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Die
Erfindung betrifft ein Verbundgussbauteil für eine Fahrzeugkarosserie,
wobei das Verbundgussbauteil Stahlbauteile und Leichtmetallgussbauteile
umfasst und die Stahlbauteile teilweise in die Leichtmetallgussbauteile
eingegossen sind.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines
Verbundgussbauteils für eine Fahrzeugkarosserie, wobei
das Verbundgussbauteil aus Stahlbauteilen und Leichtmetallgussbauteilen gebildet
wird und die Stahlbauteile teilweise in die Leichtmetallgussbauteile
eingegossen werden.
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Aus
der
EP 1 880 784 A2 ist
ein Verbund aus mindestens einem Leichtmetallgussbauteil und mindestens
einem Stahlbauteil bekannt, wobei der Verbund Bestandteil einer
Fahrzeugkarosserie ist. Dabei ist das Stahlbauteil verzinkt ausgebildet
und teilweise in dass Leichtmetallgussbauteil eingegossen, so dass
das Stahlbauteil mit dem Leichtmetallgussbauteil metallurgisch kraftschlüssig
verbunden ist. Nicht von dem Leichtmetall umgebene Abschnitte des Stahlbauteils
sind zu einer Anbindung von anderen aus Stahl gefertigten Bauteilen
anhand von Schweißverfahren vorgesehen. Es wird weiterhin
ein Verfahren zur Herstellung des Verbunds beschrieben, wonach das
Stahlbauteil zunächst verzinkt, anschließend in
eine Gussform für das Leichtmetallbauteil eingelegt und
abschließend derart mit Leichtmetall umgossen wird, dass
das Stahlbauteil in das Leichtmetallbauteil eingegossen ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbundgussbauteil für
eine Fahrzeugkarosserie und ein Verfahren zur Herstellung eines
Verbundgussbauteils für eine Fahrzeugkarosserie anzugeben,
mittels welcher insbesondere eine Gewichtsreduzierung des Fahrzeugs
bei gleichzeitig hoher Stabilität und geringem Aufwand
sowie eine flexible Einbindung weiterer Bauteile in und/oder eine
flexible Anbindung an die Fahrzeugkarosserie realisierbar sind.
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Die
Aufgabe wird hinsichtlich des Verbundsgussbauteils durch die im
Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich des Verfahrens
zur Herstellung des Verbundgussbauteils durch die im Anspruch 7
angegebenen Merkmale gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das
Verbundgussbauteil für eine Fahrzeugkarosserie umfasst
Stahlbauteile und Leichtmetallgussbauteile, wobei die Stahlbauteile
teilweise in die Leichtmetallgussbauteile eingegossen sind.
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Erfindungsgemäß bilden
die Stahlbauteile und die Leichtmetallgussbauteile eine Rahmenstruktur
aus, wobei die Leichtmetallgussbauteile Knotenpunkte und/oder Verbindungsprofile
zwischen den Stahlbauteilen ausbilden.
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Dadurch
ergeben sich insbesondere die Vorteile, dass unterschiedliche Werkstoffe
zur Herstellung der Fahrzeugkarosserie verwendbar und miteinander
verbindbar sind und gleichzeitig eine Kontaktkorrosion zwischen
den Werstoffen bzw. den Stahlbauteilen und den Leichtmetallgussbauteilen
ohne zusätzliche Fertigungsschritte vermieden wird. Hieraus
resultiert neben einer signifikanten Zeit- und Kosteneinsparung
während der Herstellung des Fahrzeugs auch eine Erhöhung
der Langlebigkeit der Fahrzeugkarosserie durch einen verbesserten
Korrosionsschutz, insbesondere an den Verbindungsstellen zwischen
den Stahlbauteilen und den Leichtmetallgussbauteilen. Auch ergibt
sich in besonders vorteilhafter Weise, dass an der Rahmenstruktur
sowohl eine Stahlbeplankung als auch eine Leichmetallbeplankung
mit verschiedensten Verbindungstechniken, insbesondere auch mit
Schweißverfahren, befestigbar sind, so dass durch eine
Beplankung aus Leichtmetall eine geringes Gewicht der Fahrzeugkarosserie
und somit des Fahrzeugs erzielbar ist.
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Weiterhin
ist die Rahmenstruktur sehr flexibel herstellbar. Das heißt,
dass Eigenschaften bestimmter Abschnitte der Rahmenstruktur, insbesondere
deren Stabilität, Steifigkeit und Elastizität
sehr präzise an vorgegebene Anforderungen anpassbar sind.
So werden beispielsweise Bereiche, welche eine besonders hohe Stabilität
aufweisen müssen, aus den Stahlbauteilen oder aus Leichtmetallgussbauteilen
mit einer verstärkenden Struktur gebildet, wobei Bereiche
der Rahmenstruktur mit einer gewünschten hohen Elastizität, beispielsweise
zum Fußgängerschutz, vorzugsweise aus Leichtmetallgussbauteilen
gebildet sind.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher
erläutert.
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Dabei
zeigen:
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1 schematisch
eine Rahmenstruktur einer Fahrzeugkarosserie mit Stahlbauteilen
und Leichtmetallgussbauteilen,
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2 schematisch
eine Rahmenstruktur einer Fahrzeugkarosserie mit Stahlbauteilen
und Leichtmetallgussbauteilen, wobei ein Leichtmetallgussbauteil
ein Verbindungsprofil bildet,
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3 schematisch
eine Stahlbeplankung,
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4 schematisch
eine Leichtmetallbeplankung, und
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5 schematisch
eine Beplankung aus Leichtmetall und Stahl.
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Einander
entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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In 1 ist
eine Rahmenstruktur 1 einer Fahrzeugkarosserie, insbesondere
eine so genannte Seitenwand eines Personenkraftwagens, dargestellt. Die
Rahmenstruktur 1 ist ein Verbundgussbauteil, welches aus
Stahlbauteilen 2.1 bis 2.7 und Leichtmetallgussbauteilen 3.1 bis 3.6 gebildet
ist. Bei den Stahlbauteilen 2.1 bis 2.7 handelt
es sich insbesondere um Bauteile aus Stahlblech, Profilteile, Pressteile
und/oder Gussteile.
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Dabei
bilden die Leichtmetallgussbauteile 3.1 bis 3.6 Knotenpunkte
zwischen den Stahlbauteilen 2.1 bis 2.7 aus, wobei
die Stahlbauteile 2.1 bis 2.7 und die Leichtmetallgussbauteile 3.1 bis 3.6 kraftschlüssig,
stoffschlüssig und/oder formschlüssig miteinander
verbunden sind.
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Zu
dieser Verbindung werden die Stahlbauteile 2.1 bis 2.7 während
eines Verfahrens zur Herstellung des Verbundgussbauteils in einer
nicht dargestellten Druckgussvorrichtung angeordnet und anschließend
derart mit einem geschmolzenen Leichtmetall, insbesondere Aluminium
oder Magnesium, umgossen, dass sich die dargestellte Rahmenstruktur 1 ausbildet,
in welcher die entstehenden Leichtmetallgussbauteile 3.1 bis 3.6 Knotenpunkte
zwischen den Stahlbauteilen 2.1 bis 2.7 ausbilden.
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An
Verbindungsstellen V1 bis V14 zwischen den Stahlbauteilen 2.1 bis 2.7 und
den Leichtmetallgussbauteilen 3.1 bis 3.6 entsteht
durch den Druckgussprozess eine kraftschlüssige, formschlüssige und/oder
stoffschlüssige, insbesondere metallurgische Verbindung,
welche sich durch eine hohe Stabilität auszeichnet.
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Weiterhin
werden die Verbindungsstellen V1 bis V14 derart dicht ausgeführt,
dass ein Eindringen von Schmutzpartikeln, Feuchtigkeit und Elektrolyten verhindert
wird, woraus eine Vermeidung der Bildung von Kontaktkorrosion resultiert.
Somit sind auch unterschiedliche Werkstoffe, insbesondere Aluminium und
Stahl, miteinander verbindbar, wobei die Bildung von Schädigungen
durch Korrosion vermieden wird.
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Durch
die Integration der Leichtmetallgussbauteile 3.1 bis 3.6 in
die als Rahmenprofil 1 ausgebildete Seitenwand des Fahrzeugs
kann an den mittels der Leichtmetallgussbauteile 3.1 bis 3.6 gebildeten
Knotenpunkten eine erhöhte Steifigkeit durch während
des Druckgussprozesses in die Leichtmetallgussbauteile 3.1 bis 3.6 eingebrachte
Rippen- und/oder Hohlstrukturen erzeugt werden.
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2 zeigt
eine Weiterbildung der Rahmenstruktur 1, wobei das Leichtmetallgussbauteil 3.3 als
Verbindungsprofil ausgebildet ist und gleichzeitig die Stahlbauteile 2.2, 2.3, 2.5 und 2.6 miteinander verbindet,
so dass eine so genannte B-Säule des Fahrzeugs als Leichtmetallgussbauteil 3.3 ausgebildet
ist, woraus eine Verringerung des Gesamtgewichts des Fahrzeug und
daraus folgend ein verminderter Energieverbrauch und geringere Schadstoffemissionen
resultieren.
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In
nicht näher dargestellten Weiterbildungen der Erfindung
kann die Rahmenstruktur 1 abweichend von den in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen ausgebildet
sein, d. h. die Rahmenstruktur 1 kann aus einer unterschiedlichen Anzahl
und Anordnung von Stahlbauteilen 2.1 bis 2.7 und
Leichtmetallgussbauteilen 3.1 bis 3.6 gebildet sein,
wobei die Leichtmetallgussbauteile 3.1 bis 3.6 als
Knotenpunkte und/oder Verbindungsprofile ausgebildet sind, wobei
durch die unterschiedliche Ausbildung unterschiedliche Stabilitäten,
Elastizitäten und/oder Verformbarkeiten von Abschnitten
der Fahrzeugkarosserie erzeugbar sind.
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Die 3 bis 5 zeigen
verschiedene Beplankungen einer Rahmenstruktur 1.
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3 zeigt
eine Stahlbeplankung der Rahmenstruktur 1, wobei die Stahlbeplankung
mehrere Stahlbleche 4.1 bis 4.5 umfasst, welche
auf die Rahmenstruktur 1 aufgebracht und an dieser befestigt sind.
Die Stahlbleche 4.1 bis 4.5 werden dabei insbesondere
in einem Schweißverfahren mit den Stahlbauteilen 2.1 bis 2.7 verschweißt,
wobei aufgrund der Verschweißung gleicher Werkstoffe, hier
Stahl und Stahl, eine stabile Verschweißung und somit Anbindung
der Stahlbeplankung an die Rahmenstruktur 1 sichergestellt
ist.
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Alternativ
oder zusätzlich werden die Stahlbleche 4.1 bis 4.5 mittels
weiterer Verbindungstechniken, beispielsweise durch Vernieten, Löten,
Kleben und/oder weitere Techniken, an der Rahmenstruktur 1 befestigt,
wobei aufgrund der in den 1 und 2 gezeigten
Ausbildung der Rahmenstruktur 1 mit den Stahlbauteilen 2.1 bis 2.7 als
längsförmige Abschnitte und den Leichtmetallgussbauteilen 3.1 bis 3.6 als
Knotenpunkte und/oder Verbindungsprofile die verwendbaren Verbindungstechniken
sehr flexibel wählbar und insbesondere an eine jeweilige Funktion
der zu verbindenden Elemente anpassbar sind. Auch ist es möglich,
dass die Stahlbleche 4.1 bis 4.5 zusätzlich
direkt miteinander verbunden sind.
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4 zeigt
eine Leichtmetallbeplankung der Rahmenstruktur 1, wobei
die Leichtmetallbeplankung mehrere Leichtmetallbleche 5.1 bis 5.5 umfasst,
welche auf die Rahmenstruktur 1 aufgebracht und an dieser
befestigt sind. Die Leichtmetallbleche 5.1 bis 5.5 werden
dabei insbesondere in einem Schweißverfahren mit den Leichtmetallgussbauteilen 3.1 bis 3.6,
d. h. an den Knotenpunkten und/oder den Verbindungsprofilen, verschweißt.
Die Anbindung der Leichtmetallgussbauteile 3.1 bis 3.6 an
die Rahmenstruktur 1 mittels Verschweißung wird
dabei durch den in den 1 und 2 gezeigten
Aufbau der Rahmenstruktur 1 mit den Stahlbauteilen 2.1 bis 2.7 als
längsförmige Abschnitte und den Leichtmetallgussbauteilen 3.1 bis 3.6 als
Knotenpunkte und/oder Verbindungsprofile ermöglicht, da
nur zwischen gleichartigen Werkstoffen, wie hier Leichtmetall und
Leichtmetall, eine stabile Verschweißung sichergestellt
ist.
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Weiterhin
ist auch hier die Anwendung der alternativen oder zusätzlichen
Verbindungstechniken zur Anbindung der Beplankung an die Rahmenstruktur 1 möglich,
wobei die Leichtmetallbleche 5.1 bis 5.5 zusätzlich
direkt miteinander verbunden sein können.
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5 zeigt
eine Beplankung der Rahmenstruktur 1, welche aus einer
Kombination von Stahlblechen 4.1 bis 4.3 und Leichtmetallblechen 5.1 und 5.2 gebildet
ist. Dabei erfolgt die Anbindung der Stahlbleche 4.1 bis 4.3 vorzugsweise
wiederum mittels Verschweißung an den Stahlbauteilen 2.1 bis 2.7 der
Rahmenstruktur 1 und die Anbindung der Leichtmetallbleche 5.1 und 5.2 ebenfalls
mittels Verschweißung an den Leichtmetallgussbauteilen 3.1 bis 3.6 der
Rahmenstruktur 1.
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Diese
Anordnung der Beplankung ergibt sich wiederum in vorteilhafter Weise
aus dem Aufbau der Rahmenstruktur 1, wobei aufgrund der
Ausbildung der längsförmigen Abschnitte als Stahlbauteile 2.1 bis 2.7 sowie
der Knotenpunkte und/oder Verbindungsprofile als Leichtmetallgussbauteile 3.1 bis 3.6 die
flexible Ausbildung der Beplankung möglich ist. Aus der
Möglichkeit dieser flexiblen Beplankung der Rahmenstruktur 1 folgt
wiederum in besonders gewinnbringender Weise, dass einzelne Abschnitte
der Fahrzeugkarosserie in einfacher Art und Weise für die
während des Betriebs des Fahrzeugs auftretenden Belastungen
dimensioniert werden können. Auch werden eine Insassensicherheit
und die Sicherheit anderer Verkehrsteilnehmer, insbesondere auch von
Fußgängern, erhöht, da sowohl die Crashsicherheit
des Fahrzeugs als auch der Fußgängerschutz durch
eine flexible Gestaltung von verstärkten, d. h. stabileren
Bereichen der Fahrzeugkarosserie, und leichter verformbaren Bereichen
der Fahrzeugkarosserie, so genannten Knautschzonen, ermöglicht
wird.
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In
einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist es aufgrund
der in den 1 und 2 dargestellten
Rahmenstruktur 1 in besonders vorteilhafter Weise möglich,
einfach eine Dachstruktur an die Rahmenstruktur 1 anzubinden,
wobei die Dachstruktur vorzugsweise wiederum mit einer Beplankung aus
Stahl- und/oder Leichtmetallblechen versehen wird. Somit ist auch
eine flexible Gestaltung des Daches des Fahrzeugs, insbesondere
eine Anpassung der Stabilität an die Anforderungen und
Belastungen während des Betriebs des Fahrzeugs, möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rahmenstruktur
- 2.1
bis 2.7
- Stahlbauteil
- 3.1
bis 3.6
- Leichtmetallgussbauteil
- 4.1
bis 4.5
- Stahlblech
- 5.1
bis 5.5
- Leichtmetallblech
- V1
bis V14
- Verbindungsstelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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