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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Modulträger mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
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Wie allgemein bekannt, sollen Fahrzeugbauteile sowohl möglichst widerstandsfähig, als auch kostengünstig sein und ein geringes Gewicht aufweisen. Ein typisches Fahrzeugbauteil ist z. B. ein so genannter Modulträger für die Befestigung einer Instrumententafel eines Fahrzeuges im Fahrzeuginnenraum. Als Modulträger ist ein Querträger vorgesehen, der sich über die gesamte Breite des Fahrzeuginnenraumes erstreckt. Der Modulträger dient neben der Befestigung der Instrumententafel im Fahrzeuginnenraum auch der Positionierung und Abstützung der Bauteile der Lenkung des Fahrzeuges. Ein derartiger Modulträger ist z. B. in der
DE 198 08 615 A1 offenbart und kann aus einer Stahlrohrkonstruktion bestehen. Eine derartige Konstruktion aus nur einem Werkstoff ist sicher sehr widerstandsfähig, aber weist ein vergleichsweise hohes Gewicht auf. Gemäß dem vorgenannten Stand der Technik sind folglich die verwendeten Werkstoffe gar nicht oder nur zum Teil den zu widerstehenden Belastungen angepasst. D. h. bei dem oben genannten Modulträger treten z. B. im Bereich der Abstützung der Bauteile der Lenkung des Fahrzeuges größere Belastungen auf, als im Bereich der Instrumententafel auf der Beifahrerseite, ohne dass dieser Tatsache aus Sicht des verwendeten Werkstoffes in der Praxis Rechnung getragen wird. Anders gesagt besteht ein Nachteil gemäß dem genannten Stand der Technik darin, dass keine oder nur eine teilweise Kombination der Eigenschaften von verschiedenen Materialien insbesondere in Bezug auf die Widerstandsfähigkeit und das Gewicht erfolgt, was zunächst auch nachvollziehbar ist, da die Verbindung von Unterelementen eines Modulträgers in vielerlei Hinsicht einen Schwachpunkt darstellt. So kann beispielsweise ein Modulträger aus zwei Unterelementen bzw. -bauteilen aufgebaut sein, wobei ein Unterelement z. B. aus Aluminium und ein Unterelement z. B. aus Magnesium besteht, die durch eine Schweißverbindung miteinander verbunden sind. Hierbei ist es von Nachteil, dass eine Schweißverbindung stets material- und energieaufwändig ist, d. h. es muss ein gewisser Materialzuschlag im Bereich der Schweißverbindung vorgehalten werden, da in die zu verbindenden Bauteile viel Wärme eingebracht wird und die Bauteile Schaden nehmen würden, wenn diese zu filigran ausgeführt sind. Schweißen ist außerdem sehr zeitintensiv.
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Alles in allem kann der Vorteil, der sich durch eine Kombination mehrerer Unterelemente aus verschiedenen Werkstoffen zu einem gemeinsamen Fahrzeugbauteil, d. h. einem Modulträger ergeben kann, durch eine Schweißkonstruktion wieder zunichte gemacht werden. Um dem zu entgegnen, ist es aus der
DE 10 2009 030 426 A1 vorbekannt, Hybridbauteile aus metallischen Werkstoffen durch einen Angießvorgang herzustellen. So ist es möglich, Materialpaarungen aus metallischen Werkstoffen mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften herzustellen. Beispielsweise ist es auf diese Weise möglich, Stahl und ein Leichtmetall wie Aluminium miteinander zu verbinden. So kann an einen ersten metallischen Teil bereichsweise ein zweiter metallischer Teil angegossen werden oder diesen vollständig umschließen. Beispielsweise kann der erste metallische Teil als Einlagenkörper aus Edelstahl in einem Leichtbauteil gestaltet werden. Hierdurch kann das Bauteil insbesondere spezifisch entlang zu erwartender Kraftpfade in seinem Betrieb verstärkt werden. Zur Verbesserung der Haftung des angegossenen zweiten metallischen Teils an das einzugießende erste metallische Teil ist es vorgesehen, das erste metallische Teil durch Behandlung mit einer Zinkstaubmischung mit einer Zinkdiffusionsschicht zu versehen. Eine solche Schicht ist an der Oberfläche mikroporös bis leicht schwammig ausgestaltet, was einen sehr guten metallurgischen Verbund zum Umgussmetall bewirkt. Ferner bietet eine solche Schicht einen wirksamen Korrosionsschutz, denn gerade im Kontaktbereich zwischen zwei in der elektrochemischen Spannungsreihe bzw. des Standardpotentials weit auseinander liegenden Werkstoffen wie zum Beispiel Stahl und Aluminium in Gegenwart eines geeigneten Elektrolyts besteht ein hohes Risiko der elektrochemischen Korrosion durch Bildung von Lokalelementen. Von Nachteil ist auf jeden Fall dabei, dass das Herstellen einer solchen Haftvermittlungsschicht einen nicht unerheblichen Aufwand mit sich bringt. Ferner sind derartige Korrosionsschutzvorkehrungen für den Innenraum eines Fahrzeuges, in dem quasi kein Elektrolyt bereitsteht, nicht nötig.
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Die Offenlegungsschrift
DE 102 14 474 A1 beschreibt einen Modulträger, der aus mehreren Bauteilen aufgebaut ist und der dadurch gebildet wird, dass die einzelnen Bauteile aus unterschiedlichen metallischen Werkstoffen bestehen, die miteinander verbunden sind.
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Die Gebrauchsmusterschrift
DE 20 2005 003 080 U1 offenbart einen Modulträger, der eine schalenartige Gestalt aufweist, deren Ausmaß mit jedem angegossenen weiteren Bauteil zunimmt. Darüber hinaus wird eine Gussverbindung von Anbauteilen eines Modulträgers offenbart, wobei der Modulträger an der Oberfläche verteilte Öffnungen aufweist, durch die Gussmaterial in das Innere der Schale gelangt und sich Gussfüße ausbilden. Diese Anbauteile dienen nicht zur Ausbildung einer Längserstreckung des Modulträgers, sondern als Halterung für Komponenten der Mittelkonsole, der Instrumententafel oder Tunnelstützen.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2007 028 164 A1 beschreibt einen Modulträger aus Magnesium oder aus einer Magnesiumlegierung mit einer in den Modulträger eingeschraubten selbstprägenden/selbstfurchenden Schraube zur elektrischen Masseanbindung einer elektrischen Komponente, wobei die Schraube aus einem Metall hergestellt ist, das in der elektrochemischen Spannungsreihe zu Magnesium benachbart angeordnet ist.
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Schließlich offenbart die Patentschrift
DE 10 2005 024 383 B3 einen Modulträger aus Magnesium und/oder aus einer Magnesiumlegierung, eine von dem Modulträger abgestützte oder aufgenommenen elektronische Komponente, mindestens eine Schraube und ein Anschlusselement, welches ein vorgegebenes elektrisches Potential aufweist. Der Modulträger ist mittels der Schraube nicht nur mechanisch mit dem Anschlusselement verbunden, sondern sie stellt auch eine dauerhafte elektrische Verbindung her, wobei die Schraube aus einem Metall oder einer Metalllegierung besteht, dessen elektrochemisches Potential nur eine geringe Potentialdifferenz zum elektrochemischen Potential des Modulträgers aufweist.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Modulträger bestehend aus mehreren Unterelementen kosten-, gewichtsoptimal und belastungsgerecht auszuführen.
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Diese Aufgabe wird mittels der vorliegenden Erfindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Mit anderen Worten ist der erfindungsgemäße Modulträger zunächst aus mehreren Bauteilen zusammengesetzt, die durch einen Gießvorgang derart miteinander verbunden werden, dass sich im Bereich des Überganges von dem einen zu dem anderen Werkstoff eine Form- und/oder Stoffschlussverbindung ergibt, wobei die jeweils unmittelbar aneinandergrenzenden Werkstoffe gezielt so gewählt werden, dass eine möglichst geringe Neigung zur elektrochemischen Korrosion besteht. D. h. es kann z. B. bei einem Übergang von einem ersten Bauteil aus einem titanhaltigen metallischen Werkstoff, der vergleichsweise edel ist, zu einem zweiten Bauteil z. B. aus dem Werkstoff Aluminium, der gegenüber dem ersten Werkstoff relativ weniger edel ist, eine form- und/oder stoffschlüssige Gussverbindung hergestellt werden, wobei so die Standardpotentialdifferenz gemäß der elektrochemischen Spannungsreihe möglichst gering ist, wobei außerdem der Werkstoff des ersten Bauteils gegenüber dem Werkstoff des zweiten Bauteils einer relativ höheren Belastung widerstehen kann. Anders gesagt werden erfindungsgemäß gleichzeitig zwei Vorteile erlangt mit einer Maßnahme, nämlich erstens die Vermeidung von aufwändigen Beschichtungen zur Verhinderung einer elektrochemischen Korrosion im Bereich des Überganges zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil und zweitens eine Anpassung des Werkstoffes und somit der Festigkeitseigenschaften in dem jeweiligen Bereich des Gesamtbauteils gemäß den dort zu widerstehenden Belastungen. So kann bei einem Modulträger der Bereich der Abstützung der Bauteile der Lenkung des Fahrzeuges aus dem ersten titanhaltigen metallischen Werkstoff bestehen, an dem sich der zweite Teil aus Aluminium über die Gussverbindung anschließt, wobei dieser Bereich des Modulträgers relativ geringeren Belastungen ausgesetzt ist, durch das dort installierte Klimagerät und Infotainmentkomponenten, als im Bereich der Abstützung der Bauteile der Lenkung des Fahrzeuges. Die vorgenannte Gussverbindung kann erfindungsgemäß auch durch eine Profilierung des ersten Bauteils im Übergang zu dem zweiten unterstützt werden. Im weiteren Verlauf kann sich an das zweite Bauteil ein drittes Bauteil anschließen, das z. B. aus dem Werkstoff Magnesium ist und gegenüber dem Werkstoff des zweiten Bauteils wiederum weniger edel ist, so dass auch an diesem Übergang eine möglichst kleine Standardpotentialdifferenz gemäß der elektrochemischen Spannungsreihe vorliegt, wobei durch einen Gießvorgang zwischen dem zweiten und dem dritten Bauteil eine form- und/oder stoffschlüssige Verbindung hergestellt wird. Natürlich kann es sich erfindungsgemäß auch um eine teilweise form- und stoffschlüssige Verbindung handeln, d. h. so kann beispielsweise das zweite Bauteil aus Aluminium eine bestimmte Form aufweisen, die einen Formschluss im Übergang zu dem dritten Bauteil aus Magnesium ermöglicht bzw. begünstigt, wobei bei dem Gießvorgang diese Form nicht oder nur zum Teil verloren geht. Anders gesagt wird so eine bestimmte Form umgossen, wobei sich dennoch ein teilweiser stofflicher Übergang zwischen dem Werkstoff des einen und des anderen Bauteils ergibt. Durch diese Aneinanderreihung oder Reihenschaltung von Bauteilen, die sich insbesondere hinsichtlich ihres elektrochemischen Potentials, also des so genannten Standardpotentials, so voneinander unterscheiden, dass keine oder nur die geringst mögliche elektrochemische Korrosion auftreten kann, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, einen Modulträger gewichtsoptimal auszuführen, da im Vergleich zu Schweißverbindungen keine Materialzuschläge im Verbindungsbereich sowie keine aufwändigen Beschichtungen erforderlich sind. Da erfindungsgemäß mehrere Bauteile aus Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften miteinander verbunden werden, kann eine belastungsgerechte Konstruktion erfolgen. Nochmals sei zu dem erfindungsgemäß aufgebauten Modulträger dargestellt, dass z. B. im Bereich der Abstützung der Bauteile der Lenkung des Fahrzeuges ein erstes Bauteil aus einem titanhaltigen Werkstoff vorgesehen sein kann, so dass den relativ großen Belastungen in diesem Bereich widerstanden werden kann, wobei sich an dieses Bauteil mittels einer form- und/oder stoffschlüssigen Gussverbindung ein zweites Bauteil aus Aluminium anschließt, das den moderaten Belastungen in diesem Bereich, die z. B. durch ein dort installiertes Klimagerät und Infotainmentkomponenten hervorgerufen werden, angemessen widerstehen kann und wobei sich an das zweite Bauteil mittels einer form- und/oder stoffschlüssigen Gussverbindung ein drittes Bauteil aus Magnesium anschließt, das den vergleichsweise geringen Belastungen in diesem Bereich, hier ist z. B. lediglich eine Verkleidung und ein ergänzendes Rückhaltesystem untergebracht, widerstehen kann. Insgesamt ergibt sich durch die erfindungsgemäße Verbindung der einzelnen Bauteile dadurch ein Kostenvorteil, dass keine zeitintensive Schweißverbindung hergestellt werden muss und kein Materialzuschlag erforderlich ist. Der erfindungsgemäß so hergestellte Modulträger ist im Fahrzeuginneren angeordnet, d. h. in einem trockenen Bereich, wo praktisch kein Elektrolyt zur Bildung eines Lokalelementes bereitsteht bzw. ist der erfindungsgemäße Modulträger so durch eine Kapselung zum Elektrolyt geschützt.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in dem folgenden Ausführungsbeispiel beschrieben. Hierbei zeigen
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1: eine schematische Darstellung eines Modulträgers gemäß der vorliegenden Erfindung,
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2: eine weitere schematische Darstellung eines Modulträgers gemäß der vorliegenden Erfindung,
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3: eine noch weitere schematische Darstellung eines Modulträgers gemäß der vorliegenden Erfindung,
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4: eine noch weitere schematische Darstellung eines Modulträgers gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Der Modulträger, der in ein Fahrzeug eingebaut ist und den eingangs genannten Zwecken dient, weist gemäß 1 ein erstes Bauteil 1 auf. Das erste Bauteil 1 ist z. B. ein Rohr aus Stahl, also ein eisenhaltiger Werkstoff oder aber ein titanhaltiger Werkstoff, der z. B. gegossen wurde. Das erste Bauteil 1 weist zur Aufnahme und Fixierung der Bauteile der Lenkung des Fahrzeuges sowie zur Befestigung des Modulträgers in dem Fahrzeug bestimmte Unterelemente 2 auf, also Laschen mit Bohrungen. Das erste Bauteil 1 ist an einem Ende mit einer Verformung 3 versehen, die z. B. einer an dem Rohr oder im Gusskörper umlaufenden Sicke entspricht, die durch einen Walzvorgang hergestellt wird. Wie in 2 dargestellt, ist das erste Bauteil 1 mit einem weiteren Bauteil 4 verbunden. Das weitere Bauteil 4 ist mit gestrichelten Linien dargestellt. Das weitere Bauteil 4 ist z. B. aus Aluminium und wird an das erste Bauteil 1 angegossen. Der Werkstoff Aluminium ist sowohl gegenüber dem Werkstoff Stahl oder einem titanhaltigen Werkstoff, aus dem jeweils das erste Bauteil 1 hergestellt sein kann, zwar relativ unedel, jedoch liegen die Standardpotentiale relativ gesehen näher beieinander, als beispielsweise bei einer unmittelbaren Verbindung von Stahl mit Magnesium. D. h. erfindungsgemäß wird eine Art „Zwischenstufe” vorgesehen, die den Werkstoff Aluminium umfasst, der zudem eine relativ größere mechanische Widerstandsfähigkeit aufweist als Magnesium und somit eine gezielte Anpassung des Werkstoffes in Abhängigkeit der Belastungen, die in der Praxis auf diesen Bereich des Modulträgers einwirken, bei möglichst geringem Gewicht, ermöglicht. Insbesondere wird der Bereich der Verformung 3 des ersten Bauteils 1 mit Aluminium umgossen, so dass sich gewissermaßen unter Bildung eines Gussknotens 5 zunächst eine form- und/oder stoffschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Bauteil 1 und dem weiteren Bauteil 4 ergibt. Das weitere Bauteil 4 kann im Sinne der vorliegenden Erfindung vor dem Angießen an das erste Bauteil 1 auch schon ganz oder teilweise vorgefertigt vorliegen, d. h. beispielsweise durch einen Ur- oder Umformvorgang in einem vorangegangenen Arbeitsschritt vorgefertigt worden sein, so dass die Verbindung zwischen dem ersten Bauteil 1 und dem weiteren Bauteil 4 durch den Angießvorgang dadurch hergestellt wird, dass das erste und das weitere Bauteil 4 mit dem Werkstoff zusammengegossen werden, aus dem das weitere Bauteil 4 besteht. Ein derart vorgefertigtes weiteres Bauteil 4 kann an dem Ende, das in Richtung des ersten Bauteils 1 weist, ebenfalls mit einer Verformung 3 versehen sein. Andererseits kann die Formgebung des weiteren Bauteils 4 bzw. die Ausbildung des jeweils durch den Angießvorgang hinzugefügten weiteren Bauteils 4 während des Angießens selbst erfolgen. Wie in 3 dargestellt, kann an das weitere Bauteil 4 aus Aluminium ein noch weiteres Bauteil 6 quasi unter Bildung eines weiteren Gussknotens 7 angegossen werden, der schraffiert ist. Die Bezeichnung Gussknoten 7 beschreibt ebenfalls lediglich, dass sich eine form- und/oder stoffschlüssige Verbindung zwischen dem weiteren Bauteil 4 und dem noch weiteren Bauteil 6 ergibt. Erfindungsgemäß kann auch das weitere Bauteil 4 aus Aluminium an jenem, dem noch weiteren Bauteil 6 zugewandten Ende, mit einer Verformung 8 versehen sein, wie in 4 gezeigt. Diese Verformung 8 kann während des Angießens des weiteren Bauteils 4 aus Aluminium an das erste Bauteil 1 im Sinne eines Urformvorganges gebildet werden oder wird nach dem Angießen durch einen Umformvorgang dem weiteren Bauteil 4 aufgeprägt. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Modulträger aus beliebig vielen Bauteilen aufgebaut sein, wobei stets die einzelnen Bauteile aus unterschiedlichen metallischen Werkstoffen bestehen, die durch eine Gussverbindung miteinander verbunden sind, wobei die Bauteile gemäß der elektrochemischen Spannungsreihe derart aneinandergereiht sind, dass zwischen den einzelnen Bauteilen jeweils eine möglichst geringe Standardpotentialdifferenz vorliegt. D. h. denkbar ist es weiterhin, dass sich an das noch weitere Bauteil 6 aus Magnesium ein abschließendes nicht gezeigtes Bauteil anschließt, das wieder aus einem im Vergleich zum noch weiteren Bauteil 6 edleren Metall besteht, also zum Beispiel wieder aus Aluminium, sofern das aus Sicht der Belastung des Modulträgers sowie einer Gewichtsoptimierung zweckmäßig ist. Wie den 1 bis 4 zu entnehmen ist, weist der Modulträger eine bestimmte Längserstreckung auf, deren Ausmaß mit jedem angegossenen weiteren Bauteil zunimmt. Der Modulträger ist, wie z. B. in 4 gezeigt auch im rechten Bereich mit einem Unterelement 2 verbunden, mittels diesem der Modulträger ebenfalls im Fahrzeuginneren befestigt wird. Die Unterelemente 2 können natürlich angeschweißt sein oder aber auch während des Gießvorganges im Sinne eines Urformvorganges an dem jeweiligen Bauelement angeformt sein. Auch Bauteil 1 kann ein durch einen Gießvorgang urgeformtes Werkstück sein. Bauteil 1 kann auch aus einem Stahlrohr sein, an das sich dann ein titanhaltiger Werkstoff anschließt bzw. ein solches Bauteil, dann Aluminium und so weiter.
