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Die Erfindung betrifft ein Strukturelement für einen Kraftwagenrohbau sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Strukturelements gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 beziehungsweise 7.
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Die Diversifikation jeweiliger Fahrzeuge einer Fahrzeugbaureihe sowie die Notwendigkeit, die Herstellung eines jeweiligen Kraftwagenrohbaus möglichst kosteneffizient herzustellen, haben in den vergangenen Jahren zur Schaffung von Baukastensystemen geführt, bei welchen verschiedene Strukturelemente des Kraftwagenrohbaus wie beispielsweise entsprechende Träger einerseits möglichst standardisiert sind, andererseits jedoch baureihenübergreifend zum Einsatz kommen können. Dies führt gelegentlich zu einem Zielkonflikt, da nämlich derartige Strukturbauteile einerseits beispielsweise kleinen Fahrzeugen mit geringem Fahrzeuggewicht und andererseits bei weitaus größeren Fahrzeugen mit hohem Fahrzeuggewicht möglichst standardisiert zum Einsatz kommen sollen. Bei derart standardisierten Strukturelementen besteht demzufolge momentan die Notwendigkeit, diese entweder so abzustimmen, dass sie einen guten Kompromiss für alle Fahrzeugbaureihen aufweisen oder aber - unter Erzeugung zusätzlicher Kosten - bauvariantenspezifische Änderungen vorzunehmen. Diese sind jedoch in einem Baukastensystem offensichtlicher Weise völlig kontraproduktiv.
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Ein gattungsgemäßes Strukturelement ist bereits aus der
DE 10 2015 004 299 A1 bekannt, bei welchem ein als Seitenschweller ausgebildetes Strukturelement für einen Kraftwagenrohbau in Form einer Personenkraftwagenkarosserie ein Metallprofilelement aus einem Endlos-Metallextrusionsprofil aufweist, an welchem - unter Verschließung einer zugeordneten Hohlkammer - wenigstens ein Metallverstärkungsteil in Form eines Metallblechs angebracht ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Strukturelement sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Strukturelements der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchen sich eine deutlich verbesserte Anpassbarkeit des Strukturelements beim Einsatz innerhalb unterschiedlicher Fahrzeuge beziehungsweise Fahrzeugbaureihen realisieren lässt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Strukturelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Strukturelements mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Um ein Strukturelement der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchem sich eine deutlich verbesserte Anpassbarkeit des Strukturelements beim Einsatz bei unterschiedlichen Fahrzeugtypen beziehungsweise unterschiedlichen Fahrzeugbaureihen realisieren lässt, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass an dem Metallprofilelement wenigstens ein Metallverstärkungsteil, beispielsweise eine Rippe oder dergleichen, vorgesehen ist, welches durch ein additives Fertigungsverfahren aufgebracht ist. Mit anderen Worten ist es erfindungsgemäß vorgesehen, das jeweilige Strukturelement an jeweilige, fahrzeugspezifische Eigenschaften beispielsweise beim Einsatz bei unterschiedlichen Fahrzeugen beziehungsweise Fahrzeugbaureihen anzupassen, indem das wenigstens eine Metallprofilelement durch ein additives beziehungsweise generatives Fertigungsverfahren an dem Metallprofilelement aufgebracht wird.
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Derartige, additive beziehungsweise generative Fertigungsverfahren, welche üblicherweise auch als 3D-Druckverfahren geläufig sind, haben dabei den Vorteil, dass äußerst kostengünstig eine Architekturskalierung des jeweiligen Strukturelements, also eine Anpassung des jeweiligen Strukturbauteils beispielsweise hinsichtlich des gewünschten Unfallverhaltens beziehungsweise der erforderlichen Steifigkeitseigenschaften an das jeweilige Fahrzeug, beispielsweise unter Berücksichtigung des Fahrzeuggewichts und der Fahrzeuggröße, möglich ist. Außerdem ermöglicht das nachträgliche Aufbringen des jeweiligen Verstärkungselements den Einsatz eines relativ einfachen Metallprofilteils, welches somit entsprechend gewichts- und kostengünstig hergestellt werden kann. Ein weiterer Vorteil ist es, dass auch im Zuge des Entwicklungsprozesses äußerst schnell neue Strukturelemente geschaffen beziehungsweise an jeweilige Anforderungen angepasst werden können, welche sich beispielsweise bei neuen Fahrzeugen beziehungsweise Fahrzeugbaureihen ergeben. Im Ergebnis ist somit erkennbar, dass sich das vorliegende Strukturelement in hervorragender Weise zum Einsatz bei einem Baukastensystem für einen jeweiligen Kraftwagenrohbau eignet, da somit auf äußerst einfache und kostengünstige Weise Strukturelemente geschaffen werden können, welche besonders günstig auf den jeweiligen Kraftwagenrohbau angepasst sind.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Strukturelement als Träger, insbesondere als Längsträger des Kraftwagens, ausgebildet. Die Anpassbarkeit derartiger Träger beziehungsweise Längsträger bewirkt nämlich eine besonders effiziente Verbesserung des jeweiligen Unfall- beziehungsweise Steifigkeitsverhaltens des Kraftwagens.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich überdies als vorteilhaft gezeigt, wenn das Metallprofilelement als Endlosprofilteil, insbesondere als Metallextrusionsprofilteil, ausgebildet ist. Somit können äußerst einfach hergestellte Teile als Metallprofilelemente zum Einsatz kommen, welche dann durch das Versehen mit dem Metallverstärkungsteil in einfacher Weise individuell dem jeweiligen Kraftwagenrohbau angepasst werden können. Dabei ist es prinzipiell auch denkbar, dass das jeweilige Metallprofilelement beziehungsweise Endlosprofilteil vor dem Aufbringen des Metallverstärkungsteils einem Umformprozess unterzogen wird, um beispielsweise eine bedarfsgerechte Form eines Trägers, beispielsweise eines Längsträgers oder eines Seitenschwellers, zu erreichen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das wenigstens eine Metallverstärkungsteil als sich zumindest über einen Längenbereich des Metallprofilelements erstreckende Rippe ausgebildet ist. Durch eine derartige Rippenstruktur mit einer oder mehreren Rippen lässt sich auf besonders einfache Weise eine Architekturskalierung des jeweiligen Strukturelements erreichen. Als im Rahmen der Erfindung mitumfasst ist es jedoch zu betrachten, dass auch andere dreidimensionale Metallverstärkungselemente durch das beschriebene generative Fertigungsverfahren auf das jeweilige Metallprofilelement aufgebracht sein können. Insbesondere können hierdurch entsprechende Steifigkeitseigenschaften oder Knickstellen oder dergleichen geschaffen werden, mittels welchen sich bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung entsprechende Energieabsorptions- und Deformationseigenschaften erzielen lassen.
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Das Aufbringen des jeweiligen Metallverstärkungsteils auf das Metallprofilelement kann durch unterschiedlichste additive Fertigungsverfahren erfolgen. Insbesondere vorteilhaft haben sich dabei ein additives Schweißverfahren sowie ein additives Pulvermetallurgieverfahren gezeigt. Hierdurch können jeweilige Metallverstärkungsteile, beispielsweise Rippen oder dergleichen, besonders einfach und kostengünstig sowie leicht reproduzierbar auf das jeweilige Metallprofilelement aufgebracht werden.
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Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Herstellen eines Strukturelements gemäß Patentanspruch 7. Die Vorteile dieses Verfahrens sind hierbei im Wesentlichen identisch mit denen des erfindungsgemäßen Strukturelements.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. 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.
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Perspektivansicht auf ein Strukturelement für einen Kraftwagenrohbau mit einem im Querschnitt rechteckförmigen Metallprofilelement in Form eines Trägers, an welchem eine Mehrzahl von Metallverstärkungsteilen durch ein additives Fertigungsverfahren aufgebracht sind; und
- 2 eine schematische Perspektivansicht auf ein alternativ zu 1 gestaltetes Strukturelement für einen Kraftwagenrohbau gemäß einer weiteren Ausführungsform, mit einem zum Strukturelement gemäß 1 identischen Metallprofilelement, an welchem eine Mehrzahl jeweiliger Metallverstärkungsteile durch ein additives Fertigungsverfahren in alternativer Weise zu denjenigen gemäß 1 aufgebracht sind.
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In den 1 und 2 ist jeweils in einer schematischen Perspektivansicht ein Strukturelement für einen Kraftwagenrohbau dargestellt. Im vorliegenden Fall kann dieses Strukturelement beispielsweise und insbesondere ein Träger, insbesondere ein Längsträger 1, Querträger oder Seitenschweller, sein. Bei beiden Strukturelementen beziehungsweise Längsträgern 1 kommt dabei ein identisches Metallprofilelement 3 zum Einsatz, welches insbesondere als Endlosprofilteil beispielsweise in Form eines Metallextrusionsprofils beziehungsweise Strangpressprofils ausgebildet ist. Derartige Endlosprofile beziehungsweise Strangpressprofile zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass diese äußerst kostengünstig und einfach herstellbar sind.
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Je nach Einsatz des Strukturelements beziehungsweise des Längsträgers 1 wird dieses - wie dies aus der Zusammenschau der 1 und 2 erkennbar ist - mit einer unterschiedlichen Struktur einer Mehrzahl von Metallverstärkungsteilen 2 eingesetzt, welche beispielsweise als jeweilige Rippen oder dergleichen ausgebildet sind. Diese jeweiligen Rippen 2 werden durch ein jeweiliges additives Fertigungsverfahren außenseitig auf das Metallprofilelement 3 aufgebracht. Derartige additive beziehungsweise generative Fertigungsverfahren sind allgemein auch als 3D-(Metall-)Druckverfahren bekannt, bei welchen zumeist auf der Basis von rechnerischen Datenmodellen aus formlosen oder formneutralen Materialien wie beispielsweise Metallpulvern oder Metalldrähten mittels eines entsprechenden Verfahrens, beispielsweise des Laserschmelzens, Auftragschweißens, Elektronenstrahlschmelzen oder dergleichen, das jeweilige Metallverstärkungsteil beziehungsweise die jeweilige Rippe 2 erzeugt wird.
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Der Vorteil einer derartigen Verstärkungsstruktur bestehend aus einem oder einer Mehrzahl von Metallverstärkungsteilen 2 besteht darin, dass diese Verstärkungsstruktur in einfacher Weise auf jeweilige Gegebenheiten, welche das entsprechende Strukturelement zu erfüllen hat, angepasst werden können. Hierdurch wird es ermöglicht, dass Strukturelemente innerhalb eines Baukastensystems, mittels welchem unterschiedliche Fahrzeugtypen einer Fahrzeugbaureihe oder mehrerer Fahrzeugbaureihen erzeugt werden sollen, individuell auf den jeweiligen Fahrzeugtyp beziehungsweise die jeweilige Fahrzeugbaureihe angepasst werden können. So ist es beispielsweise möglich, einen Längsträger 1 zu schaffen, welcher einerseits bei einem verhältnismäßig leichten Fahrzeug mit kleinem Motor zum Einsatz kommt, und andererseits durch eine geringe Modifikation, nämlich der Anpassung der jeweiligen Metallverstärkungsteile beziehungsweise der jeweiligen Rippen 2, das Strukturelement auf ein wesentlich größeres, schwereres und demzufolge andersartig auszulegendes Fahrzeug abzustimmen.
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Insbesondere ist dabei durch die Wahl der jeweiligen Verstärkungsstruktur beziehungsweise durch die Anordnung, Form und Größe der jeweiligen Metallverstärkungsteile 2 das Unfallverhalten des jeweiligen Strukturelements beispielsweise hinsichtlich seines Energieabsorptionsvermögens, seines Knickverhaltens, seiner Steifigkeit oder dergleichen auf einfache Weise einstellbar. Somit ist es auf einfache Weise möglich, ein jeweiliges Strukturelement 1 zu schaffen, welches in optimaler Weise - insbesondere bei einer Kollision des Kraftwagens - an die Fahrzeugumgebung angepasst ist.
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Dies ermöglicht eine optimale Architekturskalierung der jeweiligen Strukturelemente 1 für Kraftwagenrohbauten unterschiedlicher Fahrzeuge beziehungsweise Fahrzeugbaureihen. Außerdem ist es durch das additive Fertigungsverfahren aufzubringende jeweilige Metallverstärkungsstruktur möglich, jederzeit funktionale Änderungen hinsichtlich der Crasheigenschaften vorzunehmen. Hierdurch lassen sich beispielsweise auch gezielte Pulscharakteristiken einstellen, bei denen die Struktur beziehungsweise das Strukturelement in gewünschter Weise versagt. Zudem können schnell Prototypen von Strukturelementen beziehungsweise Rohbauten erzeugt werden.
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Das jeweilige Metallprofilelement 3 ist dabei vorzugsweise als relativ einfach gestaltetes Bauteil, beispielsweise als Endlosprofilteil oder als Extrusions- beziehungsweise Strangpressprofilteil ausgestaltet, welches in einfacher Weise abgelängt und gegebenenfalls vorab umgeformt, wärmebehandelt oder dergleichen bearbeitet werden kann. Durch geeignetes Aufbringen einer entsprechenden Verstärkungsstruktur beziehungsweise einer oder mehrerer Metallverstärkungsteile 2 kann dann die gewünschte Charakteristik des jeweiligen Strukturelements 1 hinsichtlich seines Unfallverhaltens beziehungsweise seiner Steifigkeit oder anderer Materialeigenschaften eingestellt werden.
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Vorzugsweise eignet sich hierbei ein Metallprofilelement 3 aus einer Aluminium-Basislegierung, auf welcher eine Verstärkungsstruktur beziehungsweise eines oder mehrere Metallverstärkungsteile 2 aus einem Metallwerkstoff, beispielsweise einem Pulver oder einem Schweißdraht, insbesondere ebenfalls aus einer Aluminium-Basislegierung, aufgebracht werden.
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Insgesamt ist somit eine einfache Möglichkeit geschaffen, jeweilige Strukturelemente 1 an einen jeweiligen Fahrzeugtyp beziehungsweise einen jeweiligen Kraftwagenrohbau anzupassen, indem baureihenübergreifend beziehungsweise variantenübergreifend ein und dasselbe Metallprofilelement 3 zum Einsatz kommt, an welches dann - zur Anpassung an den spezifischen Kraftwagenrohbau - ein oder mehrere der besagten Metallverstärkungsteile 3 aufgebracht sind beziehungsweise werden. Hierdurch ergibt sich in äußerst einfacher Weise eine Lösung des Zielkonflikts, nämlich einerseits innerhalb eines Baukastensystems möglichst gleichartige Bauteile einzusetzen, welche andererseits jedoch auf einfache Weise an spezifische Erfordernisse angepasst werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Längsträger
- 2
- Metallverstärkungsteil/Rippe
- 3
- Metallprofilelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015004299 A1 [0003]
