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Die Erfindung betrifft eine Mittelsäule für eine Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Verfahren zur Herstellung einer Mittelsäule gemäß Oberbegriff des Anspruchs 6, und eine Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur gemäß Anspruch 10.
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Mittelsäulen, Verfahren und Kraftfahrzeug-Rohbaustrukturen der hier angesprochenen Art sind bekannt. Aus der
DE 600 07 774 T2 geht eine Mittelsäule mit einem Säulenkörper und einem oberen Anbindungsknoten zur Anbindung der Mittelsäule an eine Dachseitenschiene und mit einem unteren Anbindungsknoten zur Anbindung an einen Schweller einer Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur hervor. Dabei sind der Säulenkörper und die beiden Anbindungsknoten einstückig miteinander ausgebildet. Die Mittelsäule ist aus einem Leichtlegierungsguss, beispielsweise einer Aluminiumlegierung oder einer Magnesiumlegierung gefertigt. Bei einer solchen als Gussteil ausgebildeten Mittelsäule besteht die Gefahr von Lunkerbildung, wodurch eine mechanische Stabilität verringert ist. Hierdurch, und wegen der mechanischen Eigenschaften des beim Gießen entstehenden Gefüges muss die Mittelsäule eine vergleichsweise große Wandstärke aufweisen, so dass die Mittelsäule eine vergleichsweise hohe Masse aufweist und vergleichsweise viel Bauraum beansprucht.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Mittelsäule, ein Verfahren zu deren Herstellung und eine Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur zu schaffen, wobei dem Leichtbaugedanken Rechnung getragen und trotzdem eine hohe mechanische Stabilität insbesondere bei einem Unfall erreicht wird.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem eine Mittelsäule mit den Merkmalen des Anspruchs 1 geschaffen wird.
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Dadurch, dass die Mittelsäule durch Massivumformen, vorzugsweise durch Schmieden hergestellt ist, weist sie ein hochverdichtetes Gefüge auf, welches völlig lunkerfrei ist. Daher ist die Mittelsäule gegenüber mechanischen Belastungen äußerst stabil, insbesondere bei einem Unfall. Es ist daher möglich, die Wandstärke der Mittelsäule zu reduzieren, ohne dabei wesentliche Einbußen in der Festigkeit hinnehmen zu müssen. Dies trägt dem Leichtbaugedanken Rechnung. Darüber hinaus ist es beim Massivumformen, insbesondere beim Schmieden ohne Weiteres möglich, einen Querschnitt der Mittelsäule lokal belastungsgerecht zu gestalten, wobei die Mittelsäule über ihre Erstreckung hinweg eine variierende Querschnittsgröße und/oder Querschnittsform aufweist. Dabei ist es insbesondere möglich, eine Faserstruktur des Gefüges so zu gestalten, dass ein Faserverlauf in mechanisch hochbelasteten Bereichen gezielt ausgerichtet ist im Vergleich zu geringer belasteten Bereichen, wodurch diese eine besonders hohe mechanische Stabilität und Festigkeit erhalten. Dabei zeigt sich, dass es insgesamt möglich ist, den Querschnitt der Mittelsäule belastungsgerecht lokal so auszugestalten, dass mechanisch hochbelastete Bereiche eine größere Wandstärke aufweisen als mechanisch geringer belastete Bereiche. Im Gegensatz zu einer Mittelsäule, die als Gussteil hergestellt ist, sind demnach bei einer massivumgeformten, vorzugsweise geschmiedeten Mittelsäule nicht alle Bereiche auf eine nötige Wandstärke in einem mechanisch höchstbelasteten Bereich ausgelegt. Abgesehen davon, dass auch der mechanische höchstbelastete Bereich mit einer dünneren Wandstärke ausgebildet sein kann, als dies bei einer gegossenen Mittelsäule der Fall ist, können Wandstärken in anderen Bereichen weiter reduziert werden, was zusätzliche Gewichtseinsparungen ermöglicht.
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Dadurch, dass der mindestens eine Anbindungsknoten mit dem Säulenkörper einstückig ausgebildet, vorzugsweise beim Massivumformen beziehungsweise Schmieden an diesen angeformt oder an diesem ausgeformt ist, wird eine Funktionsintegration erreicht, wobei ansonsten separat vorgesehene Bauteile quasi substituiert werden. Dadurch ergibt sich insgesamt für eine Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur, in welcher die Mittelsäule verwendet wird, eine verringerte Teilezahl, was Kosteneinsparungen in der Logistik und im Produktionsprozess ermöglicht. Es entfallen nämlich Fügeschritte, die ansonsten nötig wären, um den Säulenkörper mit dem mindestens einen Anbindungsknoten zu fügen. Da ein in diesem Bereich ansonsten übliches Löten oder Schweißen entfällt, werden auch Wärmeverzüge unterbunden, wodurch gerade im Bereich des Anbindungsknotens eine Maßhaltigkeit und ein Gefüge der Mittelsäule erhalten bleiben.
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Durch die einstückige Ausbildung des mindestens einen Anbindungsknotens mit dem Säulenkörper entfallen auch Fügetoleranzen, welche ansonsten in einem Verbindungsbereich zwischen dem Säulenkörper und dem mindestens einen Anbindungsknoten gegeben wären. Hierdurch ist die gesamte Konstruktion der Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur besonders maßhaltig.
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Die Mittelsäule ist bevorzugt als B-Säule für eine Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur ausgebildet. Wenn die Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur auch eine C-Säule umfasst, ist es auch möglich, dass die Mittelsäule als C-Säule ausgebildet ist.
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Der Anbindungsknoten dient der Anbindung des Säulenkörpers an eine Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur. Bevorzugt ist ein oberer Anbindungsknoten zur Anbindung des Säulenkörpers an einen Dachrahmen der Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt ein unterer Anbindungsknoten zur Anbindung des Säulenkörpers an einen Schweller und/oder einen Längsträger der Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur vorgesehen. Besonders bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel der Mittelsäule, was sowohl einen ersten, oberen als auch einen zweiten, unteren Anbindungsknoten zur Anbindung des Säulenkörpers an den Dachrahmen einerseits und an den Schweller und/oder Längsträger andererseits umfasst.
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Dabei ist der mindestens eine Anbindungsknoten vorzugsweise so ausgebildet, dass er mittels mechanischer Fügetechniken, vorzugsweise Schrauben oder Nieten, in einfacher Weise mit der Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur gefügt werden kann. Hierzu weist der mindestens eine Anbindungsknoten vorzugsweise Befestigungsmittel wie Bohrungen oder auch Gewinde auf, wobei insbesondere Bohrungen bevorzugt beim Massivumformen beziehungsweise Schmieden der Mittelsäule hergestellt werden können. Insbesondere beim Gesenkschmieden ist es möglich, Ausnehmungen und/oder Bohrungen mithilfe eines entsprechend ausgebildeten Schmiedegesenks in die zu formende Mittelsäule einzubringen.
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Wird der mindestens eine Anbindungsknoten mittels mechanischer Fügetechniken wie Schrauben oder Nieten in die Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur eingebunden, fallen auch hier keine Wärmeverzüge an, die sonst beim Löten oder Schweißen entstehen würden. Hierdurch bleibt die Maßhaltigkeit und das Gefüge insbesondere im Bereich des Anbindungsknotens erhalten.
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Selbstverständlich ist es bei einem Ausführungsbeispiel der Mittelsäule auch möglich, den mindestens einen Anbindungsknoten mittels nicht-mechanischer Fügetechniken wie vorzugsweise Löten, Schweißen oder Kleben in die Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur einzubinden.
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Es wird auch eine Mittelsäule bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass im Bereich des Säulenkörpers mindestens ein Funktionsbauteil beim Massivumformen, vorzugsweise beim Schmieden, einstückig ausgeformt und/oder angeschmiedet ist. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass im Bereich des mindestens einen Anbindungsknotens mindestens ein Funktionsbauteil beim Massivumformen, vorzugsweise beim Schmieden, einstückig ausgeformt und/oder angeschmiedet ist. Hierdurch ist es möglich, ein solches Funktionsbauteil in die Mittelsäule zu integrieren, sodass die Herstellung einer separaten Komponente entfällt. Damit können Bauteile eingespart werden, was insbesondere zu Kosteneinsparungen im logistischen Bereich, insbesondere in der Lagerhaltung, und im Produktionsprozess führt, weil mindestens eine Fügeverbindung eingespart wird. Letztlich werden Bauteile durch Integration substituiert.
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Es wird eine Mittelsäule bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass das mindestens eine Funktionsbauteil ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus einer Gurtträgeraufnahme, einer Schließverstärkung, einer Kanalführung, insbesondere für Kabel und/oder Leitungen, einer Anbindungsstruktur für eine Beplankung, und einer Anbindungsstruktur für eine Innenverkleidung. Es ist möglich, dass mehr als ein Funktionsbauteil im Bereich des Säulenkörpers und/oder im Bereich des mindestens einen Anbindungsknotens vorgesehen ist. Insbesondere ist es bei einem Ausführungsbeispiel möglich, dass alle hier genannten Funktionsbauteile in die Mittelsäule integriert sind, indem sie im Bereich des Säulenkörpers und/oder im Bereich des mindestens einen Anbindungsknotens beim Massivumformen, vorzugsweise beim Schmieden, einstückig mit dem Säulenkörper ausgeformt und/oder an diesen angeschmiedet sind.
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Die Mittelsäule weist insbesondere an einer Außenseite, die bei zusammengebauter Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur einem Äußeren des entstehenden Kraftfahrzeugs zugewandt ist, eine Anbindungsstruktur für eine Beplankung auf. An einer Innenseite, die in zusammengebautem Zustand der Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur einen Innenraum des entstehenden Kraftfahrzeugs zugewandt ist, weist die Mittelsäule vorzugsweise eine Anbindungsstruktur für eine Innenverkleidung auf. Insbesondere solche Anbindungsstrukturen sind besonders einfach und leicht herzustellen, wenn sie beim Massivumformen, vorzugsweise beim Schmieden, einstückig mit der Mittelsäule ausgeformt und/oder an diese angeschmiedet werden.
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Es wird auch eine Mittelsäule bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass sie ein Leichtmetall oder eine Leichtmetalllegierung umfasst, bevorzugt aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung besteht. Besonders bevorzugt umfasst die Mittelsäule Aluminium oder eine Aluminiumlegierung beziehungsweise besteht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass die Mittelsäule Magnesium oder eine Magnesiumlegierung umfasst, vorzugsweise aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung besteht. Bei wieder einem anderen Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass die Mittelsäule Stahl umfasst, bevorzugt aus Stahl besteht.
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Umfasst die Mittelsäule, Stahl, weist sie eine besonders hohe mechanische Belastbarkeit auf. Sie ist dabei aufgrund ihrer vergleichsweise dünnwandigen Ausbildung wegen des beim Massivumformen, vorzugsweise Schmieden hochverdichteten Gefüges vergleichsweise leicht ausgebildet. Noch leichter ist die Mittelsäule allerdings bei einem Ausführungsbeispiel, welches ein Leichtmetall oder eine Leichtmetalllegierung umfasst, vorzugweise aus einem dieser Materialien besteht. Insbesondere eine solche Mittelsäule trägt dem Leichtbaugedanken Rechnung.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Verfahren zur Herstellung einer Mittelsäule für eine Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur mit den Schritten des Anspruchs 6 geschaffen wird. Hierbei wird insbesondere eine Mittelsäule nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele hergestellt. Dabei werden ein Säulenkörper und mindestens ein Anbindungsknoten zur Anbindung des Säulenkörpers an eine Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur einstückig miteinander ausgeformt, wobei sich das Verfahren dadurch auszeichnet, dass die Mittelsäule durch Massivumformen, vorzugsweise durch Schmieden hergestellt wird. Dabei ergeben sich die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Mittelsäule ausgeführt wurden. Zusätzlich ist die Herstellung der Mittelsäule einfach und kostengünstig, insbesondere wenn eine werkzeuggebundene Massivumformung zum Einsatz kommt.
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Vorzugsweise wird die Mittelsäule nach dem Massivumformen, vorzugsweise Schmieden, im Bereich von Funktionsflächen fertigbearbeitet, bevorzugt durch spanende Bearbeitung.
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Es wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Mittelsäule durch Warmschmieden hergestellt wird. Hierbei sind höhere Umformgrade erzielbar. Es wird allerdings auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, bei welchem die Mittelsäule durch ein Halbwarmschmieden hergestellt wird. Hierbei sind geringere Umformgrade darstellbar als beim Warmschmieden, allerdings ist die Gefahr eines Verzunderns einer Oberfläche der Mittelsäule geringer. Schließlich wird auch ein Verfahren bevorzugt, bei welchem die Mittelsäule durch Kaltschmieden hergestellt wird. Hierbei sind zwar geringere Umformgrade darstellbar, andererseits besteht keine Gefahr einer Verzunderung der Oberfläche der Mittelsäule.
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Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass für die Mittelsäule als Material ein Leichtmetall oder eine Leichtmetalllegierung gewählt wird. Vorzugsweise wird als Material für die Mittelsäule Aluminium oder eine Aluminiumlegierung gewählt. Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, bei welcher als Material für die Mittelsäule Magnesium oder eine Magnesiumlegierung gewählt wird. Schließlich wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, bei welcher Stahl als Material für die Mittelsäule gewählt wird. Insbesondere in dem letzten Fall ergibt sich eine besonders hohe mechanische Stabilität der Mittelsäule, wobei aufgrund des Massivumformens noch immer eine vergleichsweise geringe Wandstärke erzielbar ist, was dem Leichtbaugedanken Rechnung trägt. Andererseits ist eine Mittelsäule, für die als Material ein Leichtmetall oder eine Leichtmetalllegierung gewählt wird, noch leichter ausgebildet, sodass weitere Gewichtseinsparungen und letztlich auch Kraftstoffeinsparungen für ein Kraftfahrzeug möglich sind, in dessen Rohbaustruktur die entsprechend Mittelsäule eingesetzt wird.
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Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Mittelsäule nach dem Massivumformen, vorzugsweise nach dem Schmieden, einer Wärmebehandlung unterzogen wird. Diese erfolgt besonders bevorzugt nach einem Warmschmieden. Ganz besonders bevorzugt wird die Wärmebehandlung durchgeführt, wenn als Material für die Mittelsäule Stahl gewählt wird.
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Durch die Wärmebehandlung kann das bereits beim Massivumformen, vorzugsweise beim Schmieden hochverdichtete Gefüge weiter verbessert werden, sodass eine noch größere mechanische Stabilität und Festigkeit resultiert.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird eine lokale Wärmebehandlung vorgenommen, wobei einzelne Abschnitte der Mittelsäule verschieden temperiert werden, sodass ein lokal beziehungsweise abschnittsweise verschiedenes Gefüge entsteht, was auf die jeweiligen mechanischen Belastungen abgestimmt sein kann. Insoweit werden an der Mittelsäule bevorzugt maßgeschneiderte Dehn- und Festigkeitszonen ausgebildet.
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Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, bei welchem die Wärmebehandlung während des Massivumformens, vorzugsweise des Schmiedens, und besonders bevorzugt während eines Warmschmiedens erfolgt. Auch hierbei ist eine lokal differenzierte Wärmebehandlung möglich.
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Schließlich wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, bei welcher sowohl während als auch nach dem Massivumformen, vorzugsweise dem Schmieden und besonders bevorzugt dem Warmschmieden eine Wärmebehandlung, insbesondere eine lokale Wärmebehandlung, durchgeführt wird.
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Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem eine Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur geschaffen wird, welche eine Mittelsäule nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweist. Alternativ weist die Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur bevorzugt eine Mittelsäule auf, die durch ein Verfahren nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen hergestellt ist.
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Damit verwirklichen sich in der Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur die gleichen Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Mittelsäule und dem Verfahren erläutert wurden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Dabei zeigen:
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1 eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Mittelsäule, und 2 eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur mit zwei Mittelsäulen.
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1 zeigt in Ausführungsbeispiel einer Mittelsäule 1. Diese weist einen Säulenkörper 3 sowie einen einstückig mit diesem ausgebildeten, oberen Anbindungsknoten 5 und einen ebenfalls einstückig mit dem Säulenkörper 3 ausgebildeten, unteren Anbindungsknoten 7 auf. Die Mittelsäule 1 ist durch Massivumformen, vorzugsweise durch Schmieden hergestellt, wobei die Anbindungsknoten 5, 7 beim Massivumformen beziehungsweise Schmieden an dem Säulenkörper 3 ausgeformt oder an diesen angeformt sind.
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Dabei dient der obere Anbindungsknoten 5 einer Anbindung der Mittelsäule 1 an den Dachrahmen einer Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur, wobei der untere Anbindungsknoten 7 eine Anbindung der Mittelsäule an einen Schweller der Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur dient.
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An dem unteren Anbindungsknoten 7 sind Befestigungselemente 9 ausgeformt, welche hier insbesondere als Ausnehmungen beziehungsweise Bohrungen zur mechanischen Verbindung des Anbindungsknotens 7 mit einem Schweller durch Schrauben oder Nieten ausgebildet sind. Auch die Befestigungselemente 9 werden vorzugsweise unmittelbar beim Massivumformen, vorzugsweise beim Schmieden an dem unteren Anbindungsknoten 7 ausgeformt.
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Vorzugsweise ist die Mittelsäule 1 in verschiedenen Bereichen lokal verschieden wärmebehandelt, wobei beispielsweise ein erster, oberer Bereich 11 einer Wärmebehandlung unter ersten Behandlungsbedingungen unterzogen ist, während ein zweiter, mittlerer Bereich 13 einer Wärmebehandlung unter zweiten Behandlungsbedingungen unterzogen ist, wobei ein dritter, unterer Bereich 15 bevorzugt einer Wärmebehandlung unter dritten Behandlungsbedingungen unterzogen ist. Daraus resultieren verschiedene mechanische Eigenschaften der Bereiche 11, 13, 15, wobei hier insbesondere auf die jeweiligen Lastanforderungen maßgeschneiderte Dehn- und Festigkeitszonen ausgebildet werden können.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur 17, in welche zwei Mittelsäulen 1 integriert sind. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Der obere Anbindungsknoten 5 ist in 2 nicht dargestellt.
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Es ist auch möglich, dass die Mittelsäulen 1 nur einen unteren Anbindungsknoten 7 aufweisen. Dies wird insbesondere bei einem Ausführungsbeispiel der Mittelsäulen 1 bevorzugt, bei welchem diese für die Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur 17 eines offenen Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Cabriolets vorgesehen sind.
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Mit dem unteren Anbindungsknoten 7 sind die Mittelsäulen 1 jeweils an einen Längsträger beziehungsweise Schweller 19 angebunden, wobei sie mit diesem vorzugsweise durch Schrauben oder Nieten gefügt sind.
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Anhand von 2 zeigt sich, dass in den Säulekörper 3 der Mittelsäule 1 vorzugsweise ein Freiraum 21 integriert ist, der insbesondere einer Bauteil- und/oder Kanalintegration, also der Aufnahme von mindestens einem Aggregat und/oder mindestens einer Kanalführung, insbesondere der Führung von Kabeln und/oder Leitungen, dient. Dabei wird der Freiraum 21 bevorzugt beim Massivumformen, vorzugweise beim Schmieden in den Säulenkörper 3 eingebracht.
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Diese Funktionsintegration zeigt beispielhaft, dass bei der Mittelsäule 1 beziehungsweise mithilfe des Verfahrens verschiedenen Funktionsbauteile in einem einzigen gemeinsamen Arbeitsschritt an der Mittelsäule 1 darstellbar sind.
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Insgesamt zeigt sich, dass mithilfe der Mittelsäule 1, des Verfahrens und der Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur 17 ohne Weiteres eine Kraftfahrzeugherstellung im Leichtbau möglich ist, ohne dass deswegen Kompromisse in Hinblick auf eine mechanische Stabilität, insbesondere bei einem Unfall, eingegangen werden müssen. Zugleich werden Herstellungs- und insbesondere Lagerkosten reduziert, weil eine Bauteilsubstition durch Integration möglich ist. Aufgrund der einstückig ausgeformten Anbindungsknoten 5, 7 mit den Befestigungselementen 9 ist eine einfache, rasche mechanische Befestigung der Mittelsäule 1 an der Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur 17 möglich, wobei keine Wärmeverzüge anfallen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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