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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gussbauteils für eine Fahrzeugkarosserie sowie ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Gussbauteil.
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Die Wandstärkenverteilung von Gussbauteilen für eine Fahrzeugkarosserie wird üblicherweise im Rahmen der Auslegung der Fahrzeugfunktion mittels Simulationsmethoden bestimmt. Hoch belastete Bereiche werden mit hohen Wandstärken und niedrig belastete Bereiche mit geringeren Wandstärken belegt. Aufgrund von fertigungstechnischen Restriktionen werden auch wenig belastete Bereiche mit einer minimalen Wanddicke von ca. 2 mm ausgelegt, da das gesamte Bauteil alle Anforderungen an die mechanischen Kennwerte erfüllen muss.
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Aufgrund dieser fertigungstechnischen Einschränkungen können die Gussbauteile hinsichtlich ihres Gewichtes nicht optimal ausgelegt und hergestellt werden.
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Ein als Gussbauteil hergestellte Domstrebe zur Aussteifung einer selbsttragenden Fahrzeugkarosserie wird gemäß der
DE 10 2006 008 667 A1 auf die eingeleiteten Kraftverläufe abgestimmt und angepasst, indem bspw. im Bereich der Kraftverläufe unterschiedliche Wandstärken vorgesehen sind oder diese höher belasteten Bereiche mit Versteifungen, wie Rippen oder dergleichen verstärkt werden. Über die Bereiche außerhalb der Kraftverläufe werden keine Angaben gemacht.
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Aus der
EP 1 108 646 A2 ist ein Strukturbauteil mit einer großflächigen Gussstruktur für Anwendungen in Luftfahrzeugen bekannt, welches für eine hohe Belastbarkeit mit Versteifungselementen versehen ist, die zu einer Gewichtsreduzierung beitragen. Solche Versteifungselemente führen jedoch zu einer komplizierten Gussform.
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Schließlich beschreibt die
DE 10 2004 053 745 A1 eine Wärmebehandlung von Aluminium-Gussbauteilen mit unterschiedlichen Wandstärken oder Hohlräumen, die zu geringen Eigenspannungen führen soll. Wie ein solches Gussbauteil gewichtsoptimiert ausgelegt und hergestellt werden kann, wird jedoch nicht dargelegt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Gussbauteils für eine Fahrzeugkarosserie zu schaffen, bei welchem von der Konstruktionsphase bis zur Herstellungsphase des Gussbauteils das Ziel einer Gewichtsoptimierung und der Realisierung von Anforderungen hinsichtlich der Verwendung im Fahrzeugbau verfolgt wird.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Ein solches Verfahren zur Herstellung eines Gussbauteils für eine Fahrzeugkarosserie zeichnet sich erfindungsgemäß durch folgende Verfahrensschritte aus:
- – Bestimmen von funktionsrelevanten Bereichen des Gussbauteils,
- – Vorgabe der jeweiligen Wandstärke der funktionsrelevanten Bereiche mit mindestens einem minimalen Wert Amin,
- – Vorgabe der Wandstärken der sonstigen Bereiche des Gussbauteils mit Werten kleiner als der minimale Wert Amin,
- – Auslegung und Gestaltung einer Gussform im Hinblick auf die sonstigen Bereiche des Gussbauteils, und
- – Abgießen des Gussbauteils mittels der Gussform.
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Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren werden für das herzustellende Gussbauteil zunächst die funktionsrelevanten Bereiche bestimmt und hierfür jeweils eine Wandstärke vorgegeben, die über einem minimalen Wert Amin, vorzugsweise 2 mm liegt. Für die verbleibenden Bereiche, also die nicht funktionsrelevanten Bereiche wird eine Wandstärke bestimmt, deren Wert kleiner als Amin ist, vorzugsweise zwischen 1,0 mm und 2,0 mm liegt.
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Es ist ein Verdienst der Erfinder erkannt zu haben, nicht nur die für die Funktion relevanten Bereiche eines Gussbauteils zu optimieren, um ein gewichtsoptimiertes Gussbauteil herzustellen, sondern gezielt die nicht für die Funktion relevanten Bereiche zu identifizieren und diese mit einer geringeren Wandstärke auszulegen und gleichzeitig bei der Konstruktion der Gussform, also des Gießwerkzeugs darauf zu achten, dass diese Bereiche des Gussbauteils mit einer dünnen Wandstärke ohne Fehler, insbesondere Gießfehler hergestellt werden können.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist es daher vorgesehen, die Gussform im Hinblick auf gute Erwärmbarkeit der sonstigen Bereiche, also der nicht funktionsrelevanten Bereich auszulegen und zu gestalten. Damit wird die Gefahr einer zu schnellen Abkühlung dieser nicht funktionsrelevanten Bereiche im Wesentlichen beseitigt, um ein nicht ausfließen der Schmelze zu verhindern.
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Im Weiteren wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Gussform hinsichtlich eines eine gleichmäßig fließende Füllfront bewirkenden Angusssystems ausgelegt und gestaltet, um Gießfehler zu vermeiden.
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Weiterhin hat sich gezeigt, dass den nicht funktionsrelevanten Bereichen dennoch eine Funktion zugewiesen werden kann, die nicht originär einem Gussbauteil einer Fahrzeugkarosserie zukommt, wie bspw. ausreichende Stabilität und Steifigkeit oder Crashfähigkeit.
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So ist in einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, die Gussform im Hinblick auf Dichtigkeit der sonstigen Bereiche, also der nicht funktionsrelevanten Bereiche des Gussbauteils gegenüber Wasser oder anderen Flüssigkeiten auszulegen und zu gestalten. Die nicht funktionsrelevanten Bereiche des Gussbauteils, bspw. die A-Säule können damit in vorteilhafter Weise einen Schutz des Fahrzeugs gegen das Eindringen von Feuchtigkeit oder Spitzwasser oder anderen Flüssigkeiten übernehmen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das Gussbauteil in einem Druckgussverfahren hergestellt, wobei vorzugsweise hierzu eine gut fließfähige und gussgeeignete Leichtmetall-Legierung verwendet wird.
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Somit kann mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren eine A-Säule als Gussbauteil für eine Fahrzeugkarosserie hergestellt werden, dessen schwellenseitiger Bereich als sonstiger Bereich, also als nicht funktionsrelevanter Bereich mit einer Wandstärke kleiner als der minimale Wert Amin, vorzugweise mit im Wesentlichen 1 mm bis 2,0 mm ausgebildet ist. Damit werden in diesem nicht funktionsrelevanten Bereich nur eingeschränkte Anforderungen hinsichtlich mechanischer Kennwerte, wie Festigkeit und Bruchdehnung erfüllt. Jedoch liegen diese nicht funktionsrelevanten Bereiche im Bereich der Schwellerverkleidung und übernehmen die Funktion der Abdichtung des Fahrzeugs gegen Spritzwasser und anderen Flüssigkeiten.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf eine einzige 1 ausführlich beschrieben. Diese 1 zeigt als Gussbauteil eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in einem Druckgussverfahren aus Aluminium hergestellte A-Säule eines Kraftfahrzeugs sowie eine Wanddickenangabe einzelner bezeichneten Bereiche und deren Volumenanteile.
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Für die A-Säule 10 gemäß 1 werden in der Konstruktionsphase deren funktionsrelevanten Bereiche 1 bis 4 sowie deren nicht funktionsrelevanten Bereiche 5 und 6 bestimmt, für die jeweils eine Wandstärke festgelegt wird.
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Der nicht funktionsrelevante Bereich 5 liegt im Bereich der Säulenwurzel 11 der A-Säule 10. Da dieser nicht funktionsrelevante Bereiche 5 im in der Fahrzeugkarosserie verbauten Zustand im Bereich der Schwellerverkleidung liegt, braucht dieser Bereich 5 nur geringe Anforderungen hinsichtlich Steifigkeit und Crashfähigkeit erfüllen, muss jedoch gegenüber Spritzwasser und anderen Flüssigkeiten dicht sein. Es reicht daher für diesen Bereich 5 jeweils eine Wandstärke zwischen 1,0 mm und 2,0 mm festzulegen. Entsprechendes gilt für den weiteren nicht funktionsrelevanten Bereich 6, für den ebenso eine Wandstärke zwischen 1,0 mm und 2,0 mm festgelegt wird.
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Für die drei funktionsrelevanten Bereiche 1 bis 4 werden folgende Festlegungen getroffen.
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So wird in einem Anbindungsbereich 12 der A-Säule 10 zur Anbindung an die Federbeinaufnahme eines Vorderwagens der Fahrzeugkarosserie der Bereich 1 mit einer Wandstärke zwischen 3,3 mm und 12,00 mm ausgebildet und für den diesen Bereich 1 umgebenden Bereich 2 eine geringere Wandstärke, die zwischen 2,3 und 3,3 mm liegt, vorgegeben. Auch ein randseitiger Anbindungsbereich 13 für eine äußere A-Säule, als funktionsrelevanter Bereich 3 in der 1 bezeichnet, wird ebenso eine Wandstärke zwischen 2,3 und 3,3 zugeordnet.
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Für den verbleibenden Bereich zwischen den Bereichen 1, 2, 3, 5 und 6 wird als weiterer funktionsrelevanter Bereich 4 eine Wandstärke zwischen 2,0 mm und 2,3 mm festgelegt.
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Der Volumenanteil für die nicht funktionsrelevanten Bereiche 5 und 6 betragen 7,63% von dem Gesamtvolumen der A-Säule 10. Der Volumenanteil für den funktionsrelevanten Bereich 1 beträgt 14,31%, für die funktionsrelevanten Bereiche 2 und 3 zusammen 30,79% und 43,69% für den funktionsrelevanten Bereich 4.
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Auf der Basis dieser Festlegung der Wandstärken für diese A-Säule 10 wird eine Gussform ausgelegt. Hierbei ist es erforderlich, dass aufgrund der geringen Wandstärken in den Bereichen 5 und 6 eine gute Erwärmung der entsprechenden Bereiche der Gussform sichergestellt werden muss, um ein Ausfließen der Schmelze in diesen Bereichen 5 und 6 sicherzustellen. Ferner ist es auch erforderlich, dass Angusssystem so zu gestalten, dass eine gleichmäßig fließende Füllfront beim Gießvorgang zustande kommt um Gießfehler, wie Kaltfließstellen oder Warmrisse zu vermeiden.
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Mit der so erstellten Gussform wird eine A-Säule 10 gemäß 1 im Druckgussverfahren gegossen, wobei hierzu eine gut fließfähige und gussgeeignete Aluminium-Leichtmetall-Legierung verwendet wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- funktionsrelevanter Bereich
- 2
- funktionsrelevanter Bereich
- 3
- funktionsrelevanter Bereich
- 4
- funktionsrelevanter Bereich
- 5
- nicht funktionsrelevanter Bereich
- 6
- nicht funktionsrelevanter Bereich
- 10
- A-Säule
- 11
- Säulenwurzel der A-Säule 10
- 12
- Anbindungsbereich der A-Säule 10
- 13
- Anbindungsbereich der A-Säule 10
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006008667 A1 [0004]
- EP 1108646 A2 [0005]
- DE 102004053745 A1 [0006]
