DE102013010737A1

DE102013010737A1 - Struktur- oder Fahrwerksbauteil für ein Kraftfahrzeug sowie Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102013010737A1
Application number: DE102013010737.7A
Authority: DE
Inventors: Martin Keller; Jurjen Geert Van der Werf
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2013-06-27
Publication date: 2014-12-31

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Struktur- oder Fahrwerksbauteil für ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem Hohlprofilabschnitt (16) sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Der Hohlprofilabschnitt (16) ist zur Erhöhung der Steifigkeit in einem Teilbereich (20) mit einer Ausschäumung (21) versehen ist. Um die für die Aufschäumung benötigte Materialmenge möglichst gering zu halten, gleichwohl aber eine definierte Ausschäumung im gewünschten Teilbereich (20) sicherzustellen, ist in dem Hohlprofilabschnitt (16) zumindest eine Trennwand (23, 25) vorgesehen ist, die den mit der Ausschäumung (21) versehenen Teilbereich (20) des Hohlprofilabschnitts (16) begrenzt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Struktur- oder Fahrwerksbauteil für ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem Hohlprofilabschnitt, wobei dieser Hohlprofilabschnitt in einem Teilbereich mit einer Ausschäumung versehen ist, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Zahlreiche Struktur- oder Fahrwerksbauteile kommen bei Kraftfahrzeugen zum Einsatz. Ein Kraftfahrzeugbauteil, das hohen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt ist, ist z. B. der Hilfsrahmen. Derartige Hilfsrahmen werden üblicherweise an Vorder- und Hinterwagen von Kraftfahrzeugen eingesetzt. Sie dienen unter anderem dazu, Hilfsaggregate wie beispielsweise ein Lenkgetriebe, ggf. aber auch Antriebsmotor und/oder Getriebe abzustützen und Ankopplungspunkte für radführende Lenker bereitzustellen. Darüber hinaus wird die Fahrzeugkarosserie versteift. Solche Hilfsrahmen können beispielsweise als Schweißbaugruppen aus verschiedenen Bauelementen wie Hohlprofilen zusammengesetzt sein.
Ein derartiger Hilfsrahmen, der in einzelnen Bereichen seiner Längsträger partielle Ausschäumungen aufweist, ist beispielsweise aus der DE 100 06 388 A1 und der DE 199 59 814 B4 bekannt.
Die DE 10 2007 015 394 A1 betrifft ein schalldämmendes Schottteil zum Abdichten von Hohlräumen einer Kraftfahrzeugkarosserie, das aus einem Träger und einem thermisch expandierbaren Material aufgebaut ist.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Struktur- oder Fahrwerksbauteil für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, das durch eine partielle Ausschäumung eine ausreichende Steifigkeit sowie ein geringes Bauteilgewicht aufweist und sich dabei kostengünstig mit geringstmöglichem Materialeinsatz herstellen lässt.
Diese Aufgabe wird durch das Struktur- oder Fahrwerksbauteil gemäß Patentanspruch 1 bzw. durch das Verfahren zu dessen Herstellung gemäß Patentanspruch 9 gelöst. Der Hohlprofilabschnitt ist zur Erhöhung seiner Steifigkeit in einem Teilbereich mit einer Ausschäumung versehen. Um die für die Aufschäumung benötigte Materialmenge möglichst gering zu halten, gleichwohl aber eine definierte Ausschäumung im gewünschten Teilbereich sicherzustellen, ist in dem Hohlprofilabschnitt zumindest eine Trennwand vorgesehen, die den mit der Ausschäumung zu versehenen Teilbereich des Hohlprofilabschnitts begrenzt. Dies führt zu einer erheblichen Reduzierung der Materialkosten. Zudem wird eine ansonsten gegebenenfalls erforderliche Nachbearbeitung vermieden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in weiteren Patentansprüchen angegeben.
Für eine besonders wirkungsvolle Abdichtung zwischen dem Umfang der Trennwand und dem Hohlprofilabschnitt ist es von Vorteil, wenn zwischen dem äußeren Umfang der zumindest einen Trennwand und der Wandung des Hohlprofilabschnitts eine zusätzliche Abdichtung vorgesehen ist. Dabei ist es für eine einfache und kostengünstige Herstellung des Struktur- oder Fahrwerksbauteil besonders vorteilhaft, wenn eine selbstabdichtende Trennwand verwendet wird.
Aus den gleichen Gründen ist es auch für den Ausgleich von Fertigungstoleranzen besonders vorteilhaft, wenn die Trennwand an ihrem Umfang ein durch Temperatureinfluss aktivierbares, expandierendes Material aufweist, so dass ein zwischen der Trennwand und der Wandung des Hohlprofilabschnitts vorhandener Spalt zuverlässig abgedichtet wird.
Um die Trennwand während des Herstellungsprozesses des Struktur- oder Fahrwerksbauteils sicher an der definierten Stelle im Hohlprofilabschnitt zu halten, ist es vorteilhaft, wenn die Trennwand durch eine Clipsverbindung oder durch eine Schweißverbindung in dem Hohlprofilabschnitt fixiert ist.
Je nach genauem Einsatzzweck und Herstellungsverfahren kann es von Vorteil sein, wenn die Trennwand aus einem geeigneten Kunststoff oder aus einem geeigneten Metall ausgebildet ist.
Bei der Herstellung des Struktur- oder Fahrwerksbauteils wird zur Begrenzung des Bereichs der Aufschäumung zunächst in dem Hohlprofilabschnitt zumindest eine Trennwand angeordnet. Der Hohlprofilabschnitt wird dann in einem durch die zumindest eine Trennwand definierten Teilbereich mit einer Ausschäumung versehen.
Für eine besonders einfache Herstellung des Struktur- oder Fahrwerksbauteils ist es dabei von Vorteil, wenn vor der Ausschäumung des Hohlprofilabschnitts eine Temperaturbehandlung des Struktur- oder Fahrwerksbauteils beispielsweise im Trocknungsofen im Anschluss an eine kathodische Tauchlackierung des Struktur- oder Fahrwerksbauteils erfolgt, bei der eine Abdichtung zwischen dem Umfang der Trennwand und der Wandung des Hohlprofilabschnitts beispielsweise durch das Expandieren eines geeigneten Werkstoffs wie eines sogenannten Expansionsklebers erfolgt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine räumliche Ansicht eines erfindungsgemäßen Struktur- oder Fahrwerksbauteils nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine erste Teilansicht des Struktur- oder Fahrwerksbauteils gemäß 1,
3 eine zweite Teilansicht des Struktur- oder Fahrwerksbauteils gemäß 1.
Das in den 1 bis 3 dargestellte erste Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt eine Struktur- oder Fahrwerksbauteil für ein Kraftfahrzeug in Form eines Hilfsrahmens 1 eines Kraftfahrzeuges, der z. B. im Bereich des Vorderwagens oder des Hinterwagens an einer nicht dargestellten Fahrzeugkarosserie befestigt werden kann. Im Folgenden wird anstelle des abstrakten Begriffs Struktur- oder Fahrwerksbauteil zum besseren Verständnis der Erfindung aufgrund des gewählten Ausführungsbeispiels der konkrete Begriff Hilfsrahmen verwendet, wobei sich die Offenbarung der Beschreibung ganz allgemein auf Struktur- oder Fahrwerksbauteile bezieht.
Wie 1 zeigt, umfasst der Hilfsrahmen 1 zwei sich im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung erstreckende Längsträger 3 und 5, die im in ein Kraftfahrzeug eingebauten Zustand z. B. unterhalb der Längsträger der nicht dargestellten Fahrzeugkarosserie verlaufen. Die Längsträger 3 und 5 des Hilfsrahmens 1 sind durch einen vorderen Querträger 7 und einen hinteren Querträger 9 miteinander verbunden. Dabei greifen die Querträger 7 und 9 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit ihren Enden unmittelbar an den Längsträgern 3 und 5 des Hilfsrahmens 1 an. Sowohl die Längsträger 3 und 5 und auch die Querträger 7 und 9 sind als Blechbauteile aus Metall, beispielsweise einer geeigneten Stahllegierung ausgebildet, und durch Schweißen miteinander verbunden. Die Längsträger 3 und 5 als auch die Querträger 7 und 9 sind bei diesem Ausführungsbeispiel als Hohlprofile beispielsweise aus umgeformten Rohren oder miteinander verschweißten Blechhalbschalen ausgebildet. Es ist aber auch möglich, dass nur einzelne dieser Träger als Hohlprofile ausgebildet sind. Weiterhin weist der Hilfsrahmen 1 beispielsweise vier vordere Konsolen 11, 11' und zwei hintere Konsolen 13 auf. Diese sind bevorzugt an die Längsträger 3 und 5 sowie ggf. auch an die Querträger 7 und 9 angeschweißt und dienen beispielsweise jeweils der Ankopplung eines nicht dargestellten radführenden Bauteils, z. B. einer Quer- oder Längslenkers.
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist zur Anbindung eines nicht dargestellten Differentials in dem vorderen Querträger 7 eine Aufnahmeöffnung 15 mit einem zylinderförmigen Aufnahmeabschnitt 17 vorgesehen, in dem, wie in der 2 dargestellt ist, ein Lager 19 für das Differential angeordnet werden kann. Diese Einzelheit E ist in der 2 vergrößert dargestellt.
Die Aufnahmeöffnung 15 umgebend ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in einem Hohlprofilabschnitt 16 des Querträgers 7 in einem Teilbereich 20 eine Ausschäumung 21 ausgebildet. In Längsrichtung des Querträgers 7 betrachtet ist auf beiden Seiten der Aufnahmeöffnung 15 mit Abstand zu dieser jeweils eine Trennwand 23 und 25 vorgesehen, die beispielsweise in der Art von Schottblechen angeordnet sind, und die aus einem Kunststoff oder einem Metall ausgebildet sein können. Die Trennwände 23 und 25 begrenzen den ausgeschäumten Teilbereich 20 des Hohlprofilabschnitts 16 des Querträgers 7. In der 2 wurde auf die Darstellung des oberen Teils des Querträgers 7 zur besseren Sichtbarkeit der Aufschäumung 21 und der Trennwände 23 und 25 verzichtet.
Wie in der nochmals vergrößerten Ansicht in 3 dargestellt ist, ist die Trennwand 25 beispielsweise mittels eines Haltewinkels 27 an der inneren Wandung des Querträgers 7 z. B. durch eine Schweißverbindung befestigt. Es ist aber auch möglich, die Trennwände 23 und 25 durch eine Clipsverbindung oder eine andere geeignete Verbindung an dem Querträger 7 zu fixieren.
Zwischen dem äußeren Umfang der Trennwände 23 und 25 und der Wandung des Hohlprofilabschnitts 16 des Querträgers 7 kann eine Abdichtung vorgesehen werden, um bei der Herstellung der Ausschäumung 21 ein unbeabsichtigtes Verlaufen des aufschäumenden Materials im Querträger 7 und/oder ein Austreten des aufschäumenden Materials aus dem Querträger 7 zu vermeiden. Zu diesem Zweck weisen die Trennwände 23 und 25 an ihrem Umfang eine durch Temperatureinfluss aktivierbare, expandierende Kleberschicht 29 aus einem sogenannten Expansionskleber auf, um eine Selbstabdichtung der Trennwände 23 und 25 zu ermöglichen.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Struktur- oder Fahrwerksbauteils, vorliegend des vorderen Querträgers 7 des Hilfsrahmens 1, werden in einem Teilbereich 20 des Hohlprofilabschnitts 16 des Querträgers 7 zwei Trennwände 23 und 25 angeordnet. Dazu werden beispielsweise an einer Unterschale 31 eines späteren Querträgers 7, der aus der Unterschale 31 und einer Oberschale zu einem Hohlprofil zusammengesetzt wird, die zwei Trennwände mit Abstand zueinander fixiert. Dies kann wie ausgeführt beispielsweise durch eine Clips- oder Schweißverbindung erfolgen. Der Querschnitt der Trennwände 23 und 25 ist dabei derart bemessen, dass sie den Querschnitt des späteren Hohlprofilabschnitts 16 im Wesentlichen ausfüllen und nur ein kleiner, mögliche Fertigungstoleranzen berücksichtigender Fügespalt verbleibt.
Nachdem die Trennwände 23 und 25 in der Unterschale 31 fixiert sind, erfolgt das Fügen von Unterschale 31 und Oberschale zum vorderen Querträger 7. Anschließend wird der vordere Querträger 7 mit dem hinteren Querträger 9, den Längsträgern 3 und 5, den Konsolen 11, 11' und 13 zum Hilfsrahmen 1 verbunden bzw. vervollständigt. Anschließend erfolgt beispielsweise eine kathodische Tauchlackierung des Hilfsrahmens 1 mit einer anschließenden Trocknung des Hilfsrahmens in einem Trocknungsofen bei einer Temperatur von 150 bis 220°C. Durch diese Temperaturbehandlung wird der Expansionskleber der Kleberschicht 29 der Trennwände 23 und 25 aktiviert. Die Kleberschicht 29 expandiert und dichtet den zwischen dem Umfang der Trennwände 23 und 25 und der inneren Wandung des Hohlprofilabschnitts 16 des Querträgers 7 vorhandenen Fügespalt vollständig ab.
Anschließend wird die Ausschäumung 21 durch Einbringen eines aufschäumenden Materials in den auszuschäumenden Hohlprofilabschnitt 16 ausgebildet. Dabei kann es sich um einen Metallschaum, aber auch um einen Kunststoffschaum handeln, die üblicherweise aus mehreren Komponenten bestehen. Durch die vollständig dichte, definierte Begrenzung des auszuschäumenden Teilbereichs 20 mittels der beiden Trennwände 23 und 25 wird eine definierte Ausschäumung des Teilbereichs 20 sichergestellt und dabei die Menge des benötigten aufschäumenden Materials begrenzt, was zu einer erheblichen Materialeinsparung führt. Dadurch werden Materialverluste und eine gegebenenfalls erforderliche Nacharbeit vermieden sowie Materialkosten gespart.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie weiterer, beispielhafter Abwandlungen näher erläutert. Sie ist jedoch nicht auf den dargestellten Hilfsrahmen mit Quer- und Längsträgern beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen von Struktur- oder Fahrwerksbauteilen für ein Kraftfahrzeug, die eine partielle Ausschäumung eines Hohlprofilabschnitts aufweisen. Ebenso können die in den Ausführungsbeispielen und Abwandlungen gezeigten Merkmale untereinander kombiniert werden.
Bezugszeichenliste

1: Hilfsrahmen
3: Längsträger
5: Längsträger
7: vorderer Querträger
9: hinterer Querträger
11, 11': vordere Konsole
13: hintere Konsole
15: Aufnahmeöffnung
16: Hohlprofilabschnitt
17: Aufnahmeabschnitt
19: Lager
20: Teilbereich
21: Ausschäumung
23: Trennwand
25: Trennwand
27: Haltewinkel
29: Kleberschicht
31: Unterschale

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 10006388 A1 [0003]
DE 19959814 B4 [0003]
DE 102007015394 A1 [0004]

Claims

Struktur- oder Fahrwerksbauteil für ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem Hohlprofilabschnitt (16), wobei dieser Hohlprofilabschnitt (16) in einem Teilbereich (20) mit einer Ausschäumung (21) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Hohlprofilabschnitt (16) zumindest eine Trennwand (23, 25) vorgesehen ist, die den mit der Ausschäumung (21) versehenen Teilbereich (20) des Hohlprofilabschnitts (16) begrenzt.
Struktur- oder Fahrwerksbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem äußeren Umfang der zumindest einen Trennwand (23, 25) und der Wandung des Hohlprofilabschnitts (16) eine Abdichtung vorgesehen ist.
Struktur- oder Fahrwerksbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine selbstabdichtende Trennwand (23, 25) verwendet ist.
Struktur- oder Fahrwerksbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Trennwand (23, 25) an ihrem Umfang ein durch Temperatureinfluss aktivierbares, expandierendes Material aufweist.
Struktur- oder Fahrwerksbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (23, 25) durch eine Clipsverbindung in dem Hohlprofilabschnitt (16) fixiert ist.
Struktur- oder Fahrwerksbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (23, 25) durch eine Schweißverbindung in dem Hohlprofilabschnitt (16) fixiert ist.
Struktur- oder Fahrwerksbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (23, 25) aus Kunststoff ausgebildet ist.
Struktur- oder Fahrwerksbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (23, 25) aus Metall ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Struktur- oder Fahrwerksbauteils (1) für ein Kraftfahrzeug, das zumindest einen Hohlprofilabschnitt (16) aufweist, wobei dieser Hohlprofilabschnitt (16) in einem Teilbereich (20) mit einer Ausschäumung (21) versehen wird, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst in dem Hohlprofilabschnitt (16) zumindest eine Trennwand (23, 25) angeordnet wird und in einem späteren Schritt die Ausschäumung (21) des Hohlprofilabschnitts (16) ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Ausschäumung des Hohlprofilabschnitts (16) eine Temperaturbehandlung des Struktur- oder Fahrwerksbauteils (1) erfolgt, bei der eine Abdichtung zwischen dem Umfang der Trennwand (23, 25) und der Wandung des Hohlprofilabschnitts (16) ausgebildet wird.