DE102008051131A1

DE102008051131A1 - Verfahren zur Verbindung eines geschlossenen Hohlprofilbauteils mit einem Gussteil

Info

Publication number: DE102008051131A1
Application number: DE102008051131A
Authority: DE
Inventors: Marc Hummel; Andreas Schubert
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2008-10-10
Filing date: 2008-10-10
Publication date: 2010-04-15

Abstract

Bei einem Verfahren zur Verbindung eines geschlossenen Hohlprofilbauteils mit wenigstens einem Gussteil wird das Gussteil durch das Erstarren eines flüssigen Gusswerkstoffs erzeugt und mit dem Hohlprofilbauteil verbunden. An dem Hohlprofilbauteil ist wenigstens eine Hinterschneidung vorgesehen, die von dem flüssigen Gusswerkstoff umströmt wird, um eine feste Verbindung zwischen dem Hohlprofilbauteil und dem Gussteil zu erzeugen. Mittels einer Verschließeinrichtung wird der Hohlraum des Hohlprofilbauteils derart verschlossen, dass der Gusswerkstoff nur bis zu einer bestimmten Tiefe in den Hohlraum eindringen kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbindung eines geschlossenen Hohlprofilbauteils mit einem Gussteil nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
Derartige Verfahren sind aus der DE 197 50 449 C1 , der DE 100 44 619 A1 und der DE 103 55 898 B3 bekannt.
Allgemein werden zur Verbindung von Strukturbauteilen für Karosserien von Kraftfahrzeugen und zur Herstellung von Anbauteilen die unterschiedlichsten Verfahren eingesetzt. Um eine gute Steifigkeit und eine entsprechend gute Crasheignung zu erreichen, werden beispielsweise Strangpressprofile durch Gussbauteile mechanisch bzw. thermisch verbunden. Hierbei sind insbesondere die Prozesskosten zur Herstellung der Baugruppe sowie die Maßhaltigkeit der erzeugten Komponenten gerade beim Einsatz von thermischen Fügeverfahren, wie z. B. Schweißen, nachteilig. Des weiteren sind häufig die Fügestellen Schwachpunkte dieser Bauteile, insbesondere ergeben sich durch Kerben und thermische Einflüsse Verringerungen der Biegesteifigkeit und der gesamten Festigkeit des Bauteils.
Insbesondere kompliziert geformte Bauteile werden auch aus einem Stück gegossen, wobei jedoch bei Dauerformverfahren die Gestaltung von Hohlräumen beschränkt ist. Wenn entformbare und damit geöffnete Bauteile eingesetzt werden, ist deren Steifigkeit deutlich geringer bzw. es muss zum Erreichen derselben Steifigkeit mehr Material eingesetzt werden, was wiederum zu einem höheren Gewicht des Bauteils führt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Verbindung eines geschlossenen Hohlprofilbauteils mit einem Gussteil zu schaffen, bei dem mit möglichst einfachen Mitteln eine feste Verbindung zwischen den beiden Bauteilen erreicht wird, wobei insbesondere auch kompliziert geformte Bauteile mit geringem Gewicht herstellbar sein sollen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Durch die erfindungsgemäß vorgesehene wenigstens eine Hinterschneidung ist sichergestellt, dass sich das durch die Erstarrung des flüssigen Gusswerkstoffs ergebende Gussteil fest mit dem Hohlprofilbauteil verklammert, so dass sich ein Formschluss ergibt und sich diese beiden Bauteile nicht mehr voneinander lösen können, sondern sich vielmehr zu einem einzigen Bauteil verbinden. Dadurch können ansonsten notwendige Fügeschritte zur Verbindung der Bauteile entfallen, was eine kostengünstigere Fertigung ermöglicht.
Das Verschließen des Hohlraums des Hohlprofilbauteils mit der Verschließeinrichtung verhindert vorteilhafterweise ein Eindringen des Gusswerkstoffs in den Hohlraum, so dass ein definiertes Bauteil mit einem geringen Gewicht hergestellt werden kann. Besonders vorteilhaft ist, dass hierfür kein zusätzlicher Deckel oder ähnliches an das Hohlprofilbauteil angeschweißt werden muss.
Durch die Erzeugung der Verbindung während des Gießprozesses können die ansonsten nachfolgend durchzuführenden Fertigungsschritte zur Verbindung der Bauteile entfallen, so dass sich kein negativer Einfluss auf die Maßhaltigkeit und die Kosten der hergestellten Bauteile ergeben. Somit ist das erfindungsgemäße Verfahren in der Lage, das geschlossene Hohlprofilbauteil formschlüssig in das Gussteil zu integrieren.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
Es zeigt:
1 eine Verbindung zweier Bauteile gemäß einem allgemeinen Stand der Technik;
2 eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform des Verfahrens zur Verbindung zweier Bauteile;
3 eine Abwandlung der Ausführungsform aus 2;
4 eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform des Verfahrens zur Verbindung zweier Bauteile;
5 eine Abwandlung der Ausführungsform aus 4;
6 eine dritte erfindungsgemäße Ausführungsform des Verfahrens zur Verbindung zweier Bauteile;
7 eine erste Abwandlung der Ausführungsform aus 6;
8 eine zweite Abwandlung der Ausführungsform aus 6;
9 eine dritte Abwandlung der Ausführungsform aus 6;
10 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hinterschneidung;
11 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hinterschneidung; und
12 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hinterschneidung.
1 zeigt eine Verbindung zwischen zwei Bauteilen, nämlich einem geschlossenen Hohlprofilbauteil 1 einerseits und einem Gussteil 2 andererseits. Die beiden Bauteile 1 und 2 sind insbesondere für den Einsatz in Karosserien von Kraftfahrzeugen und den zugehörigen Anbauteilen geeignet. Hierbei wird das Gussteil 2 in an sich bekannter Weise durch Erstarren eines flüssigen Gusswerkstoffs hergestellt und anschließend mit dem einen Hohlraum 1a aufweisenden Hohlprofilbauteil 1 verbunden. Um eine sichere Verbindung zwischen dem Gussteil 2 und dem Hohlprofilbauteil 1 zu erreichen, sind im vorliegenden Fall eine durch die beiden Bauteile 1 und 2 verlaufende Schraube 3 und eine entlang der äußeren Kante des Gussteils 2 verlaufende Schweißnaht 4 vorgesehen.
Um auf die Schraube 3 und die Schweißnaht 4 gemäß dem Stand der Technik aus 1 verzichten zu können, weist das in 2 dargestellte Hohlprofilbauteil 1 wenigstens eine, im allgemeinen jedoch mehrere Hinterschneidungen 5 auf, die von dem flüssigen Gusswerkstoff umströmt werden, um eine feste Verbindung zwischen dem Hohlprofilbauteil 1 und dem Gussteil 2 während des Gießvorgangs zu erzeugen. Die Hinterschneidungen 5 werden bei der Füllung der nicht dargestellten Gießform von dem Gusswerkstoff ge- bzw. umschlossen und erzeugen somit die feste Verbindung zwischen dem Gussteil 2 und dem Hohlprofilbauteil 1. Im vorliegenden Fall wird die Hinterschneidung 5 in dem Hohlprofilbauteil 1 durch eine Ausnehmung, also eine durch die komplette Wanddicke des Hohlprofilbauteils 1 bis zu dem Hohlraum 1a verlaufende Bohrung erzeugt. 2 zeigt das Gussteil 2 in einem teilweisen Schnitt, da ansonsten die um den gesamten Umfang des Hohlprofilbauteils 1 verlaufenden Hinterschneidungen 5 nicht erkennbar wären. Bei dem Gussteil 2 handelt es sich jedoch im vorliegenden Fall um ein Vollmaterial. Das Gussteil 2 kann beliebige Formen aufweisen, beispielsweise um einen Federbeintopf oder ähnliche Fahrwerkskomponenten eines Kraftfahrzeugs zu bilden. Das Hohlprofilbauteil 1 kann beispielsweise aus Aluminium, Stahl, Magnesium oder Titan bestehen und mit Aluminium, Stahl, Magnesium bzw. entsprechenden Legierungen umgossen werden, um das Gussteil 2 zu bilden.
Bei der Ausführungsform der Verbindung zwischen dem Hohlprofilbauteil 1 und dem Gussteil 2 gemäß 3 sind die Hinterschneidungen 5 in dem Hohlprofilbauteil 1 ebenfalls als durchgehende Ausnehmungen ausgebildet. Im Unterschied zu der Ausführungsform von 2 handelt es sich bei dem Gussteil 2 jedoch um ein einen Hohlraum aufweisendes Bauteil. Auch hier kann, wie in sämtlichen anderen Ausführungsformen des Verfahrens zur Verbindung des Hohlprofilbauteils 1 mit dem Gussteil 2, das Gussteil 2 annähernd beliebig ausgeführt sein. Dies gilt auch für das Hohlprofilbauteil 1, für welches vorzugsweise ein Strangpressbauteil verwendet wird.
Bei der Ausführungsform des Verfahrens gemäß 4 wird mittels einer Verschließeinrichtung 6 der Hohlraum 1a des Hohlprofilbauteils 1 verschlossen, und zwar derart, dass bei der Herstellung der Verbindung zwischen den beiden Bauteilen 1 und 2 der das Gussteil 2 bildende Gusswerkstoff nur bis zu einer bestimmten Tiefe in den Hohlraum 1a eindringen kann. Auch hierbei weist das Hohlprofilbauteil 1 die wiederum als Ausnehmung ausgebildete Hinterschneidung 5 auf.
Im vorliegenden Fall ist die Verschließeinrichtung 6 als Schieber 6a ausgebildet, der zum Verschließen des Hohlraums 1a des Hohlprofilbauteils 1 durch einen Schlitz 7 in dem Hohlprofilbauteil 1 in einer wenigstens annähernd senkrecht zu der mit ”x” bezeichneten Längsrichtung des Hohlprofilbauteils 1 verlaufenden Ebene eingeschoben wird, um den Hohlraum 1a zu verschließen. Die mit ”z” bezeichnete Einschubrichtung des Schiebers 6a durch den Schlitz 7 verläuft im vorliegenden Fall senkrecht zu der Längsrichtung x des Hohlprofilbauteils 1. Hierbei sollte der Schlitz 7 über die gesamte Breite des Hohlprofilbauteils 1 verlaufen, um sicherzustellen, dass der Gusswerkstoff an keiner Stelle in den Hohlraum 1a eintreten kann. Der Schieber 6a bildet dabei einen Teil des nicht dargestellten Gießwerkzeugs.
Bei der Ausführungsform des Verfahrens gemäß 5 wird zum Verschließen des Hohlraums 1a des Hohlprofilbauteils 1 der Schieber 6a in Längsrichtung x des Hohlprofilbauteils 1 eingeschoben, um den Hohlraum 1a zu verschließen. Hierbei weist der Schieber 6a zwei unterschiedliche Stufen auf, von denen die Stufe mit dem größeren Querschnitt den Hohlraum 1a des Hohlprofilbauteils 1 verschließt und die Stufe mit dem kleineren Querschnitt beim Gießen des Gussteils 2 einen Hohlraum für dasselbe erzeugt.
Im Gegensatz zu den 4 und 5 ist bei der Ausführungsform von 6 die Verschließeinrichtung 6 als Gießkern 6b ausgebildet, der zum Verschließen des Hohlraums 1a in das Hohlprofilbauteil 1 eingelegt wird. Bei dem Gießkern 6b kann es sich beispielsweise um einen Sand-Gießkern 6b, um einen Metall-Gießkern 6b, um einen Salz-Gießkern 6b oder um einen Gießkern aus einer anderen, insbesondere einer mineralischen Substanz handeln. Auch die Verwendung eines Aluminiumschaumkerns als Gießkern 6b ist denkbar. Dieser könnte dann teilweise von dem Gusswerkstoff aufgeschmolzen werden.
Der Querschnitt des Gießkerns 6b entspricht dabei im wesentlichen dem Innenquerschnitt des Hohlprofilbauteils 1. Dabei kann der Gießkern 6b das Hohlprofilbauteil 1 über seine gesamte Länge ausfüllen, er kann jedoch auch über das Hohlprofilbauteil 1 hinaus ragen. Je nach verwendetem Material kann der Gießkern 6b in dem Hohlprofilbauteil 1 verbleiben oder aus demselben entfernt werden.
Auch die 7, 8 und 9 zeigen die Verwendung des in diesem Fall als Teilkern ausgeführten Gießkerns 6b zum Verschließen des Hohlraums 1a des Hohlprofilbauteils 1. Hierbei wird jeweils der Gießkern 6b durch das Hohlprofilbauteil 1 fixiert, wobei in 7 hierzu eine längliche Vertiefung, in 8 eine Schraube und in 9 mehrere punktförmige Vertiefungen verwendet werden. Analog zu der Schraube kann auch ein Bolzen oder ein Niet zur Fixierung des Gießkerns 6b eingesetzt werden. Selbstverständlich können die Einrichtungen zum Fixieren des Gießkerns 6b abwechselnd mit den Hinterschneidungen 5 angeordnet sein. Die in den 7, 8 und 9 eingesetzten Teilkerne sind besonders im Falle von gebogenen Hohlprofilbauteilen 1 vorteilhaft.
In den 10, 11 und 12 sind verschiedene Möglichkeiten zur Ausgestaltung der Hinterschneidung 5 in dem Hohlprofilbauteil 1 dargestellt. In den Ausführungsformen der 10 und 11 werden die Hinterschneidungen 5 durch jeweilige Vertiefungen, die auch als Verprägungen oder Sicken bezeichnet werden können, erzeugt, wobei in 10 mehrere linienförmige bzw. längliche Vertiefungen und mehrere auf der Kante des Hohlprofilbauteils 1 ausgebildete Vertiefungen vorgesehen sind, wohingegen 11 mehrere punktförmige Vertiefungen zeigt. Alternativ können die Hinterschneidungen 5 auch als Durchbrüche ausgebildet sein.
Dagegen wurde die Hinterschneidung 5 in dem Hohlprofilbauteil 1 bei der Ausführungsform gemäß 12 durch eine Querschnittsveränderung des Hohlprofilbauteils 1 erzeugt, wobei das Hohlprofilbauteil 1 nach außen gebogen ist. In nicht dargestellter Weise ist es auch möglich, das Hohlprofilbauteil 1 nach innen zu biegen.
Die verschiedenen Ausführungsformen des beschriebenen Verfahrens sind prinzipiell beliebig miteinander kombinierbar, wenn nicht offensichtliche Gründe dagegen sprechen. Des weiteren ist es auch möglich, das Hohlprofilbauteil 1 gleichzeitig oder nacheinander mit mehreren Gussteilen 2 zu verbinden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19750449 C1 [0002]
- DE 10044619 A1 [0002]
- DE 10355898 B3 [0002]

Claims

Verfahren zur Verbindung eines geschlossenen Hohlprofilbauteils mit wenigstens einem Gussteil, wobei das Gussteil durch das Erstarren eines flüssigen Gusswerkstoffs erzeugt und mit dem Hohlprofilbauteil verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Hohlprofilbauteil (1) wenigstens eine Hinterschneidung (5) vorgesehen ist, die von dem flüssigen Gusswerkstoff umströmt wird, um eine feste Verbindung zwischen dem Hohlprofilbauteil (1) und dem Gussteil (2) zu erzeugen, wobei mittels einer Verschließeinrichtung (6) der Hohlraum (1a) des Hohlprofilbauteils (1) derart verschlossen wird, dass der Gusswerkstoff nur bis zu einer bestimmten Tiefe in den Hohlraum (1a) eindringen kann.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verschließen des Hohlraums (1a) des Hohlprofilbauteils (1) ein in Längsrichtung (x) des Hohlprofilbauteils (1) ein den Hohlraum (1a) verschließender Schieber (6a) eingeschoben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verschließen des Hohlraums (1a) des Hohlprofilbauteils (1) durch einen Schlitz (7) in dem Hohlprofilbauteil (1) in einer wenigstens annähernd senkrecht zu der Längsrichtung (x) des Hohlprofilbauteils (1) verlaufenden Ebene ein den Hohlraum (1a) verschließender Schieber (6a) eingeschoben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verschließen des Hohlraums (1a) des Hohlprofilbauteils (1) ein Gießkern (6b) in das Hohlprofilbauteil (1) eingelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sand-Gießkern (6b), ein Metall-Gießkern (6b) oder ein Salz-Gießkern (6b) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gießkern (6b) durch das Hohlprofilbauteil (1) fixiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Hinterschneidung (5) in dem Hohlprofilbauteil (1) durch eine Ausnehmung erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Hinterschneidung (5) in dem Hohlprofilbauteil (1) durch eine Vertiefung erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine punktförmige Vertiefung verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine linienförmige Vertiefung verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Hinterschneidung (5) in dem Hohlprofilbauteil (1) durch eine Querschnittsveränderung des Hohlprofilbauteils (1) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsveränderung des Hohlprofilbauteils (1) durch eine Biegung des desselben nach außen gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsveränderung des Hohlprofilbauteils (1) durch eine Biegung desselben nach innen gebildet wird.