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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Konsole zur Verbindung eines Längsträgers mit einem Achsträger gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Konsole für eine Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur gemäß Oberbegriff des Anspruchs 5, und eine Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur gemäß Oberbegriff des Anspruchs 9.
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Kraftfahrzeug-Rohbaustrukturen mit Konsolen und Verfahren zu deren Herstellung sind bekannt. Aus der
DE 10 2005 050 967 A1 geht eine Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur mit einem Längsträger und einem Achsträger hervor, wobei der Längsträger mit dem Achsträger über eine Konsole verbunden ist. Diese ist als Stahlgussteil, insbesondere als dünnwandiges Stahlgussteil ausgebildet. Nachteilig hierbei ist, dass eine solche Konsole ein relativ großes Gewicht aufweist wenn sie die hohen mechanischen Belastungen, die im Verbindungsbereich zwischen Längsträger und Achsträger auftreten, aufnehmen soll, ohne dass die Gefahr besteht, dass die Verbindung versagt. Es ist weiterhin problematisch, die Konsole insbesondere mit dem Längsträger zu fügen, weil herkömmliche Schweißverfahren, insbesondere ein Schmelzschweißverfahren, bei Gussteilen kaum oder gar nicht anwendbar sind.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Konsole zur Verbindung eines Längsträgers mit einem Achsträger, eine solche Konsole und eine Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur mit einer solchen Konsole zu schaffen, wobei eine mechanisch hoch belastbare Anbindung zwischen dem Längsträger und dem Achsträger realisierbar ist, wobei zugleich eine vergleichsweise leichte Bauweise verwirklicht werden kann, und wobei die Konsole insbesondere mit dem Längsträger auf einfache Weise gefügt werden kann.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 geschaffen wird. Das Verfahren zur Herstellung einer Konsole zur Verbindung eines Längsträgers mit einem Achsträger in einer Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur, insbesondere einer Rohbaustruktur eines Personenkraftwagens, zeichnet sich dadurch aus, dass die Konsole mithilfe eines Massivumformverfahrens, vorzugsweise durch Schmieden hergestellt ist. Die so hergestellte Konsole weist ein verdichtetes Gefüge und damit eine hohe mechanische Belastbarkeit auf. Beim Massivumformen, insbesondere beim Schmieden, ist es möglich, einen Faserverlauf innerhalb der Konsole optimal auf deren mechanische Belastbarkeit anzupassen. Insbesondere können die Fasern quasi in mechanisch hoch belasteten Bereichen der Konsole gesammelt werden, wodurch diese eine große Festigkeit und Duktilität aufweisen. Dabei ist es möglich, die Konsole mit einem lokal variierenden, diskontinuierlichen Querschnitt zu versehen, wobei insbesondere mechanisch hoch belastete Bereiche eine größere Wandstärke aufweisen können als mechanisch weniger belastete Bereiche. Die Kontur der Konsole kann daher auf die zu erwartenden mechanischen Belastungen maßgeschneidert werden. Durch die erhöhte mechanische Belastbarkeit ist es außerdem möglich, die Wandstärke der Konsole generell zu verringern, was dem Leichtbaugedanken Rechnung trägt. Im Gegensatz zu einem massivumgeformten Teil beziehungsweise einem Schmiedeteil ist ein Gussbauteil im Wesentlichen aufgrund einer Lunkerbildung mechanisch nicht vergleichbar stabil.
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Es wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass es ein Halbwarmschmieden oder ein Warmschmieden der Konsole umfasst. Dabei spricht der Begriff des Halbwarmschmiedens an, dass eine Arbeitstemperatur unterhalb einer Rekristallisationstemperatur des bearbeiteten Materials bleibt. Dabei wird die Oberfläche möglichst wenig verzundert. Es sind enge Maßtoleranzen realisierbar, allerdings müssen vergleichsweise hohe Umformkräfte aufgewendet werden. Ein Warmschmieden spricht an, dass eine Arbeitstemperatur oberhalb einer Rekristallisationstemperatur des bearbeiteten Materials liegt. Dabei können sehr hohe Umformgrade dargestellt werden, und es sind vergleichsweise geringe Umformkräfte nötig. Allerdings sind nur weniger enge Maßtoleranzen als beim Halbwarmschmieden erreichbar, und es besteht eine erhöhte Gefahr, dass Oberflächenbereiche verzundern.
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Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, welches sich dadurch auszeichnet, dass es eine Wärmebehandlung der Konsole umfasst. Hiermit können insbesondere die Materialeigenschaften der Konsole in gewünschter Weise eingestellt werden, wobei insbesondere eine Festigkeit und Duktilität derselben beeinflussbar sind. Bevorzugt umfasst die Wärmebehandlung eine Aushärteglühen, ein Lösungsglühen und/oder ein Weichglühen.
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Schließlich wird ein Verfahren bevorzugt, welches sich dadurch auszeichnet, dass die Konsole aus einem ein Leichtmetall umfassenden Material hergestellt wird. Es ist möglich, dass das Material eine Leichtmetalllegierung umfasst. Bevorzugt besteht das Material aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung. Beispielsweise ist es möglich, dass das Material Aluminium, eine Aluminiumlegierung, Magnesium oder eine Magnesiumlegierung umfasst oder aus zumindest einem dieser Materialien besteht. Hierdurch ist die so hergestellte Konsole besonders leicht ausgebildet, wodurch sie für den Leichtbau besonders geeignet ist.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Konsole für eine Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur mit den Merkmalen des Anspruchs 5 geschaffen wird. Diese dient zur Verbindung eines Längsträgers mit einem Achsträger und weist einen ersten Verbindungsabschnitt zur Verbindung der Konsole mit dem Längsträger und einen zweiten Verbindungsabschnitt zur Verbindung der Konsole mit dem Achsträger auf. Die Konsole zeichnet sich dadurch aus, dass sie – vorzugsweise einstückig – als massivumgeformtes, bevorzugt geschmiedetes Bauteil, hergestellt ist. Besonders bevorzugt wird die Konsole mithilfe eines Verfahrens nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen hergestellt. Es verwirklichen dabei die bereits zuvor in Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebenen Vorteile. Aufgrund der Herstellung der Konsole in einem Massivumformverfahren beziehungsweise Schmiedeverfahren ergibt sich auch eine bessere Fügbarkeit der Konsole an der Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur. Alle herkömmlichen Fügetechniken sind anwendbar. Insbesondere ist es möglich, ein Schmelzschweißverfahren zum Fügen der Konsole einzusetzen, insbesondere, um sie an dem Längsträger zu fügen. Der Halt der Konsole an dem Längsträger ist dann besonders gut. Im Vergleich zu einem Gussbauteil ist damit ein Fügen der als massivumgeformtes Teil beziehungsweise als Schmiedebauteil hergestellten Konsole deutlich vereinfacht, variabler und letztlich stabiler und fester möglich.
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Es wird eine Konsole bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass der erste Verbindungsabschnitt einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt mit einem ersten Schenkel, mit einem zweiten Schenkel und mit einem die Schenkel verbindenden Verbindungsbereich aufweist. Dabei dient der im Wesentlichen U-förmige Querschnitt bevorzugt der Aufnahme des Längsträgers.
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Es wird auch eine Konsole bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass der zweite Verbindungsabschnitt als im Wesentlichen topfförmige Ausformung in einem Boden des Verbindungsbereichs ausgebildet ist. Dabei erstreckt sich die topfförmige Ausformung ausgehend von dem Boden in eine Richtung, die von den Schenkeln des ersten Verbindungsabschnitts weg orientiert ist. Die Schenkel erstrecken sich also ausgehend von dem Boden in eine erste Richtung, während sich die topfförmige Ausformung ausgehend von dem Boden in eine entgegengesetzte, zweite Richtung erstreckt. Die beiden Richtungen sind dabei nicht notwendig um 180° relativ zueinander angeordnet. Es ist aber jedenfalls vorgesehen, dass die Richtungen im Wesentlichen entgegengesetzt zueinander angeordnet sind.
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Es wird auch eine Konsole bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass der zweite Verbindungsabschnitt einen als Zylinder, vorzugsweise als Hohlzylinder ausgebildeten Befestigungsabschnitt aufweist, der zur Befestigung des Achsträgers dient. Die Befestigung wird vorzugsweise mithilfe einer in eine Innenausnehmung des Befestigungsabschnitts eingeschraubten Schraube bewirkt. Demnach wird also der Achsträger bevorzugt mit der Konsole verschraubt, während der Längsträger bevorzugt stoffschlüssig, insbesondere durch Schmelzschweißen, mit der Konsole gefügt wird.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur mit den Merkmalen des Anspruchs 9 geschaffen wird. Diese weist mindestens einen Längsträger und mindestens einen Achsträger auf. Dabei ist der Längsträger bevorzugt in einem Längsendbereich der Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur, also in einem vorderen oder in einem hinteren Bereich derselben vorgesehen. Es ist möglich, dass die Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur sowohl in einem hinteren als auch in einem vorderen Längsendbereich einen entsprechenden Längsträger aufweist. Dieser ist vorzugsweise an zumindest einer Seite der Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur vorgesehen. Bevorzugt weist die Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur an beiden Seiten entsprechende Längsträger auf, sodass es besonders bevorzugt insgesamt vier Längsträger, nämlich auf beiden Seiten jeweils in einem hinteren und in einem vorderen Längsträgerbereich umfasst.
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In einem vorderen Bereich der Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur ist der Achsträger vorzugsweise als Vorderachsträger und insbesondere als Integralträger ausgebildet, wobei an diesem neben der Vorderachse des Fahrzeugs üblicherweise auch eine Brennkraftmaschine beziehungsweise ein Antriebsaggregat sowie gegebenenfalls weitere im Motorraum des Fahrzeugs untergebrachte Aggregate angeordnet sind. In einem hinteren Bereich der Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur ist der Achsträger bevorzugt als sogenannter Fahrschemel ausgebildet, an dem eine Hinterachse und beispielsweise zusätzlich ein Differenzialgetriebe angeordnet ist.
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Die Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur zeichnet sich dadurch aus, dass der Längsträger und der Achsträger mittels mindestens einer Konsole nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander verbunden sind. Es ist möglich, dass der Längsträger und der Achsträger mittels mehr als einer Konsole, insbesondere mittels zwei solcher Konsolen miteinander verbunden sind. Für die Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur ergeben sich die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Konsole beziehungsweise mit dem Verfahren zu deren Herstellung erläutert wurden.
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Schließlich wird eine Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass der Längsträger stoffschlüssig, vorzugsweise durch Schmelzschweißen, mit dem ersten Verbindungsabschnitt der Konsole verbunden ist. Der Achsträger ist mit dem zweiten Verbindungsabschnitt der Konsole verbunden. Vorzugsweise ist hier eine Schraubverbindung vorgesehen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine dreidimensionale Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Konsole;
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2 eine Teilschnittansicht einer Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur mit einem Längsträger und einer Konsole gemäß 1, und
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3 eine dreidimensionale Teilansicht einer. Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur, insbesondere mit einem Längsträger und einer Konsole gemäß 1.
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1 zeigt eine dreidimensionale Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Konsole 1. Diese ist einstückig als massivumgeformtes, vorzugsweise geschmiedetes Bauteil hergestellt. Dabei umfasst sie ein Leichtmetall oder eine Leichtmetalllegierung. Bevorzugt besteht die Konsole 1 aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung. Beispielsweise ist es möglich, dass die Konsole 1 Aluminium, Magnesium, eine Aluminiumlegierung oder eine Magnesiumlegierung umfasst oder aus zumindest einem dieser Materialien besteht.
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Die Konsole weist einen ersten Verbindungsabschnitt 3 zur Verbindung mit einem nicht dargestellten Längsträger auf. Sie weist weiterhin einen zweiten Verbindungsabschnitt 5 auf, welcher der Verbindung der Konsole mit einem nicht dargestellten Achsträger dient. Es ist möglich, dass die Verbindungsabschnitte 3, 5 jeweils in einem Massivumformverfahren, insbesondere einem Schmiedeverfahren hergestellt und anschließend miteinander gefügt werden. Bevorzugt wird die Konsole 1 jedoch einstückig als massivumgeformtes Teil beziehungsweise Schmiedeteil hergestellt.
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Der ersten Verbindungsabschnitt 3 weist einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt auf. Er umfasst einen ersten Schenkel 7 und einen zweiten Schenkel 9, die sich ausgehend von einem Verbindungsbereich 11 in 1 in Richtung auf den Betrachter zu erstrecken.
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Der zweite Verbindungsabschnitt 5 ist in einem Boden 13 des Verbindungsbereichs 11 als im Wesentlichen topfförmige Ausformung 15 ausgebildet. Diese erstreckt sich ausgehend von dem Boden 13 im Wesentlichen in eine Richtung, die – von dem Boden 13 ausgehend – entgegengesetzt zu einer Richtung orientiert ist, in die sich die Schenkel 7, 9 erstrecken. In 1 erstreckt sich also die topfförmige Ausformung 15 im Wesentlichen vom Betrachter weg in die Bildebene hinein.
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Dabei ist die Ausformung 15 bevorzugt als Profilabschnitt ausgebildet und weiter bevorzugt im Wesentlichen zentral an den als U-förmigen Profilabschnitt ausgebildeten ersten Verbindungsabschnitt 3 angeschlossen. Dabei spricht der Begriff „im Wesentlichen zentral” hier an, dass die Ausformung 15 in Hinblick auf den ersten Verbindungsabschnitt 3 sowohl in Richtung einer Längserstreckung der Konsole 1 als auch in einer Richtung, die auf dieser senkrecht steht, im Wesentlichen mittig angeordnet ist. Dabei erstreckt sich die Ausformung 15 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 über eine volle Breite der Konsole 1, wobei die Breite in einer Richtung gemessen ist, die sich von dem ersten Schenkel 7 zu dem zweiten Schenkel 9 erstreckt und im Wesentlichen senkrecht zu diesen orientiert ist. Die Längsrichtung der Konsole 1 steht im Wesentlichen senkrecht auf der Breite, und sie verläuft in 1 im Wesentlichen in der Bildebene beziehungsweise nur leicht schräg zu dieser, im Wesentlichen von rechts unten nach links oben.
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Der zweite Verbindungsabschnitt 5 weist auch einen Befestigungsabschnitt 17 auf, der als Zylinder, hier als Hohlzylinder 19 ausgebildet ist. Dieser dient zur Befestigung des Achsträgers an der Konsole 1. Der Hohlzylinder 17 ist vorzugsweise mittig in der Ausformung 15 angeordnet und mit dieser einstückig ausgebildet. Er ragt ausgehend von einem Boden 21 der Ausformung 15 in Richtung auf den Boden 13 des ersten Verbindungsabschnitts 3 auf. Eine Stirnfläche 23 des Hohlzylinders 19 ist vorzugsweise im Wesentlichen in einer Ebene mit dem Boden 13 oder in leicht größerem Abstand als dieser von dem Boden 21 angeordnet. Liegt in diesem Fall die Konsole 1 mit dem Boden 13 an dem Längsträger an, kann sich auch die Stirnfläche 23 an dem Längsträger abstützen. Es ist möglich, dass der Längsträger eine Aufnahmemulde für den Hohlzylinder 19 aufweist. In diesem Fall steht die Stirnfläche 23 vorzugsweise leicht über den Boden 13 über und greift in die Aufnahmemulde des Längsträgers ein, wo sie sich an einer Gegenfläche abstützt.
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Der Hohlzylinder 19 umfasst eine Innenausnehmung 25. Diese dient vorzugsweise der Aufnahme einer Schraube zur Verschraubung der Konsole 1 mit dem Achsträger. Dabei wird vorzugsweise eine selbstfurchende oder selbstschneidende Schraube verwendet, sodass eine Innenwandung 27 der Innenausnehmung 25 im Wesentlichen glatt und jedenfalls ohne ein Innengewinde ausgebildet sein kann. Dabei entfällt die Herstellung eines Innengewindes an der Konsole 1. Weiterhin ergibt sich eine spielfreie Verbindung der Konsole 1 mit dem Achsträger. Es ist jedoch alternativ auch möglich, an der Innenwandung 27 ein Gewinde vorzusehen, um eine Verschraubung mit dem Achsträger zu bewirken. Schließlich ist es auch möglich, dass der Befestigungsabschnitt 17 als Zylinder ohne Innenausnehmung 25 ausgebildet ist, wobei sich beispielsweise eine in den Befestigungsabschnitt 17 eingebrachte Schraube nicht nur ein Gewinde, sondern auch eine Ausnehmung selbst schafft.
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Es sind Versteifungsrippen 29 vorgesehen, die sich ausgehend von einer äußeren Umfangwandung 31 des Befestigungsabschnitts 17, hier des Hohlzylinders 19, bis zu einer Innenwandung 33 der Ausformung 15 erstrecken. Die Versteifungsrippen 29 sind quasi sternförmig um den Befestigungsabschnitt 17 herum angeordnet und erstrecken sich ausgehend von diesem in radialer Richtung von diesem weg.
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Die Versteifungsrippen 29 weisen zumindest teilweise hier im Wesentlichen zylindrische Entformungskonturen 35 auf, mittels derer die Konsole 1 leichter aus einem Gesenk zur Massivumformung, insbesondere einem Schmiedegesenk entnommen werden kann.
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Weiterhin sind in dem Boden 21 der Ausformung 15 Ablauflöcher vorgesehen, von denen hier der besseren Übersichtlichkeit wegen nur ein Ablaufloch mit dem Bezugszeichen 37 gekennzeichnet ist. Über die Ablauflöcher 37 kann beispielsweise überschüssiger Lack aus einer katodischen Tauchlackierung (sogenannter KTL-Lack) ablaufen. Ist die Konsole 1 in einer Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur eines fertigen Kraftfahrzeugs aufgenommen, kann im Fahrbetrieb Regenwasser oder andere Feuchtigkeit über die Ablauflöcher 37 ablaufen.
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2 zeigt eine Teilschnittansicht eines Teils einer Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur 39 mit einem Längsträger 41 und einer mit diesem gefügten Konsole 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel gemäß 1. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Anhand von 2 wird deutlich, dass der Längsträger 41 bereichsweise in dem ersten Verbindungsabschnitt 3 aufgenommen ist und von den Schenkeln 7, 9 bereichsweise umgriffen wird. Er liegt dabei vorzugsweise auf dem Boden 13 des Verbindungsbereichs 11 auf.
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Der Längsträger 41 weist auch eine Aufnahmemulde 43 auf, in die der hier als Hohlzylinder 19 ausgebildete Befestigungsabschnitt 17 bereichsweise hineinragt. Vorzugsweise stützt er sich in der Aufnahmemulde 43 mit seiner Stirnfläche 23 an einer Gegenfläche des Längsträgers 41 ab.
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Der Längsträger 41 ist hier als Hohlstruktur, insbesondere als Vierkantrohr mit abgerundeten Ecken ausgebildet.
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Besonders bevorzugt ist eine innere Geometrie des ersten Verbindungsabschnitts 3 zumindest bereichsweise so auf eine äußere Geometrie des Längsträgers 41 abgestimmt, dass der Längsträger 41 in dem ersten Verbindungsabschnitt 3 formschlüssig aufnehmbar ist.
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Die Konsole 1 wird mit dem Längsträger 41 formschlüssig, vorzugsweise durch Schmelzschweißen gefügt. In 2 ist entsprechend eine Schweißnaht 45 angedeutet.
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3 zeigt eine weitere Teilansicht der Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur 39 mit dem Längsträger 41 und der Konsole 1. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Auch in 3 wird deutlich, dass die Konsole 1 in dem ersten Verbindungsabschnitt 3 den Längsträger 41 mit dem hier dargestellten ersten Schenkel 7 und dem nicht dargestellten zweiten Schenkel 9 umgreift. Vorzugsweise wird mittels Schmelzschweißen eine Schweißnaht entlang des gesamten ersten Verbindungsabschnitts 3 im Bereich von dessen Anlage an dem Längsträger 41 erzeugt.
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Der in den 2 und 3 nicht dargestellte Achsträger ist bei dem Ausführungsbeispiel der Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur 39 mit dem zweiten Verbindungsabschnitt 5 der Konsole 1 verschraubt. Hierzu dient der Befestigungsabschnitt 17, der hier als Hohlzylinder 19 ausgebildet ist, quasi als Schraubenpfeife und nimmt vorzugsweise eine selbstfurchende oder selbstschneidende Schraube auf.
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Insgesamt zeigt sich, dass mithilfe des Verfahrens eine Konsole für eine Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur herstellbar ist, die in der Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur eine mechanisch hoch belastbare Anbindung zwischen dem Längsträger 41 und dem Achsträger in Leichtbauweise ermöglicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005050967 A1 [0002]
