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Die Erfindung betrifft ein Strukturbauteil für eine Kraftfahrzeugkarosserie gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils, insbesondere eines Strukturbauteils für eine Kraftfahrzeugkarosserie, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9.
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Beim Gießen von Bauteilen bilden sich in Teilungsebenen der Gießformen so genannte Grate. Diese Grate sind in Abhängigkeit des eingesetzten Materials unter hohen Kosten, auch hinsichtlich des entsprechenden Arbeitsaufwands, zu entfernen. Des Weiteren können bei der Entfernung Kerben entstehen, die zu Rissen des Bauteils führen können.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 32 25 737 A1 geht ein Verfahren für Gussbauteile hervor, wobei im Bereich eines sich üblicherweise einstellenden Grates ein definierter Grat ausgebildet wird, welcher nach dem Gießprozess entfernt wird.
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Der Offenlegungsschrift
DE 10 2005 061 893 A1 ist ein im Gießverfahren hergestelltes Strukturbauteil für eine Kraftfahrzeugkarosserie zu entnehmen, welches einen abtrennbaren Flansch und ein abtrennbares Speiseranformteil aufweist, wobei eine Werkzeugtrennung der Gießwerkzeuge im Bereich des Flansches und des Speiseranformteils angeordnet ist. Dadurch kann ein Entgraten des Strukturbauteils entfallen.
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Ebenso löst die Patentschrift
US 9,108,681 B1 das Entgratungsproblem eines Gussbauteils in Form eines Rahmenbauteils einer Kraftfahrzeugkarosserie durch die Anbringung der Werkzeugtrennung im Bereich der Speiserformteile.
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Aus der Gebrauchsmusterschrift
DE 20 2013 100 971 U1 ist ein Strukturbauteil für eine Kraftfahrzeugkarosserie in Form eines Außenverkleidungsbauteils bekannt, wobei zur Reduzierung einer möglichen Korrosion eine Werkzeugtrennung in einen mit Hilfe einer Abstimmnocke ausgebildeten Bereich gesetzt wird. Dadurch wird eine Berührung zweier Karosseriebauteile im kritischen Bereich des Grates vermieden.
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Grundsätzlich besitzt ein im Gießverfahren, insbesondere in einem Druckgussverfahren hergestelltes Strukturbauteil bereits aufgrund seines Herstellungsverfahrens Bereiche mit unterschiedlich großen Spannungen, die im Herstellungsprozess und/oder Abkühlungsprozess entstehen. Problematisch ist es, wenn beim Einsatz des Strukturbauteils an den insbesondere spannungsreichen Bereichen und an den ihnen angrenzenden spannungsgemäßigten Bereichen hohe Belastungen, das heißt hohe mechanische und/oder thermische Belastungen auftreten. Dann kann bspw. eine in einem späteren Verfahren durchgeführte Gratentfernung zu einer Rissbildung führen, sofern bspw. während der Gratentfernung Kerben in das Strukturbauteil eingebracht wurden.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Strukturbauteil für eine Kraftfahrzeugkarosserie anzugeben. Die weitere Aufgabe ist die Angabe eines alternativen Verfahrens zur Herstellung eines Strukturbauteils.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Strukturbauteil für eine Kraftfahrzeugkarosserie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die weitere Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nichttrivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Ein erfindungsgemäßes Strukturbauteil für eine Kraftfahrzeugkarosserie ist mit Hilfe eines eine Werkzeugtrennung aufweisenden Werkzeugs hergestellt und weist einen im Bereich einer Werkzeugtrennung ausgebildeten Grat auf. Das Strukturbauteil besitzt spannungsreiche Bereiche, spannungsgemäßigte Bereiche und spannungsarme Bereiche. Erfindungsgemäß ist der Grat in einem spannungsarmen Bereich und/oder in einem spannungsgemäßigten Bereich des Strukturbauteils ausgebildet.
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Die Ausbildung des Grates in spannungsarmen Bereichen und/oder spannungsgemäßigten Bereichen des Strukturbauteils führt zu einer Reduzierung, insbesondere zu einer Vermeidung der Rissbildung. Dies ist darin zu begründen, dass bei der Entfernung des Grates möglicherweise Kerben in Bereichen mit gemäßigten bzw. niedrigen Spannungen ausgebildet werden, die nicht zu einer Rissbildung führen.
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Auch kann bei einer Nachbearbeitung diese relativ kostengünstig erfolgen, da ein möglicherweise nicht ganz vollständig entfernter Grat keine Beeinträchtigung der Festigkeit des Strukturbauteils zur Folge hat.
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Insgesamt ergibt sich eine Steigerung der Betriebsfestigkeit bei einem reduzierten Bauteilgewicht, insbesondere sofern das Strukturbauteil aus einem Aluminium aufweisenden Werkstoff, und insbesondere in einem Druckgussverfahren hergestellt ist.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Strukturbauteils ist der Grat an einer Bauteilaußenseitenfläche ausgebildet. Der Vorteil ist eine einfache Zugänglichkeit des Grates bei seiner Entfernung.
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Sofern der Grat von einer Grundfläche des Strukturbauteils beabstandet ausgebildet ist, welche üblicherweise in der Werkzeugtrennebene liegt, besteht die Möglichkeit an der Grundfläche gussfallende, saubere Radien zu erhalten, die die Betriebsfestigkeit wesentlich steigern. Das heißt mit anderen Worten, es entstehen an der Grundfläche keine Kanten, insbesondere scharfe Kanten, mehr, sondern die Grundfläche weist im Wesentlichen abgerundete Kanten auf oder ist abgerundet ausgebildet. Eine Verletzung einer so genannten Gusshaut wird vermieden.
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Vorteilhaft ist der Grat mit Hilfe eines Schneidverfahrens, insbesondere eines Stanzverfahrens, entfernbar, da dies ein kostengünstiges Verfahren darstellt.
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Die Ausbildung des erfindungsgemäßen Strukturbauteils in Form eines Montageträgers einer Luftleitvorrichtung der Kraftfahrzeugkarosserie führt zu einem betriebsfesten und betriebssicheren Montageträger. Im Betrieb der Luftleitvorrichtung wirkt durch eine häufige Änderung einer Position der Luftleitvorrichtung, mit anderen Worten durch die Verstellung des Heckflügels, eine Wechselbelastung auf den Montageträger, welcher, da er als erfindungsgemäßes Strukturbauteils ausgebildet ist, eine erhöhte Belastbarkeit aufweist.
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Der zweite Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils, wobei das Strukturbauteil in einem Gießverfahren mit einem eine Werkzeugtrennebene aufweisenden Werkzeug hergestellt wird. Erfindungsgemäß ist die Werkzeugtrennebene so ausgebildet, dass ein sich im Gießprozess in der Werkzeugtrennebene ausbildender Grat des Strukturbauteils in einem spannungsgemäßigten Bereich und/oder in einem spannungsarmen Bereich des Strukturbauteils ausgebildet wird. Das heißt mit anderen Worten, dass die Werkzeugtrennebene des zur Herstellung des Strukturbauteils ausgestalteten Werkzeugs in Bereiche des herzustellenden Strukturbauteils gelegt wird, die spannungsgemäßigt und/oder spannungsarm sind.
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Der Vorteil ist insbesondere bei einer sich an das Gießverfahren und Entformen anschließenden Gratentfernung, die bevorzugt mit einem Schneidverfahren, insbesondere mit Stanzen, ausgeführt wird, die Möglichkeit einen nicht ganz vollständig entfernten Grat bestehen zu lassen, wodurch sich die durch die Gratentfernung anfallenden Nachbearbeitungskosten reduzieren können.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Gleichen oder funktionsgleichen Elementen sind identische Bezugszeichen zugeordnet. Es zeigen:
- 1 in einer perspektivischen Darstellung eine Kraftfahrzeugkarosserie mit einem erfindungsgemäßen Strukturbauteil,
- 2 in einer Draufsicht die Kraftfahrzeugkarosserie gem. 1,
- 3 in einer Draufsicht das Strukturbauteil in einem Spannungsbild,
- 4 eine Detailansicht IV des Strukturbauteils gem. 3,
- 5 in einer schematischen Darstellung das Strukturbauteil gem. dem Stand der Technik, und
- 6 in einer schematischen Darstellung das erfindungsgemäße Strukturbauteil.
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Eine gemäß der 1 und 2 ausgebildete Kraftfahrzeugkarosserie 1 umfasst ein in einem Heckbereich 2 angeordnetes erfindungsgemäßes Strukturbauteil 3. Das Strukturbauteil 3 ist in Form eines Montageträgers für eine Luftleitvorrichtung 4 in Form eines verstellbaren Heckflügels ausgebildet. Jedoch kann es sich bei dem erfindungsgemäßen Strukturbauteil 3 ebenso um andere Strukturbauteile der Kraftfahrzeugkarosserie 1 handeln. Das beispielhafte Strukturbauteil 3 ist in der Kraftfahrzeugkarosserie 1 von außen nicht sichtbar aufgenommen. Es ist somit als Nichtsichtbauteil ausgeführt.
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Im Heckbereich 2 weist die Kraftfahrzeugkarosserie 1 eine Heckscheibe 5, eine Heckhaube 6, welche die Heckscheibe 5 aufnehmend ausgebildet ist, sowie einen integrierten Stoßfänger 7 auf, die zwischen Seitenwänden 8 der Kraftfahrzeugkarosserie 1 angeordnet sind. Die Heckhaube 6 weist eine Öffnung 9 auf, in der der Heckflügel 4 angeordnet ist.
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Das in Form des Montageträgers für die Luftleitvorrichtung 4 ausgebildete Strukturbauteil 3 besitzt eine erste Aufnahmeöffnung 10 und eine zweite Aufnahmeöffnung 11, s. insbesondere 3, zur Luftzufuhr einer nicht näher dargestellten Verbrennungskraftmaschine, welche im Heckbereich 2 der Kraftfahrzeugkarosserie 1 positioniert wird.
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Des Weiteren weist das Strukturbauteil 3 eine dritte Aufnahmeöffnung 12 und eine vierte Aufnahmeöffnung 13 auf, die jeweils der Aufnahme eines nicht näher dargestellten Linearstellers des Heckflügels 4 dienen. Die dritte Aufnahmeöffnung 12 und die vierte Aufnahmeöffnung 13 befinden sich jeweils in einem Randbereich 23 des Strukturbauteils 3.
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Das Strukturbauteil 3 ist in 3 als Spannungsbild illustriert. Das heißt mit anderen Worten, dass im Rahmen der Formgebung und Bearbeitung die dem Strukturbauteil 3 inhärenten Spannungen dargestellt sind, wobei den Spannungen in Abhängigkeit ihres Wertes unterschiedliche Markierungen zugeordnet sind. Die Bereiche mit einer dichten Punktierung kennzeichnen Bereiche mit hohen Spannungen, somit spannungsreiche Bereiche 14, die Bereiche mit einer schwachen Punktierdichte kennzeichnen Bereiche mit niedrigen Spannungen, somit spannungsarme Bereiche 15 und die Bereiche mit einer mittleren Punktierdichte kennzeichnen Bereiche mit einer gemäßigten Spannung, somit spannungsgemäßigte Bereiche 16, welche in ihren Werten zwischen den Werten der spannungsreichen Bereiche und der spannungsarmen Bereiche liegt.
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Es zeigen sich die spannungsreichen Bereiche 14 in der Draufsicht an der dritten Aufnahmeöffnung 12 und der vierten Aufnahmeöffnung 13. Die Detailansicht IV, deren Illustration 4 ist, gewährt einen perspektivischen Blick aus der vierten Aufnahmeöffnung 13 in Richtung einer Außenrahmenfläche 17 des Strukturbauteils 3. Insbesondere in einem Innenrandbereich 18 der vierten Aufnahmeöffnung 13 ausgehend von einer Grundfläche 19 des Strukturbauteils 3 sowie an der Außenrahmenfläche 17 sind spannungsreiche Bereiche 14 erkennbar. Ebenso sind in Bereichen mit einer Richtungsänderung einer Erstreckung des Strukturbauteils 3, wie dies bspw. beim Druckguss oder Tiefziehen üblicherweise auftritt, spannungsreiche Bereiche 14 ausgebildet.
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Das Strukturbauteil 3 wird üblicherweise als Gussbauteil oder als Druckgussbauteil hergestellt. Ebenso könnte es auch als Stanzbauteil ausgeführt sein. Den diesen Bauteilen zugrundeliegenden Herstellungsverfahren ist die Ausbildung eines so genannten Grates 20 zu eigen, wie er in den schematischen Darstellungen der 5 und 6 illustriert ist. Der Grat 20 resultiert aus einer nicht näher dargestellten Werkzeugtrennung des nicht näher dargestellten Werkzeugs. Infolge der Werkzeugtrennung wird an einer der Werkzeugtrennung zugeordneten Werkzeugtrennebene der Grat 20 ausgebildet. Das als Ausführungsbeispiel beschriebene Strukturbauteil 3 ist in einem Druckgussverfahren als Aluminiumdruckgussbauteil hergestellt.
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In 5 ist das Strukturbauteil 3 gemäß dem Stand der Technik illustriert. Der Grat 20 ist an der Grundfläche 19 des Strukturbauteils 3 in einem spannungsreichen Bereich 14 ausgebildet. Das Entfernen des Grates 20 entlang einer Trennlinie 21 kann Kerben in diesem Bereich verursachen, die zu Kerbrissen, mit anderen Worten Rissen, führen können.
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Das erfindungsgemäße Strukturbauteil 3 weist den Grat 20 in einem spannungsgemäßigten Bereich 16 auf, wodurch eine Kerbrissbildung vermieden ist. In einem nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Grat 20, somit die Werkzeugtrennung in einem spannungsarmen Bereich 15 ausgebildet, derart, dass eine Kerbrissbildung ebenfalls vermieden wird. Eine eindeutige Abgrenzung der Bereiche 14, 15, 16 ist nicht möglich. Somit weist in diesem Zusammenhang der spannungsarme Bereich 15 auch geringfügig Anteile des spannungsgemäßigten Bereiches 16 auf. Ebenso weist der spannungsgemäßigte Bereich 16 geringfügig Anteile des spannungsreichen Bereichs 14 auf.
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Zur Ermittlung der Bereiche 14, 15, 16 ist es angebracht die im Strukturbauteil 3 auftretenden Spannungen mit Hilfe eines Simulationsprogrammes kostengünstig zu ermitteln. Anhand von Spannungsbildern, die die im Strukturbauteil 3 vorliegenden und unter Belastung entstehenden Spannungen aufzeigen, kann die Werkzeugtrennebene der Werkzeugtrennung so ermittelt werden, dass die Werkzeugtrennebene in einen bevorzugt spannungsarmen Bereich 15 und/oder spannungsgemäßigten Bereich 16 des Strukturbauteils 3 gelegt wird.
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Bevorzugt ist das Werkzeug so auszubilden, dass die Werkzeugtrennfläche zu einer Bildung des Grates 20 an einer Bauteilaußenseitenfläche 22 führt. Ebenso ist es vorteilhaft die Werkzeugtrennfläche so zu legen, dass die Bildung des Grates 20 beabstandet von der Grundfläche 19 erfolgten kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3225737 A1 [0003]
- DE 102005061893 A1 [0004]
- US 9108681 B1 [0005]
- DE 202013100971 U1 [0006]
