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Die Erfindung betrifft ein Gussbauteil aus Aluminium und/oder einer Aluminiumlegierung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Zur Erfüllung von Funktionsanforderungen im Belastungsfall wie beispielsweise bei einem Fahrzeugcrash werden als Strukturbauteile ausgeführte Karosserie-Gussbauteile aus Aluminium üblicherweise konstruktiv durch zusätzliche Verstärkungselemente in Form von Querrippen versteift. Bei der Auslegung dieser Karosserie-Gussbauteile werden diese zusätzlichen Verstärkungselemente hauptsächlich zur Erfüllung der vorgenannten Bauteilfunktion ankonstruiert. Um nun die geforderten mechanischen Eigenschaften dieser Gussstrukturen zu erreichen, werden die Bauteile in der Regel nach dem Gießen einer Wärmebehandlung unterzogen. Sowohl werkstoff- als auch prozessbedingt weisen diese Karosserie-Gussbauteile bei der Wärmebehandlung jedoch Bauteilverzüge auf, die außerhalb der zulässigen und/oder geforderten Toleranzgrenzen liegen können. Nur mit Hilfe von üblicherweise kostenintensiven und aufwändigen Nacharbeitsprozessen lassen sich dann die geforderten Toleranzgrenzen einhalten.
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In der
DE 10 2008 029 864 A1 wird beispielsweise ein Gussbauteil beschrieben. Das beschriebene Gussbauteil besteht aus einer Aluminium-Druckgusslegierung. Um eine ausreichende Duktilität des Bauteils zu erreichen, ist es erforderlich eine Wärmebehandlung durchzuführen, die ein einstufiges Stabilisierungsglühen umfasst, und somit die zusammenhängende, spröde Struktur des Gussbauteils globulitisch einzuformen. Auf Grund der in der Regel hohen Abkühlrate nach dem Stabilisierungsglühen hat diese Wärmebehandlung jedoch Auswirkungen auf die Maßhaltigkeit, so dass ein nachfolgendes Richten des Gussbauteils erforderlich ist, wodurch die Prozesskosten erhöht werden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Gussbauteil aus Aluminium und/oder einer Aluminiumlegierung bereitzustellen, das eine hohe Duktilität und Festigkeit aufweist und dabei kostengünstig und mit deutlich reduziertem Verzug bei der Wärmebehandlung herstellbar ist.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch Bereitstellung eines Gussbauteiles mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Um ein Gussbauteil aus Aluminium und/oder einer Aluminiumlegierung anzugeben, das eine hohe Duktilität und Festigkeit aufweist und dabei kostengünstig und mit deutlich reduziertem Verzug bei der Wärmebehandlung herstellbar ist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Gussbauteil mindestens eine den Verzug des Bauteils bei der Wärmebehandlung beeinflussende als Sicke ausgeführte Nebenform aufweist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die konstruktive Nebenform derart ausgeführt, dass diese einen Verzug des Bauteiles bei der Wärmebehandlung mindestens teilweise reduziert bzw. minimiert. Da durch den geringeren Verzug der Bauteile bei der Wärmebehandlung eine bessere Maßhaltigkeit gegeben ist, können teure und aufwändige Nacharbeitsprozesse zumindest reduziert und somit die Prozesskosten deutlich minimiert werden.
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In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gussbauteils ist vorgesehen, dass das Gewicht der Nebenform mindestens im Verhältnis von 1:10 zum Gewicht des Gesamtgussbauteils und/oder das Flächenträgheitsmoment der Nebenform mindestens im Verhältnis von 2:100 zum Flächenträgheitsmoment des Gesamtgussbauteils stehen. Insbesondere die konstruktive Ausführung der Nebenform als Sicke ergibt in vorteilhafter Weise eine höhere Wirksamkeit der Nebenform, was auf die größeren Flächenträgheitsmomente bezogen auf die Gesamtstruktur zurückzuführen ist. Folglich weisen erfindungsgemäße Nebenformen ein höheres Widerstandsmoment auf, wodurch das mit einer solchen Nebenform ausgestattete Gussbauteil zur Aufnahme höherer Biegemomente in der Lage ist. Bei gleichen Prozessrandbedingungen wird daher das mit einer erfindungsgemäßen Nebenform ausgestattete Gussbauteil weniger deformiert. Zudem ist durch die Verwendung der als Sicke ausgeführten Nebenform in vorteilhafter Weise ein Gewichtsvorteil gegenüber einer konventionellen als Rippe ausgeführten Nebenform erzielbar, da die Sicke aus der Gussbauteilwand direkt geformt ist und damit weniger Zusatzmaterial als im Falle einer Rippe erforderlich ist.
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Bevorzugt ist die mindestens eine als Sicke ausgeführte Nebenform zum Hohlraum hin gewölbt. Hierdurch ergibt sich auf einfache und kostengünstige Weise eine konstruktive Nebenform zur Minimierung des Wärmeverzuges bei wärmebehandelten Gussbauteilen aus Aluminium und/oder Aluminiumlegierungen. Durch die konstruktive Ausführung der Nebenform als nach innen gewölbte Sicke können verzugsarme und im Vergleich zu anderen Nebenformen leichtere Gussbauteile aus Aluminium und/oder Aluminiumlegierungen hergestellt werden, wodurch sowohl erhebliche Nacharbeitskosten infolge des Richtens der Bauteile als auch Zusatzmaterial eingespart werden können. Vorzugsweise verläuft mindestens eine Sicke quer und/oder längs am Gussbauteil.
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In weiterer Ausgestaltung umfasst das erfindungsgemäße Gussbauteil ein Strukturbauteil einer Fahrzeugkarosserie und/oder ist als Strukturbauteil der Fahrzeugkarosserie ausgeführt. Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen als Sicke ausgeführten Nebenformen können besonders kostengünstige Gussbauteile hergestellt werden, die in vorteilhafter Weise bei Karosserien von Fahrzeugen eingesetzt werden können.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
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Dabei zeigen:
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1 drei Ausführungsformen eines Gussbauteiles mit unterschiedlichen Nebenformen, wobei das erfindungsgemäße Gussbauteil eine als Sicke ausgeführte Nebenform aufweist, und
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2 die Maßabweichungen bzw. die Verzöge bei der Wärmebehandlung der unterschiedlichen Gussbauteile mit den unterschiedlichen Nebenformen im Vergleich.
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1 zeigt drei Ausführungsformen eines Gussbauteiles 10a, 10b und 10c aus Aluminium und/oder einer Aluminiumlegierung, die jeweils mindestens einen Hohlraum 12a, 12b, 12c aufweisen und nach dem Gießen einem Wärmebehandlungsverfahren unterzogen werden. Bei den verschiedenen hier beschriebenen Ausführungsformen des Gussbauteils 10a, 10b, 10c handelt es sich beispielhaft um U-förmige, langgestreckte Profile 10a, 10b und 10c. Ausführungsformen der Erfindung können jedoch auch bei anderen Profilformen bzw. anderen Querschnittsformen angewendet werden. So sind Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise auch für dreieckige, halbmondförmige oder sechseckige Querschnittsformen der Gussbauteile geeignet.
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Die U-förmigen Gussbauteile 10a, 10b und 10c weisen somit jeweils drei Seiten 16a, 18a, 20a, 16b, 18b, 20b bzw. 16c, 18c, 20c auf, welche bei den drei Ausführungsformen jeweils von einer Oberseite 16a, 16b, 16c, einer Unterseite 18a, 18b, 18c und einer Verbindungsseite 20a, 20b, 20c ausgebildet sind. Die Seiten 16a, 18a, 20a, 16b, 18b, 20b bzw. 16c, 18c, 20c können hierbei einen geraden, gewölbten oder anderen Verlauf aufweisen.
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Die Gussbauteile 10a, 10b, 10c weisen hierbei jeweils eine im Hohlraum 12a, 12b, 12c an den Seiten 16a, 18a, 20a, 16b, 18b, 20b bzw. 16c, 18c, 20c angeordnete als Versteifungsrippe 22a, 22b, 22c ausgeführte Nebenform sowie jeweils eine weitere einen Verzug des Gussbauteils 10a, 10b, 10c bei der Wärmebehandlung beeinflussende Nebenform 14a, 14b, 14c auf, welche bei den Ausführungsformen unterschiedlich ausgeführt sind. Die Anzahl der an den Gussbauteilen 10a, 10b, 10c vorgesehenen Nebenformen 22a, 22b, 22c und/oder weiteren Nebenformen 14a, 14b, 14c ist selbstverständlich variabel. Bei einer in 1 links dargestellten ersten Ausführungsform weist das Gussbauteil 10a weitere den Verzug des Gussbauteils 10a bei der Wärmebehandlung beeinflussende Nebenformen in Form von konventionellen Rippen 14a auf, welche kleiner als die Versteifungsrippe 22a ausgeführt sind und von welchen eine Rippe 14a beispielhaft dargestellt ist. Die weiteren als kleine Rippen ausgeführten Nebenformen 14a verlaufen im Hohlraum 12a und sind an den Seiten 16a, 18a, 20a des Gussbauteiles 10a angeordnet. Bei einer in 1 rechts dargestellten zweiten Ausführungsform weist das Gussbauteil 10c weitere den Verzug des Gussbauteils 10c bei der Wärmebehandlung beeinflussende Nebenformen 14c in Form von konventionellen Rippen auf, welche größer als die Versteifungsrippe 22c ausgeführt sind und von welchen eine Rippe 14c beispielhaft dargestellt ist. Die weiteren als große Rippen ausgeführten Nebenformen 14c verlaufen im Hohlraum 12c und sind an den Seiten 16c, 18c, 20c des Gussbauteiles 10c angeordnet.
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Um ein Gussbauteil 10b bereitzustellen, das eine hohe Duktilität und Festigkeit aufweist und dabei kostengünstig und mit deutlich reduziertem Verzug bei der Wärmebehandlung herstellbar ist, weist das in 1 in der Mitte dargestellte Gussbauteil 10b in einer dritten Ausführungsform erfindungsgemäß mindestens eine den Verzug des Gussbauteils 10b bei der Wärmebehandlung beeinflussende Nebenform 14b auf, welche als Sicke ausgeführt ist. Bevorzugt umfasst das Gussbauteil 10b ein Strukturbauteil einer Fahrzeugkarosserie bzw. ist als Strukturbauteil der Fahrzeugkarosserie ausgeführt.
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Das Gewicht der als Sicke ausgeführten erfindungsgemäßen Nebenform 14b steht mindestens im Verhältnis von 1:10 zum Gewicht des Gesamtgussbauteils 10b und das Flächenträgheitsmoment ly der Nebenform 14b steht mindestens im Verhältnis von 2:100 zum Flächenträgheitsmoment ly des Gesamtgussbauteils 10b.
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Die mindestens eine erfindungsgemäße Nebenform 14b ist bevorzugt als eine zum Hohlraum 12b hin gewölbte Sicke ausgeführt, wobei die mindestens eine Sicke 14b vorzugsweise quer und/oder längs am Gussbauteil 10b verläuft. Selbstverständlich sind auch andere Verläufe der als Sicke ausgeführten Nebenform 14b denkbar. Bei der dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die als Sicke ausführte Nebenform 14b quer am Gussbauteil 10b angeordnet und erstreckt sich über die gesamte Breite der Oberseite 16b, die gesamte Breite der Unterseite 18b und die gesamte Breite der Verbindungsseite 20b, wobei auch alternative Verläufe der Sicke 14b denkbar sind.
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Zudem zeigt 1 die Gewichte der verschiedenen Gussbauteile 10a, 10b, 10c sowie prozentuale Anteile der Gewichte und der Flächenträgheitsmomente lY der einzelnen Nebenformen 14a, 14b, 14c bezogen auf das Gewicht und das Flächenträgheitsmoment lY des jeweiligen Gesamtgussbauteils 10a, 10b und 10c. Dies bedeutet, dass 1 einen Vergleich der Gewichts- und Flächenträgheitsmoments-Anteile verschiedener Nebenformen 14a, 14b, 14c bezogen auf das jeweilige Gesamtgussbauteil 10a, 10b, 10c zeigt.
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In 2 sind in Form von Kennlinien a bis d die Maßabweichungen bzw. die Verzöge bei der Wärmebehandlung der unterschiedlichen Gussbauteile 10a, 10b, 10c mit den unterschiedlichen Nebenformen 14a, 14b, 14c sowie eines Gussbauteiles ohne Nebenform im Vergleich dargestellt. Hierbei ist ersichtlich, dass das Gussbauteil 10b mit der konstruktiv und mit einem definierten Verhältnis von Gewicht und Flächenträgheitsmoment zum Gesamtgussbauteil als Sicke ausgeführten Nebenform 14b gemäß Kurve b im Vergleich zu den anderen Gussbauteilen 10a, 10c mit den konventionellen Nebenformen 14a, 14c gemäß Kurven a und c sowie zu einem Gussbauteil ohne Nebenform gemäß Kurve d den geringsten Wärmeverzug zur Folge hat. Die höhere Wirksamkeit der konstruktiv als Sicke ausgeführten weiteren Nebenform 14b kann auf die größeren Flächenträgheitsmomente lY bezogen auf die Gesamtstruktur des Gussbauteils 10b zurückzugeführt werden. Folglich weist die als Sicke ausgeführte Nebenform 14b ein höheres Widerstandsmoment auf, wodurch das mit dieser Nebenform 14b ausgestattete Gussbauteil 10b zur Aufnahme höherer Biegemomente in der Lage ist. Bei gleichen Prozessrandbedingungen wird daher das mit der als Sicke ausgeführten Nebenform 14b ausgestattete Gussbauteil 10b weniger deformiert. Zudem kann durch die Verwendung der als Sicke ausführten Nebenform 14b in vorteilhafter Weise ein Gewichtsvorteil gegenüber den als konventionelle Rippen ausgeführten Nebenformen 14a, 14c erzielt werden, da die Sicke 14b direkt aus der Wand des Gussbauteiles 10b geformt ist und damit weniger Zusatzmaterial als im Falle der Rippen 14a, 14c erforderlich ist.
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Zusammenfassend besteht der Hauptgedanke der Erfindung darin, dass bei der Auslegung von Karosserie-Gussbauteilen 10b bevorzugt als Sicke ausgeführte Nebenformen 14b mit einem auf die Gesamtstruktur bezogenen Gewichts- und Flächenträgheitsmomenten-Verhältnis in Höhe von mindestens 1:10 bzw. 2:100 zur Minimierung der Bauteilverzüge bei der Wärmebehandlung gegenüber anderer Nebenformen 14a, 14c wie beispielsweise Querrippen unterschiedlicher Ausprägung eingebracht sind.
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Bezugszeichenliste
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- 10a, 10b, 10c
- Gussbauteil
- 12a, 12b, 12c
- Hohlraum
- 14a
- Nebenform (kleine Rippe)
- 14b
- Nebenform (Sicke)
- 14c
- Nebenform (große Rippe)
- 16a, 16b, 16c
- Oberseite
- 18a, 18b, 18c
- Unterseite
- 20a, 20b, 20c
- Verbindungsseite
- 22a, 22b, 22c
- Nebenform (Versteifungsrippe)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008029864 A1 [0003]
