DE10357939A1

DE10357939A1 - Karosseriebauteil und zugehöriges Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE10357939A1
Application number: DE2003157939
Authority: DE
Inventors: Konrad Dipl.-Ing. Eipper; Arndt Dipl.-Ing. Gerick; Wolfgang Dr. Kleinekathöfer; Klaus Dr.rer.nat. Lempenauer
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-12-11
Filing date: 2003-12-11
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2023-12-12
Also published as: WO2005056373A1; DE10357939B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Karosseriebauteil (1) für eine Tragrahmenstruktur einer selbsttragenden Fahrzeugkarosserie, das als dünnwandiges Stahlgussteil (2) ausgestaltet ist. Um den Einbau des Karosseriebauteils (1) in die Tragrahmenstruktur zu vereinfachen, ist in das Karosseriebauteil (1) wenigstens ein Stahlblech (3) integriert, derart, dass ein innenliegender Teil des Stahlblechs (3) im Stahlgussteil (2) eingebettet ist und ein außenliegender Teil (7) des Stahlblechs (3) vom Stahlgussteil (2) absteht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein als dünnwandiges Stahlgußteil ausgestaltetes Karosseriebauteil für eine Tragrahmenstruktur einer selbsttragenden Fahrzeugkarosserie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Karosseriebauteils gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5.

Aus der EP 1 138 581 A2 ist es bekannt, bei einer Tragrahmenstruktur wenigstens ein Karosseriebauteil als dünnwandiges Stahlgußteil auszubilden. Mit einem Karosseriebauteil, das aus dünnwandigem Stahlguß hergestellt und nicht – wie bisher üblich – aus mehreren Blechteilen zusammengebaut ist, kann eine erhebliche Gewichtseinsparung, z.B. in der Größenordnung von etwa 25%, erreicht werden. Des Weiteren können Wanddicke sowie Formgebung nahezu beliebig an die jeweiligen Festigkeitserfordernisse angepasst werden. Insbesondere lassen sich somit Wandstärken erreichen, die bei vergleichbaren, herkömmlichen Karosseriebauteilen aus Blech auftreten. Ebenso lassen sich sehr komplexe Bauteile in einem einzigen Stück herstellen, so dass der Aufwand für das Zusammenbauen mehrerer einzelner Blechbauteile entfällt. Das als dünnwandiges Stahlgußteil ausgebildete Karosseriebauteil kann dabei ein Dachträger oder eine Türsäule, insbesondere eine A-Säule oder eine B-Säule, der Tragrahmenstruktur sein.

Aus der WO 03/031252 A1 ist es bekannt, ein als dünnwandiges Stahlgußteil ausgebildetes Karosseriebauteil so auszugestal ten, dass es eine im wesentlichen fachwerkartige Hülle besitzt, die zumindest teilweise durch einen Kern aus Metallschaum oder aus metallischen Hohlkugeln gefüllt und somit verstärkt ist. Das auf diese Weise aufgebaute Karosseriebauteil ist vorzugsweise eine Dachsäule, insbesondere eine A-Säule bei einem Cabriolet.

Die Anbindung eines als Stahlgußteil ausgestalteten Karosseriebauteils in eine Tragrahmenstruktur, die außerdem als Blechteile ausgestaltete Karosseriebauteile umfasst, kann im Hinblick auf die Verbindung zwischen einem Gußteil und einem Blechteil Schwierigkeiten bereiten. Beispielsweise führen unterschiedliche Materialien und/oder unterschiedliche Oberflächen und/oder Dickenunterschiede zu kritischen Verbindungen, deren Dauerhaltbarkeit nicht ohne weiteres gewährleistet werden kann.

Hier setzt die Erfindung an. Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Karosseriebauteil der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die insbesondere den Einbau des Karosseriebauteils in eine Tragrahmenstruktur mit als Blechbauteil ausgestalteten Karosseriebauteilen vereinfacht.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, in das als dünnwandiges Stahlgußteil ausgestaltete Karosseriebauteil ein Stahlblech zu integrieren, derart, dass es einerseits fest im Gußteil verankert ist und andererseits zur Verbindung mit einem anderem Karosseriebauteil verwendbar ist. Durch die erfindungsgemäße Hybridbauweise können die Vorzüge des dünnwandigen Stahlgußes für das jeweilige Karosseriebauteil weitgehend ausgenutzt werden, wobei gleichzeitig in einem Abschnitt des Karosseriebauteils, der zur Anbindung an ein anderes Bau teil vorgesehen ist, das in das Gußteil zum Teil eingebettete Stahlblech zur Realisierung einer herkömmlichen Verbindungstechnik genutzt werden kann. Insoweit kann das erfindungsgemäße Karosseriebauteil einen wichtigen Vorteil der als Stahlblechteile ausgestalteten Karosseriebauteile übernehmen. Der Einbau des erfindungsgemäßen Karosseriebauteils in eine Tragrahmenstruktur wird dadurch vereinfacht. Des Weiteren lassen sich herkömmliche Verbindungstechniken anwenden, die sich in der Praxis durch hinreichende Stabilität und Langlebigkeit bewährt haben. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Karosseriebauteil somit vergleichsweise einfach und zuverlässig mit einem weiteren erfindungsgemäßen Karosseriebauteil, das also ebenfalls als Stahlgußteil mit integriertem Stahlblech ausgestaltet ist, und/oder mit einem herkömmlichen als Stahlblechbauteil ausgestalteten Karosseriebauteil verbinden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann das wenigstens eine Stahlblech mit einem in das Stahlgußteil eingebetteten innenliegenden Teil formschlüssig und/oder stoffschlüssig im Stahlgußteil verankert sein. Mit Hilfe des Formschlußes kann eine sichere Verbindung hergestellt werden, die nur durch Zerstörung des Stahlgußteils und/oder des Stahlblechteils gelöst werden kann. Bei der Stoffschlußverbindung wird das Stahlblech zumindest oberflächlich beim Angießen des Gußteils angeschmolzen, wodurch sich die Schmelzen von Stahlgußteil und Stahlblechteil durch die Fusion vermischen können, was ebenfalls zu einer intensiven Verbindung zwischen Gußteil und Blechteil führt.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung kann das Stahlblech am innenliegenden Teil wenigstens einen vom Stahlgußteil durchsetzten Durchbruch und/oder wenigstens eine vom Stahlgußteil eingefaßte Hinterschnittkontur aufweisen. Mit Hilfe eines derartigen Durchbruchs bzw. mittels einer derartigen Hinterschnittkontur kann eine besonders effektive Formschlußkopplung zwischen Gußteil und Blechteil hergestellt werden, ohne dass hierzu ein großer Aufwand erforderlich ist.

Die Herstellung des erfindungsgemäßen Karosseriebauteils gestaltet sich vergleichsweise einfach, indem das wenigstens eine Stahlblech in einer Gußform angeordnet wird, derart, dass durch den nachfolgenden Gußvorgang ein Teil des Stahlblechs in der Schmelze und somit im Gußteil eingebettet wird. Das Gießverfahren kann als solches im wesentlichen auf herkömmliche Weise durchgeführt werden. Lediglich die Gußform muss zur Aufnahme des wenigstens einen Blechteils vorbereitet werden. Der Aufwand hierzu ist vergleichsweise gering.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktional gleiche oder ähnliche Bauteile beziehen.
Es zeigen jeweils schematisch:
1 eine perspektivische Ansicht auf ein erfindungsgemäßes Karosseriebauteil,
2 eine vereinfachte Schnittdarstellung durch das Karosseriebauteil entsprechend den Schnittlinien II in 1.
Entsprechend 1 kann das Karosseriebauteil 1 exemplarisch und ohne Beschränkung der Allgemeinheit als Träger ausgestaltet sein, z.B. in Form einer A-Säule einer selbsttragenden Fahrzeugkarosserie. Das Karosseriebauteil 1 bildet dabei einen Bestandteil einer im Übrigen nicht gezeigten Tragrahmenstruktur, in die es auf entsprechende Weise eingebunden werden muss. Das Karosseriebauteil 1 ist als dünnwandiges Stahlgußteil 2 ausgestaltet, in das erfindungsgemäß zumindest ein Stahlblech 3 integriert ist. Im vorliegenden Fall sind in einen unteren Abschnitt 4 des Stahlgußteils 2 zwei derartige Stahlbleche 3 eingebettet. Es ist klar, dass bei anderen Ausführungsformen auch mehr oder weniger Stahlbleche 3 an dieser oder an anderen Stellen in das Stahlgußteil 2 integriert bzw. eingebettet sein können.
Das Stahlgußteil 2 ist hier außerhalb des unteren Abschnitts 4 als Hohlkörper ausgestaltet, der eine fachwerkartige Hülle 5 besitzt. Diese Fachwerkstruktur kann im Hinblick auf die zu erwartenden Belastungen des Karosseriebauteils 1 ausgelegt sein, wobei gleichzeitig ein möglichst geringes Gewicht für das Karosseriebauteil 1 angestrebt wird. Zur Gestaltung des Gußteils 2 kann dabei mit FEM-Technik, also mit der Finite-Elemente-Methode gearbeitet werden. Hierdurch ist es insbesondere möglich, das Gußteil 2 bionisch zu optimieren.
Bezugnehmend auf 2 ist erkennbar, dass das jeweilige Stahlblech 3 so in das Stahlgußteil 2 integriert ist, dass das Stahlblech 3 jeweils nur zum Teil, nämlich mit einem innenliegenden Teil 6 in das Stahlgußteil 2 eingebettet ist. Der nicht eingebettete Teil, also ein außenliegender Teil 7 des Stahlblechs 3 steht vom Stahlgußteil 2 ab. Dem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung folgend können nun die außenliegenden Teile 7 der Stahlbleche 3 zur Verbindung des Karosseriebauteils 1 mit einem anderen Bauteil der Tragrahmenstruktur verwendet werden. Dabei kann auf herkömmliche Verbindungsmethoden, die beispielsweise mit Schrauben, Nieten und/oder Schweißpunkten arbeiten, zurückgegriffen werden, die sich bei der Verbindung von zwei Blechteilen in der Praxis bewährt haben. Insoweit kann das erfindungsgemäße Karosseriebauteil 1 im Hinblick auf leichte Montierbarkeit und hinreichende Dauerfestigkeit besonders einfach mit einem anderen erfindungsgemäßen, als Gußteil mit integriertem Stahlblech ausgestalteten Karosseriebauteil und/oder mit einem anderen herkömmlichen, als Stahlblechteil ausgebildeten Karosseriebauteil verbunden werden.
Um die Anbindung des erfindungsgemäßen Karosseriebauteils 1 über das wenigstens eine integrierte Stahlblech 3 an das jeweilige andere Bauteil zu vereinfachen, kann das jeweilige Stahlblech 3 im Bereich seines außenliegenden Teils 7 bereits als Anbindungsstelle ausgestaltet sein oder mit wenigstens einer Anbindungsstelle 8 ausgestattet sein. Im vorliegenden Fall sind die Anbindungsstellen 8 exemplarisch als Durchbrüche ausgestaltet, die zum Vernieten und/oder zum Verschrauben genutzt werden können. Es ist klar, dass die Anbindungsstellen 8 grundsätzlich auch auf eine andere geeignete Weise ausgestaltet sein können, wie z.B. in Form von Schweißmuttern oder Gewindeabschnitten.
Um eine möglichst intensive Anbindung zwischen dem Stahlgußteil 2 und dem jeweiligen Stahlblech 3 zu erhalten, wird durch eine entsprechende Ausgestaltung des innenliegenden Teils 6 des Stahlblechs 3 ein Formschluß zwischen dem Gußteil 2 und dem Blechteil 3 hergestellt. Ein derartiger Formschluß kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass am innenliegenden Teil 6 des Stahlblechs 3 ein oder mehrere Durchbrüche 9 ausgestaltet werden, die beim Angießen des Gußteils 2 von der Schmelze und somit vom Gußteil 2 durchsetzt werden. Zusätzlich oder alternativ können am innenliegenden Teil 6 des Stahlblechs 3 eine oder mehrere Hinterschnittkonturen 10 ausgebildet werden, die dann vom angegossenen Stahlgußteil 2 eingefaßt sind. Beispielsweise handelt es sich bei den Hinterschnittkonturen 10 um seitlich vom jeweiligen Stahlblech 3 ausgestellte bzw. abgewinkelte Laschen oder Kanten. Eine mit Hilfe eines solchen Formschlusses realisierte Verankerung kann in der Regel nur durch Zerstörung des jeweiligen Stahlblechs 3 und/oder des Gußteils 2 gelöst werden.
Eine intensive Verankerung des jeweiligen Stahlblechs 3 im Bereich seines innenliegenden Teils 6 kann zusätzlich oder alternativ auch mit Hilfe eines Stoffschlusses erzielt werden, bei dem zwischen dem Stahlblech 3 und dem Gußteil 2 molekulare Bindungskräfte wirken. Eine derartige Stoffschlußverbindung kommt z.B. dann zu Stande, wenn beim Angießen des Gußteils 2 das umgossene Stahlblech 3 zumindest bereichsweise oberflächlich anschmilzt, wodurch sich eine Fusion einstellt. Dies kann beispielsweise dadurch provoziert werden, dass das jeweilige Stahlblech 3 zumindest am innenliegenden Teil 6 vor dem Eingießen auf eine relativ hohe Temperatur vorgeheizt wird.
Die Herstellung des erfindungsgemäßen Karosseriebauteils 1 erfolgt zweckmäßig wie folgt:
Zunächst wird in eine hier nicht dargestellte Gußform das wenigstens eine Stahlblech 3 eingebracht, und zwar so, dass der innenliegende Teil 6 im Hohlraum der Gußform positioniert ist, während sich der außenliegende Teil 7 des Stahlblechs 3 außerhalb des Hohlraums befindet. Anschließend wird das Stahlgußteil 2 in die Gußform gegossen, wobei der innenliegende Teil 6 des Stahlblechs 3 in das Gußteil 2 eingebettet wird.

Claims

Als dünnwandiges Stahlgußteil ausgestaltetes Karosseriebauteil für eine Tragrahmenstruktur einer selbsttragenden Fahrzeugkarosserie, dadurch gekennzeichnet, dass in das Karosseriebauteil (1) wenigstens ein Stahlblech (3) integriert ist, derart, dass ein innenliegender Teil (6) des Stahlblechs (3) im Stahlgußteil (2) eingebettet ist und ein außenliegender Teil (7) des Stahlblechs (3) vom Stahlgußteil (2) absteht.
Karosseriebauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Stahlblech (3) mit dem innenliegenden Teil (6) formschlüssig und/oder stoffschlüssig im Stahlgußteil (2) verankert ist.
Karosseriebauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Stahlblech (3) am innenliegenden Teil (6) wenigstens einen vom Stahlgußteil (2) durchsetzen Durchbruch (9) und/oder wenigstens eine vom Stahlgußteil (2) eingefaßte Hinterschnittkontur (10) aufweist.
Karosseriebauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Stahlblech (3) am außenliegenden Teil wenigstens eine Anbindungsstelle (8) aufweist oder als solche ausgebildet ist.
Verfahren zum Herstellen eines Karosseriebauteils (1) für eine Tragrahmenstruktur einer selbsttragenden Fahrzeugkarosserie, bei dem das Karosseriebauteil (1) durch Gießen von Stahl in eine Gußform als dünnwandiges Stahlgußteil (2) ausgebildet wird. dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Stahlgießen wenigstens ein Stahlblech (3) in die Gußform eingebracht wird, derart, dass nach dem Stahlgießen ein außenliegender Teil (7) des Stahlblechs (3) vom Stahlgußteil (2) absteht und ein innenliegender Teil (6) des Stahlblechs (3) im Stahlgußteil (2) eingebettet ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gießen so ausgeführt wird, dass sich zwischen dem innenliegenden Teil (6) des Stahlblechs (3) und dem Stahlgußteil (2) zumindest bereichsweise eine stoffschlüssige Verbindung ausbildet.