-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Strukturbauteils, insbesondere eines Stoßfängerbiegeträger-Bauteils, für einen Kraftwagen, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein solches Strukturbauteil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6.
-
Ein heute übliches Strukturbauteil in Form eines Stoßfängerbiegeträger-Bauteils ist in
1 erkennbar. Ein solches Stoßfängerbiegeträger-Bauteil besteht üblicher Weise aus einem Querträgerteil 10 sowie aus zwei Energieabsorptionsteilen 12, 14, welche beispielsweise als Strangpressprofile oder in Blechschalenbauweise hergestellt sind. Da die einzelnen Bauteile - das Querträgerteil 10 und die Energieabsorptionsteile 12, 14 - gegebenenfalls aus unterschiedlichen Materialen - beispielsweise aus einer Stahl- oder Aluminiumlegierung - bestehen, sind diese im Normalfall auf relativ teuere Weise verschraubt oder verschweißt. Eine weitere Problematik von derartigen Strukturbauteilen, und insbesondere Stoßfängerbiegeträger-Bauteilen, ist es, dass diese eine vergleichsweise geringe Energieabsorption, ein hohes Gewicht und eine Bauweise aufweisen, welche im Hinblick auf ihre Belastung äußerst schwierig zu optimieren ist. Insbesondere bei geringeren Stückzahlen sind die Werkzeugkosten zur Herstellung der Einzelteile darüber hinaus sehr hoch. Solche technische Lehren finden sich in den
deutschen Patentanmeldungen DE 12 08 208 A1 und
DE 42 23 948 A1 .
-
Auch die
DE 10 2004 046 585 A1 beschreibt einen Stoßfängerbiegeträger zur Verwendung im Front- und/oder Heckbereich eines Fahrzeugs, enthaltend einen Querträger mit einer zumindest einseitig offenen Querträgerprofilschale, wobei der Querträger an den Längsträgern des Fahrzeugs über zumindest ein im Endbereich vorgesehenes, an dem Querträger einteilig angeformtes Deformationselement befestigbar ist, ist das zumindest eine Deformationselement endseitig einteilig als Verlängerung der Querträgerprofilschale an diese als Schalenelement angeformt und von dieser abgewinkelt und zumindest ein Verschlusselement zum Erzeugen eines geschlossenen Profilquerschnitts des Schalenelements des oder der Deformationselemente vorgesehen. Bei einem Verfahren zum Herstellen einer Stoßfängervorrichtung wird ein Blechzuschnitt zu einer Querträgerprofilschale geformt und zumindest einseitig endseitig ein Abschnitt der Querträgerprofilschale zum Ausbilden eines angeformten Deformationselements von der Querträgerprofilschale abgewinkelt und der das jeweilige Deformationselement bildende Schalenabschnitt der Querträgerprofilschale mit einem in Längsrichtung des Deformationselements angeordneten Verschlusselement zum Erzeugen eines geschlossenen Profilquerschnitts geschlossen.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Herstellen eines Strukturbauteils, insbesondere eines Stoßfängerbiegeträger-Bauteils, sowie ein Strukturbauteil selbst zu schaffen, mit welchem sich die Herstellungskosten reduzieren und sich die Eigenschaften des Strukturbauteils insbesondere im Hinblick auf das Crashverhalten sowie auf die Funktionsintegration verbessern lassen.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren sowie ein Strukturbauteil mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 bzw. 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen angegeben.
-
Um ein Verfahren sowie ein Strukturbauteil der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchen sich eine einfache Herstellung ergibt und sich die Eigenschaften des Strukturbauteils im Hinblick auf deren Crashverhalten sowie deren Funktionsintegration auf vorteilhafte Weise verbessern lassen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass zumindest ein Bauteilbereich des Hohlprofils des Strukturteils durch Heißgasumformen gebildet wird bzw. ist. Mit anderen Worten ist es erfindungsgemäß vorgesehen, zumindest einen Teilbereich des Strukturteils oder aber ein separates Bauteil des Strukturteils oder aber das gesamte Strukturteil durch Heißgasumformen zu bearbeiten.
-
Bei dem Heißgasumformen dient ein entsprechendes Gas als Druckmedium, mittels welchen der entsprechende Bauteilbereich warm umgeformt wird, so dass sich sehr hohe Umformgrade erzielen lassen. In einem ersten Schritt wird dabei üblicher Weise das Hohlprofil entsprechend außerhalb des Werkzeugs erwärmt. Anschließend wird zumindest der entsprechende Bauteilbereich oder aber das gesamte Strukturbauteil in ein ebenfalls beheiztes Werkzeug eingelegt, welches die Negativform der zu erzielenden Bauteilgeometrie (Kavität) bildet. In einem weiteren Verfahrensschritt werden mittels von jeweiligen, an den Querschnitt des Hohlprofils angepassten Axialstempeln die offenen Enden des Hohlprofils abgedichtet und das Druckmedium in Form des Gases in die Hohlkammer des Hohlprofils eingeleitet, so dass dieses mit einem Innendruck beaufschlagt wird. Durch ein entsprechendes Nachschieben von Material in das Werkzeug hinein, während das Hohlprofil mit einem entsprechenden Innendruck beaufschlagt wird, passt sich der entsprechend umzuformende Bauteilbereich auf besonders günstige Weise an die entsprechende Werkzeugform bzw. Kavität an. Unter hohem Druck wird dabei in einem letzten Verfahrensschritt das Strukturbauteil kalibriert.
-
Die Vorteile beim Heißgasumformen liegen insbesondere in den hohen erreichbaren Umformgraden von beispielsweise etwa 250% bis 300% und den scharf ausformbaren Radien, wobei hierzu geringe Zykluszeiten von lediglich etwa 15 bis 30 Sekunden - je nach Bauteilgröße - erforderlich sind.
-
Das Heißgasumformen ermöglicht dabei eine hohe Vielfalt an Möglichkeiten zur Herstellung von umgeformten Bauteilbereichen mit einem sehr großen Energieabsorptionsvermögen bei einer hohen Steifigkeit. Der Prozess des Heißgasumformens ermöglicht dabei eine erhebliche Einsparung an Umform- und Montageschritten wie zum Beispiel das bisher erforderliche Verbinden von Querträgerteilen und Energieabsorptionsteilen, wodurch zum Einen Zeit und zum Anderen Kosten im Hinblick auf die Teileanzahl und die Werkzeugkosten eingespart werden können. Da die Heißgasumformung eine Warmumformung darstellt, welche den beschriebenen hohen Umformgrad ermöglicht, können im umgeformten Bauteilbereich sehr scharfe Ausformkonturen bzw. entsprechend kleine Radien mit guten Oberflächen geschaffen werden, so dass ggfs. eine weitere Nachbearbeitung selten oder überhaupt nicht nötig ist. Des Weiteren erlaubt das Heißgasumformen eine anforderungsgerechte Konstruktion mit variablen Querschnitten und Wandstärken, so dass die Teileanzahl sinkt und bei entsprechendem Leichtbau optimal die Eigenschaften des Strukturbauteils beispielsweise im Hinblick auf dessen Energieabsorptionsvermögen erreicht werden können. Außerdem werden durch die variablen, insbesondere geschlossenen Profile sehr gute Biege- und auch Torsionseigenschaften erzielt, so dass insgesamt weniger Bauraum für eine Konstruktion notwendig ist.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich dabei als vorteilhaft gezeigt, wenn wenigstens zwei Strukturteile, insbesondere ein Querträgerteil und ein jeweiliges Energieabsorptionsteil, durch Heißgasumformen wenigstens eines Bauteilbereichs der beiden Strukturteile im Fügbereich formschlüssig miteinander verbunden werden bzw. sind. Mit anderen Worten ist es gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, separate Strukturteile, beispielsweise ein Querträgerteil und ein jeweiliges Energieabsorptionsteil, durch Heißgasumformen miteinander zu verbinden. Das Heißgasumformen hat dabei den Vorteil, dass durch die hohen Temperaturen von beispielsweise 500° bis 600° der entsprechende Bauteilbereich im Fügbereich sehr fließfähig und verformbar ist, so dass sich eine gute formschlüssige Verbindung insbesondere dann realisieren lässt, wenn beispielsweise noch ein entsprechender Hinterschnitt wie eine umlaufende Rille oder dergleichen in einem der Bauteilbereiche des Strukturteils vorgesehen wird. Ein derartiges Heißgasumformen zum formschlüssigen Verbinden der wenigstens zwei Strukturteile wird üblicherweise auch als Hydroclinchen bezeichnet.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht dabei vor, dass wenigstens ein heißgasumgeformter Bauteilbereich der beiden Strukturteile als Verbindungsdom ausgebildet wird. Ein derartiger Verbindungsdom ermöglicht eine besonders günstige formschlüssige Verbindung zwischen den beiden Strukturteilen. Dabei ist es beispielsweise denkbar, den Verbindungsdom durch Heißgasumformen in ein Halbzeug oder aber ein fertiges Bauteil einzubringen. Im Einzelnen bedeutet dies, dass es sowohl denkbar ist, den Verbindungsdom unmittelbar beim formschlüssigen Verbinden der beiden Strukturbauteile einzubringen, um hierdurch die Verbindung herzustellen. Ebenfalls ist es denkbar, durch Heißgasumformen den Verbindungsdom lediglich in ein Halbzeug einzubringen, wobei im Anschluss daran der Verbindungsdom in eine entsprechende korrespondierende Öffnung des anderen Strukturteils eingesteckt wird, um anschließend in einem weiteren Verfahrensschritt die formschlüssige Verbindung der beiden Strukturteile vorzunehmen. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der bereits vorgeformte bzw. heißgasumgeformte Verbindungsdom im Querschnitt weiter vergrößert wird, beispielsweise durch Innenhochdruckumformen.
-
Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn wenigstens ein heißgasumgeformter Bauteilbereich der beiden Strukturteile als Funktionsbereich ausgebildet wird bzw. ist. Ein derartiger Funktionsbereich kann dabei insbesondere eine Konsole, ein Anbindungsbereich mit einem Nachbarbauteil oder eine andere Halterung sein. Durch das Heißgasumformen eines solchen Funktionsbereichs kann auf einfache Weise ein belastungsgerechter Bauteilbereich geschaffen werden, an welchem das Strukturbauteil beispielsweise mit einem Nachbarbauteil verbunden wird.
-
Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn ein Querträgerteil und ein jeweiliges Energieabsorptionsteil des Strukturteils einstückig ausgebildet werden bzw. sind. Mit anderen Worten kann somit beispielsweise ein Stoßfängerbiegeträger-Bauteil geschaffen werden, welches einstückig gestaltet ist und zumindest einen Bauteilbereich eines Hohlprofils aufweist, welches durch Heißgasumformen gebildet ist. Dabei wird beispielsweise ein geschlossenes, gerades Rohrhalbzeug durch Heißgasumformen in seine finale Form gebracht und kann somit äußerst belastungs- und anforderungsgerechte Querschnitte, Wandstärke und gegebenenfalls weitere funktionelle Bereiche, insbesondere Verprägungen, aufweisen.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Strukturteil nach einem Vorbiegen des Querträgerteils und des jeweiligen Energieabsorptionsteils durch Heißgasumformen bearbeitet. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass somit auf einfache Weise ein einstückiges Rohrhalbzeug benutzt werden kann, um das Strukturbauteil - bestehend aus dem Querträgerteil und dem jeweiligen Energieabsorptionsteilen - zu bilden.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das Hohlprofil des Strukturteils im Anschluss an das Heißgasumformen durch Innenhochdruckumformen bearbeitet wird. Beispielsweise ist es somit denkbar, einen entsprechenden Bauteilbereich des Hohlprofils zunächst durch Heißgasumformen zu bearbeiten, bevor die weitere Bearbeitung bzw. die Endbearbeitung durch Innenhochdruckumformen erfolgt. Somit können wiederum besonders belastungs- und anforderungsgerechte Querschnitte, Wandstärken und Funktionsbereiche des Strukturteils geschaffen werden. Dies gilt in besonderem Maße auch für Fügbereiche zwischen zwei Strukturteilen, welche miteinander verbunden werden sollen. So kann beispielsweise eines der Strukturteile im Fügbereich einen zunächst durch Heißgasumformen geschaffenen Verbindungsdom aufweisen, welcher in einem weiteren Verfahrensschritt durch Innenhochdruckumformen aufgeweitet wird, um somit im Fügbereich eine Verbindung zum korrespondierenden Strukturteil herzustellen.
-
Wird neben dem Heißgasumformen auch ein Innenhochdruckumformprozess an dem Strukturbauteil vorgenommen, so kann das Innenhochdruckumformen auch dazu genutzt werden, um einen Bauteilbereich als Funktionsbereich auszubilden. Das Innenhochdruckumformen stellt dabei eine besonders einfachen und kostengünstigen Methode zur Ausbildung eines solchen Funktionsbereichs, welcher beispielsweise eine Anbindungsstelle, Konsole oder dergleichen sein kann, dar.
-
Eine weiter bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass das wenigstens eine Strukturbauteil nach dem Heißgasumformen und/oder dem Innenhochdruckumformen zumindest bereichsweise mit dem Kunststoff versehen wird. Somit kann insgesamt ein als Hybridteil ausgebildetes Strukturbauteil geschaffen werden, welches besonders funktionsgerecht ist. Dabei kann insbesondere das Strukturteil aus der Metalllegierung für die entsprechende Stabilität und Verbindungssteifigkeit sorgen, während der Kunststoff selbst Integration von verschiedenen Funktionen wie Anbindungsstellen, Versteifungsstrukturen oder dergleichen ermöglicht.
-
In diesem Zusammenhang hat es sich als weiter vorteilhaft gezeigt, wenn der Kunststoff durch wenigstens eine Versteifung verstärkt wird. Eine derartige Versteifung kann beispielsweise eine FVK-Struktur oder dergleichen aufweisen. Durch eine derartige Versteifung wird nicht nur das Strukturbauteil insgesamt weiter versteift, sondern darüber hinaus können auch einzelne Funktionsbereiche des Strukturbauteils wie beispielsweise Konsolen, Anbindungsstellen, oder dergleichen des Kunststoffs steifer gestaltet werden.
-
Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn das Hohlprofil des Strukturteils zumindest partiell mit einem Energie absorbierenden Material und/oder Bauteil ausgefüllt wird. Zur zusätzlichen Versteifung und Erhöhung des Energieabsorptionsvermögens ist somit die lokale Einbringung eines entsprechenden Materials oder Bauteil vorgesehen.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; Diese zeigen in:
- 1 eine schematische Perspektivansicht auf ein konventionelles Strukturteil für einen Kraftwagens in Form eines Stoßfängerbiegeträger-Bauteils, welches einen in Fahrzeugquerrichtung verlaufendes Querträgerteil und jeweilige in Fahrzeuglängsrichtung verlaufende Energieabsorptionsteile umfasst, welche beispielsweise als Strangpressprofile oder in Blechschalenbauweise hergestellt und durch Schrauben oder Verschweißen miteinander verbunden sind;
- 2 eine schematische Draufsicht auf ein Strukturbauteil für einen Kraftwagen in Form eines Stoßfängerbiegeträger-Bauteil gemäß der Erfindung, wobei vorliegend drei Strukturbauteile aus jeweiligen Metalllegierungen in Form eines Querträgerteils bzw. in Form jeweiligen Energieabsorptionsteilen vorgesehen sind, welche jeweils zumindest bereichsweise ein Hohlprofil aufweisen, wobei das Hohlprofil des jeweiligen Strukturteils zumindest einen Bauteilbereich aufweist, welcher durch Heißgasumformen gebildet ist, und wobei vorliegend die heißgasumgeformten Bauteilbereiche jeweils im Fügbereich der Strukturteile untereinander vorgesehen sind, dass hierdurch das Querträgerteil und die jeweiligen Energieabsorptionsteile durch Heißgasumformen formschlüssig miteinander verbunden sind;
- 3 eine schematische Darstellung von Verfahrensschritten zur Erläuterung des Heißgasumformens, mittels welchem zumindest ein Bauteilbereich eines der Strukturteile des erfindungsgemäßen Strukturbauteils erzeugt ist;
- 4a, 4b eine geschnittene Draufsicht bzw. eine ausschnittsweise Schnittansicht auf das Strukturbauteil bzw. das Stoßfängerbiegeträger-Bauteil gemäß 2, wobei insbesondere erkennbar ist, wie durch Heißgasumformen das Querträgerteil mit dem jeweils korrespondierenden Energieabsorptionsteil formschlüssig verbunden wird;
- 5a, 5b jeweilige schematische Draufsichten auf das Strukturbauteil in Form des Stoßfängerbiegeträger-Bauteils gemäß 2, wobei erkennbar ist, dass während dem Heißgasumformprozess mittels von Schiebern Vertiefungen eingeprägt werden, die zur Funktionsintegration beitragen können;
- 6 jeweilige Schnittansichten durch das Strukturteil des Stoßfängerbiegeträger-Bauteils, welches vorliegend teilweise mit einem Energie absorbierenden Material bzw. mit Aussteifungen versehen ist;
- 7 eine schematische Perspektivansicht auf das Strukturbauteil in Form des Stoßfängerbiegeträger-Bauteils gemäß einer weiteren Ausführungsform, bei welcher der Querträgerteil und der jeweiligen Energieabsorptionsteile einstückig aus einem entsprechenden Rohrhalbzeug gebildet sind;
- 8a, 8b,8c eine schematische und teilweise geschnittene Draufsicht auf ein Strukturbauteil in Form eines Stoßfängerbiegeträger-Bauteils gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung, wobei ein Querträgerteil und jeweilige Energieabsorptionsteile vorgesehen sind, wobei im Querträgerteil jeweilige Bauteile in Form von Verbindungsdomen durch Heißgasumformen ausgebildet worden sind, wonach auf die Verbindungsdome die jeweiligen Energieabsorptionsteile aufgesteckt worden sind, und wonach durch Innenhochdruckumformen in den jeweiligen Fügbereichen eine jeweilige formschlüssige Verbindung zwischen dem entsprechenden Verbindungsdom auf Seiten des Querträgerteil und dem korrespondierenden Energieabsorptionsteil erzielt worden ist, wobei die Innenhochdruckbeaufschlagung entweder konventionell oder durch Einbringen von Kunststoff innerhalb des Hohlraums der zufügenden Strukturteile erzielt worden ist;
- 9 eine jeweilige schematische Darstellung von Beispielen zur Funktionsintegration in das Strukturbauteil im Rahmen des Innenhochdruckumformens, bei beispielsweise entsprechende Muttern befestigt werden, Löcher eingebracht werden oder Fließlochschrauben integriert werden;
- 10 eine ausschnittsweise Schnittansicht, welche die Integration einer Abschleppöse in das Stoßfängerbiegeträger-Bauteil im Rahmen eines Innenhochdruckumformprozesses darstellt;
- 11 eine schematische Schnittansicht auf ein Stoßfängerbiegeträger-Bauteil, welches bereichsweise mit einem energieabsorbierenden Material und/oder Bauteil ausgefüllt ist;
- 12 links eine Schnittansicht auf eine im Querschnitt U-förmige Kunststoffapplikation des zugehörigen Strukturteils in Form eines Organoblechprofils bzw. in der Mitte und rechts eine Schnittansicht sowie eine Vorderansicht des Strukturbauteils mit einem entsprechenden, durch Verstärkungen versteiften Kunststoff; und in
- 13 ein Stoßfängerbiegeträger-Bauteil, welches ebenfalls mit einem verstärkten Kunststoff versehen und dessen Hohlraum mit Energie absorbierenden Material aufgefüllt worden ist.
-
Während in 1 ein Strukturbauteil in Form eines Stoßfängerbiegeträger-Bauteil gemäß dem Stand der Technik gezeigt wird, zeigt 2 eine erste Ausführungsform eines Strukturbauteils in Form eines Stoßfängerbiegeträger-Bauteils für einen Kraftwagen gemäß der vorliegenden Erfindung.
-
Das Stoßfängerbiegeträger-Bauteil umfasst dabei drei separate Strukturteile, nämlich ein Querträgerteil 20 sowie jeweilige Energieabsorptionsteile 22, 24. Die vorliegenden Strukturteile 20, 22, 24 weisen jeweils zumindest bereichsweise ein Hohlprofil aus einer Metalllegierung auf, wobei insbesondere Stahllegierungen und Aluminiumlegierungen denkbar sind. Dabei ist vorliegend zumindest ein Bauteilbereich des Hohlprofils des jeweiligen Strukturteils 20, 22, 24 auf noch im Weiteren näher beschriebene Weise durch einen Heisgasumformprozeß gebildet.
-
Zunächst soll anhand 3 das Heißgasumformen in vier Prozessschritten näher erläutert werden. Der Prozess des Heißgasumformens verläuft dabei ähnlich wie das Innenhochdruckumformen, wobei beim Heißgasumformen jedoch ein Gas als Medium dient und das Halbzeug warm umgeformt wird, so dass wesentlich höhere Umformgrade erzielbar sind. In einem ersten Verfahrensschritt wird dabei ein Hohlprofil 26 eines entsprechenden Strukturteils außerhalb des Werkzeuges 28 vorgewärmt. Danach wird das Hohlprofil 26 - wie oben links in der ersten Darstellung erkennbar - in das ebenfalls beheizte Werkzeug 28 eingelegt. Das Werkzeug 28 bildet dabei die Negativform der zu erzielenden Bauteilgeometrie (Kavität). Axialstempel 30 dichten dabei die offenen Enden des Hohlprofils 26 ab. Über die Axialstempel 30 wird sodann das Druckmedium in Form des Gases in den Hohlraum des Hohlprofils eingeleitet, so dass dieser mit einem Innendruck beaufschlagt wird. Neben der Beaufschlagung mit einem Innendruck erfolgt zudem ein Nachschieben von Material des Hohlprofils 26 in das Werkzeug 28 bzw. in die Kavität hinein, was durch den Pfeil 32 symbolisch angedeutet ist. Durch den Innendruck und das Nachschieben von Material passt sich das Halbzeug bzw. das Hohlprofil 26 der Werkzeugform an. Diese ist in den Verfahrensschritten 2 bis 4 erkennbar. Unter hohem Druck wird das Bauteil zudem im letzten Schritt kalibriert. Der Vorteil beim Heißgasumformen liegt in den hohen erreichbaren Umformgraden von beispielsweise etwa 250% bis 300% und den scharf ausformbaren Radien, wobei hierzu beispielsweise geringe Zykluszeiten von 15 bis 30 Sekunden - je nach Bauteilgröße - erforderlich sind.
-
Um nun auf die Ausführungsform gemäß 2 zurück zukommen, so bestehen sowohl das Querträgerteil 20 wie auch die Energieabsorptionsteile 22, 24 aus Aluminium-Strangpressprofilen oder geschweißten Aluminium-Rohren. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht eine erste Möglichkeit der Fügung der drei Strukturteile 20, 22, 24 darin, dass zunächst sowohl das Querträgerteil 20 wie auch die Energieabsorptionsteile 22, 24 beispielsweise induktiv aufgeheizt und ins ebenfalls aufgeheizte Werkzeug 28 eingelegt werden. Durch die hohen Temperaturen von 500° bis 600° ist die Aluminiumlegierung sehr fließfähig und gut verformbar. Die Enden der jeweiligen Strukturteile 20, 22, 24 werden nun alle abgedichtet und die jeweiligen Hohlräume durch ein Gasmedium mit Innendruck beaufschlagt. Durch diesen Innendruck und das Nachschieben von Material gleicht sich das jeweilige Halbzeug an die Werkzeugkavität an, so dass belastungsgerechte Querschnitte und Wandstärken der Strukturteile 20, 22, 24 entstehen.
-
Insbesondere ist aus 2 erkennbar, dass sich im Bereich des Querträgerteils 20 zwei Bauteilbereiche 34, 36 in Form von jeweiligen Verbindungsdomen durch das Heißgasumformen ausbilden, welche im jeweiligen Fügbereich 38 in Überlappung mit korrespondierenden Enden der jeweiligen Energieabsorptionsteile 22, 24 kommen, die ebenfalls zur durch Heißgasumformen entsprechend umgeformt werden. Durch das Heißgasumformen entstehen beispielsweise jeweilige Ringnuten 40, welche die formschlüssige Verbindung der jeweiligen Strukturteile 20, 22, 24 im Fügbereich 38 zusätzlich verbessern.
-
Insgesamt ist somit erkennbar, dass im jeweiligen Fügbereich 38 durch Heißgasumformen jeweils ein Bauteilbereich 34, 36 so durch Heißgasumformen umgeformt wird, dass sich eine formschlüssige Verbindung ergibt.
-
Insbesondere aus den 4a und 4b, welche das Stoßfängerbiegeträger-Bauteil gemäß 2 in einer Draufsicht bzw. einer ausschnittsweisen Schnittansicht zeigen, wird erkennbar, dass während des Heißgasumformens Gegenhalter 42 in das jeweilige Strukturbauteil in Form der Energieabsorptionselemente 22, 24 hinein gefahren werden, welche gegen die sich herausformenden Vorteilbereiche 34, 36 in Form der Verbindungsdome drücken. Hierdurch wird eine bestimmte Form der Verbindungsdome 34, 36 einerseits und die Ausformung der umlaufenden Ringnut 40 bzw. Rille in eine entsprechende Kavität des Werkzeugs erreicht, welche nach der Abkühlung für einen Formschluss zwischen dem Querträgerteil 20 und der jeweiligen Crashbox bzw. den jeweiligen Energieabsorptionsteil 22, 24 sorgt. Dieser Prozess wird auch als Hydroclinchen bezeichnet.
-
In den 5a und 5b ist anhand des Stoßfängerbiegeträger-Bauteil gemäß 2 zudem erkennbar, dass während des Heißgasumformprozesses mit Hilfe von Schiebern 44 auch Vertiefungen 46 eingeprägt werden können, die zur Funktionsintegration - beispielsweise zum Einbringen von Sensoren oder dergleichen - beitragen können. Mit anderen Worten werden somit heißgasumgeformte Funktionsbereiche 46 innerhalb des korrespondierenden Strukturteils 20 gebildet.
-
Insgesamt ist somit erkennbar, dass durch das Heißgasumformen wesentliche höhere Umformgrade und Domlängen erzielbar sind als bei anderen bekannten Verfahren. Mit Hilfe von im Werkzeug integrierten Schiebern oder dergleichen sind am Hohlprofil Funktionsflächen in Form von Vertiefungen positionsgenau und reproduzierbar herstellbar.
-
In 6 sind jeweilige Schnittansichten durch die Strukturteile 20, 22, 24 erkennbar, welche insbesondere partiell auf im Weiteren näher erläuterte mit Versteifungen aus einem Energie absorbierenden Material und/oder mit Versteifungsrippen oder dergleichen versehen sein können.
-
Die Ausführungsform gemäß der 7 zeigt eine Variante des Strukturbauteils in Form des Stoßfängerbiegeträger-Bauteils, bei welchem das Querträgerteil 20 und die beiden Energieabsorptionselemente 22, 24 einstückig ausgebildet sind. Zur Herstellung dieses Strukturbauteils wird ein geschlossenes, gerades Rohrhalbzeug zunächst an beiden Enden, welche den späteren Energieabsorptionsteilen 22, 24 entsprechen, vorgebogen. Dieses vorgebogene Rohr bzw. Halbzeug wird dann erneut induktiv aufgeheizt und anschließend in einem Heißgasumformverfahren in seine finale Form gebracht mit belastungs- und anforderungsgerechten Querschnitten, Wandstärken und gegebenenfalls weiteren funktionellen Verprägungen. Mit anderen Worten werden vorliegend alle Strukturteile dieses Stoßfängerbiegeträger-Bauteils, nämlich das Querträgerteil 20 und die einstückig damit verbundenen Energieabsorptionsteile 22, 24 über ihren gesamten Bauteilbereich durch Heißgasumformen gebildet.
-
In den 8a, 8b und 8c ist eine alternative Ausführungsform des Strukturbauteils in Form des Stoßfängerbiegeträger-Bauteils dargestellt. Aus 8a ist dabei erkennbar, dass analog zur Ausführungsform gemäß 2 das Querträgerteil 20 bzw. die Energieabsorptionsteile 22, 24 als jeweils separate Strukturteile ausgebildet sind. Das Querträgerteil 20 wird dabei zunächst in einem Heißgasumformprozess bearbeitet. Dabei werden wiederum die beiden Bauteilbereiche 34, 36 in Form von jeweiligen Verbindungsdomen ausgeformt. Darüber hinaus können weitere Umformungen bzw. funktionelle Vertiefungen entsprechender Bauteilbereiche vorgenommen werden. Nach der Abkühlung des Querträgerteils 20, welche jedoch gegebenenfalls nicht auf Raumtemperatur, sondern auf eine die Verbundhaftung fördernde Temperatur erfolgt, werden dann die beiden Energieabsorptionsteile 22, 24 über die jeweiligen Verbindungsdome 34, 36 geschoben. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel können die Energieabsorptionsteile 22, 24 dabei als Halbzeuge gestaltet sein, welche nicht durch Heißgasumformen behandelt sind. Gleichfalls wäre eine derartige Behandlung jedoch denkbar.
-
Gemeinsam mit den Energieabsorptionsteilen 22, 24 wird das Querträgerteil 20 so dann in einem weiteren Verfahrensschritt in ein kombiniertes Innenhochdruck- und SpritzgussWerkzeug gelegt. Nachdem wiederum die offenen Enden der jeweiligen Hohlprofile abgedichtet sind, kann das Innenhochdruckmedium eingeleitet werden und der Innendruck aufgebaut werden.
-
Wie aus den 8b und 8c erkennbar wird, wird durch das Aufbauen eines Innenhochdrucks und - wie mit den Pfeilen 48 angedeutet - mit Hilfe eines Gegenhalters eine umlaufende Rille bzw. Ringnut 40, welche eine entsprechende Kavität im Werkzeug entspricht, erzeugt und somit das Querträgerteil 20 mit den Energieabsorptionsteilen 22, 24 formschlüssig verbunden (Hydroclinchen). Mit anderen Worten wird somit das durch Heißgasumformen bereits vorgeformte Querträgerteil 20 mit den beispielsweise als Halbzeug ausgestalteten Energieabsorptionsteilen 22, 24 durch Innenhochdruckbeaufschlagung entsprechend so umgeformt, dass sich eine formschlüssige Verbindung im Fügbereich 38 ergibt. Darüber hinaus können im Bereich des Querträgerteils 20 wie auch der Energieabsorptionsteilen 22, 24 weitere Einformungen, Lochungen oder dergleichen durch das Heißgasumformen und/oder das Innenhochdruckumformen eingebracht werden, welche im Weiteren noch näher erläutert werden.
-
Der Innenhochdruckumformprozess liefert dabei eine Möglichkeit zur Werkstoffgerechten Fügung des Querträgerteils 20 mit den Energieabsorptionsteilen 22, 24. Da die Bruchdehnung der meisten Aluminiumlegierungen bei kalter Umformung im Bereich von 8% liegt, müssen beim Hydroclinchen möglichst weiche Konturen erzielt werden, um Risse oder Brüche innerhalb der Strukturteile 20, 22, 24 oder des jeweiligen Fügbereich 38 zu vermeiden. Hierzu könnte ein extra Schieber im entsprechenden Werkzeug vorgesehen werden, der diese weiche Führungskontur zwischen Querträgerteil 20 und den jeweiligen Energieabsorptionsteilen 22, 24 ausformt.
-
Wie mit dem Pfeil 50 angedeutet, kann die Innenhochdruckumformung im vorliegenden Fall, bei welchem die Strukturteile 20, 22, 24 in ein kombiniertes Innenhochdruck- und Kunststoffspritz-Werkzeug eingelegt werden, auch durch die Kunststoffschmelze erfolgen. Die Kunststoffschmelze, die mit entsprechend höheren Druck als der Innenhochdruck auf die Fügstelle 38 trifft, sorgt dabei für eine entsprechende Ausformung der Fügkontur bzw. der Ringnut 40 (Fluidfügen).
-
Wie anhand von 9 erkennbar ist, können während des Innenhochdruckumformprozesses auch weitere Funktionsintegrationen vorgenommen werden. Zum Einen wäre es - wie in der linken Abbildung von 9 erkennbar ist - denkbar, Sechskantmuttern oder dergleichen in das Hohlprofil des entsprechenden Strukturteils 20, 22, 24 einzubringen. Wie in der mittleren Darstellung von 9 erkennbar ist, können zum Anderen entsprechende Lochungen innerhalb des korrespondierenden Strukturteils 20, 22, 24 des Strukturbauteils im Innenhochdruckumformprozess eingebracht werden. Schließlich können - wie in der rechten Darstellung von 9 erkennbar ist - auch entsprechende Fließformschrauben während des Innenhochdruckumformprozesses eingebracht werden. Weitere Funktionsintegrationen sind ebenfalls denkbar.
-
Eine derartige weitere Funktionsintegration ist in einer ausschnittsweisen Schnittansicht gemäß 10 dargestellt. Dabei wird für eine Abschleppösenanbindung 52 im Innenhochdruckumformprozess zunächst eine Lochung in das Querträgerteil 20 eingebracht. Damit einhergehend findet in diesen Bereich auch eine entsprechende Umformung der Wandung des Querträgerteils 20 statt. Während des Innenhochdruckumformprozesses werden dabei zunächst wiederum das Querträgerteil 20 und die Energieabsorptionsteile 22, 24 miteinander verbunden, und zwar durch Innenhochdruckumformen und/oder Fluidfügen mittels Kunststoffs.
-
Anschließend wird das Querträgerteil 20 in dem kombinierten Innenhochdruck- und Kunststoffspritzgussverfahren mit Kunststoff umspritzt und evtl. weitere Funktionsbereiche wie Konsolen, Aufnahmen, Löcher oder dergleichen angespritzt. In einem nächsten Prozessschritt wird dann die Abschleppösenanbindung 52 durch ein bereits vorgeformtes, beispielsweise gedrehtes oder stranggepresstes Rohr mit Innengewinde in die Bohrung des Querträgerteils eingebracht. Die Verbindung zwischen dem Querträgerteil und der Abschleppösenanbindung 52 kann dabei auf verschiedene Weise erzielt werden, beispielsweise durch Laserschweißen, Verbördeln, Verstemmen oder dergleichen. Schließlich ist aus 10 erkennbar, das beispielsweise im Bereich der Energieabsorptionsteile 22, 24 noch ein Energie absorbierendes Material und/oder Bauteil eingebracht werden kann.
-
Die 11 zeigt prinzipiell in einer schematischen Schnittansicht die Möglichkeit zur lokalen oder vollständigen Anordnung von Energie absorbierenden und/oder versteifenden Material innerhalb des Hohlraums des jeweiligen Strukturteils 20, 22, 24. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist dabei im zentralen Bereich des Querträgerteils 20 bzw. im Bereich der Energieabsorptionsteile 22, 24 ein Material in Form eines versteifenden und das Energieabsorptionsvermögen erhöhenden Schaums, beispielsweise eines APM-Schaums, vorgesehen worden. Die Einbringung dieser Schäume erfolgt in einem weiteren Prozessschritt, wobei wiederum mehrere Möglichkeiten hinsichtlich der Einbringung und des Materials bestehen. So könnte beispielsweise durch eine entsprechende Lochung im Innenhochdruckumformprozess eine Öffnung im Querträgerteil 20 erzeugt werden, in die eine Rohrleitung oder Dosiereinheit zum Einbringen des Schaums oder dergleichen Material 54 eingebracht wird.
-
Das Einbringen eines derartigen Schaums hat dabei den Vorteil, dass die totale absorbierbare Energie der gefüllten Strukturteile 20, 22, 24 höher ist als die Einzelsummen, welche sich alleine durch das Absorptionsvermögen eines Schaums oder dergleichen Materials 54 und der jeweiligen Strukturteile 20, 22, 24 selbst ergibt. Außerdem wird durch die Füllung der Energieabsorptionsteile 22, 24 mit dem Material 54 eine definierte Verformung erreicht, das heißt ein sicheres und ein gleichmäßigeres Faltenbeulen der Energieabsorptionsteile 22, 24 ohne seitlichen Einknicken wird ermöglicht. Zudem können Zuschläge in der Sicherheitsauslegung sehr klein gehalten werden. Bei gleicher Energieaufnahme kann somit eine Crashbox bzw. ein entsprechendes Energieabsorptionsteil 22, 24 kürzer bzw. kleiner ausfallen, und dadurch Bauraum einzusparen, welcher beispielsweise Bauraum für den Fußgängerschutz freigibt und den Überstand vor den Vorderrädern reduziert.
-
Als im Rahmen der Erfindung mit umfasst ist es zu betrachten, dass das Material 54 beispielsweise im so genannten APM-Verfahren eingebracht werden kann. Dabei wird das entsprechende Strukturteil 20, 22, 24 mit vorgeschäumten Aluminiumschaumelementen gefüllt. Diese müssen in einem zweiten Schritt untereinander und mit dem jeweiligen Strukturteil 20, 22, 24 verbunden werden. Hierzu dient in erster Linie das Klebeverfahren mit thermo- oder duroelastischem Klebstoffen als Fügprozess. Die Formelemente bzw. das Material 54 wird dabei vor dem Einbringen in das jeweilige Strukturteil 20, 22, 24 mit dem bekannten Klebstoff beschichtet. Durch Erwärmung des entsprechenden Strukturteils 20, 22, 24, welches beispielsweise in einem KTL-Prozess vorgenommen werden kann, erfolgt dann die Verbindung des Schaummaterials 54.
-
Anhand von 12 soll eine weitere Möglichkeit zur zusätzlichen Versteifung und/oder Verbreiterung von seitlichen Überständen des Strukturbauteils erläutert werden. Wie aus der linken Schnittdarstellung gemäß 12 erkennbar ist, kann dabei eine Kunststoffapplikation 56, welches an dem jeweiligen Strukturteil 20, 22, 24 anbringsbar ist, örtlich einen U-förmigen Querschnitt aufweisen. In einem entsprechenden Herstellungsverfahren wird dabei zunächst das Strukturteil 20, 22, 24 in dem Heißgasumformprozess hergestellt. Insbesondere ist es dabei beispielsweise denkbar, das Querträgerteil 20 und die Energieabsorptionsteile 22, 24 in analoger Weise zur Ausführungsform gemäß 7 einteilig zu gestalten. Anschließend wird das entsprechende Strukturteil 20, 22, 24 bzw. das gesamte Strukturbauteil mit einem U-förmigen, gegebenenfalls metallische verstärkten, sog. Organoblech in Form einer FVK-Struktur umlegt. Dieses Organoblech kann entweder nur als Glasfasergewebe oder dergleichen ausgeführt sein oder zusätzlich noch mit Metalllitzen verstärkt sein. Natürlich ist auch anderes verstärken des Material denkbar.
-
In einem Spritzgusswerkzeug, welches gegebenenfalls mit dem Innenhochdruckumformwerkzeug kombiniert ist, wird der Verbund der FVK-Struktur und des jeweiligen Strukturteils 20, 22, 24 nun mit Kunststoff umspritzt. Dabei können beispielsweise - wie aus der mittleren und aus der rechten Darstellung von 12 erkennbar ist - Kunststoffrippen 58 oder dergleichen Versteifungen angeformt werden. Gleichfalls können entsprechende Funktionsbereiche durch den Kunststoff ausgebildet werden, beispielsweise zur Anbindung des Hybrid- bzw. Verbundbauteil an die Fahrzeugstruktur.
-
Im Rahmen der Erfindung mit umfasst ist, dass der Kunststoff selbst natürlich auch mit verstärkenden Zusätzen, wie beispielsweise mit Versteifungsfasern oder mit metallischen Fäden, versehen sein könnte. Gleichfalls ist das vorbeschriebene Verfahren des Kunststoffumspritzens - gegebenenfalls unter Zuhilfenahme von Versteifungsteilen bzw. FVK-Strukturen - bei allen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen denkbar ist.
-
Schließlich zeigt 13 in einer schematischen Draufsicht die mögliche Ausbildung eines fertigen Strukturbauteils in Form eines Stoßfängerbiegeträger-Bauteils. Dabei ist der erkennbar, dass das Stoßfängerbiegeträger-Bauteil nicht nur mit einem entsprechenden versteifenden bzw. energieabsorbierenden Material 54 lokal verstärkt sein kann, sondern auch darüber hinaus an die entsprechende Kunststoffummantelung bzw. Kunststoffapplikation 56 vorgesehen sein, welche gegebenenfalls durch metallnetzverstärkte FVK-Strukturen oder dergleichen Verstärkungen versteift sein kann. Gegebenenfalls sind dabei auch entsprechenden Rippen 58 oder dergleichen Versteifungen innerhalb der Kunststoffapplikation 56 vorgesehen. Zudem kann in der Kunststoffapplikation 56 auf einfache Weise wenigstens ein Funktionsbereich ausgebildet werden.
-
Insgesamt ist somit erkennbar das mit dem vorliegenden Verfahren bzw. dem geschaffenen Strukturbauteil eine Möglichkeit geschaffen ist, den Herstellungsaufwand und die Herstellungskosten deutlich zureduzieren und gleichzeitig bei dem geschaffenen Strukturbauteil das Energieabsorptionsvermögen zu erhöhen und das relative Gewicht zu erniedrigen. Dies erfolgt erfindungsgemäß durch zumindest bereichsweises Heißgasumformen wenigstens eines Strukturteils 20, 22, 24 in zumindest einem Bauteilbereich, beispielsweise im Bereich der Verbindungsdome 34, 36. Dabei ist es wahlweise denkbar, bereits durch das Heißgasumformen die Endkontur des Strukturbauteils zu erzielen oder aber diesem Verfahrensschritt einen Innenhochdruckumformschritt nachzuschalten, mittels welchem beispielsweise die Verbindung der Strukturteile 20, 22, 24 oder die Endform der jeweiligen Bauteile erzielt wird.
-
Auch bei einer einteiligen Ausgestaltung der Strukturteile 20, 22, 24 kann deren Endkontur nicht nur durch Heißgasumformen, sondern gegebenenfalls auch durch Innenhochdruckumformen erreicht werden.
-
Unabhängig von den beschriebenen Heißgasumform- und Innenhochdruckumformverfahren ist es bei allen Ausführungsbeispielen darüber hinaus denkbar, die Strukturbauteile nachfolgend zumindest bereichsweise mit Kunststoff bzw. einer entsprechenden Kunststoffapplikation 56 zu versehen. Diese Kunststoffapplikation 56 kann in der vorbeschriebenen Weise zusätzlich durch Verstärkungsteile verstärkt bzw. versteift sein. Zudem können bei allen beschriebenen Ausführungsformen innerhalb der Strukturteile 20, 22, 24 entsprechende Materialen 54 vorgesehen sein, welche die Steifigkeit und/oder das Energieabsorptionsvermögen des Strukturbauteils erhöhen.
