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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Karosserieteils
eines Fahrzeugs, bei welchem ein Bolzen als Gradientenwerkstoff
aus zumindest zwei verschiedenen Werkstoffen ausgebildet wird.
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Gegenwärtig werden
beim Herstellen von Karosserieteilen durch ein Strangpressverfahren
homogene Strangpressbolzen eingesetzt. Diese bestehen somit lediglich
aus einem einzigen Werkstoff. Diese Strangpressbolzen werden auf
die Lösungstemperatur
erwärmt,
unter hohem Druck durch eine Strangpressmatrize gepresst und unmittelbar
im Anschluss bei Verwendung verschiedener Abkühlmethoden auf Raumtemperatur
abgeschreckt, um die jeweils erforderlichen Festigkeitseigenschaften
zu erhalten.
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Um
den steigenden Anforderungen im Karosseriebau im Bezug auf Kostenreduzierung
gerecht werden zu können,
kommen zunehmend höherfeste
Materialien zum Einsatz. Die gegenwärtig eingesetzten Karosserieprofile
besitzen jedoch hinsichtlich der gleichzeitigen Realisierung höherer Festigkeitsanforderungen
unter Kostenneutralität
bei gleichbleibender Crashperformance Machbarkeitsgrenzen. Beim
Stand der Technik muss somit zur Verstärkung eines bestimmten Bereichs
des Karosserieteils das gesamte Bauteil hinsichtlich der Werkstoffanforderungen
dieses betreffenden Bereichs ausgelegt werden. Nicht relevante Bereiche
werden damit überdimensioniert.
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Aus
der
EP 1 319 453 B1 ist
eine Vorrichtung und ein Verfahren zum in-situ Ausschäumen von Hohlprofilen
mit Metallschaum bekannt. Derartig hergestellte Bauteile können für Crashstrukturen
in der Kraftfahrzeugtechnik eingesetzt werden. Das Bauteil besteht
dabei aus einem Hohlprofil, welches aus Aluminium, Magnesium, Stahl
oder dergleichen ausgebildet sein kann. Dieses Hohlprofil wird mit
einem Rohmaterial, das aus einem bekannten, mittels kompaktieren
hergestellten Geschmisches aus Metallpulver und Treibmittelpulver
besteht. Dieses kompaktierte Rohmaterial kann gegebenenfalls auch einem Strangpressprozess
unterzogen werden. Im Nachgang zu diesem Kompaktieren und gegebenenfalls Strangpressen
wird das Rohmaterial in das Hohlprofil eingebracht und aufgeschäumt. Das
Aufschäumen erfolgt
durch einen Induktionsvorgang, beispielsweise mit einer Induktionsspule,
in die das Hohlprofil eingeführt
ist. Wie das dann letztendlich mit dem Rohmaterial ausgeschäumte Hohlprofil
zur Ausgestaltung einer Crashstruktur für ein Kraftfahrzeug weiterverarbeitet
wird, ist in dem Stand der Technik nicht genannt.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen,
mit dem die Herstellung eines Karosserieteils kostenreduziert und
anforderungsspezifischer durchgeführt werden kann.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren, welches die Merkmale nach Patentanspruch
1 aufweist, gelöst.
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Bei
einem erfindungsgemäßen Verfahren zum
Herstellen eines Karosserieteils eines Fahrzeugs wird zunächst ein
Bolzen als Gradientenwerkstoff aus zumindest zwei verschiedenen
Werkstoffen ausgebildet und für
die weitere Verarbeitung bereitgestellt. Nach dem Herstellen des
Bolzens wird das Karosserieteil durch Strangpressen des gesamten Bolzens
gefertigt. Durch diese Vorgehensweise kann den erhöhten Anforderungen
im Karosseriebau im Hinblick auf erhöhte Festigkeit der Karosserieteile Genüge getan
werden. Darüber
hinaus kann eine kostenreduzierte Fertigung erreicht werden und
die Herstellung des Karosserieteils bedarfsgerechter und anforderungsspezifischer
erfolgen.
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Bevorzugt
wird die Anordnung der Werkstoffe zueinander beim Herstellen des
Bolzens abhängig vom
zu fertigenden Karosserieteil durchgeführt. Bereits vor dem eigentlichen
Strangpressen wird somit im Hinblick auf das dann letztendlich zu
fertigende spezifische Karosserieteil die individuelle Positionierung
der Werkstoffe zueinander berücksichtigt
und der Bolzen entsprechend gefertigt. Auch dadurch kann die anforderungsspezifische
Herstellung eines Karosserieteils nochmals verbessert werden und
die situationsabhängig
bestmögliche
Fertigung des Karosserieteils ermöglicht werden.
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Bevorzugt
wird auch die Formgebung der Werkstoffe beim Herstellen des Bolzens
abhängig vom
zu letztendlich fertigenden Karosserieteil ausgebildet. Maße wie Länge, Breite
und Querschnitt können
damit individuell so dimen sioniert werden, dass sie für eine optimale
Fertigung des Karosserieteils beim Strangpressen bereits vorab beim
Herstellen des Bolzens erzeugt werden. Sowohl im Hinblick auf das
spezifisch benötigte
Karosserieteil als auch im Hinblick auf den Vorgang des Strangpressens
wird somit im Vorlauf zu diesem Verfahrensschritt die Ausgestaltung
des Bolzens optimiert, um ein bestmögliches Ergebnis beim Fertigen
des Karosserieteils erreichen zu können. Materialeinsparung, Kostenreduzierung
und präzise
lokale Ausgestaltung von erforderlichen Festigkeiten bei den jeweiligen
Teilbereichen des Karosserieteils können dadurch sehr exakt erreicht
werden. Das Ausbilden von überdimensionierten
Bereichen des Karosserieteils, wie es beim Stand der Technik mit
homogenen Strangpressbolzen ohne individualisierte Ausbildung von
diesem auftreten, können
dadurch verhindert werden.
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Besonders
bevorzugt wird der Bolzen so hergestellt, dass die zumindest beiden
Werkstoffe nach dem Herstellen des Bolzens eine im Vergleich zu
geschäumten
Metallwerkstoffen höhere
Festigkeit aufweisen. Der Bolzen ist somit im gesamten als Massivbauteil
ausgebildet. Er weist somit bevorzugterweise keinen Teilbereich
auf, welcher als metallisches Schaummaterial ausgebildet ist. Im
fertiggestellten Zustand ist der Bolzen somit bevorzugterweise vollständig schaumfrei
ausgebildet. Dadurch kann einerseits erhöhten Festigkeitsanforderungen
Genüge
getan werden und zum anderen Strangpressvorgänge optimiert und prinzipiell
erst ermöglicht
werden.
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Der
Bolzen wird bevorzugt so ausgebildet, dass im Querschnit zumindest
zwei Bereiche des ersten und zumindest zwei Bereiche des zweiten Werkstoffs
ausgebildet sind. Auch sehr komplexe Karosserieteile mit ein oder
mehreren Hohlkammern können
dadurch bedarfsgerecht hergestellt werden und beim Strangpressen
optimal ausgebildet werden.
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Es
kann vorgesehen sein, dass im Querschnitt des Bolzens Bereiche des
ersten Werkstoffs flächenmäßig im Wesentlichen
gleich den Bereichen des zweiten Werkstoffs ausgebildet werden.
Dies kann lediglich bereichsweise in Längsrichtung des Bolzens oder
aber über
die gesamte Länge
des Bolzens ausgebildet werden. Bevorzugt werden im Querschnitt
des Bolzens die Bereiche der Werkstoffe in Längsrichtung des Bolzens zumindest
bereichsweise symmetrisch ausgebildet. Spezifische Karosserieteile
können
beim nachfolgenden Strangpressen des gesamten Bolzens sehr präzise gefertigt werden,
insbesondere dann, wenn diese zumindest teilweise im Querschnitt
ebenfalls symmetrisch ausgebildet sein sollen.
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Bevorzugt
werden die Bereiche des Bolzens mit den verschiedenen Werkstoffen
beim Strangpressen zum Ausbilden spezifischer Teilbereiche und/oder
spezifischer Formgebungen des Karosserieteils individuell verformt.
Abhängig
vom gewünschten
zu erzeugenden Karosserieteil können
dann die jeweiligen Bereiche individuell und unabhängig von den
anderen Bereichen verformt werden. So kann auch vorgesehen sein,
dass zwei Bereiche des ersten Werkstoffs beim Strangpressen unabhängig voneinander
und verschieden verformt werden. Ebenso kann dies anstatt oder zusätzlich auch
mit Bereichen des zweiten Werkstoffs erfolgen.
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Bevorzugt
ist vorgesehen, dass die beiden Werkstoffe beim Herstellen des Bolzens
formschlüssig
miteinander verbunden werden. Es kann beispielsweise ein Verkleben
vorgesehen sein. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die beiden
Werkstoffe zum Herstellen des Bolzens koextrudiert werden. Die Ausgestaltung
des Bolzens als Gradientenwerkstoff aus zumindest zwei verschiedenen
Werkstoffen ist anzahlmäßig nicht
beschränkt.
Es können auch
mehr als zwei Werkstoffe miteinander verbunden werden, um einen
Bolzen als Gradientenwerkstoff auszubilden.
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Durch
die Verwendung von Gradientenwerkstoffen im Vormaterial zum nachfolgenden
Strangpressen und Herstellen eines Karosserieteils können Gewichtseinsparungen
erzielt werden. Wanddicken des Karosserieteils können beispielsweise durch die gezielte
Positionierung von Bereichen hoher Streckgrenze reduziert werden.
Zonen mit hohen Anforderungen an die Duktilität lassen sich durch den Einsatz entsprechender
Werkstoffe realisieren. Durch diese gezielte Werkstofftopologieoptimierung
können
weitere Leichtbaueffekte erzielt werden. Die beiden Werkstoffe können beispielsweise
verschiedene Metalle oder Metallzusammensetzungen sein. So kann vorgesehen
sein, dass der erste Werkstoff Aluminium oder eine Aluminiumlegierung
ist und der zweite Werkstoff beispielsweise Magnesium oder eine
Magnesiumlegierung ist. Ebenso kann vorgesehen sein, dass der erste
Werkstoff beispielsweise Aluminium ist und der zweite Werkstoff
eine Aluminiumlegierung ist.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
schematische Schnittdarstellung durch einen als Gradientenwerkstoff
bereitgestellten Bolzen vor dem Strangpressen; und
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2 eine
weitere schematische Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels
eines als Gradientenwerkstoff bereitgestellten Bolzens vor dem Strangpressen
zum Herstellen eines Karosserieteils.
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In 1 ist
eine schematische Schnittdarstellung durch einen Bolzen 1 gezeigt,
welcher als fertiggestellter Gradientenwerkstoff ausgebildet ist. Der
Bolzen 1 ist im Querschnitt viereckig ausgebildet und umfasst
zwei Teilbereiche 2 und 3, welche aus einem ersten
Werkstoff, und zwei Teilbereiche 4 und 5, welche
aus einem zweiten Werkstoff ausgebildet sind. Im Ausführungsbeispiel
sind die Teilbereiche 2 bis 5 symmetrisch zu Diagonalachsen
A und B des Bolzens 1 ausgebildet. Flächenmäßig sind die Teilbereiche 2 bis 5 des
gesamten Querschnitts ebenfalls im Wesentlichen gleich groß ausgebildet.
Die Querschnittform der einzelnen Teilbereiche 2 bis 5 der
jeweiligen Werkstoffe sind ebenfalls viereckig und somit in ihren
Formgebungen gleich. Der Bolzen 1 erstreckt sich vertikal
zur Figurenebene, wobei die einzelnen Teilbereiche 2 bis 5 mit
den entsprechenden Werkstoffen in Länge, Formgebung und Anordnung so
ausgebildet sind, dass sie beim nachfolgenden Strangpressen die
optimale Ausgestaltung des spezifisch gewünschten Karosserieteils mit
definiert ausgebildeten Material- und/oder Materialstärkebereichen
ermöglichen.
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Die
Anordnung der Werkstoffe und auch die Formgebung dieser Werkstoffe
und somit der Teilbereiche 2 bis 5 wird spezifiziert
in Abhängigkeit
vom nachfolgend durch das Strangpressen zu fertigenden Karosserieteil
durchgeführt.
Der in 1 gezeigte fertiggestellte Bolzen 1 ist
in seiner Gesamtheit und auch den jeweiligen Teilbereichen 2 bis 5 als
Massivbauteil ausgebildet. Er weist somit keinen Teilbereich auf,
welcher aus einem geschäumten
Metallwerkstoff ausgebildet ist. Der Bolzen 1 ist somit
im gesamten schaumfrei ausgebildet und die beiden Werkstoffe weisen
nach dem Herstellen des Bolzens 1 und somit in der gezeigten
Darstellung gemäß 1 eine
im Vergleich zu geschäumten
Metallwerkstoffen höhere Festigkeit
auf.
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Die
Teilbereiche 2 bis 5 sind zum Herstellen des gesamten
Bolzens 1 miteinander verklebt. Es kann jedoch auch eine
Koextrudierung vorgesehen sein.
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Zum
Herstellen eines Karosserieteils eines Fahrzeugs wird der in 1 gezeigte
Bolzen 1 stranggepresst. Die Bereiche 2 bis 5 des
Bolzens 1 mit den verschiedenen Werkstoffen werden beim Strangpressen
zum Ausbilden spezifischer Teilbereiche und/oder Formgebungen des
Karosserieteils individuell verformt. Zum Herstellen des Karosserieteils
wird der gesamte Bolzen 1 stranggepresst.
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In 2 ist
eine weitere schematische Schnittdarstellung eines fertiggestellten
Bolzens 1' gezeigt.
Bei dieser Ausgestaltung weist der Bolzen 1' eine im Querschnitt kreisförmige Formgebung
auf. Ein Teilbereich 2',
welcher aus einem ersten Werkstoff ausgebildet ist, umgibt bei dieser
Ausgestaltung einen zweiten Teilbereich 4', welcher aus einem zweiten Werkstoff
ausgebildet ist, vollständig.
Auch hier kann vorgesehen sein, dass die beiden Teilbereiche 2' und 4' und somit die
beiden unterschiedlichen Werkstoffe miteinander verklebt oder koextrudiert werden,
um den Bolzen 1' herzustellen.
Im Ausführungsbeispiel
ist der erste Werkstoff härter
als der zweite Werkstoff.
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Der
gesamte Bolzen 1' wird
nachfolgend stranggepresst, um ein individuelles Karosserieteil herzustellen.
Auch hier ist der gesamte Bolzen 1' als Massivbauteil ausgebildet
und somit schaumfrei hergestellt. Beide Teilbereiche 2' und 4' weisen im hergestellten
Zustand des Bolzens 1' Festigkeiten
auf, welche im Vergleich zu geschäumten Metallwerkstoffen höher sind.
Auch bei dieser Ausgestaltung des Bolzens 1' ist die Anordnung der Werkstoffe
als auch die Formgebung der Werkstoffe beim Herstellen des Bolzens 1' abhängig vom
zu fertigenden Karosserieteil ausgebildet.
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Es
sei erwähnt,
dass die in den 1 und 2 gezeigten
Querschnittprofile der Bolzen 1 und 1' lediglich beispielhaft
sind. Sowohl die Anzahl der Werkstoffe als auch die Anzahl der Teilbereiche,
deren Anordnung und auch deren Formgebung können in vielfältiger Weise
ausgebildet sein. Wesentlich ist, dass ein Bolzen als Gradientenwerkstoff
bereitgestellt wird, welcher zum Herstellen eines Karosserieteils
nachfolgend auf seine Fertigstellung als gesamtes Bauteil stranggepresst
wird.
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Eine
Vielzahl von Karosserieteilen kann dann individualisiert mit verbesserter
Festigkeit und insbesondere verbesserter lokaler individueller Ausbildung
von Festigkeitsbereichen hergestellt werden.
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Als
Karosserieteile können
prinzipiell alle für den
Rohbau eines Fahrzeugs erforderlichen Teile mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellt werden. So können
beispielsweise sowohl Crashboxen, Trägerteile, wie Längsträger und
Querträger,
als auch Säulenelemente,
wie A-, B-, C-Säulen,
und Seitenschweller gefertigt werden. Diese Aufzählung ist lediglich beispielhaft.
Insbesondere können
jedoch auch Karosserieteile hergestellt werden, welche eine oder
mehrere Hohlkammern aufweisen, welche auch relativ komplex ausgebildet
sein können.