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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen einem Rohrprofil und einem Druckgussknoten bei der Herstellung einer Rahmenstruktur für eine Kraftfahrzeugkarosserie.
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Die Erfindung betrifft ferner einen Druckgussknoten und eine Rahmenstruktur für eine Kraftfahrzeugkarosserie.
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Eine aus Rohrprofilen, Druckgussknoten und weiteren Bauteilen hergestellte Rahmenstruktur einer Kraftfahrzeugkarosserie ist aus dem Stand der Technik bekannt.
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Unter einem Druckgussknoten soll ein metallisches Bauteil verstanden werden, das dazu vorgesehen ist, innerhalb einer Rahmenstruktur einer Kraftfahrzeugkarosserie einen Knotenpunkt für eine Verbindung mit weiteren Bauteilen bereitzustellen, wozu der Druckgussknoten speziell ausgelegt und/oder ausgestattet ist. Eine übereinstimmende Definition findet sich in der
DE 10 2012 001 159 A1 .
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Unter einem Rohrprofil soll ein metallisches rohrartiges Bauteil bzw. ein Profil-Bauteil verstanden werden, das insbesondere mit geschlossenem Querschnitt ausgebildet ist.
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In der
DE 10 2008 037 709 B3 ist eine Verbindung zwischen einem Rohrprofil (aus Stahl) und einem Bauteil (aus Aluminium, vorzugsweise Aluminiumguss) beschrieben, bei welcher ein Endabschnitt des Rohrprofils in eine Ausnehmung des Bauteils gesteckt und mit dem Bauteil partiell verbunden ist, wobei zwischen dem Endabschnitt des Rohrprofils und dem Bauteil wenigstens ein mit einem Schweißzusatzwerkstoff gefüllter Aufnahmebereich vorgesehen ist.
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Die Erfindung soll ein Verfahren eingangs genannter Art angeben, mit dem wenigstens ein mit dem Stand der Technik einhergehender Nachteil vermeidbar oder zumindest verringerbar ist.
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Hierzu wird ein erfindungsgemäßes Verfahren entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Mit nebengeordneten Patentansprüchen erstreckt sich die Erfindung auch auf einen erfindungsgemäßen Druckgussknoten (Knotenverbindungsstück), der zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Verfahren geeignet ist, und auf eine erfindungsgemäß hergestellte Rahmenstruktur einer Kraftfahrzeugkarosserie. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich analog für alle Erfindungsgegenstände sowohl aus den abhängigen Patentansprüchen als auch aus den nachfolgenden Erläuterungen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst zumindest folgende, bevorzugt automatisiert ausgeführte, Schritte:
- – Bereitstellen eines Rohrprofils;
- – Bereitstellen eines erfindungsgemäßen Druckgussknotens, wobei der Druckgussknoten (wenigstens) einen geeignet gestalteten Verbindungsbereich bzw. Anbindungsabschnitt zur (stoffschlüssigen) Verbindung mit dem Rohrprofil aufweist;
- – Positionieren und gegebenenfalls Ausrichten von Rohrprofil und Druckgussknoten, wobei ein Endabschnitt des Rohrprofils mit dem Verbindungsbereich des Druckgussknotens in Anlage gebracht wird;
- – Ausführen eines Schweißvorgangs bzw. Schweißprozesses, wobei im Verbindungsbereich des Druckgussknotens wenigstens ein eigens hierfür integral ausgebildeter Zusatzmaterialabschnitt aufgeschmolzen wird und das dabei aufgeschmolzene Gussmaterial bzw. Gussknotenmaterial als Schweißzusatzwerkstoff bzw. Schweißzusatzmaterial (zur Herbeiführung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Rohrprofil und dem Druckgussknoten) fungiert.
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Hinsichtlich dessen, was im Rahmen der Erfindung unter einem Druckgussknoten und einem Rohrprofil zu verstehen ist, wird auf die einleitenden Erläuterungen verwiesen, wobei es sich bei dem Druckgussknoten nicht zwangsläufig um ein gießtechnisch hergestelltes Bauteil handeln muss. Bei einem Rohrprofil kann es sich insbesondere auch um ein so genanntes Kastenprofil (mit mehreckigem, insbesondere geschlossenem, Querschnitt) handeln.
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Der erfindungsgemäße Druckgussknoten zur Verwendung in einer Rahmenstruktur einer Kraftfahrzeugkarosserie für die Verbindung mit weiteren Bauteilen weist einen Grundkörper und wenigstens einen daran ausgebildeten Verbindungsbereich zur stoffschlüssigen Verbindung mit einem Rohrprofil auf, wobei dieser Verbindungsbereich über wenigstens einen Zusatzmaterialabschnitt verfügt, der als Materialdepot für das bei einem Schweißvorgang (zur stoffschlüssigen Verbindung mit einem Rohrprofil) benötigte Schweißzusatzmaterial vorgesehen ist. Der als Materialdepot für das beim Schweißvorgang benötigte Schweißzusatzmaterial dienende Zusatzmaterialabschnitt stellt eine eigens hierfür vorgesehene Materialanhäufung von Zusatzmaterial dar.
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Erfindungsgemäß ist ein für den Schweißvorgang benötigtes Zusatzmaterial bzw. der Schweißzusatzwerkstoff integraler Bestandteil des bereitgestellten und entsprechend ausgebildeten erfindungsgemäßen Druckgussknotens, so dass das für den Schweißvorgang (oder einen vergleichbaren thermischen Fügeprozess) notwendige bzw. benötigte Zusatzmaterial bereits am Druckgussknoten vorgesehen ist und nicht gesondert bzw. extern (bspw. in Form eines Drahts oder dergleichen) zugeführt werden muss. Die Erfindung ermöglicht demnach das Erzeugen bzw. Herstellen einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen einem Rohrprofil und einem Druckgussknoten ohne einen extern zugeführten Schweißzusatzwerkstoff. Eine zusätzliche Lagerung, Bereitstellung und damit einhergehende Handhabung von Schweißzusatzwerkstoff während des Schweißvorgangs entfällt komplett, womit Aufwände reduziert und Kosten eingespart werden (insbesondere für das bislang angewendete MIG-Schweißen ist der erforderliche Schweißzusatzwerkstoff teuer und hat zudem legierungsabhängig nur eine begrenzte Lagerfähigkeit).
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Das für den Schweißvorgang benötigte Zusatzmaterial wird erfindungsgemäß in Gestalt wenigstens eines im Verbindungsbereich des Druckgussknotens in geeigneter Weise ausgebildeten Zusatzmaterialabschnitts bereitgestellt, wobei dieser Zusatzmaterialabschnitt, insbesondere durch Urformen in einem Druckgussverfahren, einstückig (bzw. integral) mit dem Druckgussknoten ausgebildet ist. Der Zusatzmaterialabschnitt ist insbesondere aus dem selben Gussmaterial wie der übrige Druckgussknoten gebildet, so dass der Druckgussknoten insbesondere aus einem einstückigen werkstoffhomogenen Grundkörper (bzw. Gusskörper) gebildet ist. Der erfindungsgemäße Druckgussknoten kann gießtechnisch ohne Mehraufwand und insbesondere sogar mit geringerem Aufwand (wie nachfolgend noch näher erläutert) hergestellt werden.
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Der wenigstens eine am Druckgussknoten vorgesehene Zusatzmaterialabschnitt dient als Materialdepot (oder Materialreservoir) für das benötigte Schweißzusatzmaterial und hat darüber hinausgehend keine Bauteilfunktion, ist also bauteilfunktionslos. Während des Schweißvorgangs wird das in dem wenigstens einen eigens hierfür vorgesehenen Zusatzmaterialabschnitt am Druckgussknoten umfasste bzw. enthaltene Gussmaterial aufgeschmolzen, wobei insbesondere auch Rohrprofilmaterial (am Endabschnitt des Rohrprofils) aufgeschmolzen wird, und führt, insbesondere durch innige Verschmelzung, eine stoffschlüssige Verbindung herbei. Der am bereitgestellten Druckgussknoten vorhandene Zusatzmaterialabschnitt wird quasi während des Schweißvorgangs zur Erzeugung einer Schweißverbindung umgeschmolzen.
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Der Zusatzmaterialabschnitt im Verbindungsbereich des Druckgussknotens kann als wulstartige (vorstehende) Erhebung ausgebildet sein, insbesondere in Gestalt eines an den Endabschnitt des Rohrprofils angepassten umlaufenden Rings.
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Der Zusatzmaterialabschnitt im Verbindungsbereich des Druckgussknotens kann auch als Kragen bzw. Randabschnitt ausgebildet sein, der einen Aufnahme- bzw. Einsteckabschnitt zum formschlüssigen Einstecken des Endabschnitts des Rohrprofils umrandet. Der umlaufende Kragen vereinfacht das schweißvorbereitende Positionieren (durch Einstecken des Endabschnitts des Rohrprofils in den korrespondierenden Einsteckabschnitt am Druckgussknoten) und ermöglicht auch eine Fixierung für den anschließenden Schweißvorgang. Erfindungsgemäß wird dieser Kragen beim Schweißvorgang zumindest teilweise aufgeschmolzen, wobei das geschmolzene Material als Zusatzwerkstoff fungiert, wie obenstehend erläutert.
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Das Rohrprofil und der Druckgussknoten können aus Stahlmaterialien gebildet sein. Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Rohrprofil und der Druckgussknoten aus Aluminiummaterialien gebildet sind.
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Der Schweißvorgang bzw. Schweißprozess kann durch einen Lichtbogen, insbesondere durch ein WIG-Schweißen (ohne externe Zuführung eines Schweißzusatzes), ausgeführt werden. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass der Schweißvorgang mittels Laserstrahl, d. h. durch Laserstrahlschweißen, ausgeführt wird. Da der Schweißstelle von extern kein Zusatzwerkstoff zugeführt werden muss, können im Rahmen der Erfindung Schweißverfahren, insbesondere ein Laserstrahlschweißen, verwendet werden, die gegenüber dem bislang im Stand der Technik gebräuchlichen und aufwändigen MIG-Schweißen (mit externer Zuführung eines Schweißzusatzwerkstoffs) diverse Vorteile bieten (bspw. eine bessere Zugänglichkeit, ein geringerer Gesamtaufwand, eine vereinfachte Logistik, niedrigere Kosten und dergleichen). Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass die zur Herstellung des Druckgussknotens verwendeten Legierungen und/oder die eingesetzten Gießverfahren (Druckgussverfahren) geringeren Anforderungen genügen können und daher auch preiswerte Gusslegierungen und/oder Gießverfahren zum Einsatz kommen können. Bislang müssen die verwendeten Gusslegierungen und Gussprozesse auf den anschließenden Schweißprozess abgestimmt sein. So sind bspw. homogene und gasarme Bauteile notwendige Voraussetzung, um mit dem MIG-Verfahren schweißen zu können, was entsprechende Legierungen und technisch aufwändige Verfahren, mit genau einzuhaltenden Parametern, voraussetzt. Bei Betrachtung des Gesamtprozessablaufs kann mit der Erfindung auch Energie eingespart werden.
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Im Rahmen der Erfindung kann das stoffschlüssige Verbinden von Rohrprofil und Druckgussknoten auch mittels Elektronenstrahl erfolgen.
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Wie bereits obenstehend erläutert, ist der erfindungsgemäße Druckgussknoten bevorzugt aus Stahl und insbesondere Aluminium gebildet und mit einem Druckgussverfahren hergestellt.
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Insbesondere ist der Druckgussknoten mit einem Vakuumdruckgussverfahren, wie bspw. dem Vacural-Druckgussverfahren hergestellt. Alternativ kann der Druckgussknoten (wobei dieser allgemeiner auch als Knotenverbindungsstück bzw. -bauteil bezeichnet werden kann) durch umformende Bearbeitung und/oder spanende Bearbeitung (insbesondere Dreh- und/oder Fräsbearbeitung) eines metallischen Werkstücks hergestellt sein, so dass es sich bei dem Knotenverbindungsstück insbesondere auch um ein Umform- und/oder Frästeil handeln kann.
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Eine erfindungsgemäße, aus Rohrprofilen, Druckgussknoten und weiteren Bauteilen hergestellte bzw. aufgebaute, Rahmenstruktur einer Kraftfahrzeugkarosserie umfasst wenigstens eine mit einem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder mit einem erfindungsgemäßen Druckgussknoten hergestellte stoffschlüssige Verbindung zwischen einem Rohrprofil und einem Druckgussknoten. Die betreffende Verbindung (Schweiß-Fügeverbindung) zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass diese ohne einen speziellen, extern zugeführten Schweißzusatzwerkstoff hergestellt ist, sondern dass wenigstens ein auf- und/oder umgeschmolzener Zusatzmaterialabschnitt des Druckgussknotens und somit das Gussmaterial bzw. Gussknotenmaterial des Druckgussknotens selbst quasi als Schweißzusatzwerkstoff fungiert.
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Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft und in nicht einschränkender Weise mit Bezug auf zwei schematische, nicht maßstabsgerechte Figuren näher erläutert. Die in den Figuren gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, unabhängig von konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein.
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1 zeigt in einer Schnittansicht eine erste Ausführungsmöglichkeit der Erfindung.
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2 zeigt in einer Schnittansicht eine zweite Ausführungsmöglichkeit der Erfindung.
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1 zeigt einen Druckgussknoten 100 und ein Rohrprofil 200. Das Rohrprofil 200 ist bspw. als Strangpress- oder Strangguss-Profil ausgebildet oder aus einem Blechmaterial hergestellt. Der Druckgussknoten 100 und das Rohrprofil 200 können bezüglich der Längsachse L rotationssymmetrisch ausgebildet sein. Der Druckgussknoten 100 weist einen Grundkörper 110 mit einem Verbindungsbereich 120 zur stoffschlüssigen Verbindung mit einem Endabschnitt 220 des Rohrprofils 200 auf. Der Verbindungsbereich 120 ist hierzu mit einem Innensteckabschnitt 121 und einem umlaufenden Kragen 122 ausgebildet. Der Innensteckabschnitt 121 und der umlaufende Kragen 122 bilden einen Aufnahmeabschnitt in Gestalt einer Ringnut 123, in die der Endabschnitt 220 des Rohrprofils 200 formschlüssig eingesteckt und dadurch fixiert werden kann (wie im unteren Bildbereich dargestellt).
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Erfindungsgemäß dient der Kragen 122 auch als Materialdepot für das beim Schweißvorgang benötigte Schweißzusatzmaterial und kann insofern auch als Zusatzmaterialabschnitt bezeichnet werden. Während des Schweißvorgangs (wie im oberen Bildbereich dargestellt) wird der kragenartige Zusatzmaterialabschnitt 122, der den Endabschnitt 220 des Rohrprofils 200 überlappt, aufgeschmolzen, wobei das aufgeschmolzene Gussmaterial als Schweißzusatzwerkstoff fungiert und damit auch Spalte überbrückt bzw. aufgefüllt werden können (der Schweißprozess ist somit spaltunkritisch). Bevorzugt wird der Schweißprozess so geführt, dass zumindest teilweise der als Materialdepot dienende Kragen 122 am Druckgussknoten 100 und gleichzeitig auch Rohrprofilmaterial am Endabschnitt 220 des Rohrprofils 200 aufgeschmolzen wird und damit eine besonders innige Verschmelzung herbeigeführt wird. Bei der erzeugten Schweißverbindung S handelt es sich beispielhaft um eine Kehlnaht. Bei dem Energiestrahl E handelt es sich insbesondere um einen Laserstrahl oder Lichtbogen. Mit 300 ist ein Schweißkopf, wie insbesondere ein Laserschweißkopf oder WIG-Brennerkopf, bezeichnet.
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2 zeigt eine andere Ausführungsmöglichkeit der Erfindung, bei der der Druckgussknoten 100 einen als ringförmige wulstartige Erhebung bzw. Ringwulst 124 ausgebildeten Zusatzmaterialabschnitt aufweist, der im erfindungsgemäßen Sinne als Materialdepot fungiert. Im Übrigen gelten analog die vorausgehenden Erläuterungen im Zusammenhang mit der in 1 gezeigten Ausführungsmöglichkeit.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Druckgussknoten (Knotenverbindungsstück)
- 110
- Grundkörper
- 120
- Verbindungsbereich
- 121
- Innensteckabschnitt
- 122
- Kragen (Zusatzmaterialabschnitt)
- 123
- Ringnut
- 124
- Ringwulst (Zusatzmaterialabschnitt)
- 200
- Rohrprofil
- 220
- Endabschnitt
- 300
- Schweißkopf
- E
- Energiestrahl
- L
- Längsachse
- S
- Schweißnaht
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012001159 A1 [0004]
- DE 102008037709 B3 [0006]
