DE102013015279A1 - Strut for a vehicle and method of making a strut - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Strebe (1) für ein Fahrzeug, wobei die Strebe (1) ein Leichtmetall oder eine Leichtmetalllegierung umfasst. Dabei ist vorgesehen, dass die Strebe (1) aus einem Leichtmetall-Rohling einstückig durch Massivumformen, vorzugsweise durch Schmieden, hergestellt ist.The invention relates to a strut (1) for a vehicle, wherein the strut (1) comprises a light metal or a light metal alloy. It is envisaged that the strut (1) is made of a light metal blank in one piece by massive forming, preferably by forging.
Description
Die Erfindung betrifft eine Strebe für ein Fahrzeug gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Strebe für ein Fahrzeug gemäß Oberbegriff des Anspruchs 7.The invention relates to a strut for a vehicle according to the preamble of
Streben für Fahrzeuge, insbesondere für Kraftfahrzeuge, und Verfahren zu deren Herstellung sind bekannt. Aus der deutschen Patentschrift
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Strebe und ein Verfahren zur Herstellung einer Strebe zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten. Insbesondere soll es dabei möglich sein, eine Strebe mit geringem Aufwand in Leichtbauweise herzustellen, wobei diese selbst hohen mechanischen Belastungen gegenüber stabil ist.The invention is therefore an object of the invention to provide a strut and a method for producing a strut, said disadvantages do not occur. In particular, it should be possible to produce a strut with little effort in lightweight construction, which is stable even to high mechanical loads.
Die Aufgabe wird gelöst, indem eine Strebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 geschaffen wird. Dadurch, dass die Strebe aus einem Leichtmetall-Rohling einstückig durch Massivumformen, bevorzugt durch Schmieden, hergestellt ist, ist sie zugleich leicht und stabil. Sie ist auch mit geringem Aufwand herstellbar.The object is achieved by a strut with the features of
Beim Massivumformen, insbesondere beim Schmieden, entsteht ein verfahrenstechnisch hochverdichtetes Gefüge, sodass eine derart gefertigte Strebe hochfest ausgebildet ist. Dabei ist es beim Massivumformen, insbesondere beim Schmieden, möglich, einen Faserverlauf in dem Gefügte bedarfsgerecht auszubilden, wobei insbesondere Fasern in mechanisch hochbelasteten Bereichen gesammelt werden können. Solche Bereiche weisen dann eine nochmals gesteigerte mechanische Belastbarkeit auf. Zugleich zeigt sich, dass massivumgeformte, insbesondere geschmiedete Bauteile hervorragende mechanische Eigenschaften, insbesondere in Hinblick auf eine Dehngrenze, eine Zugfestigkeit, eine Bruchdehnung und einen Biegewinkel aufweisen, wobei entsprechende Werte für massivumgeformte, insbesondere geschmiedete Leichtmetall-Bauteile deutlich über dem Niveau von Leichtmetallblechen oder Leichtmetall-Strangpressprofilen liegen, insbesondere auf dem Niveau von Stahlblechen. Zugleich ist das massivumgeformte, vorzugsweise geschmiedete Material duktil. Es ist daher insbesondere im Fall eines Unfalls hinreichend verformbar, um Aufprallenergie abbauen und sich in definierter Weise verformen zu können. Beim Massivumformen, insbesondere beim Schmieden, sind hohe Umformgrade ohne Weiteres herstellbar. Die Umformung kann einstufig erfolgen, sodass das Verfahren rasch und kostengünstig durchführbar ist. Aufgrund der hohen mechanischen Stabilität der massivumgeformten, vorzugsweise geschmiedeten Strebe ist es möglich, deren Wandstärke oder Querschnittsfläche beziehungsweise Dicke, also ihre Erstreckung senkrecht zu einer Längsrichtung, dünnwandiger beziehungsweise geringer auszubilden, als bei einem entsprechenden Profilteil oder Rohr. Dies trägt zusätzlich zu der Verwendung eines Leichtmetalls oder einer Leichtmetalllegierung dem Leichtbaugedanken Rechnung. Dadurch, dass die Strebe beim Massivumformen, vorzugsweise beim Schmieden, einstückig hergestellt wird, entfallen Fügeschritte, was den Herstellungsaufwand und die Herstellungszeit erheblich reduziert.During massive forming, in particular during forging, a process-technically highly compacted structure results, so that a strut produced in this way is of high strength. In the case of massive forming, in particular during forging, it is possible to form a fiber course in the assembly as needed, in particular fibers in areas subject to high mechanical stress can be collected. Such areas then have a further increased mechanical strength. At the same time it turns out that solid-formed, in particular forged components have excellent mechanical properties, in particular with regard to a yield strength, tensile strength, elongation at break and bending angle, with corresponding values for massively formed, in particular forged light metal components significantly above the level of light metal sheets or light metal -Strangpressprofilen lie, especially at the level of steel sheets. At the same time, the solid-formed, preferably forged material is ductile. It is therefore in particular in the case of an accident sufficiently deformable to reduce impact energy and deform in a defined manner. In massive forming, especially in forging, high degrees of deformation are readily produced. The forming can be done in one step, so that the process is quick and inexpensive to carry out. Due to the high mechanical stability of the solid-formed, preferably forged strut, it is possible, their wall thickness or cross-sectional area or thickness, ie their extension perpendicular to a longitudinal direction, thin-walled or less form, as in a corresponding profile part or pipe. In addition to the use of a light metal or a light metal alloy, this contributes to the concept of lightweight construction. The fact that the strut is produced in one piece during massive forming, preferably during forging, eliminates joining steps, which considerably reduces the manufacturing outlay and the production time.
Bevorzugt ist die Strebe einstückig aus einem einzigen Leichtmetall-Rohling durch Massivumformen, vorzugsweise Schmieden, gebildet. Auf diese Weise reduziert sich eine Anzahl von Bauteilen für die Strebe, was sowohl logistische Kosten, als auch Herstellkosten senkt, wobei zugleich Fügeschritte vermieden werden. Hierdurch entsteht eine zugleich besonders stabile wie auch kostengünstige Strebe.Preferably, the strut is integrally formed from a single light metal blank by massive forming, preferably forging. In this way reduces a number of components for the strut, which reduces both logistical costs, as well as manufacturing costs, while joining steps are avoided. This results in a very stable as well as inexpensive strut at the same time.
Die Strebe ist vorzugsweise als Verstärkungsstrebe für ein Fahrzeugbauteil, insbesondere für ein Kraftfahrzeugbauteil, ausgebildet. Da sie zugleich mechanisch hochbelastbar und leicht ist, trägt sie dazu bei, dass der Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs, welches die Strebe umfasst, reduziert wird.The strut is preferably designed as a reinforcing strut for a vehicle component, in particular for a motor vehicle component. Being both mechanically heavy duty and lightweight, it helps to reduce the fuel consumption of the vehicle comprising the strut.
Es wird eine Strebe bevorzugt, die aus Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung besteht. Vorzugsweise umfasst die Strebe Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, besonders bevorzugt eine Aluminium-Knetlegierung, insbesondere die Legierung
Es wird auch eine Strebe bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass sie entlang ihrer Erstreckung, insbesondere ihrer Längserstreckung, eine variierende Wandstärke oder Querschnittsfläche aufweist. Dabei ist unter dem Begriff „Wandstärke” eine senkrecht zur Längsrichtung gemessene Dicke der Strebe angesprochen. Auch die Querschnittsfläche ist bei gegebener Breite der Strebe ein Maß für deren Wandstärke beziehungsweise Dicke. Bei Massivumformen, insbesondere beim Schmieden ist es ohne Weiteres möglich, die Strebe mit variierender Wandstärke oder Querschnittsfläche auszubilden. Dabei ist es insbesondere möglich, mechanisch hochbelastete Bereiche der Strebe mit einer größeren Wandstärke oder Querschnittsfläche auszubilden als mechanisch geringer belastete Bereiche. Die Wandstärke oder Querschnittsfläche kann also auf die zu erwartenden mechanischen Belastungen der Strebe maßgeschneidert werden. Hierdurch ist es nicht nötig, die Wandstärke oder Querschnittsfläche überall entlang der Strebe auf einen mechanisch höchstbelasteten Bereich hin zu dimensionieren und damit erhebliche Bereiche des Bauteils überzudimensionieren. Indem geringer beanspruchte Bereiche dünnwandiger ausgebildet werden, ergibt sich vorzugsweise zusätzlich zu der ohnehin reduzierten Wandstärke aufgrund der hohen mechanischen Belastbarkeit der Strebe ein verringertes Gewicht. Dabei ist die Wandstärke reduzierbar, ohne dass deswegen Einbußen in der Stabilität der Strebe hingenommen werden müssen. Besonders bevorzugt ist der Verlauf der Wandstärke oder Querschnittsfläche entsprechend zu erwartender Lastpfade in Hinblick auf eine vorherbestimmte Verwendung der Strebe maßgeschneidert. Entsprechend werden bevorzugt auch die Fasern des Gefüges entlang der Lastpfade gesammelt beziehungsweise konzentriert, sodass sich hier eine besonders hohe mechanische Belastbarkeit ergibt. Zugleich wird dabei Material eingespart, was die Herstellungskosten weiter senkt.A strut is also preferred, which is characterized in that it has a varying wall thickness or cross-sectional area along its extension, in particular its longitudinal extent. In this case, the term "wall thickness" a perpendicular to the longitudinal direction measured thickness of the strut is addressed. The cross-sectional area is a measure of the wall thickness or thickness for a given width of the strut. In massive forming, especially in forging, it is readily possible to form the strut with varying wall thickness or cross-sectional area. In this case, it is possible, in particular, to form regions of the strut which are subjected to high mechanical stress with a greater wall thickness or cross-sectional area than regions having a lower mechanical load. The wall thickness or cross-sectional area can therefore be tailored to the expected mechanical loads of the strut. As a result, it is not necessary to dimension the wall thickness or cross-sectional area anywhere along the strut to a mechanically highly loaded area and thus to over-dimension considerable areas of the component. By less stressed areas are formed thin-walled, preferably results in addition to the already reduced wall thickness due to the high mechanical strength of the strut a reduced weight. The wall thickness can be reduced without sacrificing the stability of the strut. Particularly preferably, the course of the wall thickness or cross-sectional area is tailored according to expected load paths with respect to a predetermined use of the strut. Accordingly, the fibers of the structure are preferably also collected or concentrated along the load paths, so that a particularly high mechanical strength results here. At the same time material is saved, which further reduces the production costs.
In Hinblick auf die entlang der Erstreckung der Strebe variierende Wandstärke ist vorzugsweise mindestens eine Deformationszone gezielt an der Strebe vorgesehen, wobei sich die Strebe bei einem Unfall in vorherbestimmter Weise im Bereich der Deformationszone verformt. Es ist so möglich, die Strebe gezielt und maßgeschneidert auf ihre Verwendung im Bereich des Fahrzeugs einzustellen und ihre Eigenschaften lokal bedarfsgerecht festzulegen.With regard to the wall thickness varying along the extent of the strut, at least one deformation zone is preferably provided specifically on the strut, wherein the strut deforms in the event of an accident in a predetermined manner in the region of the deformation zone. It is thus possible to tailor the strut specifically and tailor-made for use in the area of the vehicle and to define its properties locally as needed.
Es wird auch eine Strebe bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Wandstärke mindestens 1 mm bis höchstens 3 mm, vorzugsweise mindestens 1,5 mm bis höchstens 2,5 mm, besonders bevorzugt 2 mm beträgt. Es ist also möglich, eine sehr dünnwandige Strebe durch Massivumformen, vorzugsweise Schmieden aus einem Leichtmetall-Rohling zu bilden, die gleichwohl mechanisch hochstabil und belastbar ist.A strut is also preferred, which is characterized in that the wall thickness is at least 1 mm to at most 3 mm, preferably at least 1.5 mm to at most 2.5 mm, particularly preferably 2 mm. It is therefore possible to form a very thin-walled strut by massive forming, preferably forging, from a light metal blank which is nevertheless highly stable and resilient mechanically.
Es wird auch eine Strebe bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass sie mindestens eine Aussparung aufweist. Die Aussparung wird vorzugsweise beim Massivumformen, bevorzugt beim Schmieden, erzeugt, wobei besonders bevorzugt Material aus dem Bereich der Aussparung in andere Bereiche des Bauteils verdrängt wird. Bevorzugt sind Bereiche ausgespart, die frei von Lastpfaden sind. Umgekehrt bleiben also in einem Randbereich der mindestens einen Aussparung Bereiche stehen, entlang derer Lastpfade verlaufen. Auf diese Weise weist die Strebe besonders bevorzugt eine Fachwerkstruktur auf, wobei sie weitgehend den Belastungspfaden gemäß ausgebildet ist. Indem die Aussparungen auf diese Weise angeordnet werden, kann zusätzlich Gewicht der Strebe eingespart werden, ohne dass deswegen ihre mechanische Belastbarkeit abnimmt. Somit ist es möglich, die Strebe gewichtsoptimiert und zugleich mechanisch hochstabil auszubilden.It is also preferred a strut, which is characterized in that it has at least one recess. The recess is preferably produced during massive forming, preferably during forging, wherein particularly preferably material is displaced from the region of the recess into other regions of the component. Preferably, areas are left out, which are free of load paths. Conversely, in an edge region of the at least one recess, there remain regions along which load paths run. In this way, the strut particularly preferably has a framework structure, wherein it is largely formed according to the loading paths. By arranging the recesses in this way, additional weight of the strut can be saved without, therefore, decreasing their mechanical strength. Thus, it is possible to design the strut weight optimized and at the same time mechanically highly stable.
Schließlich wird eine Strebe bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass sie als Seitenaufprallschutzstrebe für eine Fronttür, als Beulstrebe für einen Schlossbereich einer Fahrzeugtür, als Domstrebe für ein Federbein, als Querträgerbefestigung, oder als Tunnelstrebe ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist die Strebe als längliche Seitenaufprallschutzstrebe ausgebildet. Bei einem Ausführungsbeispiel der Strebe, wobei diese als Beulstrebe ausgebildet ist, ist vorzugsweise ein Teil einer Bordkante der Fahrzeugtür an der Strebe ausgeschmiedet oder an die Strebe angeschmiedet. Dabei spricht der Begriff „Ausschmieden” an, dass der entsprechende Teil der Bordkante einstückig beim Massivumformen, vorzugsweise Schmieden, aus dem Material des für die Strebe verwendeten Leichtmetall-Rohlings, ausgeformt wird. Der Begriff „Anschmieden” spricht an, dass ein separates Teil beim Massivumformen, vorzugsweise beim Schmieden, an den Leichtmetall-Rohling, aus welchem die Strebe einstückig ausgebildet wird, angebunden wird, indem die beiden Teile miteinander verschmiedet werden. Dabei wird bevorzugt eine stoffschlüssige und/oder eine formschlüssige Verbindung der beiden Teile geschaffen. Insbesondere wenn die Teile materialgleich zueinander ausgebildet sind, ist es beim Massivumformen, vorzugsweise beim Schmieden, ohne Weiteres möglich, eine stoffschlüssige Verbindung zu bewirken, sodass letztlich ein einstückiges Element gebildet wird.Finally, a strut is preferred, which is characterized in that it is designed as a side impact protection strut for a front door, as Beulstrebe for a lock area of a vehicle door, as a strut brace for a strut, as a cross member attachment, or as a tunnel strut. Particularly preferably, the strut is designed as an elongated side impact protection strut. In one embodiment of the strut, which is designed as a Beulstrebe, preferably a part of a curb of the vehicle door is forged on the strut or forged to the strut. The term "forging out" refers to the fact that the corresponding part of the curb is integrally formed during massive forming, preferably forging, from the material of the light metal blank used for the strut. The term "forging" suggests that a separate part in massive forming, preferably in forging, is tied to the light metal blank from which the strut is integrally formed by forging the two parts together. In this case, a cohesive and / or a positive connection of the two parts is preferably created. In particular, when the parts are formed material equal to each other, it is during massive forming, preferably during forging, readily possible to effect a cohesive connection, so that ultimately a one-piece element is formed.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Verfahren zur Herstellung einer Strebe für ein Fahrzeug aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung mit den Schritten des Anspruchs 7 geschaffen wird. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Strebe einstückig aus einem Leichtmetall-Rohling durch Massivumformen, vorzugsweise Schmieden, hergestellt wird. Dabei ergeben sich die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Strebe erläutert wurden.The object is also achieved by providing a method for producing a strut for a vehicle made of a light metal or a light metal alloy with the steps of
Bevorzugt wird ein Verfahren, bei welchem die Strebe aus einem einzigen Leichtmetallrohling einstückig durch Massivumformen, vorzugsweise durch Schmieden, hergestellt wird.Preferred is a method in which the strut is made of a single light metal blank in one piece by massive forming, preferably by forging.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, welches sich dadurch auszeichnet, dass entlang der Strebe Lastpfade in Hinblick auf eine vorherbestimmte Verwendung der Strebe bestimmt werden, wobei die Strebe beim Massivumformen, vorzugsweise beim Schmieden, lokal in mindestens einem Bereich ausgespart wird, der frei von Lastpfaden ist. Es wird also bevorzugt vor dem Massivumformen, insbesondere Schmieden, eine Verwendung der Strebe vorherbestimmt, und es werden entlang der Strebe für diese vorherbestimmte Verwendung Lastpfade ermittelt, die bei der vorherbestimmten Verwendung auftreten. Anschließend wird mindestens ein Bereich identifiziert, in welchem kein Lastpfad verläuft beziehungsweise der frei von Lastpfaden ist. Das Umformverfahren wird dann bevorzugt so abgestimmt, dass die Strebe beim Massivumformen beziehungsweise Schmieden in dem Bereich, der frei von Lastpfaden ist, ausgespart wird. Auf diese Weise wird bedarfsgerecht eine Strebe mit Fachwerkstruktur gebildet, die auf zu erwartende Lastpfade hin abgestimmt und somit zugleich gewichtsoptimiert und stabil ausgebildet ist.A method is also preferred, which is characterized in that along the strut load paths are determined with respect to a predetermined use of the strut, wherein the strut during massive forming, preferably during forging, is recessed locally in at least one area which is free of load paths is. Thus, it is preferred to predetermine use of the strut prior to massive forming, especially forging, and determining load paths along the strut for that predetermined use that occur in the predetermined use. Subsequently, at least one area is identified in which no load path runs or which is free of load paths. The forming process is then preferably tuned so that the strut is blanked out during massive forming or forging in the area that is free of load paths. In this way, a strut with truss structure is formed as needed, which is tuned to expected load paths out and thus at the same weight-optimized and stable.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, dass sich dadurch auszeichnet, dass die Strebe zumindest bereichsweise wärmebehandelt wird. Dabei können die Materialeigenschaften der Strebe mithilfe einer lokal bedarfsgerechten Wärmebehandlung auf die vorherbestimmte Verwendung angepasst werden. Somit ist es möglich, die Materialeigenschaften der Strebe bereichsweise maßzuschneidern, indem diese insbesondere partiell beziehungsweise lokal wärmebehandelt wird.A method is also preferred that is characterized in that the strut is heat-treated at least in regions. The material properties of the strut can be adapted to the predetermined use by means of a locally required heat treatment. Thus, it is possible to tailor the material properties of the strut area by area, in particular, this is partially or locally heat treated.
Schließlich wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Strebe durch Warmmassivumformen hergestellt wird. Vorzugsweise erfolgt eine integrierte Wärmebehandlung beim Warmmassivumformen. Hierdurch entfällt ein separater Wärmebehandlungsschritt, was das Verfahren vereinfacht, schneller gestaltet und kostengünstig sein lässt.Finally, a method is preferred which is characterized in that the strut is produced by hot massive forming. An integrated heat treatment preferably takes place during hot massive forming. This eliminates a separate heat treatment step, which simplifies the process, makes it faster and cost-effective.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist es möglich, dass die Strebe nach dem Massivumformen, insbesondere dem Schmieden, zumindest bereichsweise mechanisch nachbearbeitet wird. Dabei ist es insbesondere möglich, dass die Strebe an Schnittstellen oder Fügestellen zu Nachbarbauteilen einer Kraftfahrzeug-Rohbaustruktur mechanisch nachbearbeitet wird, um die Anbindung an die Nachbarbauteile zu erleichtern.In a preferred embodiment of the method, it is possible that the strut after the massive forming, in particular the forging, is at least partially mechanically reworked. It is particularly possible that the strut is mechanically reworked at interfaces or joints to neighboring components of a motor vehicle bodyshell structure to facilitate the connection to the neighboring components.
In besonders vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist die Strebe aus zumindest zwei unterschiedlichen Werkstoffen, also einem Leichtmetall wie Aluminium und beispielsweise Stahl oder einem faserverstärkten Kunststoff hybridgeschmiedet. Hierdurch können die mechanischen Eigenschaften der Strebe noch weiter verbessert und das Gewicht bei Verwendung von FVK insbesondere CFK noch weiter reduziert werden, was dem Leichtbaugedanken sehr förderlich ist.In a particularly advantageous development of the invention, the strut is hybrid-forged from at least two different materials, that is to say a light metal such as aluminum and, for example, steel or a fiber-reinforced plastic. As a result, the mechanical properties of the strut can be further improved and the weight when using FVK CFK particular be further reduced, which is very beneficial to the lightweight design.
Die Beschreibung der Strebe einerseits und des Verfahrens andererseits sind komplementär zueinander zu verstehen. Insbesondere sind Verfahrensschritte, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit der Strebe erläutert wurden, bevorzugt einzeln oder in Kombination miteinander Schritte einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens. Umgekehrt sind Merkmale, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben wurden, bevorzugt einzeln oder in Kombination miteinander Merkmale eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Strebe.The description of the strut on the one hand and the method on the other hand are to be understood as complementary to each other. In particular, method steps that have been explained explicitly or implicitly in connection with the strut, preferably individually or in combination with each other, steps of a preferred embodiment of the method. Conversely, features that have been described explicitly or implicitly in the context of the method are preferably features of a preferred embodiment of the strut, individually or in combination with each other.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. Showing:
Die Strebe
Es ist auch ein Ausführungsbeispiel der Strebe
Insgesamt zeigt sich, dass die Strebe
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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