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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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Aus der
JP 2003 253 480 A ist bereits eine Befestigungsanordnung eines als Schraubbolzen mit zugehöriger Schraubmutter ausgebildeten Verbindungselements an einem an einer Karosserie eines Kraftwagens zu befestigenden Magnesiumbauteil einer Seitentür bekannt. Das Befestigungselement in Form des Schraubbolzens mit der Schraubmutter dient dabei zum Verschrauben einer Scharnierhälfte mit der Tür. Um im Bereich der Befestigungsstelle einen besseren Schutz gegen Korrosion zu erreichen, wird nach Anziehen der Schraubverbindung eine Beschichtung auf die gesamte Oberfläche im Bereich der Befestigungsstelle durch eine kathodische Tauchlackierung – nach einer Konversionsschicht – aufgetragen. Bereits vor dem Zusammenbauen wird darüber hinaus das Magnesiumbauteil mit einer Pulverbeschichtung versehen.
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Als problematisch bei dieser Befestigungsanordnung ist jedoch der Umstand anzusehen, dass der Schraubbolzen in einem Bereich mit dem Magnesiumbauteil in Kontakt kommt, welcher beidseitig von jeweiligen Bauteilen umgeben ist.
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Des Weiteren ist aus der
JP 2006 077 943 A eine Befestigungsanordnung zu entnehmen, bei welcher ein Verbindungselement in Form einer Schraube in eine Aufnahmeöffnung eines Magnesiumbauteils eingesetzt ist, welche eine Beschichtung aus Harz aufweist. Allerdings ist es bei derartigen Beschichtungen stets problematisch, dass diese beim Einbringen des Verbindungselements bzw. der Schraube beschädigt werden können.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Befestigungsanordnung zu schaffen, mit welcher eine Korrosion zwischen dem Verbindungselement und dem Magnesiumbauteil besonders zuverlässig zu vermeiden ist.
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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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Um dabei eine gegen Korrosion besonders beständige Befestigungsanordnung zu schaffen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Verbindungselement 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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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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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 Stutzträgern 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 verlaufende 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 erkennbaren 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. Mach 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.
