-
Die Erfindung betrifft ein Domelement für eine Rohbaustruktur eines Kraftfahrzeugs gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur gemäß Oberbegriff des Anspruchs 8 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Domelements gemäß Oberbegriff des Anspruchs 9.
-
Domelemente, Kraftfahrzeug-Rohbaustrukturen, sowie Verfahren zur Herstellung von Domelementen sind bekannt. Ein bekanntes Domelement weist einen Auflagebereich zur Befestigung eines Feder- und/oder Dämpferelements auf. Es ist insbesondere als Federbeinaufnahme beziehungsweise Federbeindom für das Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs ausgebildet. Über das Domelement stützt sich eine Stoßdämpfereinrichtung an der Kraftfahrzeug-Karosserie beziehungsweise der Rohbaustruktur des Kraftfahrzeugs ab. Bekannte Domelemente werden typischerweise als Gussteile mittels Gussverfahren, beispielsweise Druckgießen hergestellt. Dabei zeigt sich, dass die mechanischen Eigenschaften des Gussmaterials für hohe mechanische Belastungen im Bereich der Stoßdämpfer einerseits sowie Anforderungen des Leichtbaus andererseits nicht ausreichend sind. Um den hohen mechanischen Belastungen gerecht zu werden, sind große Wandstärken bei Gussteilen erforderlich, die entweder aufgrund der Gefahr einer Lunkerbildung nicht herstellbar sind, oder die dazu führen, dass das Teil als Ganzes vergleichsweise massiv ausgebildet und damit vergleichsweise schwer ist. Umgekehrt sind Gussbauteile, die hinreichend dünnwandig ausgebildet sind, um dem Leichtbaugedanken Rechnung zu tragen, nicht stabil genug, um die hohen mechanischen Belastungen im Stoßdämpferbereich aufnehmen zu können. Besonders nachteilig ist, dass durch Gießen kein Domelement herstellbar ist, bei welchem die Wandstärke belastungsgerecht auf in den verschiedenen Bereichen auftretende mechanische Belastungen abstimmbar ist. Um demnach die mechanischen Belastungen in den höchstbelasteten Bereichen aufnehmen zu können, muss das gesamte Gussbauteil vergleichsweise dickwandig ausgebildet sein. Zur Lösung dieses Problems schlägt die
DE 10 2011 109 466 A1 vor, ein Domelement mit einem Zusatzbauteil als Verstärkungselement auszustatten, welches mittels des Gießverfahrens in das als Gussbauteil ausgebildete Domelement integriert ist. Das Verstärkungselement kann als Blechbauteil oder als Tiefziehteil, als Strangpressprofil, als Schmiedeteil oder anderweitig ausgebildet sein. Es kann insbesondere Aluminium oder eine Aluminiumlegierung umfassen. Hierdurch ist es möglich, das Domelement lokal in einem mechanisch hochbelasteten Bereich zu verstärken, während zugleich mechanisch geringer belastete Bereiche nicht mit unerwünscht dicker Wandstärke ausgebildet sein müssen. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass die Herstellung vergleichsweise aufwändig und wenig reproduzierbar, mithin nicht prozesssicher ist.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Domelement, eine Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Domelements zu schaffen, wobei das Domelement mit möglichst geringem Aufwand, zugleich aber prozess- und betriebssicher herstellbar ist, wobei es belastungsgerecht ausgebildet und vergleichsweise leicht ist.
-
Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Domelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 geschaffen wird.
-
Das Domelement zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest der Auflagebereich durch Massivumformen, vorzugsweise durch Schmieden, hergestellt ist. Der Auflagebereich, in welchem in montiertem Zustand ein Feder- und/oder Dämpferelement befestigt ist, ist besonders hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt. Daher muss zumindest dieser Bereich mechanisch hochbelastbar ausgebildet sein. Wird jedenfalls dieser Bereich durch Massivumformen, vorzugsweise Schmieden, hergestellt, entsteht hier ein hochverdichtetes und homogenes Gefüge, welches nicht nur höchstbelastbar ist, sondern zugleich auch eine vergleichsweise geringe Wandstärke aufweisen kann, ohne dass seine Stabilität wesentlich leidet. Beim Massivumformen, insbesondere beim Schmieden, ist es möglich, den Faserverlauf des umgeformten Materials so zu beeinflussen, dass eine optimale mechanische Belastbarkeit resultiert. Daher kann die Wandstärke vergleichsweise gering gehalten werden, obwohl die mechanische Belastbarkeit hoch ist. Dies trägt dem Leichtbaugedanken Rechnung.
-
Es wird ein Domelement bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass es als Ganzes einstückig durch Massivumformen, vorzugsweise durch Schmieden, hergestellt ist. In diesem Fall ist das Domelement mit besonders geringem Aufwand herstellbar. Zugleich weist es im Ganzen ein hochverdichtetes, homogenes Gefüge mit optimal eingestelltem Faserverlauf auf. Beim Massivumformen, insbesondere beim Schmieden ist es möglich, den Faserverlauf gezielt so zu beeinflussen, dass ein diskontinuierlicher Querschnittsverlauf, mithin verschiedene Wandstärken in verschiedenen Bereichen des Domelements realisierbar sind. Es ist also möglich, zusätzlich zu der ohnehin hohen mechanischen Belastbarkeit mechanisch höher belastete Bereiche dickwandiger auszubilden als mechanisch geringer belastete Bereiche. Hierdurch kann das Domelement optimal einerseits auf die zu erwartenden mechanischen Belastungen und andererseits auf mögliche Gewichtsreduktionen, insbesondere in mechanisch geringer belasteten Bereichen, abgestimmt sein. Wird das Domelement als Ganzes einstückig hergestellt, erübrigen sich weitere Verfahrensschritte zum Fügen verschiedener Elemente.
-
Es wird auch ein Domelement bevorzugt, das sich durch mindestens zwei Bereiche auszeichnet, wobei einer der Bereiche der Auflagebereich zur Befestigung eines Feder- und/oder Dämpferelements ist. Der Auflagebereich und der mindestens eine weitere Bereich sind miteinander gefügt. Das Domelement ist bei diesem Ausführungsbeispiel also mindestens zweistückig mit voneinander separaten Bereichen beziehungsweise Teilelementen ausgebildet. Dabei ist jedenfalls der Auflagebereich durch Massivumformen, vorzugsweise durch Schmieden, hergestellt. Der mindestens eine weitere Bereich kann dagegen als Gussteil, vorzugsweise als Leichtmetallgussteil oder auch als Tiefziehteil ausgebildet sein. Bevorzugt ist als weiterer Bereich ein Verbindungsbereich zur Verbindung des Domelements mit der Rohbaustruktur vorgesehen, der als Gussteil, vorzugsweise Leichtmetallgussteil, oder als Tiefziehteil hergestellt ist. Der Verbindungsbereich ist im Betrieb des Kraftfahrzeugs geringeren mechanischen Belastungen ausgesetzt als der Auflagebereich. Daher ist es ohne Weiteres möglich, diesen insbesondere als dünnwandiges Guss- oder Tiefziehteil herzustellen. Der mechanisch hoch belastete Auflagebereich ist dagegen als massivumgeformtes Teil, insbesondere als Schmiedeteil, hergestellt, sodass er mechanisch hochbelastbar und gleichwohl dünnwandig ausgebildet ist. Insgesamt resultiert auch bei diesem Ausführungsbeispiel ein Domelement, welches belastungsgerecht ausgelegt, insbesondere in dem Auflagebereich mechanisch hochbelastbar und zugleich vergleichsweise dünnwandig und leicht ausgebildet ist. Selbstverständlich ist es möglich, dass das Domelement mehr als zwei Bereiche aufweist, die miteinander gefügt sind. Beispielsweise ist es möglich, dass zwischen dem Auflagebereich und dem Verbindungsbereich weitere Bereiche oder Teilelemente vorgesehen sind, die vorzugsweise als Gussteile oder Tiefziehteile, insbesondere aus einem Leichtmetall, hergestellt sind. Es ist auch möglich, dass neben dem Auflagebereich mindestens ein weiterer, mechanisch hochbelasteter Bereich vorgesehen ist, der dann vorzugsweise durch Massivumformen, besonders bevorzugt durch Schmieden hergestellt ist. Es ist also möglich, dass das Domelement mehr als einen massivumgeformten, vorzugsweise geschmiedeten Bereich und zugleich mindestens einen nicht-massivumgeformten Bereich aufweist. Schließlich ist es auch möglich, dass das Domelement mindestens zwei miteinander gefügte Bereiche aufweist, wobei alle Bereiche massivumgeformt, vorzugsweise geschmiedet sind. Letztlich ist also eine beliebige Kombination massivumgeformter und/oder nicht-massivumgeformter Bereiche möglich, wobei jedoch jedenfalls der mechanisch hochbelastete Auflagebereich durch Massivumformen, vorzugsweise durch Schmieden, hergestellt ist.
-
Es wird ein Domelement bevorzugt, welches sich dadurch auszeichnet, dass die mindestens zwei separaten Bereiche mit mechanischen Mitteln miteinander gefügt sind. Vorzugsweise sind die Bereiche durch Schrauben, Nieten oder Clinchen miteinander gefügt. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die Bereiche durch Schweißen, Löten und/oder Kleben miteinander gefügt sind. Alternativ oder zusätzlich ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Bereiche durch Hybridschmieden miteinander gefügt sind. Dabei wird ein bereits gefertigter Bereich des Domelements, beispielsweise ein Gussteil oder ein Tiefziehteil, in ein Schmiedegesenk eingelegt und mit dem sich beim Massivumformen oder Schmieden ausbildenden Bauteil umschmiedet. Dabei entsteht eine sehr feste und praktisch unlösbare Verbindung. Es wird zumindest ein Formschluss verwirklicht, wobei es möglich ist, das Hybridschmiedeverfahren so auszuführen, dass vorzugsweise auch eine stoffschlüssige Verbindung erfolgt.
-
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst mindestens ein mit mindestens einem weiteren Bereich des Domelements zu fügender Bereich wenigstens einen Fügeflansch, mit dem er mit dem mindestens einen weiteren Bereich gefügt werden kann. Besonders bevorzugt sind an miteinander zu fügenden Bereichen beziehungsweise Elementen des Domelements korrespondierende Fügeflansche ausgebildet, die miteinander verbunden werden. Dies erleichtert das Fügen der einzelnen Elemente miteinander.
-
Es wird auch ein Domelement bevorzugt, welches sich durch mindestens ein zusätzliches Funktionselement auszeichnet. Dieses dient vorzugsweise der Verbindung mit weiteren Bauteilen, insbesondere einer Verbindung mit weiteren Teilen der Rohbaustruktur. Das mindestens eine zusätzliche Funktionselement ist vorzugsweise an dem Auflagebereich vorgesehen. Es ist auch möglich, als zusätzliche Funktionselemente Kraftfluss- und/oder Anschraubpunkte an dem Domelement vorzusehen. Das mindestens eine zusätzliche Funktionselement ist vorzugsweise einstückig mit dem Domelement beziehungsweise mit einem Bereich des Domelements ausgebildet, besonders bevorzugt einstückig mit dem Auflagebereich. Alternativ ist es möglich, dass das Funktionselement mit mindestens einem Bereich beziehungsweise Teilelement des Domelements gefügt ist, wobei es bevorzugt mit dem Auflagebereich gefügt ist. Besonders bevorzugt ist das mindestens eine Funktionselement mit einem Bereich oder Teilelement des Domelements durch Hybridschmieden gefügt.
-
In diesem Zusammenhang wird auch ein Domelement bevorzugt, bei welchem das zusätzliche Funktionselement als Diagonalstrebe ausgebildet ist. Diese ist bevorzugt an dem Auflagebereich vorgesehen. Es ist möglich, dass die Diagonalstrebe einstückig mit dem Auflagebereich ausgebildet ist. Alternativ ist es möglich, dass sie mit diesem gefügt ist, wobei sie vorzugsweise durch Hybridschmieden mit dem Auflagebereich gefügt ist. Es ist auch möglich, dass die Diagonalstrebe an einem anderen Bereich des Domelements vorgesehen ist, wobei sie auch hier einstückig mit diesem ausgebildet oder mit diesem gefügt, insbesondere durch Hybridschmieden gefügt sein kann. Weiterhin wird ein Ausführungsbeispiel bevorzugt, bei welchem die Diagonalstrebe einstückig mit dem Domelement selbst ausgebildet ist, wobei dieses als Ganzes einstückig ausgebildet ist. Auch in diesem Fall ist die Diagonalstrebe vorzugsweise an dem Auflagebereich vorgesehen. Es ist dann möglich, die Diagonalstrebe einstückig aus einem Rohling mit dem gesamten Domelement als Ganzes herzustellen.
-
Schließlich wird ein Domelement bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass es ein Leichtmetall oder eine Leichtmetalllegierung umfasst. Vorzugsweise besteht das Domelement aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung. Bevorzugt umfasst das Domelement Aluminium oder eine Aluminiumlegierung beziehungsweise besteht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung.
-
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur mit den Merkmalen des Anspruchs 8 geschaffen wird. Diese zeichnet sich durch ein Domelement nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele aus. Dadurch ergeben sich die bereits in Zusammenhang mit dem Domelement beschriebenen Vorteile. Da dieses durch Massivumformen, vorzugsweise durch Schmieden, hergestellt ist, kann es optimal insbesondere auf eine mechanische Belastung bei einem Unfall in Hinblick auf seine belastungsgerechte geometrische Gestaltung ausgelegt werden. Hierdurch weist die gesamt Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur verbesserte Eigenschaften insbesondere bezüglich der Aufnahme mechanischer Belastungen bei einem Unfall auf.
-
Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem ein Verfahren zur Herstellung eines Domelements mit den Merkmalen des Anspruchs 9 geschaffen wird. Hierbei wird ein Domelement nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele hergestellt, wobei zumindest der Auflagebereich des Domelements, welcher der Befestigung eines Feder- und/oder Dämpferelements dient, durch Massivumformen, vorzugsweise durch Schmieden, hergestellt wird. Das so hergestellt Domelement weist verbesserte mechanische Eigenschaften, wie eine bessere Zugfestigkeit, Dehngrenze, Bruchdehnung und höhere Duktilität auf, als dies bei einem gegossenen und/oder stranggepressten Bauteil der Fall ist. Beim Massivumformen beziehungsweise Schmieden ist es weiterhin möglich, einen optimalen Kraftfluss in dem Bauteil einzustellen. Es ergibt sich auch ein geringerer Nacharbeitsaufwand, weil es beim Massivumformen beziehungsweise Schmieden bereits möglich ist, nahezu die zu erreichende Endkontur herzustellen. Ein massivumgeformtes beziehungsweise geschmiedetes Bauteil kann schließlich mit allen aus dem Stand der Technik bekannten Fügeverfahren mit weiteren Teilen der Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur gefügt werden. Im Übrigen ergeben sich die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Domelement genannt wurden.
-
Es wird ein Verfahren bevorzugt, welches sich dadurch auszeichnet, dass das Domelement aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung hergestellt wird. bevorzugt wird das Domelement aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt. Bei der Herstellung des Domelements aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung ergibt sich eine Festigkeits- und Duktilitätserhöhung durch Kaltverfestigung des Leichtmetalls.
-
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
-
1 eine dreidimensionale Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Domelements, und
-
2 eine dreidimensionale Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Domelements.
-
1 zeigt eine dreidimensionale Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Domelements 1. Durch einen ersten Kreis K ist ein mechanisch hochbelasteter Bereich des Domelements gekennzeichnet. Es handelt sich hierbei um einen Auflagebereich 3, an dem ein Federbein, ein Dämpferelement oder ein Stoßdämpfer eines Kraftfahrzeugs befestigt wird.
-
Durch einen zweiten Kreis k ist ein mechanisch geringer belasteter Bereich des Domelements 1 gekennzeichnet. Es handelt sich hier um einen Verbindungsbereich 5, mit welchem das Domelement 1 mit einer Rohbaustruktur eines Kraftfahrzeugs verbunden wird.
-
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Domelement 1 einstückig als Ganzes durch Massivumformen, vorzugsweise durch Schmieden, hergestellt. Es ist dabei möglich, eine hohe Festigkeit und Duktilität bei zugleich geringer Wandstärke herzustellen. Dabei ist auch ein gezielter Kraftfluss und ein gewünschtes Deformationsverhalten in dem Domelement 1 einstellbar. Insbesondere ist es möglich, das Domelement 1 mit diskontinuierlichem Querschnitt beziehungsweise variierender Wandstärke auszubilden, sodass der mechanisch hochbelastete Auflagebereich 3 mit einer größeren Wandstärke ausgebildet sein kann als der mechanisch geringer belastete Verbindungsbereich 5. Dies trägt dem Leichtbaugedanken Rechnung.
-
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass das Domelement 1 den Auflagebereich 3 und den Verbindungsbereich 5 als separate Bereiche beziehungsweise separate Teilelemente umfasst. Durch eine Linie L ist in 1 angedeutet, wo eine Grenze zwischen den beiden Teilelementen verlaufen könnte.
-
Bei einem solchen Ausführungsbeispiel ist der mechanisch hochbelastete Auflagebereich 3 durch Massivumformen, vorzugsweise durch Schmieden, hergestellt. Der Verbindungsbereich 5 kann dagegen als Gussteil oder als Tiefziehteil, insbesondere aus Blech, hergestellt sein. Um das Domelement 1 herzustellen, wird der Verbindungsbereich 5 mit dem Auflagebereich 3 gefügt. Hierbei ist es möglich, mechanische Mittel, vorzugsweise Schrauben, Nieten oder Clinchen einzusetzen. Es ist auch möglich, die Bereiche 3, 5 durch Schweißen, Löten und/oder Kleben miteinander zu fügen.
-
Besonders bevorzugt wird jedoch ein Hybridschmiedeverfahren angewendet, bei welchem der Verbindungsbereich 5 beziehungsweise das entsprechende Guss- oder Tiefziehteil in ein Schmiedegesenk zur Ausbildung des Auflagebereichs 3 eingelegt wird. Der Verbindungsbereich 5 wird dann bereichsweise mit dem Auflagebereich 3 umschmiedet. So entsteht eine sehr feste und praktisch unlösbare Verbindung, die zumindest formschlüssig, bei optimaler Ausführung des Verfahrens bevorzugt sogar stoffschlüssig ausgebildet ist.
-
Es ist auch möglich, an mindestens einem Bereich mindestens einen, hier nicht dargestellten, Fügeflansch vorzusehen, um das Fügen der Bereiche 3, 5 zu erleichtern.
-
Bei wieder einem anderen Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass das Domelement 1 mehr als zwei Bereiche beziehungsweise Teilelemente umfasst, die miteinander gefügt sind. Dabei können letztlich in beliebiger Weise massivumgeformte beziehungsweise geschmiedete Teilelemente mit anderweitig hergestellten Teilelementen, beispielsweise Gussteilen oder Tiefziehteilen, kombiniert werden. Wesentlich ist jedoch, dass jedenfalls der mechanisch hochbelastete Auflagebereich 3 durch Massivumformen, vorzugsweise durch Schmieden, hergestellt ist.
-
2 zeigt eine dreidimensionale Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des Domelements 1. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein zusätzliches Funktionselement, nämlich eine Diagonalstrebe 7, an dem Auflagebereich 3 vorgesehen. Das Domelement 1 ist hier – wie auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 – als Ganzes einstückig einschließlich der Diagonalstrebe 7 ausgebildet.
-
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass die Diagonalstrebe 7 mit dem Auflagebereich 3 gefügt, insbesondere durch Hybridschmieden gefügt ist.
-
Es ist auch möglich, dass nur der mechanisch hochbelastete Auflagebereich 3 durch Massivumformen, vorzugsweise durch Schmieden, hergestellt ist, wobei bevorzugt eine Trennung verschiedener Teilelemente des Domelements 1 im Bereich der Linie L gegeben ist. Das Domelement 1 umfasst dann vorzugsweise drei separate Bereiche beziehungsweise Teilelemente, nämlich den Auflagebereich 3, den Verbindungsbereich 5 und die Diagonalstrebe 7. Je nach mechanischer Belastung der Diagonalstrebe 7 ist es möglich, dass auch diese massivumgeformt oder geschmiedet ist.
-
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass der Auflagebereich 3 einstückig mit der Diagonalstrebe 7 durch Massivumformen, vorzugsweise Schmieden, hergestellt ist, wobei er mit dem separat vorgesehenen Verbindungsbereich 5 gefügt ist, um das Domelement 1 herzustellen.
-
Bei wieder einem anderen Ausführungsbeispiel ist es möglich, an dem Verbindungsbereich 5 mindestens ein Funktionselement vorzusehen, was je nach mechanischer Belastung massivumgeformt beziehungsweise geschmiedet oder in einem anderen Verfahren hergestellt sein kann. Beispielsweise kann das weitere Funktionselement als Gussteil oder als Tiefziehteil ausgebildet sein. Es ist auch möglich, dass das weitere Funktionselement einstückig mit dem Verbindungsbereich 5 ausgebildet ist.
-
Die Diagonalstrebe 7 dient vorzugsweise der Anbindung an weitere Teile der Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur.
-
Insgesamt zeigt sich, dass das Domelement mit geringem Aufwand in Leichtbauweise herstellbar ist, wobei es zugleich belastungsgerecht ausgelegt ist und insbesondere in den hochbelasteten Bereichen eine hohe mechanische Belastbarkeit aufweist. Das Verfahren zur Herstellung des Domelements kann prozess- und betriebssicher durchgeführt werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102011109466 A1 [0002]
