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Die
Erfindung betrifft eine Befestigungsanordnung eines Verbindungselements
an einem an einer Karosserie eines Kraftwagens zu befestigenden Magnesiumbauteil.
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Aus
der
DE 92 07 011 U1 ist
bereits ein als Domstrebe ausgebildetes Rahmenelement als bekannt
zu entnehmen, über
welche zwei einander am jeweiligen Ende des Kraftwagens zugeordnete
Federbeindome zur Aufnahme von Feder-Dämpfer-Elementen miteinander
zu verbinden sind. Das Rahmenelement bzw. die Domstrebe kann dabei
sowohl in einem Innenbereich – beispielsweise
der Fahrgastzelle oder dem Kofferraum – wie auch in einem Außenbereich – beispielsweise
im Motorraum – des Kraftwagens
angeordnet sein. Dabei dient das als separates Bauteil ausgebildete
Rahmenelement zur Aussteifung der Kraftwagenkarosserie, um die insbesondere
im Fahrbetrieb über
die Feder-Dämpfer-Elemente
in die Federbeindome eingeleiteten Fahrwerkskräfte auf verbesserte Weise aufnehmen
zu können.
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Als
nachteilig bei derartigen Rahmenelementen ist jedoch der Umstand
anzusehen, dass diese zur Vermeidung von Kontaktkorrosionen im Bereich
ihrer gegenseitigen Befestigungsstelle üblicherweise aus demselben
Stahlwerkstoff hergestellt sind wie die Federbeindome. Demgemäß weisen
die heute bekannten Rahmenelemente ein relativ hohes Gewicht auf,
insbesondere vor dem Hintergrund der Tatsache, dass zur Aussteifung
der Kraftwagenkarosserie bzw. zur Aufnahme der über die Federbeindome eingeleiteten
Fahrwerkskräfte
eine entsprechend massive Ausgestaltung der Rahmenelemente erforderlich
ist.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Befestigungsanordnung
zu schaffen, mit welcher leichtere Bauteile auf zuverlässige Weise
an der Karosserie des Kraftwagens festgelegt werden können.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Befestigungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und
nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Um
gegenüber
konventionellen Bauteilen, beispielsweise aus einem Stahlwerkstoff,
gewichtsgünstigere
Magnesiumbauteile an der Kraftwagenkarosserie festlegen zu können, ist
es bei der erfindungsgemäßen Befestigungsanordnung
vorgesehen, an dem Magnesiumbauteil ein aus einem demgegenüber unterschiedlichen
Metallwerkstoff – beispielsweise
einem Stahlwerkstoff – hergestelltes
Verbindungselement festzulegen, wobei zumindest die Befestigungsstelle
zwischen dem Verbindungselement und dem Magnesiumbauteil mittels
einer Beschichtung, eines Lacks, eines Überzugs oder dergleichen, gegen
Korrosion geschützt
ist. Mit anderen Worten ist bei der erfindungsgemäßen Befestigungsanordnung
also vorgesehen, ein Verbindungselement mit entsprechend günstigen
Materialeigenschaften an dem Magnesiumbauteil festzulegen, so dass
dieses über
das Verbindungselement mit der Karosserie des Kraftwagens verbunden
werden kann. Somit kann erfindungsgemäß ein Verbindungselement beispielsweise
aus einem Stahlwerkstoff verwendet werden, welches kostengünstig hergestellt
werden kann und eine einfache Verbindungsmöglichkeit – beispielsweise in Form einer
Gewindemutter – mit
der Karosserie des Kraftwagens bereitstellt.
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Ein
wesentlicher Kern der Erfindung ist jedoch darin zu erachten, dass
nunmehr ein Verbindungselement und ein Magnesiumbauteil aus unterschiedlichen
Werkstoffen verwendet wird, um einerseits die Vorteile eines beispielsweise
aus einem Stahlwerkstoff hergestellten Verbindungselement mit den
Vorteilen des Magnesiumbauteils – beispielsweise das äußerst günstige Gewicht
und die einfache und kostengünstige
Gestaltung des Bauteils insgesamt – kombiniert werden können. Die
bislang bekannten Nachteile einer derartigen Materialpaarung, dass
nämlich
im Bereich der Befestigungsstelle zwischen dem Verbindungselement
und dem Magnesiumbauteil eine erhöhte Gefahr von Korrosion vorhanden
ist, kann auf einfache und kostengünstige Weise dadurch vermieden
werden, dass zumindest die Befestigungsstelle mittels einer Beschichtung,
eines Lacks, eines Überzugs
oder dergleichen gegen Korrosion geschützt wird. Mit anderen Worten
wird durch die Beschichtung, den Lack, den Überzug oder dergleichen der
Eintritt eines Korrosionselektrolyten – insbesondere Feuchtigkeit
bzw. Wasser – in
dem Bereich der Befestigungsstelle zwischen dem Verbindungselement
und dem Magnesiumbauteil auf einfache und kostengünstige Weise
vermieden.
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Im
Ergebnis ist somit ein Magnesiumbauteil geschaffen, welches sehr
kostengünstig
und bedarfsgerecht gestaltet und dennoch äußerst zuverlässig und
ohne Gefahr von Korrosion an der Karosserie des Kraftwagens festgelegt
werden kann. Das Magnesiumbauteil selbst kann beispielsweise als
fertigungstechnisch einfach herstellbares Magnesium-Gussbauteil
oder als aus Magnesiumblechen zusammengesetztes Gebilde gestaltet
sein. Andere dem Fachmann geläufige
Ausgestaltungen des Magnesiumbauteils wären ebenfalls denkbar.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat sich eine besonders günstige Anordnung
des Verbindungselements an dem Magnesiumbauteil durch einen Form-
und/oder Kraftschluss realisieren lassen. Ein derartiger Form- und/oder Kraftschluss
zeichnet sich dabei insbesondere durch seine fertigungstechnische
Einfachheit und seine kostengünstige
Fertigung aus.
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Als
weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn zumindest die Befestigungsstelle
zwischen dem Verbindungselement und dem Magnesiumbauteil mittels
eines kathodischen Tauchlacks geschützt ist. Ein derartiger Tauchlack
zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die gesamte Befestigungsstelle
zwischen dem Verbindungselement und dem Magnesiumbauteil zuverlässig mit
Lack überzogen wird.
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Als
weiter vorteilhaft hat es sich darüber hinaus gezeigt, wenn die
Befestigungsstelle zwischen dem Verbindungselement und dem Magnesiumbauteil
mittels einer Pulverbeschichtung geschützt ist. Eine derartige Pulverbeschichtung
zeichnet sich aufgrund ihrer relativ großen Schichtdicke insbesondere dadurch
aus, dass sie besonders resistent gegen Beschädigungen wie Kratzer oder dergleichen
ist.
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Als
insbesondere vorteilhaft hat sich dabei die Kombination einer Tauchlackierung
und einer Pulverbeschichtung zumindest der Befestigungsstelle zwischen
dem Verbindungselement und dem Magnesiumbauteil gezeigt, da mittels
des Tauchlacks zunächst
ein zuverlässiger Überzug der
gesamten Befestigungsstelle und anschließend mittels der Pulverbeschichtung
eine hinreichende Schichtdicke der Beschichtung realisiert werden
kann.
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Eine
besonders zuverlässige
und einfache form- und kraftschlüssige
Befestigung des Verbindungselements an dem Magnesiumbauteil kann
mittels von Einpresselementen geschaffen werden, welche in eine Öffnung des
Magnesiumbauteils eingesteckt und nach dem Einstecken in einen die Öffnung begrenzenden
Wandbereich eingepresst sind.
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Eine
gegen Korrosion besonders beständige Befestigungsanordnung
des Verbindungselements kann geschaffen werden, indem diese vor
der Befestigung an dem Magnesiumbauteil mit einer Beschichtung,
einem Lack, einem Überzug
oder dergleichen versehen wird. Mit anderem Wort ist durch die Beschichtung,
den Lack, den Überzug
oder dergleichen des Verbindungselements eine zusätzliche
Sicherung vorhanden, mit der eine Korrosion zwischen dem Verbindungselement
und dem Magnesiumbauteil zu vermeiden ist.
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Zur
Festlegung des Magnesiumbauteils an der Karosserie des Kraftwagens
hat sich insbesondere ein weiteres Verbindungselement in Form einer Schraube
als vorteilhaft gezeigt, welche aus dem gleichen Metallwerkstoff
hergestellt ist wie das auf Seiten des Magnesiumbauteils verwendete
Verbindungselement. Somit ist auf besonders zuverlässige Weise
sichergestellt, dass zwischen den korrespondierenden Verbindungselementen
auf Seiten des Magnesiumbauteils bzw. der Karosserie des Kraftwagens
keine Korrosion entstehen kann.
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Um
auf noch zuverlässigere
Weise eine Korrosion zwischen den beiden Verbindungselementen vermeiden
zu können,
hat es sich in weiterer Ausgestaltung der Erfindung als weiterhin
vorteilhaft gezeigt, wenn auch das weitere Verbindungselement – beispielsweise
die Schraube – mit
einer werksseitigen Beschichtung, einem Lack, einem Überzug oder dergleichen
versehen ist.
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Schließlich kann
eine besonderes korrosionsbeständige
Befestigung des Magnesiumbauteils an der Karosserie des Kraftwagens
erreicht werden, indem das weitere Verbindungselement durch ein Hülsenelement
hindurch gesteckt ist, welches an dem Anschlussbauteil befestigt
ist und an welchem das Magnesiumbauteil mittels des Verbindungselements
festgelegt ist.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
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1 eine
schematische Perspektivansicht auf eine ausschnittsweise dargestellte
Heckstruktur einer Kraftwagenkarosserie, welcher im Wesentlichen
seitlich eines im Bereich der Heckstruktur angeordneten, nicht dargestellten
Motors des Kraftwagens in zwei Längsträgerebenen
verlaufende Längsträger umfasst,
welche jeweils einander zugehörig über seitliche
Stützträger miteinander
verbunden sind, wobei die aus den jeweils seitlich einander zugeordneten
Längsträgern und
Stützträgern gebildeten
seitlichen Längsträgeranordnungen über ein
Magnesiumbauteil in Form eines Rahmenelements bei Aussteifung der
Kraftwagenkarosserie miteinander verbunden sind;
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2 eine
ausschnittsweise Perspektivansicht auf die Befestigung des als Magnesiumbauteil ausgebildeten
Rahmenelements an einem der beiden Stützträger der jeweiligen Längsträgeranordnung;
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3 eine
schematische Schnittansicht entlang einer vertikal und in Fahrzeugquerrichtung
verlaufenden Schnittebene durch die untere der beiden in 2 dargestellten
Verbindungsstellen zwischen dem Magnesiumbauteil und dem Stützträger der
zugehörigen
Längsträgeranordnung;
und in
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4 eine
schematische Schnittansicht der Befestigungsanordnung eines als
Einpressmutter ausgebildeten Verbindungselements an dem Magnesiumbauteil,
welche mit der in 3 dargestellten stützträgerseitigen
Schraube zur Verbindung des Magnesiumbauteils mit der Karosserie
des Kraftwagens einschraubbar ist.
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In 1 ist
in einer schematischen Perspektivansicht ausschnittsweise eine Heckstruktur 10 einer
Karosserie 12 eines Kraftwagens dargestellt. Im vorliegenden
Ausführungsbeispiel
ist dabei ein nicht dargestellter Motor des Kraftwagens im Bereich
der Heckstruktur 10 angeordnet. Zwei seitliche Längsträgeranordnungen 14 der
Heckstruktur 10, welche außenseitig des nicht dargestellten
Motors des Kraftwagens in Fahrzeuglängsrichtung verlaufen, umfassen jeweils
in einer unteren Längsträgerebene 16 verlaufende
seitliche Längsträger 18 sowie
in einer oberen Längsträgerebene 20 verlau fende
obere Längsträger 22,
welche vorliegend mehrteilig aus Trägerprofilen und Knotenelementen
zusammengefügt
sind. Die einander seitlich zugeordneten jeweiligen unteren und
oberen Längsträger 18, 22 jeder
der beiden seitlichen Längsträgeranordnungen 14 sind über jeweilige
Stützträger 24, 26 miteinander
verbunden, welche in Fahrzeughochrichtung verlaufen. Dabei sind
die Stützträger 24, 26 ebenfalls
aus Profilträgern
gebildet, welche über
Knotenelemente mit den zugehörigen
oberen und unteren Längsträgern 18, 22 verbunden
sind. Die beiden unteren Längsträger 18 sind über zwei
in Fahrzeugquerrichtung verlaufende Querträger 28, 30 ebenfalls – unter
Vermittlung von jeweiligen Knotenelementen – miteinander verbunden. Im
Bereich der unteren Längsträger 18 sind
darüber
hinaus Konsolen 32 erkennbar, an welchen der nicht gezeigte
Motor gegenüber
den beiden Längsträgeranordnungen 14 festgelegt
werden kann.
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Insgesamt
ist somit aus 1 erkennbar, dass die Heckstruktur 10 jeweils
untere und obere Längsträger 18, 22 umfassende
Längsträgeranordnungen 14 aufweist,
welche über
die beiden Querträger 28, 30 zu
einem – in
Fahrzeugquerrichtung betrachtet – im Wesentlichen U-förmigen Rahmenwerk zusammengefügt sind.
Um eine hinreichende Aussteifung der Karosserie 12 erreichen
zu können,
ist auf einer Höhe
zwischen der unteren und der oberen Längsträgerebene 16, 20 ein
Magnesium-Gussbauteil in Form eines im Wesentlichen H-förmigen Rahmenelements 34 vorgesehen.
Dieses Rahmenelement 34 erstreckt sich vorliegend sowohl
in Fahrzeugquerrichtung wie auch in Fahrzeuglängsrichtung im Wesentlichen
horizontal. Die Verbindung des Rahmenelements 34 mit den
tragenden Karosserieteilen der Heckstruktur 10 wird dabei
insbesondere auf den weiteren Figuren erkennbar.
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Hierzu
ist in 2 in einer schematischen Perspektivansicht ausschnittsweise
die Verbindung des – in
Fahrzeuglängsrichtung
betrachtet – vorderen rechte
Endes des Rahmenelementes 34 an dem zugehörigen Stützträger 24 dargestellt.
Dabei ist erkennbar, dass von dem Ende 36 des Rahmenelements 34 nach
oben und nach unten hin jeweils ein im Querschnitt U-förmiger Halteflansch 38, 40 absteht.
Beide Halteflansche 38, 40 sind dabei einteilig an
das Magnesiumbauteil 34 angeformt.
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In
Zusammenschau mit 3 ist dabei insbesondere die
untere Verbindungsstelle des unteren Halteflansches 40 des
Rahmenelements 34 mit dem zugehörigen Stützträger 24 in einer Schnittansicht entlang
einer vertikal und in Fahrzeugquerrichtung verlaufenden Schnittebene
erkennbar. Hierbei ist insbesondere ersichtlich, dass an dem Rahmenelement 34 ein
Verbindungselement 42 in Form einer Einpressmutter befestigt
angeordnet ist, welches in Zusammenschau mit 4 im Weiteren
noch näher
erläutert
wird. Innerhalb des Stützträgers 24 ist
ein Hülsenelement 44 festgelegt,
welches sich auf der dem Rahmenelement 34 zugewandten Breitseite
des Stützträgers 24 mit
einem Hülsenkopf 46 abstützt. Das
Hülsenelement 44 ist
vorliegend aus einer Aluminium-Legierung gestaltet und auf nicht
näher dargestellte
Weise – beispielsweise
durch eine Kleb- oder Schweißverbindung – an dem
Stützträger 24 festgelegt.
Durch das Hülsenelement 44 ist
ein weiteres Verbindungselement in Form einer Schraube 48 hindurch
gesteckt, welche mit dem als Einpressmutter ausgebildeten Verbindungselement 42 auf
Seiten des Rahmenelements 34 verschraubt ist. Dass sich das
Hülsenelement 44 über die
gesamte Breite des Stützträgers 24 erstreckt,
ist eine besonders lange Klemmlänge
gegeben. Hierdurch können
auf besonders vorteilhafte Weise temperaturbedingte Setzvorgänge des
als Magnesium-Gussbauteil ausgebildeten Rahmenelements 34 bzw.
insbesondere von dessen Halteflansch 40 ausgeglichen werden,
so dass stets eine optimale Verbindung zwischen Rahmenelement 34 und
der Karosserie des Kraftwagens gegeben ist. Außerdem ist aus 2 erkennbar,
dass zwischen dem Halteflansch 40, an welchem sich innenseitig
das als Einpressmutter gestaltete Verbindungselement 42 abstützt, und
dem Hülsenkopf 46 des
am Stützträger 24 befestigten
Hülsenelements 44 eine Unterlegscheibe 50 angeordnet
ist, welche vorliegend aus einer Aluminium-Legierung hergestellt
ist und dem Toleranzausgleich dient.
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Beide
Verbindungselemente 42, 48 – also sowohl die Schraube
wie auch die Einpressmutter – sind
im vorliegenden Ausführungsbeispiel
mit einer werksseitigen Beschichtung versehen, welche bereits vor
der Verbindung mit dem Rahmenelement 34 bzw. dem Stützträger 34 aufgebracht
worden ist. Da das vorliegend verwendete Rahmenelement 34 als Magnesium-Druckgussbauteil
ausgebildet ist, ist die Beschichtung entsprechend mit Magnesium
besonders gut verträglich.
Da das Hülsenelement 44 aus einem
Aluminiumwerkstoff hergestellt ist, kann darüber hinaus zwischen der Schraube 48 und
dem Hülsenelement 44 keine
Korrosion entstehen.
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In 4 ist
schließlich
die Befestigungsanordnung des als Einpressmutter ausgebildeten Verbindungselements 42 an
dem Halteflansch 40 des als Magnesium-Druckgussbauteil
hergestellten Rahmenelements 34 in einer Schnittansicht
gemäß 3 vergrößert dargestellt.
Die aus 3 erkennba ren weiteren Teile,
insbesondere die Schraube 48 und die Unterlegscheibe 50,
sind dabei der besseren Übersichtlichkeit
halber nicht dargestellt. Aus 4 ist erkennbar,
dass das Verbindungselement 42 mit einer Mehrzahl von meiselartigen
Einpresselementen 52 in eine Öffnung 54 des Halteflansches 40 des Rahmenelements 34 eingesteckt
ist. Nach dem Einstecken und flächigen
Auflegen des Verbindungselements 42 an der Breitseite des
Halteflansches 40 werden die Einpresselemente 52 aus
ihrer mit ausgezogenen Linien dargestellten Position in einen jeweiligen,
die Öffnung 54 begrenzenden
Wandbereich 56 des Rahmenelements 34 – wie mit
den gestrichelten Linien 58 angedeutet – eingepresst. Hierdurch wird eine
form- und kraftschlüssige
Befestigungsanordnung der Einpressmutter 42 am Rahmenelement 34 erreicht.
Da jedoch insbesondere durch diesen Einpressvorgang die bereits
werkseitig vorhandene Beschichtung des Verbindungselements 42 bzw.
von deren Einpresselementen 52 beschädigt sein kann, ist theoretisch
eine Gefahr von Korrosion zwischen dem aus einem Stahlwerkstoff
hergestellten Verbindungselement 42 und dem aus Magnesium-Druckguss
hergestellten Rahmenelement 34 im Bereich von deren gegenseitiger
Befestigungsstelle 60 gegeben.
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Um
diese Gefahr von Korrosion zwischen dem Verbindungselement 42 und
dem Rahmenelement 34 im Bereich ihrer gegenseitigen Befestigungsstelle 60 zu
eliminieren, wird zumindest die Befestigungsstelle 60 zwischen
dem Verbindungselement 42 und dem Rahmenelement 34 mittels
einer gestrichelt angedeuteten Beschichtung 62, eines Lacks,
eines Überzugs
oder dergleichen gegen Korrosion geschützt. Mit anderen Worten ist
dabei die Beschichtung 62, der Lack, der Überzug oder
dergleichen zumindest so um die Befestigungsstelle 60 des Verbindungselements 42 am
Rahmenelement 34 angeordnet, dass kein Korrosionselektrolyt – insbesondere
Wasser – eindringen
kann. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist somit insbesondere darauf zu achten, dass die Beschichtung 62 so
angeordnet ist, dass zwischen den Einpresselementen 52 und der Öffnung 54 kein
Wasser eintreten kann. Darüber hinaus
ist darauf zu achten, dass zwischen der Breitseite des Halteflansches 40 und
der daran umlaufend anliegenden Einpressmutter 42 ebenfalls
kein Wasser eintreten kann.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
wird nach dem Einpressen des Verbindungselements 42 zumindest
die Befestigungsstelle zwischen dem Rahmenelement 34 und
dem Verbindungselement 42 durch einen kathodischen Tauchlack
geschützt. Ein
derartiger Tauchlack zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass
er äußerst zuverlässig sämtliche erwünschten
Stellen überzieht,
so dass ein äußert zuverlässiger Schutz
der Befestigungsstelle 60 gegeben ist. Im Anschluss an
die kathodische Tauchlackierung wird zumindest die Befestigungsstelle 60 zwischen
dem Verbindungselement 42 und dem Rahmenelement 34 darüber hinaus
mit Pulver beschichtet, um die Beschichtung 62 zu erhalten.
Eine derartige Pulverbeschichtung zeichnet sich insbesondere durch
ihre Zähflüssigkeit
und ihre relativ große
Schichtdicke aus, so dass insgesamt eine äußerst widerstandsfähige und
robuste Beschichtung 62 erzielt wird. Durch die aufeinander
folgende kathodische Tauchlackierung und die anschließende Pulverbeschichtung
wird somit einerseits eine zuverlässige Abschirmung der Befestigungsstelle 60 und
andererseits eine hinreichende Schichtdicke gegen Beschädigungen
erreicht.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
wird das mit den eingepressten Verbindungselementen 42 versehene
Rahmenelement 34 vollständig
kathodisch tauchlackiert und anschließend mit der Pulverbeschichtung
versehen. Nach der Befestigung an der Karosserie des Kraftwagens
ist dabei sichergestellt, dass im Bereich der Befestigungsstellen 60 kein
Korrosionselektrolyt zwischen dem Rahmenelement 34 und
dem Verbindungselement 42 eindringen kann. Dies ist – wie im
vorliegenden Fall – insbesondere dann
von hoher Bedeutung, wenn die Befestigungsanordnung des Verbindungselements 42 an
dem Rahmenelement 34 in einem Außen- bzw. Nassbereich angeordnet
ist, welche beispielsweise mit Spritzwasser oder dergleichen Feuchtigkeit
beaufschlagt werden kann.