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Die Erfindung betrifft ein Leichtbauteil und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Das Leichtbauteil umfasst einen ein offenes Querschnittsprofil aufweisenden Blecheinleger aus Stahl oder einem Leichtmetallwerkstoff, eine lokal an den Blecheinleger angegossene oder angesinterte, Gussstege auf dem Blecheinleger ausbildende Verstärkungsstruktur aus einem Leichtmetallwerkstoff und ein mit dem Blecheinleger verbundenes Strukturteil aus Stahl oder einem Leichtmetallwerkstoff.
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Ein Leichtbauteil mit den eingangs angegebenen Merkmalen wird insbesondere als Karosseriebauteil, z. B. im Automobilbereich, vorwiegend zur Materialeinsparung und Gewichtsreduzierung bei gleichzeitig hoher Belastbarkeit eingesetzt. Ein solches Karosseriebauteil wird schwerpunktmäßig als länglicher Träger mit Längen im Bereich von ca. 20 cm bis 1,5 m verwendet, z. B. als Längsträger, Querträger oder als Instrumententafelträger. Weiterhin werden betreffende Leichtbauteile jedoch auch beispielsweise als flächige Bauteile mit integrierten Trägern hergestellt, z. B. als Sitzstrukturen. Der Blecheinleger ist dünnwandig, d. h. er weist typischerweise eine Materialstärke von ca. 3 mm und weniger auf. Das Querschnittsprofil des Blecheinlegers ist typischerweise im Wesentlichen U-förmig.
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Die Verstärkungsstruktur besteht aus einem Leichtmetallwerkstoff, bevorzugt basierend auf Aluminium oder Magnesium und dient der Verstärkung des Leichtbauteils. Die Verbindung zwischen Blecheinleger und Verstärkungsstruktur erfolgt nur in diskreten Bereichen, das heißt lokal und nicht flächendeckend, wodurch eine erhebliche Materialeinsparung und Gewichtsreduktion erreichbar ist. Typischerweise sind dabei weniger als 40% der Oberfläche des Blecheinlegers mit der Verstärkungsstruktur verbunden bzw. von dieser bedeckt und mehr als 60% der Oberfläche des Blecheinlegers sind typischerweise Freiflächen, das heißt nicht mit der Verstärkungsstruktur verbunden bzw. von dieser bedeckt. Die Verstärkung des Blecheinlegers durch die Verstärkungsstruktur wird bevorzugt dort vorgesehen, wo im eingebauten Zustand hohe Belastungen in der Regel durch lokales Ausbeulen auftreten. Die Verstärkungsstruktur weist kein Vollprofil auf und kann beispielsweise rippenförmig oder wabenförmig ausgebildet sein, wobei die Rippen bzw. Waben bevorzugt dünnwandig, insbesondere mit einer Materialstärke zwischen ca. 1 mm und 8 mm ausgeführt sind.
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Unter ein eingangs genanntes Strukturteil fallen beispielsweise jegliche Art von Beplankung, ein Schließblech oder ein weiteres, vorstehend beschriebenes Leichtbauteil. Typischerweise ist das Strukturteil aus Stahl und/oder einem beispielsweise auf Aluminium oder Magnesium basierenden Leichtmetallwerkstoff gefertigt.
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Bei der Herstellung eines einleitend beschriebenen Leichtbauteils wird typischerweise die (insbesondere rippen- und/oder wabenförmige) Verstärkungsstruktur in einem Formhohlraum eines Gusswerkzeugs an den zuvor in den Formhohlraum eingelegten Blecheinleger angegossen (die folgenden Ausführungen im Zusammenhang mit dem Angießen der Verstärkungsstruktur an den Blecheinleger gelten sinngemäß auch für ein nicht näher erläutertes Ansintern). Dabei wird der nicht durch den Blecheinleger eingenommene Teil des Formhohlraums des Gusswerkzeugs, d. h. insbesondere die zur Bildung der Rippen der Verstärkungsstruktur dienenden Hohlräume, mit gießfähigem Leichtmetallwerkstoff zur Ausbildung der Verstärkungsstruktur gefüllt. Typischerweise ist die rippen- bzw. wabenförmige Verstärkungsstruktur funktionsoptimiert vergleichsweise filigran ausgeführt. Zur gusstechnisch optimalen Versorgung der dementsprechend filigran ausgeführten Formhohlräume mit Gussmaterial dienen Versorgungswege, welche insbesondere auf dem Blecheinleger entlang geführt sein können. Die Zufuhr von Gussmaterial erfolgt über einen Anguss und die Abfuhr von Gussmaterial über einen Steiger. Der Anguss und der Steiger sind dabei typischerweise dort in dem Gusswerkzeug vorgesehen, wo der in das Gusswerkzeug eingelegte Blecheinleger randseitige Flanschbereiche aufweist. Durch den Anguss (bzw. die Angüsse) und den (bzw. die) angeschlossenen Gussmaterial-Verteiler bildet die Verstärkungsstruktur Gussstege auf dem Blecheinleger aus. Entsprechendes gilt auf Seiten des Steigers (bzw. der Steiger). Sich entlang der Oberfläche des Blecheinlegers erstreckende, gewissermaßen auf der Oberfläche des Blecheinlegers aufliegende Gussstege werden ferner auch überall dort durch die Verstärkungsstruktur ausgebildet, wo Gussmaterial während des Gussprozesses zur Versorgung der Formhohlräume bei der Ausbildung der Verstärkungsstruktur entlang des Blecheinlegers geführt wird. ”Führen” bedeutet in diesem Zusammenhang, dass Gussmaterial in dem Formhohlraum auf dem Weg zu Positionen, auf denen vorgesehene Geometrien, z. B. Rippenformen, auszubilden sind, auch entlang von Bereichen verläuft, in welchen eigentlich keine Verstärkungsstruktur vorgesehen ist. Die Gussstege stellen somit die erstarrten ”Versorgungswege” der vorgesehenen Geometrien der Verstärkungsstruktur dar. Entsprechendes gilt für die Weiterführung bzw. Abfuhr des Gussmaterials von Positionen, an denen eine gewünschte Geometrie auszubilden ist. Gussstege sorgen zwar einerseits für eine lokale Verstärkung, andererseits stehen sie einer Verbindung des Strukturteils mit dem Blecheinleger im Wege.
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Zur Erhöhung der Verbindungsfestigkeit zwischen dem Blecheinleger und der Verstärkungsstruktur ist es aus der
DE 101 53 712 C1 bekannt, die Randbereiche des Blecheinlegers vollständig mit der Verstärkungsstruktur zu umgießen oder Letztere an den Blecheinleger einseitig anzugießen. Die
DE 101 53 712 C1 liefert jedoch noch keinen Ansatz, wie ein Strukturteil mit dem Blecheinleger verbunden werden kann.
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Die
DE 10 2006 043 853 B3 zeigt ein Verbundgussteil bestehend aus mindestens einem Einsatzteil, welches zumindest teilweise von Gussmaterial umgeben ist, und zumindest einer Befestigungsvorrichtung für ein mechanisches Befestigungsmittel. Das Einsatzteil kann aus (hochfestem) Stahl und das Gussmaterial aus Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung, z. B. Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, bestehen. Die Befestigungsvorrichtung stellt eine Aussparung in dem Einsatzteil zum Durchführen des mechanischen Befestigungsmittels dar, wobei in der Aussparung Gussmaterial vorliegt. Das Verbundgussteil kann ein Zusatzteil umfassen, welches an dem Verbundgussteil über mindestens eine der Befestigungsvorrichtungen durch ein mechanisches Befestigungsmittel befestigt ist. Die
DE 10 2006 043 853 B3 lehrt ausschließlich die Anbindung eines Zusatzteils an Gussmaterial eines Verbundgussteils. Eine Verbindung des Zusatzteils mit einem Einsatzteil ist nicht vorgesehen, sondern erfolgt nur indirekt über das Gussmaterial.
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Die
DE 196 16 959 A1 zeigt ein Tragelement für Kraftfahrzeugkarosserien, welches aus einem Stahlblechprofil besteht, das mindestens auf einem Teil seiner Länge mit einem Einsatz aus Leichtmetall oder einem anderen Leichtbauwerkstoff versehen ist. Das Stahlblechprofil ist aus mindestens einer Halbschale aufgebaut und der Einsatz ist als Profilträger ausgebildet, der an der Halbschale befestigt ist. Das Stahlblechprofil kann aus zwei an Anschlussflanschen miteinander verschweißten Halbschalen aufgebaut sein, wobei der Profilträger an einer der Halbschalen befestigt ist. Der Profilträger kann mit einem eingegossenen Stahlblech versehen sein, das an gegenüberliegenden Seiten frei vom Profilträger abragt und zur Befestigung, beispielsweise durch Verschweißung, an den Flanschen der Halbschalen dient. Die 196 16 959 A1 lehrt jedoch noch nicht, wie der Problematik von Gussstegen in Bereichen, in denen eine Verbindung zwischen einem Blecheinleger und einer Verstärkungsstruktur vorgesehen ist, begegnet werden kann.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein eingangs beschriebenes Leichtbauteil und ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen, bei denen der Blecheinleger und das Zusatzteil in Bereichen, in welchen Gussstege der weiter oben beschriebenen Art vorliegen bzw. sich ausbilden, besonders fest und haltbar miteinander verbunden sind (Leichtbauteil) bzw. miteinander verbunden werden (Verfahren zur Herstellung des Leichtbauteils).
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein erfindungsgemäßes Leichtbauteil nach Anspruch 1 bzw. 16 und ein erfindungsgemäßes Verfahren nach Anspruch 17.
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Das erfindungsgemäße Leichtbauteil nach Anspruch 1 ist neben den eingangs genannten Merkmalen dadurch gekennzeichnet, dass sich die Gussstege bereichsweise in mehrere, voneinander beabstandete Gussstege aufteilen und der Blecheinleger mit dem Strukturteil direkt zwischen benachbarten Gussstegen verbunden ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Leichtbauteil ist somit vorgesehen, dass auch in Bereichen, in denen die Verstärkungsstruktur sich längs der Oberfläche des Blecheinlegers erstreckende Gussstege ausbildet, der Blecheinleger mit dem Strukturteil verbunden ist. Ermöglicht wird dies dadurch, dass sich die Gussstege in solchen Bereichen in mehrere einzelne, voneinander beabstandete Gussstege aufteilen, was z. B. durch eine dazu geeignete Formgebung des Gusswerkzeugs erreicht werden kann. In den durch die Teilung der Gussstege entstehenden Zwischenräumen, kann der Blecheinleger besonders fest und haltbar direkt mit dem Strukturteil verbunden werden. Nach Ihrer Teilung können sich die einzelnen Gussstege wieder zu einem gemeinsamen Gusssteg vereinigen, wodurch eine besonders hohe Festigkeit der Verstärkungsstruktur erreicht werden kann. Somit wendet sich die Erfindung bewusst ab von dem herkömmlichen Ansatz, gemäß dem nämlich die Gussmaterial-Versorgungswege, welche nach dem Erstarren des Gussmaterials Gussstege ausbilden, unter Gesichtspunkten der Füllung des Formhohlraumes optimiert sind, und nimmt im Interesse der optimalen Funktionalität des späteren Bauteils eine gewisse Einschränkung der Befülldynamik (insbesondere durch die lokale Teilung der Gussmaterial-Versorgungswege und somit der durch diese ausgebildeten Gussstege) in Kauf.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform ist vorteilhaft vorgesehen, dass der Blecheinleger randseitig wenigstens einen Blechflansch und das Strukturteil randseitig wenigstens einen Strukturflansch ausbildet, wobei der Blecheinleger und das Strukturteil im Bereich des Blechflansches und des Strukturflansches miteinander verbunden sind. Diese Ausführungsform ermöglicht eine besonders feste und haltbare Verbindung des Strukturteils mit dem Blecheinleger im Bereich von dessen Blechflansch, obwohl dieser teilweise mit Gussstegen, welche durch den Anguss und Steiger beim Gussprozess entstanden sind, bedeckt ist.
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Vorteilhaft kann der Blechflansch mehrere nebeneinander angeordnete und voneinander beabstandete Laschen umfassen. Die Laschen des Blechflansches werden mit dem Strukturflansch des Strukturteils verbunden. Durch mehrere mit dem Strukturflansch verbundene Laschen wird ein Beitrag zu einer besonders festen und haltbaren Verbindung geleistet. Weiterhin können die Laschen besonders flexibel überall dort angeordnet werden, wo eine besonders hohe Verbindungsfestigkeit erforderlich ist. Die Laschen können beispielsweise dadurch besonders einfach gebildet werden, dass der Blechflansch an seinem Längsrand mehrere nebeneinander angeordnete und voneinander beabstandete Aussparungen aufweist, deren Erstreckungen in Querrichtung zum Längsrand des Blechflansches die Länge der Laschen definieren. Die Laschen sind bevorzugt eben ausgebildet, sodass sie stumpf mit einem korrespondierenden Strukturflansch in Anlage gebracht und anschließend mit Letzterem verbunden werden können. Die Aussparungen können beispielsweise durch Ausstanzen erzeugt werden.
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Die geteilten Gussstege können jeweils zwischen zwei benachbarten Laschen verlaufen bzw. die benachbarten Laschen sind zwischen den geteilten Gussstegen angeordnet. Dies ermöglicht eine besonders leichte Herstellung des erfindungsgemäßen Leichtbauteils, weil die Angüsse und Steiger im Bereich des Blechflansches belassen und die Bereiche zwischen den Angüssen und Steigern vorteilhaft zur Ausbildung der Laschen genutzt werden können. Die Laschen können dabei über die geteilten Gussstege seitlich hinausragen, das heißt die Aussparungen müssen nicht durch Gussmaterial der Verstärkungsstruktur ausgefüllt werden, wodurch Material, Gewicht und Kosten eingespart werden können.
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Bevorzugt erstrecken sich die Aussparungen nicht über die volle Breite des Blechflansches, sodass ein wenigstens abschnittsweise durchgehender Rand des Blechflansches entsteht. Dies wirkt sich besonders vorteilhaft auf die Festigkeit des Blechflansches und damit auch des Leichtbauteils als Ganzes aus. Weiterhin wird ermöglicht, dass die geteilten Gussstege den Blechflansch zwischen den Laschen einseitig bedecken oder beidseitig umschließen können, wodurch die Festigkeit des Blechflansches weiter erhöht wird.
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Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass ein weiteres Strukturteil aus Stahl oder einem Leichtmetallwerkstoff randseitig einen weiteren Strukturflansch ausbildet, welcher zwischen den Laschen mit dem Strukturflansch verbunden ist. Somit sind die Laschen mit dem Strukturflansch und die beiden Strukturflansche miteinander zwischen den Laschen verbunden. Zwischen den Laschen steht genug Freiraum zur Verfügung, welcher nicht von Gussstegen eingenommen ist. Die Verbindung zwischen den drei Bauteilen (Laschen des Blechflansches, Strukturflansch und weiterer Strukturflansch) zeichnet sich durch eine besonders hohe Festigkeit und Haltbarkeit aus. Besonders bevorzugt sind in diesem Zusammenhang die Laschen auf einer ihrer Seiten mit dem Strukturflansch und auf der gegenüberliegenden Seite mit dem weiteren Strukturflansch verbunden, wodurch die Verbindungsfestigkeit zwischen dem Blecheinleger und den beiden Strukturteilen weiter erhöht werden kann.
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Der Strukturflansch oder der weitere Strukturflansch können besonders vorteilhaft derart geformt sein, dass sie Freiräume zwischen den Laschen ganz oder teilweise ausfüllen. Auf diese Weise wird eine besonders geeignete Anlagefläche der Strukturteile aneinander zwischen den Laschen des Blechflansches bereitgestellt. Beispielsweise können der Strukturflansch oder der weitere Strukturflansch mit den Freiräumen korrespondierende und Letztere ausfüllende Eindrückungen aufweisen. Ebenfalls ist vorteilhaft vorgesehen, dass beide Strukturteile derart geformt sind, dass sie gemeinsam Freiräume zwischen den Laschen ausfüllen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorteilhaft vorgesehen, dass der Blechflansch von seinen Längsrändern beabstandet mehrere nebeneinander angeordnete und voneinander beabstandete Eindrückungen aufweist, welche mit dem Strukturflansch verbunden sind, und welche die Verstärkungsstruktur und den ebenen Strukturflansch auf Abstand zueinander halten. Der gemäß dieser Ausführungsform durchgängige Blechflansch weist eine besonders hohe Festigkeit auf. Die geteilten Gussstege können zwischen den Eindrückungen und um deren Umfang herum verlaufen, weil die Eindrückungen einen Abstand zwischen dem ebenen Strukturflansch und der Verstärkungsstruktur bzw. den durch sie ausgebildeten geteilten Gussstegen schaffen. Dies erhöht weiter die Festigkeit des Blechflansches.
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In diesem Zusammenhang ist besonders vorteilhaft vorgesehen, dass ein Isolator die Verstärkungsstruktur bzw. die durch sie ausgebildeten geteilten Gussstege und den Strukturflansch miteinander verbindet. Der Isolator kann insbesondere dort zwischen der Verstärkungsstruktur und dem Strukturflansch angeordnet sein, wo diese durch die Eindrückungen in dem Blechflansch auf Abstand gehalten werden. Der Isolator, beispielsweise eine Dichtungsmasse, kann das Strukturteil und die Verstärkungsstruktur vor Korrosion schützen, wenn diese aus unterschiedlichen Materialien bestehen, z. B. das Strukturteil aus Stahl und die Verstärkungsstruktur aus Aluminium.
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Bei dem erfindungsgemäßen Leichtbauteil und seinen Ausführungsformen können der Blecheinleger und das Strukturteil besonders vorteilhaft durch wenigstens ein mechanisches Befestigungsmittel oder wenigstens eine Schweißung miteinander verbunden sein. Schweißungen sind bevorzugt, wenn der Blecheinleger und das Strukturteil sowie eventuell das weitere Strukturteil aus dem gleichen Material, z. B. Stahl, bestehen. Mechanische Befestigungsmittel, z. B. Niete oder Schrauben, können auch bei unterschiedlichen Materialpaarungen eingesetzt werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Verstärkungsstruktur, z. B. im Bereich einer durch sie ausgebildeten Rippe oder Wabe, und das Strukturteil zusätzlich durch einen Klebstoff miteinander verbunden sind. Somit sind in einem Bereich der Blecheinleger und das Strukturteil, z. B. durch mehrere Niete, sowie in einem anderen Bereich die Verstärkungsstruktur und das Strukturteil durch einen Klebstoff miteinander verbunden, wodurch alle Elemente des Leichtbauteils (Blecheinleger, Verstärkungsstruktur und Strukturteil) eine besonders verbindungsfeste und haltbare Einheit bilden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorteilhaft vorgesehen, dass der Blecheinleger und das Strukturteil aus Stahl bestehen. Das weitere Strukturteil und die Verstärkungsstruktur bestehen aus dem gleichen Leichtmetallwerkstoff. Der Strukturflansch ist mit den Laschen verschweißt und die mehreren, voneinander beabstandeten Gussstege sind mit dem weiteren Strukturflansch verschweißt. Diese Ausführungsform leistet einen Beitrag, dass obwohl die einzelnen Komponenten des Leichtbauteils aus unterschiedlichen Materialien bestehen, dennoch ausschließlich gleiche Materialien miteinander verschweißt werden können. Dabei liegen die Laschen des Blechflansches an dem Strukturflansch und die geteilten Gussstege der Verstärkungsstruktur an dem weiteren Strukturflansch an. Die Flansche und Gussstege verlaufen parallel zueinander, sodass die Laschen und der weitere Strukturflansch sowie die Gussstege und der Strukturflansch jeweils durch einen Spalt voneinander getrennt sind. In diesem Zusammenhang ist besonders vorteilhaft vorgesehen, dass die Laschen mit dem weiteren Strukturflansch und die Gussstege mit dem Strukturflansch durch Isolatoren verbunden sind. Die Isolatoren sind besonders bevorzugt in den vorstehend beschriebenen Spalten angeordnet und leisten einen Beitrag zur Isolierung der unterschiedlichen Materialien der einzelnen Komponenten des Leichtbauteils.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorteilhaft vorgesehen, dass der Blecheinleger und das Strukturteil aus Stahl bestehen und in Bereichen miteinander verschweißt sind, in denen voneinander beabstandete Gussstege die dem Strukturteil abgewandte Seite des Blecheinlegers nicht bedecken. Der Blecheinleger und das Strukturteil liegen im Bereich ihrer Verbindung aneinander an. Auf der dem Strukturteil abgewandten Seite des Blecheinlegers befinden sich die mehreren, voneinander beabstandeten Gussstege. Mittels Schweißungen wird das Strukturteil im Bereich von Freiräumen zwischen den geteilten Gussstegen mit dem Blecheinleger verbunden. Bei kleinen Freiräumen, welche für herkömmliche Schweißmittel nur schwer oder gar nicht zugänglich sind, werden bevorzugt Laserschweißnähte vorgesehen. Sind die Freiräume groß genug, so können auch herkömmliche Schweißungen vorgesehen werden. Diese Ausführungsform bietet insbesondere den Vorteil, dass das Strukturteil örtlich besonders flexibel mit dem Blecheinleger verbunden werden kann, ohne dass randseitige Flansche vorgesehen sein müssen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Leichtbauteil nach Anspruch 16, welches die eingangs genannten Merkmale aufweist, ist weiterhin vorgesehen, dass der Blecheinleger und das Strukturteil durch eine Laserschweißnaht in Bereichen miteinander verbunden sind, in denen einer der Gussstege die dem Strukturteil abgewandte Seite des Blecheinlegers bedeckt. Somit muss gemäß diesem erfindungsgemäßen Leichtbauteil keine Rücksicht auf die Lage des wenigstens einen Gussstegs genommen werden. Ermöglicht wird dies dadurch, dass beim Laserschweißen die Schweißparameter derart gewählt werden können, dass direkt aneinander liegende Bauteile (in diesem Fall der Blecheinleger und das Strukturteil) miteinander gefügt werden können, ohne dass ein an einem der anderen Bauteile anliegendes drittes Bauteil (in diesem Fall einer der durch die Verstärkungsstruktur ausgebildeten Gussstege) ebenfalls gefügt wird.
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Als vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Leichtbauteils nach Anspruch 1 ist weiterhin vorgesehen, dass das Strukturteil einseitig an dem Blecheinleger anliegt und auf seiner dem Blecheinleger abgewandten Seite teilweise von Gussstegen bedeckt ist, wobei der Blecheinleger und das Strukturteil in Bereichen miteinander verbunden sind, in denen das Strukturteil nicht von Gussstegen bedeckt ist. Das Strukturteil ist sandwichartig zwischen dem Bleicheinleger und den mehreren, voneinander beabstandeten Gussstegen der Verstärkungsstruktur angeordnet. In den Freiräumen zwischen den Gussstegen sind der Blecheinleger und das Strukturteil miteinander verbunden. Das Verbinden, z. B. durch Schweißungen oder mittels mechanischer Befestigungsmittel, kann dabei vor oder nach dem Angießen bzw. Ansintern der Verstärkungsstruktur erfolgen. Alternativ ist auch vorgesehen, dass die Verstärkungsstruktur das Strukturteil derart umgießt, dass Letzteres zwischen dem Blecheinleger und der Verstärkungsstruktur im Sinne einer kraftschlüssigen Verbindung verklemmt ist, sodass auf Befestigungsmittel vollständig verzichtet werden kann. Besonders vorteilhaft können der Blecheinleger und das Strukturteil an ihren Kontaktflächen miteinander verklebt sein. Die beschriebene Ausführungsform ist besonders vorteilhaft in Zusammenhang mit der Verbindung zwischen dem Blecheinleger und einem Strukturteil, welches dem Leichtbauteil eine besonders hohe Steifigkeit und Stabilität verleiht. In diesem Zusammenhang ist besonders vorteilhaft vorgesehen, dass das Strukturteil ein Flachprofil ist oder einen u-förmigen Querschnitt aufweist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß Anspruch 17 zur Herstellung eines Leichtbauteils mit den eingangs genannten Merkmalen umfasst die Schritte:
- a) Einlegen des Blecheinlegers in einen Formhohlraum eines Gusswerkzeugs,
- b) Füllen von nicht durch den Blecheinleger eingenommenem Formhohlraum mit gießfähigem bzw. sinterfähigem Leichtmetallwerkstoff zur Ausbildung der Verstärkungsstruktur unter Ausbildung von Gussstegen auf dem Blecheinleger,
- c) Verdrängen von auf dem Blechflansch befindlichem, einen Gusssteg ausbildenden Leichtmetallwerkstoff vor dessen Erstarrung durch einen Schieber des Gusswerkzeugs und
- d) Verbinden des Blecheinlegers mit dem Strukturteil im Bereich des Blecheinlegers, in welchem Leichtmetallwerkstoff verdrängt worden ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren schafft in Schritt c) die Voraussetzungen, dass ein sich auf dem Blecheinleger ausbildender Gusssteg vor seiner Erstarrung von der Oberfläche des Blecheinlegers verdrängt wird und somit einer Verbindung des Blecheinlegers mit dem Strukturteil nicht mehr hinderlich ist. Ein Schieber ist dabei ein Teil des Gusswerkzeugs, welcher relativ zu dem übrigen Gusswerkzeug beweglich ist und einen Teil einer den Formhohlraum begrenzenden Innenfläche des Gusswerkzeugs bildet. Der Schieber ist derart angeordnet, dass er dort auf den Blecheinleger gedrückt werden kann, wo Letzterer mit dem Strukturteil verbunden werden soll. Nach Erstarrung des Gusswerkzeugs kann der Schieber bevorzugt auch wieder von dem Blecheinleger weg bewegt werden. Es ist nicht notwendig, dass alle sich ausbildenden Gussstege von der Oberfläche des Blecheinlegers verdrängt werden, sondern nur der Gusssteg oder die Gussstege, welche sich in Bereichen ausbilden, in welchen der Blecheinleger mit dem Strukturteil verbunden werden soll.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt:
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1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Leichtbauteils gemäß Anspruch 1 mit Blechlaschen und einem Strukturflansch,
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2 einen Schnitt durch das Leichtbauteil nach 1 gemäß Schnittführung A-A,
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3 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Leichtbauteils gemäß Anspruch 1 mit einer an ein Strukturteil geklebten Verstärkungsstruktur,
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4 einen Schnitt durch das Leichtbauteil nach 3 gemäß Schnittführung B-B,
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5 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Leichtbauteils gemäß Anspruch 1 mit zwei Strukturteilen,
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6 einen Schnitt durch das Leichtbauteil nach 5 gemäß Schnittführung C-C,
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7 einen Schnitt durch das Leichtbauteil nach 5 gemäß Schnittführung D-D,
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8 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Leichtbauteils gemäß Anspruch 1 mit Isolatoren,
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9 einen Schnitt durch das Leichtbauteil nach 8 gemäß Schnittführung E-E,
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10 einen Schnitt durch das Leichtbauteil nach 8 gemäß Schnittführung F-F,
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11 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Leichtbauteils gemäß Anspruch 16 mit einer durchgehenden Laserschweißnaht,
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12 eine Seitenansicht des Leichtbauteils nach 11,
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13 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Leichtbauteils gemäß Anspruch 1 mit mehreren Laserschweißnähten,
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14 eine Seitenansicht des Leichtbauteils nach 13,
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15 eine weitere perspektivische Ansicht des Leichtbauteils nach 13,
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16 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Leichtbauteils gemäß Anspruch 1 mit mehreren Punktschweißungen,
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17 eine Seitenansicht des Leichtbauteils nach 16,
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18 eine weitere perspektivische Ansicht des Leichtbauteils nach 16,
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19 eine perspektivische Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Leichtbauteils gemäß Anspruch 1 mit Eindrückungen im Blechflansch,
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20 einen Schnitt durch das Leichtbauteil nach 19 gemäß Schnittführung G-G,
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21 einen Schnitt durch das Leichtbauteil nach 19 gemäß Schnittführung H-H,
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22 eine perspektivische Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Leichtbauteils gemäß Anspruch 1 mit einem Strukturteil als Flachprofil,
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23 einen Schnitt durch das Leichtbauteil nach 22 gemäß Schnittführung I-I,
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24 eine perspektivische Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Leichtbauteils gemäß Anspruch 1 mit einem u-förmigen Strukturteil und
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25 einen Schnitt durch das Leichtbauteil nach 24 gemäß Schnittführung J-J.
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Die 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines zu einer Symmetrieachse S symmetrischen erfindungsgemäßen Leichtbauteils 1 gemäß Anspruch 1. Das Leichtbauteil 1 umfasst einen Blecheinleger 2 aus einem Tiefziehstahl, eine gegossene Verstärkungsstruktur 3 aus einem Aluminiumwerkstoff und ein Strukturteil 4 aus einem Tiefziehstahl. Das Leichtbauteil 1 ist in diesem Beispiel ein Karosserieteil eines Automobils. Der Blecheinleger 2 weist ein offenes, im Wesentlichen U-förmiges Querschnittsprofil auf, welches eine Basis 2 B und zwei an gegenüberliegenden Enden (bzw. Rändern) der Basis ansetzende Schenkel 2 S umfasst. Die Schenkel 2 S verlaufen dabei annähernd senkrecht zu der Basis 2 S. Die Verstärkungsstruktur 3 ist lokal an den Blecheinleger 2 angegossen und dadurch mit Letzterem verbunden. Die Verstärkungsstruktur 3 weist mehrere Verstärkungsrippen 3 a auf, welche zwischen den Schenkeln 2 S des Blecheinlegers 2 angeordnet sind, d. h. sich zwischen diesen erstrecken, und den Blecheinleger insbesondere vor lokalem Ausbeulen schützen. Weiterhin ist die Verstärkungsstruktur 3 bereichsweise an die Innenseiten der Schenkel 2 S angegossen.
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Zwei randseitige Blechflansche 2 F des Blecheinlegers 2 1 schließen sich in einem Winkel von etwa 90° an die Schenkel 2 S des Blecheinlegers 2 an und bilden zwei äußere Abschlüsse des Leichtbauteils 1. Durch die Symmetrie des Leichtbauteils 1 sind auch die Blechflansche 2 F symmetrisch, weswegen im Folgenden lediglich auf einen Blechflansch 2 F Bezug genommen wird, wobei im Folgenden gemachte Ausführungen jedoch sinngemäß für beide Blechflansche 2 F gelten. Der Blechflansch 2 F umfasst eine Mehrzahl an nebeneinander angeordneten und voneinander beabstandeten Laschen 2 L . Zwischen den Laschen 2 L weist der Blechflansch 2 F eine geringere Breite auf und bildet buchtenartige Freiräume 8 aus.
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Die Verstärkungsstruktur 3 bildet mehrere voneinander beabstandete Gussstege 3 G aus, welche den Blechflansch 2 F zwischen den Laschen 2 L bedecken. Die Laschen 2 L erstrecken sich zwischen den Gussstegen 3 G randseitig über diese hinaus. Die Gussstege 3 G sind überall dort ausgebildet, wo zur Herstellung des Leichtbauteils 1 ein Anguss bzw. Steiger vorgesehen war, welche jeweils einen gemeinsamen, bereits abgetrennten Gusssteg verursacht haben. Die gemeinsamen Gussstege haben sich in die in 1 dargestellten Gussstege 3 G aufgeteilt.
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Das Strukturteil 4 bildet randseitig zwei Strukturflansche 4 F aus, welche zu den Gussstegen 3 G passende Eindrückungen E aufweisen und die gleiche Breite wie die Blechflansche 2 F aufweisen. Die Strukturflansche 4 F liegen mit den inneren Oberflächen der Eindrückungen E auf den Gussstegen 3 G und mit ihrem äußeren Rand auf den Laschen 2 L auf. Die Strukturflansche 4 F sind mit den Laschen 2 L zwischen den Gussstegen 3 G durch mehrere Niete 5 verbunden.
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Die 3 und 4 zeigen ein dem Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2 ähnliches Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leichtbauteils gemäß Anspruch 1, wobei zusätzlich eine Verstärkungsrippe 3 a der Verstärkungsstruktur 3 mit einem Strukturteil 4 durch einen Klebstoff 6 verbunden ist.
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Die 5 bis 7 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leichtbauteils 1 gemäß Anspruch 1. Ein im Wesentlichen u-förmiges Strukturteil 4 in Form eines Schließblechs aus einem Tiefziehstahl bildet randseitig zwei Strukturflansche 4 F aus. Die Strukturflansche 4 F weisen Eindrückungen 4 E auf, welche zu den zwischen den Laschen 2 L des Blecheinlegers 2 aus einem Tiefziehstahl vorliegenden Freiräumen 8 passen und diese teilweise ausfüllen. Das Strukturteil 4 liegt mit den Oberseiten seiner Strukturflansche 4 F auf den Laschen 2 L und im Bereich der Freiräume 8 mit den Außenseiten seiner Eindrückungen 4 E auf den weiteren Strukturflanschen 7 F des weiteren Strukturteils 7 aus Tiefziehstahl auf. Das weitere, im Wesentlichen u-förmige Strukturteil 7 in Form eines Schließblechs bildet randseitig zwei weitere Strukturflansche 7 F aus, deren Oberseiten flach an den Unterseiten der Laschen 2 L und an den Außenseiten der Eindrückungen 4 E des Strukturflansches 4 F anliegen. Der Strukturflansch 4 F ist zwischen den Laschen 2 L im Bereich seiner Eindrückungen 4 E mit dem weiteren Strukturflansch 7 F verschweißt. Außerhalb der Eindrückungen 4 E sind die Laschen 2 L des Blecheinlegers 2 mit dem Strukturflansch 4 F und dem weiteren Strukturflansch 7 F verschweißt.
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Die 8 bis 10 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leichtbauteils 1 gemäß Anspruch 1 mit zwei Strukturteilen 4, 7 in Form von Schließblechen. Die Strukturflansche 4F, 7F der Strukturteile 4, 7 sind durchgehend eben ausgebildet. Das in den 8 bis 10 unten dargestellte Strukturteil 4 aus einem Tiefziehstahl liegt mit den Oberseiten seiner Strukturflansche 4 F an den Laschen 2 L. eines Blecheinlegers 2 aus einem Tiefziehstahl an und ist mit diesen verschweißt. Das in den 8 bis 10 oben dargestellte weitere Strukturteil 7 aus einem Aluminiumwerkstoff liegt mit den Oberseiten seiner Strukturflansche 7 F an den Gussstegen 3 G der Verstärkungsstruktur 3 aus einem Aluminiumwerkstoff an und ist mit diesen verschweißt. Die Strukturflansche 4 F, 7 F und Gussstege 3 G verlaufen parallel zueinander. Zwischen den Laschen 2 L und dem weiteren Strukturflansch 7 F sowie zwischen den Gussstegen 3 G und dem Strukturflansch 4 F liegt jeweils ein Spalt. In den jeweiligen Spalten sind die Laschen 2 L mit dem weiteren Strukturflansch 7 F und die Gussstege 3 G mit dem Strukturflansch 4 F durch Isolatoren 9 verbunden.
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Die 11 und 12 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leichtbauteils 1 gemäß Anspruch 16. Das Leichtbauteil 1 weist einen ein offenes Querschnittsprofil aufweisenden Blecheinleger 2 aus Stahl auf, an welchen eine Verstärkungsstruktur 3 aus einem Aluminiumwerkstoff angegossen ist. Ein im Querschnitt L-förmiges Strukturteil 4 aus Stahl ist durch eine Laserschweißnaht 10 mit dem Blecheinleger 2 verbunden. Die dem Strukturteil 4 abgewandte Seite des Blecheinlegers 2 ist im Bereich der Laserschweißnaht 10 von einem durch die Verstärkungsstruktur 3 ausgebildeten Gusssteg 30 bedeckt.
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Die 13 bis 15 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leichtbauteils 1 gemäß Anspruch 1 mit mehreren Laserschweißnähten 10. Das Leichtbauteil 1 weist einen ein offenes Querschnittsprofil aufweisenden Blecheinleger 2 aus Stahl auf, an welchen eine Verstärkungsstruktur 3 aus Aluminium angegossen ist. Durch die Verstärkungsstruktur 3 ausgebildete Gussstege 30 sind auf der Höhe der Laserschweißnähte 10 in mehrere, voneinander beabstandete Gussstege 3 G aufgeteilt. Die Laserschweißnähte 10 verlaufen jeweils zwischen den geteilten Gussstegen 3 G und verbinden den Blecheinleger 2 mit dem Strukturteil 4 aus Stahl.
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Das durch die 16 bis 18 gezeigte weitere Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Leichtbauteils 1 nach Anspruch 1 unterscheidet sich von dem durch die 13 bis 15 dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch, dass anstatt der Laserschweißnähte mehrere Punktschweißungen 11 den Blecheinleger 2 mit dem Strukturteil 4 verbinden. Dies ist deshalb möglich, weil die zwischen den Gussstegen 3 G liegenden Freiräume groß genug für entsprechende Schweißwerkzeuge SW sind.
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Bei dem durch die 19 bis 21 dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leichtbauteils 1 gemäß Anspruch 1 weist der Blechflansch 2 F eines Blecheinlegers 2 aus Stahl von seinen Längsrändern beabstandet mehrere nebeneinander angeordnete und voneinander beabstandete Eindrückungen 12 auf, welche mit dem Strukturflansch 4 F eines Strukturteils 4 aus Stahl verschweißt sind. Die Eindrückungen 12 sorgen für einen Spalt 13 zwischen den durch die Verstärkungsstruktur 3 aus einem Aluminiumwerkstoff ausgebildeten Gussstegen 3 G und dem ebenen Strukturflansch 4 F. Ein Isolator 9 in dem Spalt 13 verbindet die Verstärkungsstruktur 3 und den Strukturflansch 4 F miteinander.
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Die 22 und 23 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leichtbauteils gemäß Anspruch 1. Das Strukturteil 4 in Form eines Flachprofils liegt einseitig an der Innenseite der Basis 2 B des Blecheinlegers 2 an und ist auf seiner der Basis 2 B abgewandten Seite teilweise von Gussstegen 3 G bedeckt. Das Strukturteil 4 ist somit teilweise von der Verstärkungsstruktur 3 umgossen und durch die Basis 2 B des Blecheinlegers 2 und die Gussstege 3 G im Sinne einer kraftschlüssigen Verbindung verklemmt. Der Blecheinleger 2 und das Strukturteil 4 sind in Bereichen miteinander verbunden, in denen das Strukturteil 4 nicht von Gussstegen 3 G bedeckt ist, also zwischen den einzelnen Gussstegen 3 G. Die Verbindung kann beispielsweise durch eine Punktschweißung oder eine Laserschweißung ausgeführt sein. Zusätzlich können der Blecheinleger 2 und das Strukturteil 4 an ihren Kontaktflächen geklebt sein.
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Das durch die 24 und 25 gezeigte weitere Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Leichtbauteils 1 nach Anspruch 1 unterscheidet sich von dem durch die 22 und 23 dargestellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dadurch, dass das Strukturteil 4 im Querschnitt u-förmig ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10153712 C1 [0006, 0006]
- DE 102006043853 B3 [0007, 0007]
- DE 19616959 A1 [0008]
