwierig
erwiesen.
Aus der europäischen Patentschrift EP 0 370 342 B1
ist ein Leichtbauteil aus einem schalenförmigen
Grundkörper bekannt, dessen Innenraum Verstärkungs
rippen aufweist. Die Verstärkungsrippen bestehen
aus angespritztem Kunststoff und sind an diskreten
Verbindungsstellen über Durchbrüche mit dem Grund
körper verbunden. Der Kunststoff reicht durch die
Durchbrüche in dem Grundkörper hindurch und über
die Flächen der Durchbrüche hinaus. Durch die Wahl
der Materialkombination sind der Leistungsfähigkeit
(besonders unter Berücksichtigung der Temperaturab
hängigkeit) des Kunststoffes strukturelle Grenzen
gesetzt. Kunststoff neigt bei extremen Belastungen
zum Bröckeln.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Leichtbau
teil zu schaffen, das einfacher herstellbar ist mit
einer über ein weites Einsatzfeld hohen, struktu
rellen Leistungsfähigkeit, insbesondere auch bei
hohen Temperaturen.
Die Aufgabe wird durch ein Leichtbauteil gelöst,
das die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist. Im
Unterschied zu dem aus der DE 41 03 036 A1 bekann
ten Leichtbauteil ist das dünnwandige Stahlblech
gemäß der vorliegenden Erfindung nicht vollflächig
mit dem Leichtmetall verbunden, sondern nur lokal
mit einer Verstärkungsstruktur aus Leichtmetall.
Dabei bedeutet "lokal", dass das Stahlblech nur
dort verstärkt wird, wo im eingebauten Zustand des
Leichtbauteils hohe Belastungen in der Regel durch
lokales Ausbeulen auftreten. Durch den Begriff
"Verstärkungsstruktur" soll zum Ausdruck gebracht
werden, dass auch in einem verstärkten Bereich des
Stahlblechs noch freie Flächen vorhanden sind. Die
Verstärkungsstruktur kann zum Beispiel rippenförmig
oder wabenförmig ausgebildet sein und führt, gegen
über der aus der DE 41 03 036 A1 bekannten vollflä
chigen Aufbringung des Leichtmetalls auf das Stahl
blech, zu einer erheblichen Materialeinsparung und
somit zu einem geringeren Gewicht des Leichtbau
teils. Die Verwendung von Leichtmetall als Verstär
kungsstruktur liefert, gegenüber den aus der EP 0 370 342 B1
bekannten Kunststoffrippen, deutlich
bessere Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften.
Darüber hinaus hat sich im Rahmen der vorliegenden
Erfindung überraschenderweise herausgestellt, dass
bei der Verwendung von Leichtmetall als
Verstärkungsstruktur auf fertigungstechnisch
aufwendige und optisch auffällige Durchbrüche in
dem Stahlblech verzichtet werden kann.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Leichtbau
teils ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verstär
kungsstruktur mindestens eine lokale Verdickung um
fasst, die an einer stark belasteten Stelle des
Stahlblechs angeordnet ist. Durch eine solche, zum
Beispiel rippenförmige, Verdickung kann ein Ausbeu
len des Stahlblechs unter Belastung vermieden wer
den. Die Tatsache, dass die Verdickung sich nicht
über die gesamte Oberfläche des Stahlblechs er
streckt, sondern lokal begrenzt ist, wirkt sich po
sitiv auf das Gewicht des Leichtbauteils aus, ohne
dass dessen Festigkeit oder Steifigkeit beeinträch
tigt wird.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des
Leichtbauteils ist dadurch gekennzeichnet, dass die
Verstärkungsstruktur mehrere Rippen umfasst, die im
Wesentlichen senkrecht zu dem Stahlblech angeordnet
sind. Diese Rippenform hat sich bei im Rahmen der
vorliegenden Erfindung durchgeführten Untersuchun
gen sowohl im Hinblick auf die Stabilität als auch
unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten als be
sonders vorteilhaft erwiesen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des
Leichtbauteils ist dadurch gekennzeichnet, dass die
Rippen kreuzweise miteinander verbunden sind. Die
kreuzweise Anordnung der Rippen ermöglicht die Auf
nahme von Kräften aus verschiedenen Richtungen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des
Leichtbauteils ist dadurch gekennzeichnet, dass die
Verstärkungsstruktur nur auf einer Seite an das
Stahlblech angegossen oder in das Stahlblech einge
gossen ist. Dadurch wird gewährleistet, dass die
andere Seite des Stahlblechs durch die Verstär
kungsstruktur optisch nicht beeinträchtigt wird.
Insbesondere sind in dem Stahlblech keine Durchbrü
che vorgesehen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des
Leichtbauteils ist dadurch gekennzeichnet, dass die
Verstärkungsstruktur formschlüssig mit dem Stahl
blech verbunden ist. Durch den Formschluss wird ei
ne besonders stabile Verbindung zwischen dem Stahl
blech und der Verstärkungsstruktur gewährleistet.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des
Leichtbauteils ist dadurch gekennzeichnet, dass das
Stahlblech als länglicher Träger mit einem offenen,
insbesondere U-förmigen Querschnitt mit einer Basis
ausgebildet ist, von der zwei Schenkel ausgehen.
Der offene, insbesondere U-förmige Querschnitt
dient zur Aufnahme der Verstärkungsstruktur im In
neren des Trägers. Nach außen hin weist der Träger
eine durchgehende Oberfläche ohne Durchbrüche oder
Unterbrechungen auf.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des
Leichtbauteils ist dadurch gekennzeichnet, dass so
wohl die Basis als auch die beiden Schenkel des
Trägers mit der Verstärkungsstruktur verbunden
sind. Dadurch wird eine besonders stabile Verbin
dung zwischen der Verstärkungsstruktur und dem
Stahlblech gewährleistet. Die Verbindung zwischen
dem Stahlblech und der Verstärkungsstruktur wird
durch Angießen der Verstärkungsstruktur an das
Stahlblech geschaffen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des
Leichtbauteils ist dadurch gekennzeichnet, dass von
den beiden Schenkeln Laschen ausgehen, an welche
die Verstärkungsstruktur angegossen ist. Dadurch
wird ein Ablösen der Verstärkungsstruktur von den
beiden Schenkel im belasteten Zustand des Trägers
sicher verhindert. Die Laschen können auch komplett
in die Verstärkungsstruktur eingegossen sein.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des
Leichtbauteils ist dadurch gekennzeichnet, dass die
Verstärkungsstruktur mit Hilfe von Befestigungsmit
teln an den beiden Laschen befestigt ist. Durch die
zusätzlichen Befestigungsmittel kann die Stabilität
der Verbindung zwischen den Laschen und der Ver
stärkungsstruktur noch erhöht werden. Bei den Be
festigungsmitteln kann es sich um Nieten handeln,
die vor dem Gießen in das Stahlblech eingesetzt und
von der Verstärkungsstruktur umgossen werden. Statt
der Niete können auch Bolzen verwendet werden, die
an das Stahlblech angeschweißt werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des
Leichtbauteils ist dadurch gekennzeichnet, dass die
Verstärkungsstruktur mit Hilfe von Befestigungsmit
teln, wie Niete oder Bolzen, an der Basis des Trä
gers befestigt ist. Durch die zusätzlichen Befesti
gungsmittel an der Basis des Trägers kann die Sta
bilität der Verbindung zwischen dem Stahlblech und
der Verstärkungsstruktur noch erhöht werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des
Leichtbauteils ist dadurch gekennzeichnet, dass die
Verstärkungsstruktur durch in dem Stahlblech ausge
bildete Erhöhungen und/oder Vertiefungen, insbeson
dere Sicken, an dem Stahlblech gehalten ist. Da
durch wird eine besonders stabile mechanische Ver
ankerung der Verstärkungsstruktur an dem Stahlblech
gewährleistet, die zudem einfach herstellbar ist.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des
Leichtbauteils ist dadurch gekennzeichnet, dass der
längliche Träger an mindestens einem Ende, in der
Draufsicht betrachtet, T-förmig ausgebildet ist.
Das T-förmige Ende des Trägers schafft drei An
schlussstellen für weitere Teile.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des
Leichtbauteils ist dadurch gekennzeichnet, dass das
Stahlblech eine Dicke von weniger als 1 mm auf
weist. Bei im Rahmen der vorliegenden Erfindung
durchgeführten Untersuchungen hat sich herausge
stellt, dass die Verstärkungsstruktur aus Leichtme
tall auch bei einer Stahlblechdicke unter 1 mm noch
eine ausreichende Festigkeit und Steifigkeit lie
fert.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Er
findung ergeben sich aus der nachfolgenden Be
schreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeich
nung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen
beschrieben sind. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines T-
förmigen Leichtbauteils gemäß einer ers
ten Ausführungsform der Erfindung und
Fig. 2 die Ansicht eines Schnitts entlang der
Linie II-II in Fig. 1.
In Fig. 1 ist ein Knotenpunkt 1 aus der B-Säule
eines Kraftfahrzeuges dargestellt. In dem Knoten
punkt 1 ist ein länglicher Träger 2 mit einem wei
teren länglichen Träger 3 T-förmig verbunden. Die
Träger 2 und 3 sind einstückig miteinander verbun
den und weisen einen U-förmigen Querschnitt mit ei
ner Basis 6 auf, von der zwei Schenkel 7 und 8 aus
gehen. An den freien Enden der Schenkel 7 und 8
sind Laschen 11 und 12 abgewinkelt. Die Basis 6,
die Schenkel 7 und 8 sowie die Laschen 11 und 12
sind einstückig aus Stahlblech gebildet.
Zwischen den Schenkeln 7 und 8 ist eine Kreuzrip
penstruktur 15 aus Leichtmetall eingebettet, die
senkrecht zu der Basis 6 aus Stahlblech angeordnet
ist. In der in Fig. 2 dargestellten Schnittansicht
sieht man, dass die Laschen 11 und 12 in die Ver
stärkungsstruktur aus Leichtmetall eingegossen
sind. Das Stahlblech ist in Fig. 1 an Stellen, wo
es nicht sichtbar wäre, gestrichelt dargestellt.
Die beiden Enden des Trägers 2 sind unterschiedlich
ausgebildet. Das in Fig. 1 links angeordnete Ende
19 des Trägers 2 ist als Leichtmetallprofil ganz
aus Leichtmetall, ohne Stahlblech, gebildet. An ei
nem derart ausgebildeten Ende 19 können andere
Extrossionsprofile aus Leichtmetall angefügt wer
den.
Das in Fig. 1 rechte Ende 22 des Trägers 2 ist als
aus Leichtmetall gegossener Flansch mit zwei Durch
gangslöchern 23 und 24 zur Aufnahme von Befesti
gungselementen ausgebildet. An dem Flansch können
weitere Teile befestigt werden.
Ein Ende des Trägers 3 geht in den senkrecht dazu
angeordneten Träger 2 über. An dem freien Ende des
Trägers 3 ragt das U-förmige Stahlblechprofil aus
der Leichtmetallstruktur heraus. Das Stahlblech hat
eine Dicke von etwa 1 mm. An dem reinen Stahlblech
können weitere Profile aus Blech, zum Beispiel
durch Schweißen, befestigt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Leichtbauteil dient das
Leichtmetall zur Stabilisierung des dünnwandigen
Stahlblechs. Durch die lokale Verstärkung des
Stahlblechs mit Leichtmetall können deutlich gerin
gere Stahlblechdicken verwendet werden als bei her
kömmlichen Leichtbauteilen. Es wird nur da ver
stärkt, wo es aufgrund der im Betrieb auftretenden
Belastungen nötig ist.
Claims (14)
1. Leichtbauteil, insbesondere Karosserieteil, das
Stahlblech und Leichtmetall umfasst, dadurch ge
kennzeichnet, dass das Stahlblech (6 bis 8)
dünnwandig ausgebildet ist, insbesondere eine
Dicke von weniger als 2 mm hat, und mindestens eine
freie Fläche aufweist, die lokal mit einer gegosse
nen oder gesinterten Verstärkungsstruktur (15)
aus Leichtmetall versehen ist.
2. Leichtbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Verstärkungsstruktur (15)
mindestens eine lokale Verdickung umfasst, die an
einer stark belasteten Stelle des Stahlblechs ange
ordnet ist.
3. Leichtbauteil nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstär
kungsstruktur (15) mehrere Rippen umfasst, die
im Wesentlichen senkrecht zu dem Stahlblech ange
ordnet sind.
4. Leichtbauteil nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Rippen (15) kreuzweise mit
einander verbunden sind.
5. Leichtbauteil nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstär
kungsstruktur (15) nur auf einer Seite an das
Stahlblech angegossen oder in das Stahlblech einge
gossen ist.
6. Leichtbauteil nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstär
kungsstruktur (15) formschlüssig mit dem Stahl
blech verbunden ist.
7. Leichtbauteil nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahl
blech als länglicher Träger (2, 3) mit
einem offenen, insbesondere U-förmigen Querschnitt
mit einer Basis (6) ausgebildet ist, von der
zwei Schenkel (7, 8) ausgehen.
8. Leichtbauteil nach Anspruch 7, dadurch gekenn
zeichnet, dass sowohl die Basis (6) als auch die
beiden Schenkel (7, 8) des Trägers mit der
Verstärkungsstruktur verbunden sind.
9. Leichtbauteil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch
gekennzeichnet, dass von den beiden Schenkeln
(7, 8) Laschen (11, 12) ausgehen, an wel
che die Verstärkungsstruktur (15) angegossen
ist.
10. Leichtbauteil nach Anspruch 9, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Verstärkungsstruktur (15) mit
Hilfe von Befestigungsmitteln an den beiden Laschen
befestigt ist.
11. Leichtbauteil nach Anspruch 9 oder 10, dadurch
gekennzeichnet, dass die Verstärkungsstruktur
(15) mit Hilfe von Befestigungsmitteln an der
Basis des Trägers befestigt ist.
12. Leichtbauteil nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstär
kungsstruktur (15) durch in dem Stahlblech aus
gebildete Erhöhungen und/oder Vertiefungen, insbe
sondere Sicken, an dem Stahlblech gehalten ist.
13. Leichtbauteil nach einem der Ansprüche 8 bis
12, dadurch gekennzeichnet, dass der längliche Trä
ger (3) an mindestens einem Ende, in der Draufsicht
betrachtet, T-förmig ausgebildet ist.
14. Leichtbauteil nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahl
blech, zumindest bereichsweise, eine Dicke von we
niger als 1 mm aufweist.
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