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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Zug-Druck-Strebe für eine Fahrzeugkarosserie der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
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Derartige Zug-Druck-Streben werden in der Fahrzeugkarosserie beispielsweise als Domstreben eingesetzt, um die Fahrzeugkarosserie zusätzlich zu versteifen. Hierdurch können vom Fahrwerk eines Fahrzeugs über Feder- und Dämpferelemente in die Fahrzeugkarosserie eingeleitete Kräfte und Schwingungen besser aufgenommen werden. Die Domstreben verbinden in der Regel die beiden vorderen und/oder hinteren Federbeindome des Fahrzeugs miteinander und verhindern somit, dass sich die Lage der Dome zueinander, und damit die Geometrie des Fahrwerkes verändern.
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Aus der
DE 103 35 666 A1 ist eine als Domstrebe ausgebildete Zug-Druck-Strebe einer Fahrzeugkarosserie als bekannt zu entnehmen. Über die Domstrebe sind tragende Karosserieteile von zwei einander zugeordneten, vorderen Federdomen miteinander zu verbinden. Die Domstrebe ist dabei im Wesentlichen rohr- bzw. hohlprofilförmig gestaltet und an ihren beiden Enden unter Verringerung ihres Querschnitts zu einem ebenen, doppelwandigen Befestigungsbereich verquetscht, wodurch jeweils eine Verbindungsstelle mit dem tragenden Karosseriebauteil des zugeordneten Federdoms erzeugt wird. Innerhalb der beiden endseitigen Verbindungsstellen ist dabei jeweils ein Durchgangsloch eingebracht, über welches die Domstrebe mit den zugeordneten Federdomen verschraubt werden kann.
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Als nachteilig bei dieser bekannten Zug-Druck-Strebe ist der Umstand anzusehen, dass die Ausgestaltung der Zug-Druck-Strebe als endseitig verquetschtes Rohr- oder Hohlprofil nur bedingt die Anforderung in der Fahrzeugkarosserie erfüllt.
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Aus der
DE 196 03 957 C2 ist ein Querträger bekannt, der hergestellt wird, indem mehrere Module aus unterschiedlichen Strangpressprofilen entsprechend der Höhe des Querträgers quer zur Extrusionsrichtung abgelängt und zu dem Querträger verbunden werden. Der Querträger ist aus einem Mittenmodul und zwei Seitenmodulen zusammengesetzt und die Extrusionsrichtung der Strangpressprofile entspricht der z-Richtung des Querträgers im Einbauzustand.
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Aus der
US 5,496,067 A ist ein Karosserierahmen bekannt, der aus einem in z-Richtung extrudierten Strangpressprofil abgelängt wird, wobei das Strangpressprofil einstückig hergestellt wird.
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Aus der
US 5,411,311 A ist eine gattungsgemäße als Domstrebe ausgebildete Zug-Druck-Strebe einer Fahrzeugkarosserie bekannt, welche aus einzelnen miteinander verbundenen Profilen aufgebaut ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es Verfahren zur Herstellung einer Zug-Druck-Strebe für eine Fahrzeugkarosserie anzugeben, die kostengünstig hergestellt werden kann und eine hohe integrale Bauteilfunktion in der Fahrzeugkarosserie erfüllt.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer Zug-Druck-Strebe für eine Fahrzeugkarosserie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Zug-Druck-Strebe bereitzustellen, die kostengünstig hergestellt werden kann und einen Serieneinsatz ermöglicht, ist vorgesehen, die Zug-Druck-Strebe aus einzelnen, miteinander verbindbaren Profilen aufzubauen. Die Profile können derart ausgewählt werden, dass die Strebe in optimaler Weise ohne zusätzlichen Werkzeugaufwand an die unterschiedlichen Karosserien und die Kraftverläufe angepasst ist.
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In vorteilhafter Weise ist mindestens ein Profil als Strangpressprofil ausgebildet. Derartige Strangpressprofile sind kostengünstig, insbesondere in großen Mengen herstellbar und können in optimaler Weise an die in einer Zug-Druck-Strebe auftretenden Belastungsverhältnisse angepasst werden, indem die Strangpressprofile in ihrem Verlauf unterschiedliche Wandstärken und/oder an höher belasteten Stellen Verstärkungen aufweisen.
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Bevorzugt weist mindestens ein Profil mindestens teilweise einen Hohlraum auf. In Ausgestaltung der Erfindung sind mehrere Hohlräume in dem Profil ausgebildet, indem das Profil zwei Außenbereiche aufweist, die zueinander beabstandet und über Stege miteinander verbunden sind. Hierdurch wird bei gleichzeitiger Gewichtseinsparung in vorteilhafter Weise eine besonders stabile Struktur der Zug-Druck-Strebe erreicht.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Zug-Druck-Strebe einen im Wesentlichen geraden Bereich auf, der mindestens ein im Wesentlichen gerades Profil umfasst. An den Enden des geraden Bereichs ist jeweils ein als Befestigungsbereich ausgeführtes Profil angeordnet. Im Betrieb des Fahrzeugs ist die Zug-Druck-Strebe unterschiedlichen Belastungen ausgesetzt, und zwar insbesondere Zug- und Druckbelastungen, jedoch an den zu befestigenden Enden auch Biegebelastungen, so dass der bereichsweise Aufbau der Zug-Druck-Strebe eine optimale Anpassung der Zug-Druck-Strebe an diese Belastungsfälle ermöglicht. Insbesondere kann die Zug-Druck-Strebe ohne Eingriff in die Fahrzeugstruktur verbaut werden, wodurch sie in vorteilhafter Weise zur Nachrüstung geeignet ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die als Befestigungsbereiche ausgeführten Profile gabelförmig ausgebildet. Hierdurch ergibt sich jeweils eine Aussparung, in welcher ein feststehendes Bauteil der Karosserie aufnehmbar ist, wodurch sich eine weitere Fixierung bzw. Festlegung der Zug-Druck-Strebe beispielsweise an den Federdomen des Fahrzeugs ergibt. Das als Befestigungsbereich ausgeführte Profil kann beispielsweise als Strangpressprofil und/oder als Gussteil und/oder als Schmiedeteil ausgeführt werden. Das mindestens eine im Wesentlichen gerade Profil wird beispielsweise als Strangpressprofil ausgeführt.
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Die Verbindung der Profile kann über einen Stoffschluss und/oder einen Formschluss erfolgen. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise eine besonders einfache Herstellung der Strebe realisiert werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die einzelnen Profile der Zug-Druck-Strebe mittels eines Friction-Stir-Welding-Verfahrens (FSW-Verfahrens) miteinander verbunden. Durch die Anwendung des FSW-Verfahrens können hohe Nahtfestigkeiten erzielt werden, wobei im Vergleich zu herkömmlichen Schweißverfahren in vorteilhafter Weise keine Gefügeveränderungen auftreten und die Verwendung eines Schweißzusatzwerkstoffs entfallen kann. Daher kann das FSW-Verfahren bevorzugt zur Serienherstellung von verschweißten Strangpressprofilen zur Verwendung als Zug-Druck-Streben eingesetzt werden.
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In vorteilhafter Weise wird die Zug-Druck-Strebe durch ein erfindungsgemäßes Verfahren hergestellt, welches die Schritte Herstellen von Presssträngen mit einem ersten Profil, das einen im Wesentlichen geraden Bereich der Zug-Druck-Strebe bildet, oder mit einem zweiten Profil, das einen Befestigungsbereich der Zug-Druck-Strebe bildet, Verbinden der Pressstränge derart, dass ein Verbund entsteht, dessen Querschnitt einem Querschnitt der herzustellenden Zug-Druck-Streben entspricht, wobei die Höhe des Verbunds einem Mehrfachen der Höhe der herzustellenden Zug-Druck-Streben entspricht, und Abschneiden von Verbundteillängen umfasst, welche jeweils dem Höhenmaß der Zug-Druck-Strebe entsprechen. Insbesondere werden die Pressstränge so miteinander verbunden, dass die Breite des Verbunds einer Länge der herzustellenden Zug-Druck-Streben entspricht, welche in Längsrichtung jeweils einen im Wesentlichen geraden Bereich aufweisen, der von mindestens einem im Wesentlichen geraden Strangpressprofil gebildet wird, an dessen Enden jeweils ein als Befestigungsbereich ausgeführtes zweites Strangpressprofil angeschlossen wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere für die Serienfertigung, da die Pressstränge kostengünstig in großen Mengen herstellbar sind, und die lineare Fügetechnik nicht an einer einzelnen Zug-Druck-Strebe, sondern an einem Verbund angewandt wird, wodurch Arbeitsschritte und somit zusätzliche Kosten entfallen können.
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In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die hergestellten Strangpressprofile vor dem Verbinden auf kürzere Einheiten abgelängt, wodurch sich in vorteilhafter Weise eine Prozessstabilisierung ergibt. Die Länge der kürzeren Einheiten entspricht jedoch immer noch einem Mehrfachen der Höhe der herzustellenden Zug-Druck-Streben, so dass durch Abschneiden von Verbundteillängen auch aus dem Verbund, der durch das Verbinden der kürzeren Einheiten entsteht, eine Mehrzahl von Zug-Druck-Streben hergestellt werden kann.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.
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Dabei zeigen:
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1 eine schematische Perspektivansicht auf eine Vorbaustruktur einer Fahrzeugkarosserie mit zwei vorderen Federdomen, welche über eine erfindungsgemäße, als Domstrebe ausgebildete Zug-Druck-Strebe miteinander verbunden sind, und
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2 eine schematische Draufsicht auf die erfindungsgemäße Domstrebe.
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1 zeigt ausschnittsweise eine Vorbaustruktur 34 einer selbsttragenden Karosserie eines Fahrzeugs mit einer Zug-Druck-Strebe 10. im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Zug-Druck-Strebe als Domstrebe 10 ausgebildet, die sich zwischen zwei, nachfolgend näher erläuterten Bauteilen 36, 38 der Karosserie erstreckt.
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Es sind zwei vordere Radhäuser 40, 42 erkennbar, an deren zur Fahrzeugmitte hin gewandten Innenseiten jeweils ein Karosseriebauteil 36, 38 vorgesehen ist. Bei den Karosseriebauteilen handelt es sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel um jeweils einen Federdom 36, 38 für jeweils ein hier nicht sichtbares Federbein des Fahrzeugs. An jedem Federdom 36, 38 ist jeweils das obere Ende eines der Federbeine einer nicht dargestellten Vorderachse befestigt. Innerhalb der beiden einander zugeordneten Federdome 36, 38 sind nicht dargestellte Feder- und Dämpferelemente der Vorderachse bzw. eines Fahrwerks des Fahrzeugs aufgenommen. Zur Versteifung bzw. Stabilisierung des Fahrwerks sind die beiden Federdome 36, 38 durch die als Domstrebe ausgeführten Zug-Druck-Strebe 10 miteinander verbunden.
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Wie aus der Detaildarstellung gemäß 2 ersichtlich ist, die im Wesentlichen eine linke Hälfte der als Domstrebe ausgeführten Zug-Druck-Strebe 10 zeigt, ist die als Domstrebe ausgeführte Zug-Druck-Strebe 10 erfindungsgemäß aus einzelnen, miteinander verbindbaren Profilen 12, 14, 16, 18 aufgebaut, von denen in 2 nur die in 1 links angeordneten Profile 12 und 14 vollständig dargestellt sind, und das Profil 16 teilweise dargestellt ist. Die Profile 12, 14, 16, 18 sind in dem in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel als Strangpressprofile ausgebildet.
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Vorzugsweise weist mindestens ein Strangpressprofil 12, 14, 16, 18 mindestens teilweise einen Hohlraum 20, 22, 24, 26, 28 auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind mehrere Hohlräume 20, 22, 24, 26, 28 in dem jeweiligen Strangpressprofil 12, 14, 16, 18 ausgebildet, indem jedes Strangpressprofil 12, 14, 16, 18 Außenbereiche 12.1, 12.2, 14.1, 14.2, 16.1, 16.2 aufweist, die zueinander beabstandet und über Stege 12.3, 12.4, 14.3, 14.4, 16.3, 16.4 miteinander verbunden sind. Vorzugsweise sind die Stege 12.3, 12.4, 14.3, 14.4, 16.3, 16.4 innerhalb der Außenbereiche 12.1, 12.2, 14.1, 14.2, 16.1, 16.2 zickzackförmig angeordnet und bilden dadurch eine besonders stabile Struktur aus.
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Die als Domstrebe ausgeführte Zug-Druck-Strebe 10 weist einen geraden, vorzugsweise stabförmigen Bereich 30 auf, an dessen Enden sich jeweils ein Befestigungsbereich 32 anschließt. Der in 2 dargestellte linke Befestigungsbereich 32 der als Domstrebe ausgeführten Zug-Druck-Strebe 10 weist mehrere Befestigungsöffnungen 44 zur Aufnahme von hier nicht dargestellten Befestigungsmitteln auf, wobei es sich hierbei vorzugsweise um Schraubelemente handelt. Durch die Befestigungsöffnungen 44 kann die als Domstrebe ausgeführte Zug-Druck-Strebe 10 über die nicht dargestellten Befestigungsmittel an den Federdomen 36, 38 befestigt werden. Der in 2 nicht dargestellte rechte Befestigungsbereich der als Domstrebe ausgeführten Zug-Druck-Strebe 10 ist spiegelsymmetrisch zum dargestellten linken Befestigungsbereich 32 ausgeführt. Vorzugsweise sind die Befestigungsbereiche 32 gabelförmig ausgebildet und können hierdurch korrespondierende nicht dargestellte Bauteile der Karosserie mindestens teilweise umfassen, wodurch in vorteilhafter Weise eine zusätzliche Fixierung der als Domstrebe ausgeführten Zug-Druck-Strebe 10 beispielsweise an den Federdomen 36, 38 erfolgt.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die als Domstrebe ausgeführte Zug-Druck-Strebe 10 aus vier Profilen 12, 14, 16, 18 aufgebaut, wobei zwei Profile 12, 18 den linken und rechten Befestigungsbereich 32 der als Domstrebe ausgeführten Zug-Druck-Strebe 10 ausbilden, und zwei zwischen den beiden Befestigungsbereichen 32 angeordnete im Wesentlichen geraden Profile 14, 16 den im Wesentlichen geraden Bereich 30 der als Domstrebe ausgeführten Zug-Druck-Strebe 10 ausbilden. Bei einer alternativen nicht dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zug-Druck-Strebe 10 können die als Befestigungsbereiche 32 ausgeführten Profile 12, 18 beispielsweise als Gussteile und/oder Schmiedeteile ausgeführt werden, die mit den im Wesentlichen geraden als Strangpressprofile ausgeführten Profilen 14, 16 entsprechend verbunden werden.
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Die Zug-Druck-Strebe 10 wird vorzugsweise durch ein Verfahren hergestellt, bei welchem zunächst Pressstränge mit einem ersten Profil 14, 16, das im Wesentlichen gerade Bereiche 30 der Zug-Druck-Strebe 10 bildet, oder mit einem zweiten Profil 12, 18 hergestellt werden, das Befestigungsbereiche 32 der Zug-Druck-Strebe 10 bildet. Die einzelnen Pressstränge werden derart miteinander verbunden, dass ein Verbund entsteht, dessen Querschnitt einem Querschnitt der herzustellenden Zug-Druck-Streben 10 entspricht, wobei die Höhe des Verbunds einem Mehrfachen der Höhe der herzustellenden Zug-Druck-Streben 10 entspricht. Zudem entspricht die Breite des Verbunds einer Länge der herzustellenden Zug-Druck-Streben 10, welche in Längsrichtung jeweils einen im Wesentlichen geraden Bereich 30 aufweisen, der von mindestens einem im Wesentlichen geraden Strangpressprofil 14, 16 gebildet wird, an dessen Enden jeweils ein als Befestigungsbereich 32 ausgeführtes zweites Strangpressprofil 12, 18 angeschlossen wird. Anschließend werden vom hergestellten Verbund Verbundteillängen abgeschnitten, welche jeweils dem Höhenmaß der Zug-Druck-Strebe 10 entsprechen, d. h. es werden einzelne Scheiben vom Verbund abgetrennt, deren Höhe dem gewünschten Endmaß der Zug-Druck-Strebe 10 entspricht. Im dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht die Längsrichtung einer eingebauten als Domstrebe ausgeführten Zug-Druck-Strebe 10 der Fahrzeugquerrichtung.
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Zur Prozessstabilisierung können die hergestellten Strangpressprofile vor dem Verbinden auf kürzere Einheiten abgelängt werden. Die Länge der kürzeren Einheiten entspricht jedoch immer noch einem Mehrfachen der Höhe der herzustellenden Zug-Druck-Streben 10, so dass durch das Abschneiden von Verbundteillängen auch aus dem Verbund, der durch das Verbinden der kürzeren Einheiten entsteht, eine Mehrzahl von Zug-Druck-Streben 10 hergestellt werden kann.
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Die Verbindung der kürzeren Einheiten bzw. der Profile 12, 14, 16, 18 erfolgt vorzugsweise über einen Stoffschluss und/oder einen Formschluss. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt die Verbindung der kürzeren Einheiten bzw. Profile 12, 14, 16, 18 über eine lineare Fügetechnik, vorzugsweise durch Kleben und/oder Schweißen.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein Friction-Stir-Welding-Verfahren (FSW-Verfahren), das auch als Reibrührschweißverfahren bezeichnet wird, als lineare Fügetechnik verwendet. Bei diesem FSW-Verfahren stehen die zu fügenden Profile 12, 14, 16, 18 still, und ein rotierender Bolzen reibt so lange an dem zu verbindenden Stoff, bis der in der Regel aus Aluminium bestehende Werkstoff zähflüssig wird. Anschließend fährt der rotierende Bolzen zwischen den zu verbindenden Profilen 12, 14, 16, 18 hindurch und verrührt das zähflüssige Material der Profile 12, 14, 16, 18. Nach dem Abkühlen sind die Profile 12, 14, 16, 18 fest miteinander verbunden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Zug-Druck-Strebe
- 12
- Profil
- 12.1
- Außenbereich
- 12.2
- Außenbereich
- 12.3
- Steg
- 12.4
- Steg
- 14
- Profil
- 14.1
- Außenbereich
- 14.2
- Außenbereich
- 14.3
- Steg
- 14.4
- Steg
- 16
- Profil
- 16.1
- Außenbereich
- 16.2
- Außenbereich
- 16.3
- Steg
- 16.4
- Steg
- 18
- Profil (Befestigungsbereich)
- 20
- Hohlraum
- 22
- Hohlraum
- 24
- Hohlraum
- 26
- Hohlraum
- 28
- Hohlraum
- 30
- gerader Bereich
- 32
- Befestigungsbereich
- 34
- Vorbaustruktur
- 36
- Federdom
- 38
- Federdom
- 40
- Radhaus
- 42
- Radhaus
- 44
- Befestigungsöffnungen
