DE19914090A1

DE19914090A1 - Funktionsträger aus Aluminiumdruckguß

Info

Publication number: DE19914090A1
Application number: DE1999114090
Authority: DE
Inventors: Markus Achten
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Daimler AG
Priority date: 1999-03-27
Filing date: 1999-03-27
Publication date: 2000-04-27

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Funktionsträger aus Aluminiumdruckguß, insbesondere für eine Rohbaukarosserie eines Kraftfahrzeugs. Solche Funktionsträger zeichnen sich aus durch hohe Festigkeit verbunden mit einer hohen Duktilität, die durch die Wahl der Druckgußlegierung und eine Wärmebehandlung des gegossenen Funktionsträger-Rohlings weiter erhöht wird. Zur Minimierung des Wärmeverzugs während der Wärmebehandlung wird der Funktionsträger nach der Erwärmung in ruhender Luft oder in Druckluft abgekühlt. Hierdurch wird eine hohe Maßhaltigkeit des Funktionsträgers erreicht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Funktionsträger aus Aluminiumdruckguß, insbesondere für eine Rohbaukarosserie eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung, insbesondere zur Wärmebehandlung, gemäß dem Oberbe griff des Patentanspruchs 5.

An Struktur- und Funktionsteile (z. B. Fahrwerkskomponenten, Motorträger etc.) werden im Fahrzeugbau insbesondere bezüglich Festigkeit, Dehnbarkeit und geometrischer Maßgenauig keit hohe Ansprüche gestellt. Aus Gründen der Gewichtsersparnis werden für diese Anwendun gen zunehmend Aluminium-Druckgußteile eingesetzt. In Abhängigkeit der Anforderungen an das jeweilige Funktionsteil müssen diese Druckgußteile sehr gute mechanische Werkstückkennwer te aufweisen; die zugehörigen Herstellungsverfahren müssen die Herstellung dünnwandiger Tei legeometrien gestatten und müssen weiterhin endabmessungsnahe Teile liefern, die ein Mini mum an mechanischer Nachbearbeitung erfordern.

Aluminium-Druckgußlegierungen zur Herstellung von Funktions- und Strukturteilen im Fahrzeug bau sind z. B. aus der DE 42 15 160 A1 bekannt. Zur Verbesserung der mechanischen Eigen schaften (Dehnbarkeit, Steifigkeit) der gegossenen Bauteile wird empfohlen, die Teile im An schluß an das Gießen einer Wärmebehandlung zu unterziehen. Dabei werden die Teile, wie z. B. in der US-PS 5 057 274 beschrieben, zunächst aufgeheizt, dann in Wasser abgeschreckt und anschließend - falls nötig - ausgelagert. Hierbei tritt Härteverzug auf, der zu einer Verformung der Werkstücke führt und eine zeitaufwendige Nacharbeit notwendig macht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Funktionsträger mit niedrigem Gewicht zu schaffen, der einerseits - zumindest abschnittsweise - deformierbar ist, gleichzeitig aber be züglich seiner geometrischen Gestaltung hohe Genauigkeitsanforderungen erfüllt. Weiterhin liegt der Erfindung der Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges, prozeßsicheres Verfahren zur Her stellung eines solchen Funktionsträgers bereitzustellen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Erzeugnisanspruchs 1 und des Verfahrensanspruchs 5 gelöst.

Der vorschlagsgemäße Funktionsträger besteht aus einer Aluminium-Druckgußlegierung, die ein geringes spezifisches Gewicht mit einer hohen Duktilität verbindet. Der druckgegossene Rohling wird zumindest abschnittsweise einer Wärmebehandlung - bestehend aus einem Glühen und anschließendem Abkühlen durch Luftabkühlung - unterzogen. Durch diese Wärmebehandlung wird einerseits die Duktilität und Zähigkeit des Funktionsträgers so weit erhöht, daß bei ent sprechenden Belastungen des Bauteils hohe plastische Deformationen entstehen, bevor es zu einem Materialbruch kommt. Andererseits wird durch die Luftabkühlung der Härteverzug mini miert, so daß durch die Wärmebehandlung im Funktionsträger nur vernachlässigbare thermische Verformungen gegenüber dem Gußzustand auftreten. Der wärmebehandelte Funktionsträger kann daher - trotz der hohen Genauigkeitsanforderungen - ohne nachträgliches Richten in eine Rohbaukarosserie eingebaut werden.

Um im Falle eines Fahrzeugaufpralls die Deformationen des Funktionsträgers gezielt auf be stimmte Bereiche zu konzentrieren, wird der Funktionsträger mit Solldeformationsbereichen versehen (siehe Anspruch 2). Je nach Anwendung erstreckt sich die Wärmebehandlung auf den gesamten Funktionsträger oder nur auf diese Solldeformationsbereiche.

Als Werkstoff für den Funktionsträger werden zweckmäßigerweise Al-Si-Mg-Legierungen ver wendet, die sich bereits im Gußzustand durch eine hohe Bruchdehnung bei entsprechendem Formänderungswiderstand auszeichnen (siehe Anspruch 3); die Dehnbarkeit kann durch Zusatz von Veredelungselementen wie z. B. Strontium noch gesteigert werden (siehe Anspruch 4).

Das Glühen des Funktionsträgers erfolgt vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 200°C und 400°C und über eine Zeitdauer zwischen 10 und 90 Minuten (siehe Anspruch 6). Der Funktion sträger kann in ruhender Luft (siehe Anspruch 7) oder, falls eine schnellere Abkühlung er wünscht ist, mit Hilfe von Druckluft abgekühlt werden (siehe Anspruch 8).

Im folgenden ist die Erfindung anhand eines anhand der Zeichnungen dargestellten Ausfüh rungsbeispieles erläutert; dabei zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Vorbaustruktur eines Kraftfahrzeugs mit einem anzubindenden Funktionsträger,

Fig. 2 eine vergrößerte, perspektivische Darstellung des Funktionsträgers nach Fig. 1.

Fig. 1 zeigt eine Vorbaustruktur 1 eines Kraftfahrzeugs 2, die zwei in Fahrzeuglängsrichtung er streckte Vorbaulängsträger 3 aufweist, die jeweils an ihren Unterseiten mit zwei Aufnahmebe reichen 4, 5 für die Festlegung eines Funktionsträgers 8 versehen sind. Der Funktionsträger 8 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel sowohl zur Aufnahme eines Antriebsaggregates als auch zur Aufnahme von Fahrwerkfunktionseinheiten ausgestaltet. Generell kann der Funktionsträger 8 jedoch auch für die Aufnahme von lediglich einer einzelnen entsprechenden Fahrzeugfunktions einheit oder für die Aufnahme mehrerer, anders gestalteter Fahrzeugfunktionseinheiten ausge staltet sein.

Der Funktionsträger 8 ist, wie in Fig. 2 dargestellt, als einstückiges Metallgußbauteil gestaltet und weist einen vorderen Querträgerabschnitt 11, zwei an den vorderen Querträgerabschnitt 11 anschließende Schenkelabschnitte 9 sowie einen weiteren, die Schenkelabschnitte 9 rückseitig miteinander verbindenden hinteren Querträgerabschnitt 12 auf. An den vorderen und hinteren Eckpunkten des Funktionsträgers 8 sind jeweils zwei vordere Befestigungspunkte 6 und zwei hintere Befestigungspunkte 7 vorgesehen, die exakt auf die Lage der Aufnahmebereiche 4, 5 an den Unterseiten der Vorbaulängsträger 3 abgestimmt sind. Mittels dieser Befestigungspunkte 6, 7 ist der Funktionsträger gemäß dem strichpunktierten Linienverlauf in Fig. 1 von unten her an den Vorbaulängsträger 3 kraftübertragend anbindbar. Um diese Anbindung ohne hohen Montageaufwand zu ermöglichen, muß der Funktionsträger 8 hohe geometrische Genauigkeits anforderungen erfüllen.

Die plastische Deformierbarkeit des Funktionsträgers 8 muß so groß gewählt sein, daß auf Höhe von Solldeformationsbereichen 10 der Schenkelabschnitte 9 bei einer Deformation der Vor baulängsträger 3 wenigstens über einen Teil des Deformationsweges eine ergänzende plasti sche Deformation des Funktionsträgers 8 im Bereich der Schenkelabschnitte 9 erfolgt, bevor die Schenkelabschnitte 9 durch Bruch versagen. Der Funktionsträger 8 wird durch Druckgießen aus einer Legierung der Zusammensetzung AlSi7Mg, AlSi9Mg oder AlSi10Mg hergestellt. Diese Werkstoffzusammensetzung stellt sicher, daß der druckgegossene Rohling eine hohe Duktilität und Zähigkeit besitzt. Durch Zugabe von 20 ppm und 350 ppm Strontium zur Ausgangslegierung kann die Dehnbarkeit weiter gesteigert werden. Zur Erreichung einer noch höheren Duktilität wird der druckgegossene Rohling einer Wärmebehandlung unterzogen, bei der er zunächst bei einer Temperatur zwischen 200°C und 400°C geglüht wird. Die Glühzeit beträgt zwischen 10 und 90 Minuten. Am günstigsten hat sich eine etwa halbstündige Erwärmung bei Temperaturen um die 300°C erwiesen, was zeitlich bedeutend unterhalb der sonst üblichen Glühzeiten liegt. Anschließend wird der Funktionsträger in ruhender Luft oder mit Hilfe von Druckluft gekühlt. Diese Luftabkühlung verursacht - verglichen mit einer Wasserabschreckung - einen sehr gerin gen Wärmeverzug im Bauteil. Sie verändert insbesondere die Raumlage der Befestigungspunkte 6 und 7 nur unwesentlich, so daß der Funktionsträger 8 ohne eine kostspielige Nachbearbei tung an den Vorbaulängsträger 3 angebunden werden kann.

Das oben beschriebene Wärmebehandlungsverfahren mit Luftabkühlung eignet sich nicht nur zur verzugsarmen Nachbehandlung von Funktionsträgern, sondern läßt sich allgemein zur Nach behandlung komplexer Druckgußteile anwenden, an die hohe Ansprüche bezüglich Dehnbarkeit und Maßhaltigkeit gestellt werden.

Claims

1. Funktionsträger aus einer Aluminium-Druckgußlegierung, insbesondere für eine Rohbauka rosserie eines Kraftfahrzeugs, wobei der Funktionsträger als einstückiges Bauteil gestaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Funktionsträger (8) wenigstens abschnittsweise wärmebehandelt und durch Luftab kühlung abgekühlt ist.

2. Funktionsträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Funktionsträger (8) mit Solldeformationsbereichen (10) versehen und wenigstens in diesen Solldeformationsbereichen (10) wärmebehandelt ist.

3. Funktionsträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Funktionsträger (8) aus einer Aluminium-Gußlegierung der Zusammensetzung Al Si7Mg, AlSi9Mg oder AlSi10Mg besteht.

4. Funktionsträger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Funktionsträger (8) zwischen 20 ppm und 350 ppm Strontium enthält.

5. Verfahren zur Herstellung eines Funktionsträgers, insbesondere eines Funktionsträgers nach den Ansprüchen 1-4, mit den folgenden Verfahrensschritten:

a) Herstellung eines Rohling des Funktionsträgers durch Druckgießen,
b) Wärmebehandlung des Rohlings, bestehend aus den Prozeßschritten
- 1. Glühen und
- 2. anschließendes Abkühlen,

dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt b2) durch Luftabkühlung erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Glühen bei Temperaturen zwischen 200°C und 400°C und über eine Zeitdauer zwi schen 10 Minuten und 90 Minuten erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftabkühlung in ruhender Luft erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftabkühlung mit Hilfe von Druckluft erfolgt.