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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Leichtmetall umfassenden Bauteils gemäß Anspruch 1.
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Verfahren der hier angesprochenen Art, insbesondere zur Herstellung von Leichtmetall umfassenden oder aus Leichtmetall bestehenden Bauteilen für eine Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur sind bekannt. Aus der
DE 102 49 394 B4 geht ein Verfahren zur Herstellung eines Sitz- oder Lehnenrahmenteils eines Kraftfahrzeugsitzes hervor, wobei das Rahmenteil als kombiniertes Schmiede- und Strangpressbauteil aus einem Knetwerkstoff gebildet wird. Eine Schmiedeseite des Rahmenteils wird dabei plan beziehungsweise flach geschmiedet. Nachteilig hierbei ist, dass lediglich relativ einfache Konturen, insbesondere flache beziehungsweise plane Enden des Rahmenteils herstellbar sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Leichtmetall umfassenden Bauteils zu schaffen, welches eine belastungsgerechte Auslegung des Bauteils ermöglicht, und wobei zugleich eine komplexe Bauteilgeometrie verwirklichbar ist.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Verfahren mit den Schritten des Anspruchs 1 geschaffen wird. Das Verfahren zur Herstellung eines Leichtmetall umfassenden Bauteils, insbesondere für eine Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur, umfasst das Herstellen eines Vorformlings durch Strangpressen aus einem Material, welches ein Leichtmetall umfasst, vorzugsweise aus einem Leichtmetall besteht. Es ist möglich, dass das Material eine Leichtmetalllegierung umfasst beziehungsweise aus dieser besteht. Beispielsweise kann das Material Aluminium oder eine Aluminiumlegierung umfassen beziehungsweise aus dieser bestehen. Der Vorformling wird lokal in zumindest einem Bereich zwischen einem ersten und einem zweiten Ende durch Schmieden umgeformt. Dabei wird er zu einem Bauteil mit gebogener und/oder tordierter Kontur umgeformt. Es ist also eine komplexe Bauteilgeometrie mithilfe des Verfahrens realisierbar. Zugleich ist das Leichtmetallbauteil belastungsgerecht auslegbar. Wesentlich dabei ist, dass zuerst ein Strangpressprofil, nämlich der Vorformling hergestellt wird, der dann mittels des nachgelagerten Schmiedevorgangs in eine Endform umgeformt wird. Dabei ermöglicht das Schmieden des Bauteils eine lokale Erhöhung von dessen Festigkeit und Duktilität im Vergleich zu dem Strangpressprofil des Vorformlings. Andererseits kann das Bauteil in den Bereichen, welche nicht dem Schmiedevorgang unterzogen werden, dünnwandiger ausgebildet sein als in den geschmiedeten Bereichen. Es ist also möglich, durch das partielle, lokal angewendete Schmiedeverfahren die Werkstoffeigenschaften wie Festigkeit und Duktilität lokal in zumindest einem vorzugsweise mechanisch höher beanspruchten Bereich des Bauteils zu verbessern. In beispielsweise mechanisch weniger beanspruchten Bereichen kann dagegen ein filigranes Bauteil aus dem Strangpressprozess resultieren. Insbesondere ist es möglich, mithilfe des Verfahrens Querschnittsveränderungen zu realisieren, sodass das Bauteil mit einem diskontinuierlichen, lokal variierenden Querschnitt belastungsgerecht ausgelegt werden kann.
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Es ist möglich, dass der Vorformling lokal nur in einem einzigen Bereich durch Schmieden umgeformt wird. Es ist jedoch bevorzugt auch möglich, dass der Vorformling in mindestens zwei Bereichen lokal durch Schmieden umgeformt wird. Bei weiteren Ausführungen des Verfahrens ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Vorformling in mehr als zwei Bereichen zwischen seinem ersten und seinem zweiten Ende lokal durch Schmieden umgeformt wird.
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Besonders bevorzugt werden beim Schmieden optimal auf einen gewünschten Kraftfluss und eine gewünschte Verbindungstechnik zu anderen Bauteilen der Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur angepasste Enden an dem Bauteil ausgeformt. Aufgrund des durch den Schmiedeprozess resultierenden sehr homogenen Gefüges des Bauteils insbesondere an den ausgeformten Verbindungsbereichen sind herkömmliche Verbindungstechniken, insbesondere ein Schmelzschweißverfahren, zur Verbindung mit weiteren Komponenten der Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur einsetzbar. Hierzu kann gezielt ein Kraftfluss und ein Deformationsverhalten des Bauteils einerseits, aber auch der mit dem Bauteil versehenen Rohbaustruktur andererseits abgestimmt werden. In diesem Zusammenhang ist es insbesondere auch möglich, eine Wandstärke des Bauteils entlang von dessen Erstreckung variabel auszubilden.
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Bevorzugt wird ein Verfahren, welches sich dadurch auszeichnet, dass zum Umformen des Vorformlings wenigstens ein segmentiertes Gesenk verwendet wird. Hierdurch ist es möglich, gezielt nur mindestens einen, lokalen Bereich des Bauteils dem Schmiedeprozess zu unterziehen. Weiterhin ist es möglich, mithilfe des segmentierten Gesenks verschiedene Bereiche des Bauteils auf verschiedene Weise zu formen, und so insbesondere verschiedene Krümmungen, verschiedene Torsionen, verschiedene Wandstärken und/oder verschiedene Querschnittsgeometrien in verschiedenen Bereichen des Bauteils zu realisieren.
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Es wird ein Verfahren bevorzugt, welches sich dadurch auszeichnet, dass das Bauteil entgratet wird. Durch den Schmiedevorgang, insbesondere beim Gesenkschmieden, resultieren Grate, die vorzugsweise durch einen Abgratvorgang entfernt werden.
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Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, welches sich dadurch auszeichnet, dass das Bauteil kalibriert wird. In einem Kalibrierprozess wird das Bauteil auf die gewünschten Endmaße innerhalb der angestrebten Toleranzen gebracht. Hierzu ist es bevorzugt möglich, ein Kalibrier- und/oder Justagegesenk einzusetzen.
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Schließlich wird auch ein Verfahren bevorzugt, welches sich dadurch auszeichnet, dass das Bauteil einer Wärmebehandlung unterzogen wird. Besonders bevorzugt wird das Bauteil dabei einer Aushärtebehandlung unterzogen, um seine Härte zu vergrößern. Es ist auch möglich, dass das Bauteil einem Lösungsglühen unterzogen wird. Schließlich ist es möglich, dass das Bauteil weichgeglüht wird. Jedenfalls können durch die Wärmebehandlung letztlich die Eigenschaften des Bauteils gezielt auf eine gewünschte Verwendung und mechanische Beanspruchung desselben innerhalb der Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur eingestellt werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
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1A eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Vorformlings für ein Bauteil von einer ersten Seite;
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1B eine Ansicht des Ausführungsbeispiels gemäß 1A von einer zweiten Seite;
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1C eine Draufsicht auf den Vorformling gemäß 1A;
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2A eine Seitenansicht gemäß 1B des fertig geschmiedeten Bauteils, und
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2B eine Draufsicht gemäß 1C auf das fertig geschmiedete Bauteil.
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1A zeigt eine erste Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines durch Strangpressen hergestellten Vorformlings 1. Dieser umfasst ein Leichtmetall oder eine Leichtmetalllegierung beziehungsweise besteht bevorzugt aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung. Hierbei kann es sich beispielsweise um Aluminium oder eine Aluminiumlegierung handeln. Insbesondere umfasst der Vorformling 1 vorzugsweise eine Knetlegierung. Er ist in der Ansicht gemäß 1A im Wesentlichen E-förmig ausgebildet und weist daher zwei äußere Schenkel 3, 5 und einen inneren Steg 7 auf. Diese erstrecken sich in 1A ausgehend von einer Rückenwand 9 nach rechts.
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Wie insbesondere noch anhand der 1B und 1C deutlich wird, ist der Vorformling 1 als langgezogenes, geradliniges Bauteil ausgebildet, und er erstreckt sich in 1A in Blickrichtung des Betrachters in die Bildebene hinein.
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Der Steg 7 weist eine in 1A nach rechts orientierte Fläche 11 auf. Ebenso weist die Rückenwand 9 eine in 1A nach rechts orientierte Fläche 13 auf.
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Der Vorformling 1 weist ein erstes Ende E auf, welches in 1A dem Betrachter zugewandt ist. Das erste Ende E ist in 1B links angeordnet. Der Vorformling 1 umfasst ein zweites Ende E', welches in 1B rechts angeordnet ist. Er erstreckt sich – in Längsrichtung gesehen – zwischen dem ersten Ende E und dem zweiten Ende E.
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1B zeigt eine Ansicht des Vorformlings 1 – in 1A von unten gesehen. Der Betrachter blickt also auf den zweiten Schenkel 5. Strichliert sind eine Kante 15 des Stegs 7 und eine Kante 17 der Rückenwand 9 angedeutet, die sich aus den Flächen 11, 13 ergeben.
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1C zeigt eine Draufsicht auf den Vorformling 1, wobei die Blickrichtung des Betrachtes quasi in 1A von rechts orientiert ist. In 1C blickt daher der Betrachter auf die Schenkel 3, 5 und den Steg 7. Außerdem sind dem Betrachter die Flächen 11, 13 zugewandt, die in 1B als Kanten 15, 17 dargestellt sind.
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Es zeigt sich, dass der Vorformling 1 nicht nur geradlinig ausgebildet ist, sondern darüber hinaus einen im Wesentlichen konstanten Querschnitt und eine homogene, vergleichsweise dünne beziehungsweise filigrane Wandstärke aufweist.
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Der Vorformling 1 wird lokal in zumindest einem Bereich zwischen seinem ersten Ende E und seinem zweiten Ende E' einem Schmiedevorgang unterzogen, sodass letztlich ein Bauteil mit gebogener und/oder tordierter Kontur resultiert.
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In 2A ist ein Bauteil 19 dargestellt, welches durch partielles Schmieden aus dem Vorformling 1 resultiert. Dabei entspricht die Ansicht des Bauteils 19 in 1A der Seitenansicht des Vorformlings 1 in 1B. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Dargestellt sind insbesondere der zweite Schenkel 5, die Kanten 15, 17 und der Bereich, in welchem der Schenkel 5 in die Rückenwand 9 übergeht.
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Der Vorformling 1 wurde lokal in einem Bereich 21 zwischen seinem ersten Ende E und seinem zweiten Ende E' einem Schmiedevorgang unterzogen, um das Bauteil 19 herzustellen. Der Bereich 21 ist dabei durch eine erste strichpunktierte Linie 11 und eine zweite strichpunktierte Linie 11' gekennzeichnet, zwischen denen er angeordnet ist Durch das Schmiedeverfahren resultiert aus dem langgestreckten, geradlinigen Vorformling 1 ein gebogenes beziehungsweise gekrümmtes Bauteil 19. Dabei ist die Krümmung in dem Bereich 21 vorgesehen. Zugleich zeigt sich, dass die aus den Schenkeln 3, 5 und dem Steg 7 resultierende Struktur des Vorformlings 1 durch den Schmiedevorgang in dem Bereich 21 verdichtet wurde, sodass hier ein gebogener, im Wesentlichen strukturloser Bereich gegeben ist. Zugleich zeigt sich, dass die Wandstärke – in 2A in vertikaler Richtung gesehen – in dem Bereich 21 gegenüber den übrigen Bereichen des Vorformlings 1 beziehungsweise des Bauteils 19 erhöht ist.
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2B zeigt eine Draufsicht aus derselben Blickrichtung wie in 1C auf das in 2A dargestellte Bauteil 19. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. In 2B ist dargestellt, dass die Schenkel 3, 5 und der Steg 7 quasi verdichtet werden, um den gekrümmten, geschmiedeten Bereich 21 zu bilden. Dieser weist nicht nur eine größere Wandstärke sondern auch eine größere Erstreckung – in 2B in vertikaler Richtung gesehen – auf als die übrigen Bereiche des Bauteils 19.
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Aufgrund des in dem Bereich 21 angewendeten Schmiedeverfahrens ist hier auch die Festigkeit und Duktilität des Bauteils 19 erhöht. Dies resultiert letztlich daraus, dass im Schmiedeverfahren ein Faserverlauf des Bauteils, der bevorzugt bereits beim Strangpressen des Vorformlings 1 in geeigneter Weise vordefiniert wurde, in Hinblick auf die resultierenden Bauteileigenschaften günstig beeinflusst wird, wobei Fasern insbesondere in mechanisch hoch belasteten Bereichen, hier in dem Bereich 21, gesammelt werden.
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In den nicht dem Schmiedevorgang unterworfenen Bereichen des Bauteils 19 bleibt dagegen die dünnwandige, filigrane Struktur des Vorformlings 1 erhalten.
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Letztlich resultiert also ein zumindest bereichsweise sehr filigranes Bauteil, welches durch einen diskontinuierlichen Querschnitt und durch – entlang seiner Erstreckung gesehen – variable Wandstärken gekennzeichnet ist. Dadurch ist es möglich, das Bauteil 19 gezielt auf einen bestimmten Einsatzbereich beziehungsweise auf bestimmte, lokale mechanische Belastungen abzustimmen.
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Dadurch, dass das Bauteil bevorzugt ein Leichtmetall beziehungsweise eine Leichtmetalllegierung umfasst beziehungsweise aus einer solchen besteht, wird auch dem Leichtbaugedanken Rechnung getragen.
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Insgesamt zeigt sich so, dass mithilfe des Verfahrens Leichtmetall-Bauteile lokal und spezifisch auf mechanische Beanspruchungen abgestimmt werden können. Dabei wird ein Strangpressprofil, nämlich der Vorformling 1 quasi als Halbzeug für einen partiellen, insbesondere lokalen Schmiedeprozess verwendet. Bauteileigenschaften wie Festigkeit, Duktilität, Querschnittsgeometrie und Wandstärke werden lokal bevorzugt so abgestimmt, dass mechanisch höher. belastete Bereiche zur Aufnahme dieser Belastungen geeignet sind, während mechanisch geringer belastete Bereich dünnwandiger und letztlich fragiler ausgebildet sein können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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