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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Querträgers für ein vorderes Ende einer Karosserie eines Personenkraftwagens nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, sowie einen Querträger für ein vorderes Ende einer Karosserie eines Personenkraftwagens nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 12.
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Derartige Querträger für ein vorderes Ende einer Karosserie, die insbesondere als Kühlerquerträger verwendet werden, sind hinlänglich bekannt. Sie bestehen in der Regel aus einer Stahl- oder Aluminiumschweißgruppe, was sich in Bezug auf eine Herstellung derartiger Kühlerquerträger als äußerst aufwändig und damit kostenintensiv erweist. Zudem sind derartige Kühlerquerträger, sofern keine anderen Vorkehrungen getroffen werden, nicht optimal in ihrem Unfallverhalten insbesondere aufgrund von Schweißstellen der genannten Schweißgruppen. Weiterhin kommt es aufgrund eines Wärmeeintrags bei Schweißvorgängen zu Verzögen, sodass eine Form derartiger Kühlerquerträger untereinander nicht einheitlich ist. Das bedeutet, dass derartige Kühlerquerträger hohe Toleranzen aufweisen, die eine komplizierte, aufwändige und damit kostenintensive Montage mit sich bringen.
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Die
DE 10 2004 040 095 B4 offenbart ein Frontend für einen Personenkraftwagen, bei welchem Seitenträger als Metall-Kunststoff-Hybridbauteile ausgeführt sind und einen Aufnahmeraum für ein Kühlmodul bilden. Des Weiteren sind Montageflansche vorgesehen, mittels welchen das Frontend an Fahrzeuglängsträger anbindbar ist. Dieses Frontend weist den Nachteil auf, dass zur Montage eines Kühlers zusätzliche Verbindungselemente nötig sind, was sowohl Montage- als auch Bauteilkosten ansteigen lässt.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Querträgers und einen Querträger der eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, dass eine höhere Funktionsintegration ermöglicht ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Querträgers mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch einen Querträger mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Querträgers für ein vorderes Ende einer Karosserie eines Personenkraftwagens wird ein Trägerprofil verformt und mittels eines Kunststoffs zumindest bereichsweise zu einem Hybridbauteil ergänzt, wobei an dem Hybridbauteil wenigstens eine Aufnahme für ein Kühlermodul vorgesehen wird. Dies birgt den Vorteil, dass dadurch eine höhere Funktionsintegration derart erreicht ist, dass zusätzliche Verbindungselemente wie beispielsweise Halter und/oder zusätzliche Trägerelemente zur Anordnung eines Kühlermoduls am Querträger vermeidbar sind. Dies resultiert in einer Reduzierung einer Teileanzahl und damit in einer Reduzierung von Kosten für einen derartigen Querträger. Zudem ist aufgrund der geringeren Teileanzahl ein Handling in einer Montage des Querträgers vereinfacht, woraus sich eine unaufwändigere, einfachere und damit kostengünstigere Montage ergibt, welche sich auch positiv auf Gesamtkosten für die Karosserie des Personenkraftwagens auswirkt.
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Gleichzeitig bleiben jedoch alle Vorteile eines Hybridbauteils erhalten. So weist es bei einem geringen Gewicht eine sehr gute Steifigkeit auf, wodurch sich einerseits ein Kraftstoffverbrauch einer Verbrennungskraftmaschine des Personenkraftwagens und damit CO2-Emissionen gering halten lassen. Andererseits ist ein Unfallverhalten des Querträgers äußerst positiv bezüglich einer Sicherheit für Insassen der Karosserie des Personenkraftwagens. Zudem ist durch die Ausbildung der Aufnahme für ein Kühlermodul am Hybridbauteil eine bessere funktionale Erfüllung des Hybridbauteils erreicht, da das genannte Spektrum an Vorteilen des Hybridbauteils um einen weiteren Aspekt erweitert ist.
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Wird bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung die Aufnahme durch den Kunststoff ausgebildet, so ergibt sich daraus der Vorteil, dass beliebige, mitunter auch komplizierte Geometrien der Aufnahme an beliebigen Stellen des Hybridbauteils in unaufwändiger und damit Kosten sparender Weise durch den Kunststoff beziehungsweise eine Kunststoffstruktur ausgebildet werden können. Dies bedeutet eine wesentlich höhere Flexibilität der Gestaltung der Aufnahme für das Kühlermodul, wodurch konstruktive Freiheiten erschlossen und dadurch Package-Probleme gelöst werden können.
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Darüber hinaus ist die Ausbildung der Aufnahme durch den Kunststoff insofern vorteilhaft, als dass dadurch ein Gewicht für die Aufnahme beispielsweise im Vergleich zu metallischen Aufnahmevorrichtungen gering gehalten werden kann, was ebenfalls einer Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs der Verbrennungskraftmaschine des Personenkraftwagens und damit der Reduzierung der CO2-Emissionen zuträglich ist.
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Alternativ kann bei einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung jedoch vorgesehen sein, dass die Aufnahme durch das Trägerprofil ausgebildet wird. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn eine besonders feste und stabile Aufnahme für das Kühlermodul vorgesehen werden muss und der Kunststoff beziehungsweise die Kunststoffstruktur diese Anforderungen an eine feste und stabile Aufnahme aufgrund seiner Materialeigenschaften nicht erfüllen kann. Bei einer derartigen Aufnahme für ein Kühlermodul, sei sie durch den Kunststoff oder durch das Trägerprofil gebildet, kann es sich beispielsweise um eine Kühleraufnahme für Kühlerfüße handeln.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird das Trägerprofil aus einem innenhochdruckgeformten Rohr gebildet, wodurch eine praktisch toleranzfreie und hochpräzise Fertigung ermöglicht wird, was in einer einfacheren und unaufwändigeren Montage des Querträgers resultiert. Diese einfachere und unaufwändigere Montage bedeutet eine Senkung von Montagekosten, womit auch eine Absenkung von Gesamtkosten für einen derartigen Querträger einhergeht. Durch diese Ausführungsform ist es also ermöglicht, dass eine Tragstruktur des Querträgers aus einem stabilen und hochpräzisen Rohr gebildet ist, dessen Funktionserfüllungsumfang mittels des Kunststoffs beträchtlich erhöht ist, wodurch zum einen ein steifes und festes und zum anderen gleichzeitig leichtes Bauteil in Form des Querträgers geschaffen ist. Somit sind alle bisher beschriebenen Vorteile im Zusammenhang mit einem Hybridbauteil und in Zusammenhang mit der Erweiterung des Funktionserfüllungsumfangs verknüpft mit einer Reduzierung der Montagekosten infolge des mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hoch präzise herstellbaren Querträgers.
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Wird die Aufnahme für das Kühlermodul durch das Trägerprofil ausgebildet und wird das Trägerprofil selbst aus einem innenhochdruckgeformten Rohr gebildet, so wird idealer Weise diese Aufnahme für das Kühlermodul beim Innenhochdruckumformen im Trägerprofil ausgebildet. Dies bedeutet eine Reduzierung einer Anzahl an Herstellungsschritten, wodurch eine Herstellungszeit abgesenkt wird, was mit geringeren Herstell- und damit geringeren Gesamtkosten für einen derartigen Querträger beziehungsweise für ein derartiges Verfahren einhergeht.
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Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Aufnahme mittels Verpressens und/oder Stanzens ausgebildet wird. Die Ausbildung der Aufnahme, wobei auch eine Mehrzahl der Aufnahmen ausgebildet werden kann, kann auch außerhalb eines Werkzeugs für den Innenhochdruckumformprozess erfolgen, idealerweise geschieht die Ausbildung der Aufnahme innerhalb des Umformwerkzeugs, wodurch zusätzliche Arbeitsschritte, beispielsweise zum Herausnehmen des Rohrs, obsolet sind, woraus eine weitere Absenkung der Herstellungskosten folgt.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird das Trägerprofil in einem ersten Bearbeitungsschritt durch Biegen und in einem anschließenden Bearbeitungsschritt durch Innenhochdruckumformen bearbeitet. Diese Ausführungsform des Verfahrens hat den Vorteil inne, dass Eindrückungen oder Faltungen in Folge des Biegens durch den Innenhochdruckumformprozess nivelliert werden können, wodurch ungewollte Geometrieänderungen und daraus resultierende Spannungsspitzen insbesondere im Falle eines Unfalls vermeidbar sind, wodurch ein noch besseres Unfallverhalten des Querträgers realisierbar ist.
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Eine weitere Reduzierung der Herstellungszeit und damit der Herstellungskosten kann dadurch erreicht werden, dass das Trägerprofil mittels eines Spritzgussverfahrens zumindest bereichsweise mit Kunststoff umspritzt wird. Die Ergänzung des Trägerprofils zu einem Hybridbauteil mittels des Spritzgussverfahrens kann einerseits äußerst schnell erfolgen, wodurch sich die Herstellungskosten reduzieren lassen. Andererseits sind durch das Spritzgussverfahren wie bereits angedeutet beliebige Geometrien unkompliziert erzeugbar, was zusätzliche Freiheiten in der Konstruktion und damit zusätzliche Möglichkeiten zur Umgehung von Package-Problemen ermöglicht.
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Wird darüber hinaus das Spritzgussverfahren in dem selben Werkzeug wie der Innenhochdruckumformprozess durchgeführt, so ist dadurch eine weitere Reduzierung der Anzahl der Herstellungsschritte des erfindungsgemäßen Querträgers beziehungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht, was eine weitere Absenkung der Herstellungszeit und damit der Herstellungskosten und damit der Gesamtkosten für den Querträger zur Folge hat. Das Trägerprofil muss somit nach dem Biegen und/oder dem Innenhochdruckumformen nicht aus dem Werkzeug herausgenommen und in ein anderes Werkzeug zum Umspritzen mit Kunststoff verbracht werden, was einen zusätzlichen Herstellungsschritt und damit eine Erhöhung der Herstellungskosten bedeuten würde. Dies wird durch das erfindungsgemäße Verfahren vermieden.
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Werden am Querträger beidenends im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten verlaufende Bereiche ausgebildet, die insbesondere am Trägerprofil ausgebildet werden, so ergibt sich damit ein Hybridbauteil, dessen Trägerprofil, das Innenhochdruckumgeformte Rohr, einen wesentlichen Teil des Kühlerträgerrahmens und dessen Anbindung an eine Längsträgerebene, insbesondere an einer unteren Längsträgerebene, der Karosserie des Personenkraftwagens bildet. Somit ist ein Bauteil geschaffen, das einen besonders hohen Funktionserfüllungsumfang aufweist. Des Weiteren ist das Unfallverhalten dieses Querträgers insofern verbessert, als dass durch die Anbindung an die Längsträgerebene eine Einleitung einer Aufprallenergie in Folge eines Unfalls in besonders günstiger Art und Weise definiert in die Karosserie des Personenkraftwagens beziehungsweise in relevante Unfallstrukturen eingeleitet und in diesen verteilt werden können, da der Querträger bei dieser vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung quasi bereits einen Teil der Längsträgerebene umfasst.
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Darüber hinaus ist dadurch eine unkomplizierte Montage zur Anbindung des Querträgers an die Längsträgerebene geschaffen, da wie bereits beschrieben, das Bauteil in Form des Querträgers mittels des Innenhochdruckumformprozesses und des Spritzgussverfahrens praktisch toleranzfrei und hochpräzise herstellbar und damit an entsprechende Anbindungsstrukturen der Karosserie des Personenkraftwagens angebunden werden kann.
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Wird der Querträger im Wesentlichen aus Aluminium gebildet, so ergibt sich daraus der Vorteil, dass ein Gesamtgewicht des Querträgers gering gehalten werden kann, wodurch es zu einer Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs der Verbrennungskraftmaschine und damit zu einer Reduzierung der CO2-Emissionen der selbigen kommt. Dabei kann ebenso vorgesehen sein, dass der Querträger aus Legierungen auf Aluminiumbasis gebildet ist.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Querträger aus Stahl gebildet wird, was den Vorteil mit sich bringt, dass in diesem Falle ein äußerst festes und steifes Bauteil geschaffen ist, welches entsprechenderweise ein besonders günstiges Unfallverhalten aufweist. Andererseits kann bei geringerer jedoch ausreichender Festigkeit die Wandstärke des Querträgers verringert werden, wodurch dem Leichtbaugedanken vermehrt Rechnung getragen wird.
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Bei einem Querträger für ein vorderes Ende einer Karosserie eines Personenkraftwagens mit einem umgeformten Trägerprofil, welches mittels eines Kunststoffs zumindest bereichsweise zu einem Hybridbauteil ergänzt ist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Hybridbauteil wenigstens eine Aufnahme für ein Kühlermodul erfasst. Damit einher gehen alle in diesem Zusammenhang im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschriebenen Vorteile, nämlich dass er ein Funktionserfüllungsumfang des Hybridbauteils zusätzlich dadurch erweitert ist, dass er zumindest eine Aufnahme für ein Kühlermodul umfasst, wodurch zusätzliche Verbindungseinrichtungen wie beispielsweise Halter und/oder Trägerelemente vermeidbar sind. Dies bedeutet eine Reduzierung einer Teileanzahl und damit einer Reduzierung von Beschaffungskosten, was Gesamtkosten für einen derartigen Querträger gering hält. Gleichzeitig bleiben alle Vorteile eines Hybridbauteils erhalten, nämlich die eines einerseits steifen und festen und andererseits leichten Bauteils.
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Ist die Aufnahme für das Kühlermodul mittels des Kunststoffs gebildet, so ergibt sich daraus der Vorteil, dass komplizierte Geometrien und/oder komplizierte Anordnungspositionen der Aufnahme in einfacher Weise beispielsweise durch ein Spritzgussverfahren realisierbar ist, was eine größere Flexibilität bezüglich einer Anordnung und einer Konstruktion der Aufnahme bedeutet. Dadurch lassen sich Package-Probleme gerade in einem bauraumkritischen Bereich wie einem Motorraum, in welchem ein derartiger Querträger beispielsweise angeordnet ist, unkompliziert und ohne gravierende Kompromisse umgehen.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Aufnahme mittels des Trägerprofils ausgebildet ist. In diesem Falle erweist sich die Aufnahme für das Trägermodul als äußerst steif und fest und damit belastbar gegenüber mechanischen Beanspruchungen, was beispielsweise bei ausgesprochen großen und schweren Kühlermodulen und/oder Personenkraftwagen, die beispielsweise im Gelände eingesetzt werden, der Fall sein kann.
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Weist der das Trägerprofil beiderends eine im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten verlaufende Bereiche auf, so ist dadurch eine unkomplizierte Anbringung des Querträgers an eine Längsträgerebene, insbesondere eine untere Längsträgerebene der Karosserie des Personenkraftwagens ermöglicht, wodurch gerade im Falle eines Unfalls eine Aufprallenergie besonders günstig, da definiert, in die Karosserie beziehungsweise unfallrelevante Strukturen einleitbar und in der Karosserie vertellbar ist. Dadurch ist eine Verbesserung eines Unfallverhaltens des Querträgers und damit der gesamten Karosserie des Personenkraftwagens erreicht.
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Ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Querträger einstückig ausgebildet, so wirkt aufgrund der Einstückigkeit des Querträgers in sich einerseits und der Anbindung an die Längsträgerebene andererseits unter Entfall jeglicher Fügetechniken mit nur geringem Aufwand als ein einheitliches Gesamtbauteil von sehr geringem Gewicht erreicht, welches hinsichtlich einer Anpassung an einen Bauraum, Steifigkeit, Funktionalität bezüglich der Kühleraufnahme und Unfallsicherheit auf hohen Anforderungen genügt.
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Ist der Querträger im Wesentlichen aus Aluminium gebildet, so wirkt sich dies vorteilhaft für das geringe Gewicht des Querträgers aus bei gleichzeitiger Beibehaltung eines hohen Funktionserfüllungsumfangs. Dabei kann ebenso vorgesehen sein, dass der Querträger beispielsweise aus einer Legierung auf Aluminiumbasis gebildet ist.
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Alternativerweise ist der Querträger beispielsweise aus Stahl gebildet, wodurch sein Gesamtgewicht nur in geringem Maße steigt. Allerdings wird hierdurch ein sehr festes und steifes Bauteil mit einem gegebenenfalls noch besseren Unfallverhalten geschaffen.
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Weitere Vorteile Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen und in Alleinstellung verwendbar ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in der Figur eine perspektivische Ansicht eines Kühlerträgers in Innenhochdruckumform-Hybridbauweise.
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Die Figur zeigt einen Querträger 10 für ein vorderes Ende einer Karosserie eines Personenkraftwagens mit einem umgeformten Trägerprofil 18 welches mittels eines Kunststoffs 19 zu einem Hybridbauteil ergänzt ist. Das Trägerprofil 18 ist dabei aus einem innenhochdruckumgeformten Rohr gebildet, welches vorgebogen, innenhochdruckumgeformt und anschließend mit dem Kunststoff 19 in einem Spritzgussverfahren umspritzt wird. Idealerweise geschehen diese Umformprozesse und der Umspritzungsprozess in ein und demselben Werkzeug zur Reduzierung einer Anzahl an Herstellschritten und damit zur Reduzierung von Herstellkosten.
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Das Trägerprofil 18 weist zudem beiderends in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten verlaufende Bereiche 16 auf, mittels welchen der Querträger 10 an eine untere Längsträgerebene der Karosserie des Personenkraftwagens anbindbar ist. In der Figur ist dadurch leicht zu erkennen, dass somit im Falle eines Unfalls in besonders günstiger Art und Weise eine Aufprallenergie über den Querträger 10 in unfallrelevante Strukturen der Karosserie des Personenkraftwagens über die Bereiche 16 eingeleitet und in der Karosserie verteilt werden kann zur Herabsetzung einer Verletzungswahrscheinlichkeit und einer Verletzungsschwere für Insassen des Personenkraftwagens.
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Zur Erhöhung eines Funktionserfüllungsumfangs des Querträgers 10 weist der Kunststoff 19 Aufnahmen 12 und 14 für ein Kühlermodul auf, mittels welchen also ein Kühlermodul am Querträger 10 befestigbar ist. Somit bildet das Trägerprofil 18 beziehungsweise der Querträger 10 einen wesentlichen Teil eines Kühlerträgerrahmens. Durch die Ausbildung der Aufnahmen 12 und 14 sind zusätzliche Verbindungselemente für das Kühlermodul vermieden, was eine Teileanzahl und damit Gesamtkosten für den Querträger 10 gering hält. Der Querträger 10 stellt somit ein Hybridbauteil dar, welches einerseits aufgrund des Trägerprofils 18 eine hohe Steifigkeit und ein gutes Unfallverhalten aufweist. Andererseits stellt der Querträger 10 ein Bauteil dar, welches aufgrund des Kunststoffs 19 leicht ist und dennoch einen hohen Funktionserfüllungsumfang aufweist.
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Der Querträger 10 erhält beiderends und in den Bereichen 16 seitliche Anspritzungen, die für die Befestigung an der Karosserieanbindungsstruktur gedacht sind. Die Anspritzungen werden mit den Aufnahmen 12 und 14 sowie deren Verbindung in verfahrensökonomischer Weise in einem Spritzgussvorgang im gleichen Werkzeug hergestellt. Sämtliche Umspritzungen und Anspritzungen sind miteinander einstückig verbunden, wodurch der Kunststoff auch bei höheren mechanischen Beanspruchungen, wie beispielsweise in einem Fahrzeugcrash, einen verbesserten Halt am Trägerprofil 18 erhält.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004040095 B4 [0003]
