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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.
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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.
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Aus
der
WO 03/031252
A1 ist es bekannt, ein als dünnwandiges Stahlgußteil ausgebildetes
Karosseriebauteil so auszugestalten, 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.
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Die
DE 41 03 036 A1 zeigt
ein gegossenes Fahrzeug-Aufbauteil, insbesondere in einem Druckguss-Verfahren
hergestelltes Aufbauteil aus einer Leichtmetall-Legie rung oder aus
anderen geeigneten Leichtbau-Werkstoff welches eine angegossene
oder eingegossene Stahlblech-Struktur aufweist. Dabei bildet die
Stahlblech-Struktur
die Fahrzeugaußenhaut
des Aufbauteils ab.
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Die
DE 196 23 463 A1 beschreibt
ein Verfahren zum Fügen
von Werkstücken
wobei das zu verbindende Teil oder die zu verbindenden Teile metallisch
sind und in eine Druckgussform eingelegt und mit dem in die Form
eingespritzten Metall und/oder durch das eingespritzte Metall miteinander
verbunden werden.
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Die
Patentschrift
DE 26
07 684 B1 beschreibt wiederum ein Verfahren zur Herstellung
von Verbundwerkstücken
aus zwei unterschiedlichen Stahlsorten, wobei ein fester Körper aus
Stahl der einen Sorte mit einem Überzug
aus einer niedrig schmelzenden Metall-Legierung versehen, in eine
Gießform eingesetzt
und dort mit flüssigem
Stahl der anderen Sorte umgossen wird. Dabei wird auf den festen Stahlkörper als Überzug eine
0,3 bis 1 mm dicke Schicht aus einer Nickel-Chrom-Bor-Silicium(NiCrBSi)-Legierung
aufgetragen.
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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.
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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.
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Erfindungsgemäß wird dieses
Problem durch die Gegenstände
der unabhängigen
Ansprüche
gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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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 Bauteil 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 verbunden
werden.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung kann das wenigstens eine Stahlblech
mit einem in das Stahlgußteil
eingebetteten innenliegenden Teil formschlüssig und 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.
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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.
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Die
Herstellung des erfindungsgemäßen Karosseriebauteils
gestaltet sich vergleichsweise einfach, indem das wenigstens eine
Stahlblech in einer Gußform
an geordnet 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.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus
der Zeichnung und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
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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.
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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.
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Es
zeigen jeweils schematisch:
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1 eine
perspektivische Ansicht auf ein erfindungsgemäßes Karosseriebauteil,
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2 eine
vereinfachte Schnittdarstellung durch das Karosseriebauteil entsprechend
den Schnittlinien II in 1.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.