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Die Erfindung betrifft ein Karosseriebauteil für einen Kraftwagen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Karosseriebauteils der im Oberbegriff des Patentanspruchs 10 angegebenen Art.
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Aus dem Serienfahrzeugbau von Personenkraftwagen sind eine Vielzahl von Möglichkeiten bekannt, um ein tragendes Karosseriebauteil herzustellen. Die verbreitetste Möglichkeit ist es hierbei, das Karosseriebauteil in Blechschalenbauweise herzustellen. Hierbei werden eine Mehrzahl von Blechschalenbauteilen unter Bildung einer Mehrzahl von Hohlkammern zu einem Hohlprofil zusammengefügt. Ein Beispiel für ein derartiges, dort als Seitenlängsträger bzw. Seitenschweller ausgebildetes Karosseriebauteil ist beispielsweise bereits aus der
DE 101 18 202 A1 als bekannt zu entnehmen. Die einzelnen Blechschalenteile sind dabei entlang von in Erstreckungsrichtung des Seitenlängsträgers verlaufenden Flanschen miteinander verschweißt.
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Die
US 4 986 597 offenbart eine Karosserie in Spaceframe-Bauweise mit zwei Einkammerprofilen, welche jeweilige Flansche aufweisen, über die sie unter Ausbildung eines Mehrkammerprofils miteinander verbunden sind.
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Der
US 5 213 386 ist ebenso eine Karosserie in Spaceframe-Bauweise als bekannt zu entnehmen. Die Karosserie umfasst zwei Einkammerhohlprofile, welche über jeweilige Außenwandungen miteinander verbunden sind.
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Aus der
DE 102 48 845 A1 ist ein Seitenaufprallschutz für eine Aluminium-Spaceframe-Struktur mit einem Einkammerhohlprofil, in dessen Kammer eine Aussteifung angeordnet ist.
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Seit einiger Zeit werden beispielsweise bei aus Aluminiumlegierungen hergestellten Fahrzeugkarosserien auch hierzu alternative Bauweisen eingesetzt. Eine heute verbreitete Bauweise sieht tragende Karosseriebauteile – beispielsweise Seitenschweller – vor, welche aus einem Strangpressprofil gestaltet sind. Hierbei wird das tragende Karosseriebauteil – beispielsweise der Seitenschweller – einstückig aus einem mehrere Hohlkammern umfassenden Strangpressprofil geformt.
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In der Automobilindustrie werden nun zunehmend im Querschnitt relativ große Hohlprofile erforderlich, um die geforderten mechanischen bzw. dynamischen Eigenschaften erfüllen zu können. Bei Strangpressprofilen gibt es seitens der Fertigungstechnik eine Abhängigkeit der minimal pressbaren Wanddicke zur Größe des Profilquerschnitts. Mit anderen Worten wird die Wanddicke der einzelnen Innen- oder Außenwände des Strangspressprofils umso größer, je größer der Querschnitt des Hohlprofils sein soll. Diese fertigungstechnische Anforderung steht offensichtlich im Gegensatz zu dem Wunsch, die Kraftwagenkarosserien im Strukturleichtbau herzustellen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Karosseriebauteil sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, mittels welchen Hohlprofile mit geringerem Gewicht auf für den Serienfahrzeugbau einfache Weise herzustellen sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Karosseriebauteil sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 bzw. 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Um ein Karosseriebauteil in einfacher Weise äußerst gewichtsgünstig herstellen zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die wenigstens zwei Einzelbauteile des Karosseriebauteils als jeweilige Einzelstrangpressprofile ausgebildet sind, welche einander zu dem Hohlprofil ergänzen. Mit anderen Worten ist es erfindungsgemäß vorgesehen, als Einzelbauteile einfach und kostengünstig herstellbare Einzelstrangpressprofile einzusetzen. Um nun zu erreichen, dass insbesondere auch tragende Karosseriebauteile mit großen Querschnitten gewichtsgünstig hergestellt werden können, werden erfindungsgemäß separate Einzelstrangpressprofile eingesetzt. Da die Einzelstrangpressprofile demzufolge jeweils für sich genommen einen geringeren Querschnitt aufweisen, können diese fertigungstechnisch mit einer äußerst geringen Wanddicke gepresst werden. Die Einzelstrangpressprofile können dann auf einfache Weise beispielsweise mittels von Fügverbindungen miteinander verbunden werden, so dass sich insgesamt ein Karosseriebauteil realisieren lässt, welches einerseits beispielsweise einen relativ großen Querschnitt und andererseits demgegenüber relativ geringe Wanddicken der Außen- und Innenwände aufweist.
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Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass Innenwände der wenigstens zwei Einzelstrangpressprofile im Bereich ihrer Verbindungsstellen mittels einer Steckverbindung verbindbar bzw. verbunden sind. Eine derartige Steckverbindung innerhalb des Hohlprofils ist besonders einfach und kostengünstig realisierbar.
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Insgesamt ist somit ersichtlich, dass mit dem erfindungsgemäßen Karosseriebauteil der bislang vorhandene Zielkonflikt gelöst werden kann, nämlich tragende Karosseriebauteile mit einem relativ großen Querschnitt und einer demgegenüber relativ geringen Wanddicke herzustellen. Dies ist jedoch gerade für den Strukturleichtbau von Karosseriebauteilen von erheblicher Wichtigkeit, so dass die Hohlprofile aus Legierungen mit höherer Festigkeit und die Querschnitte mit geringerer Wanddicke ausgelegt werden können.
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Ein weiterer erfindungsgemäßer Vorteil ist es, dass Einzelstrangpressprofile aus verschiedenen Materialien verwendet werden können, um das Hohlprofil belastungsgerecht zu gestalten. Die Auswahl der Materialien bzw. Legierungen richtet sich dabei insbesondere auch danach, welches Fügverfahren eingesetzt werden soll.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als zudem vorteilhaft gezeigt, wenn die Außenwände des zusammengesetzten Hohlprofils im Bereich der Verbindungsstellen der Einzelstrangpressprofile eine zumindest im Wesentlichen konstante Wandstärke aufweisen. Mit anderen Worten hat es sich als weiter vorteilhaft gezeigt, wenn die Außenwände im Wesentlichen überlappungsfrei ausgebildet sind. Dies ergibt nicht nur besonders vorteilhafte statische und dynamische Eigenschaften des tragenden Karosseriebauteils, sondern darüber hinaus lässt sich auch eine äußerst einfache und saubere Fertigung realisieren.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind Außenwände der Einzelstrangpressprofile im Bereich ihrer Verbindungsstellen eben ausgebildet. Mit anderen Worten sind die Einzelstrangpressprofile in besonders vorteilhafter Weise an ihren Außenwänden ohne Flanschverbindungen miteinander zusammengefügt, wodurch sich eine besonders saubere Fertigung realisieren lässt.
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Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Außenwände der Einzelstrangpressprofile im Bereich ihrer Verbindungsstellen stumpf stoßend miteinander verbunden sind. Durch einen derartigen Stumpfstoß lässt sich somit auf einfache Weise die bereits oben beschriebene, konstante Wandstärke und der ebene Verlauf der jeweiligen Außenwände des Hohlprofils erreichen.
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Als im besonderen Maße vorteilhaft hat es sich darüber hinaus gezeigt, dass die Außenwände der Einzelstrangpressprofile im Bereich ihrer Verbindungsstellen durch eine Schweißverbindung, und insbesondere durch eine Reibrührschweißverbindung miteinander zusammengefügt sind. Derartige Reibrührschweißverbindungen stellen eine besonders einfache und saubere Möglichkeit zur Verbindung insbesondere von Leichtmetalllegierungen dar. Im Vergleich zu konventionellen Fügverfahren sind sie aufgrund der hohen Nahtfestigkeit besonders stabil, so dass sich eine beträchtliche Gewichtseinsparung im Strukturleichtbau realisieren lässt. Ein weiterer Vorteil des Reibrührschweißens ist es, dass dabei Temperaturen vorzugsweise unterhalb des Schmelzpunktes der zu verbindenden Leichtmetalllegierungen erreicht werden, so dass eine nachteilige Gefügeveränderung beim Erstarren der Schmelze vermieden werden kann. Somit ist es in besonderer Weise auch möglich, die allgemein als schwer oder bedingt schmelzschweißbar klassifizierten höherfesten Aluminiumlegierungen ohne Zusatzwerkstoff und ohne große Festigkeitsverluste verschweißen zu können. Schließlich ist es ein besonderer Vorteil, dass derartige Reibrührschweißprozesse eine relativ geringe maschinelle Ausrüstung und demzufolge geringe Investitionskosten erfordern.
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Als im Rahmen der Erfindung mit umfasst ist es jedoch zu betrachten, dass die Außenwände gegebenenfalls auch auf andere Art und Weise miteinander zusammengefügt werden können. So ist es insbesondere denkbar, andere Schweißverfahren wie beispielsweise das Laserschweißen oder das MIG-Schweißen einzusetzen. Andere Fügverfahren sind gegebenenfalls ebenfalls denkbar.
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Dabei kann es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die jeweils miteinander korrespondierenden Innenwände der Einzelstrangpressprofile im Bereich ihrer Verbindungsstellen bzw. im Bereich ihrer Steckverbindung mittels einer Klebverbindung gefügt sind. Derartige Klebverbindungen sind fertigungstechnisch ebenfalls äußerst einfach realisierbar und gewähren darüber hinaus eine hohe mechanische Stabilität des Karosseriebauteils.
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Die miteinander korrespondieren Innenwände der Einzelstrangpressprofile kennen dabei in weiterer Ausgestaltung der Erfindung im Bereich ihrer Verbindungsstellen form- und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden werden. Diese Verbindung kann insbesondere durch ein so genanntes Verprägen erreicht werden, bei welchem beispielsweise Stege einer Steckverbindung an der einen Innenwand mit der Randseite der korrespondierenden anderen Innenwand verpresst werden. Hierdurch stellt sich die besonders erwünschte form- und/oder kraftschlüssige Verbindung der korrespondierenden Innenwände ein. Diese form- und/oder kraftschlüssige Verbindung kann dabei in vorteilhafter Weise durch eine Klebverbindung unterstützt sein, so dass sich insgesamt eine äußerst belastungsgerechte Verbindung der korrespondierenden Innenwände der Einzelstrangpressprofile realisieren lässt.
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Schließlich hat sich ein Karosseriebauteil als vorteilhaft gezeigt, bei welchem jedes der Einzelstrangpressprofile wenigstens eine Teilhohlkammer aufweist, welche sich nach dem Zusammensetzen des Hohlprofils zu der korrespondierenden Hohlkammer gegenseitig verschließen. Mit anderen Worten hat es sich als erfindungsgemäß bevorzugt gezeigt, die einzelnen Hohlkammern des als Mehrkammerprofil ausgebildeten Karosseriebauteils dadurch zu schaffen, dass das jeweilige Einzelstrangpressprofil jeweils wenigstens eine Teilhohlkammer aufweist, welche sich mit der korrespondierenden Teilhohlkammer des anderen Einzelstrangpressprofils entsprechend ergänzt. Insgesamt lässt sich somit auf fertigungstechnisch einfache Weise ein gebautes Mehrkammerprofil mit komplexer Geometrie erzielen.
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Die im Zusammenhang mit dem Karosseriebauteil vorher beschriebenen Vorteile gelten in ebensolcher Weise für das erfindungsgemäße Verfahren. Dieses zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass sehr einfach herstellbare Einzelstrangpressprofile zusammengesetzt werden können, um ein Karosseriebauteil mit großem Querschnitt, komplexer Geometrie und hoher Steifigkeit herstellen zu können, welches darüber hinaus äußerst geringe Wandstärken und demzufolge ein äußerst geringes Gewicht aufweist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
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1 eine schematische und ausschnittsweise Perspektivansicht auf ein Karosseriebauteil für einen Personenkraftwagen in Form eines Seitenschwellers, welches aus vorliegend zwei Einzelstrangpressprofilen zusammengesetzt ist, wobei jeweilige Außenwände der Einzelstrangpressprofile über eine jeweilige Rührreibschweißverbindung verbunden sind und jeweilige Innenwände der Einzelstrangpressprofile über eine Steck- und Klebverbindung zusammengefügt sind;
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2 eine schematische und ausschnittsweise Perspektivansicht auf ein alternatives, als Trägerteil ausgebildetes Karosseriebauteil für einen Personenkraftwagen, welches ebenfalls aus vorliegend zwei Einzelstrangpressprofilen zusammengesetzt ist, deren jeweilige Außenwände wiederum über eine jeweilige Rührreibschweißverbindung und deren Innenwände über eine jeweilige Steck- und Klebverbindung zusammengefügt sind; und in
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3 eine schematische und ausschnittsweise Schnittansicht auf zwei Hohlkammern eines Karosseriebauteils für einen Personenkraftwagen, welches aus zwei Einzelstrangpressprofilen zusammengesetzt ist, deren Außenwände über jeweilige Reibrührschweißverbindungen miteinander verbunden sind und deren beide Innenwände über eine Steck- und Klebverbindung miteinander verbunden sind, wobei zwei Prägerollen erkennbar sind, mittels welchen die beiden Innenwände miteinander kraft- bzw. formschlüssig zu verprägen sind.
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In 1 ist in einer schematischen und ausschnittsweisen Perspektivansicht ein Karosseriebauteil 10 in Form eines Seitenschwellers dargestellt, wobei dessen Querschnitt erkennbar wird. Das Karosseriebauteil 10 besteht vorliegend aus zwei Einzelstrangpressprofilen 12, 14, welche in Erstreckungsrichtung des Karosseriebauteils 10 zusammengefügt sind. Demzufolge sind vorliegend die beiden Einzelstrangpressprofile 12, 14 in einem jeweiligen Strangpressverfahren vorgefertigt worden. Da deren jeweiliger Einzelquerschnitt geringer ist als der Gesamtquerschnitt des Karosseriebauteils 10, ist es fertigungstechnisch möglich, die einzelnen Wanddicken der im Weiteren noch näher erläuterten jeweiligen Wände relativ gering auszubilden. Sowohl das äußere Einzelstrangpressprofil 12 als auch das innere Einzelstrangpressprofil 14 umfassen jeweils obere Außenwände 16, 18 und untere Außenwände 20, 22, welche miteinander zusammengefügt sind.
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Das Zusammenfügen der jeweiligen Außenwände 16, 20 bzw. 18, 22 der beiden Einzelstrangpressprofile 12, 14 erfolgt dabei im vorliegenden Fall im Bereich ihrer Verbindungsstellen über jeweilige Reibrührschweißverbindungen 24, 26. Die beiden Reibrührschweißverbindungen 24, 26 verlaufen dabei in Erstreckungsrichtung des Karosseriebauteils 10.
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Durch die Reibrührschweißverbindungen 24, 26 ist es möglich, dass die Außenwände 16, 18 bzw. 20, 22 eine durchgängige, zumindest im Wesentlichen konstante Wandstärke aufweisen. Demzufolge sind die jeweiligen Außenwände 16, 20 bzw. 18, 22 der beiden Einzelstrangprofile 12, 14 im Bereich ihrer Verbindungsstellen stumpf stoßend miteinander verbunden. Ebenfalls ist aus 1 erkennbar, dass durch die Reibrührschweißverbindungen 24, 26 die Außenwände 16, 18, 20, 22 eben ausgebildet sind. Mit anderen Worten sind vorliegend keine Schweißflansche vorgesehen, um die beiden Einzelstrangpressprofile 12, 14 miteinander zu verbinden.
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Aus 1 ist darüber hinaus erkennbar, dass zwei korrespondierende Innenwände 28, 30 der beiden Einzelstrangpressprofile 12, 14 mittels einer Steckverbindung 32 verbunden sind. Hierzu sind an die Innenwand 30 des Einzelstrangpressprofils 14 zwei in Richtung der Innenwand 28 abstehende Stege 34, 36 vorgesehen, welche eine korrespondierende Randseite der Innenwand 28 jeweils außenseitig umgeben. Diese Funktion dieser Steckverbindung 32 wird insbesondere im Zusammenhang mit 3 im Weiteren noch erläutert werden. Im Bereich der Steckverbindung 32 sind die beiden Innenwände 28, 30 darüber hinaus mittels einer Klebverbindung 38 verbunden, welche ebenfalls im Zusammenhang mit 3 noch näher erläutert werden wird. Durch die jeweiligen Außenwände 16, 18, 20, 22 bzw. die jeweiligen Innenwände 28, 30 der jeweiligen Einzelstrangpressprofile 12, 14 sind jeweils zugeordnete Teilhohlkammern 40, 42 gebildet, welche sich nach dem Zusammensetzen der beiden Einzelstrangpressprofile 12, 14 zu jeweiligen Hohlkammern 44 ergänzen. Durch das Zusammensetzen der beiden Einzelstrangpressprofile 12, 14 werden somit die Teilhohlkammern 40, 42 jeweils gegenseitig verschlossen.
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Neben den durch das Zusammensetzten gebildeten Hohlkammern 44 umfasst das Einzelstrangpressprofil 12 die weitere Hohlkammer 45, welche das Karosseriebauteil 10 nach außen hin begrenzt. Das nach innen gewandte Einzelstrangpressprofil 14 umfasst vier weitere Hohlkammern 46.
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Insgesamt ist somit erkennbar, dass vorliegend ein Mehrkammer- bzw. Hohlprofil 10 geschaffen ist, welches dadurch Wände mit relativ geringen Wandstärken aufweisen kann, dass dieses aus zwei Einzelstrangpressprofilen 12, 14 gebildet worden ist.
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In 2 ist in einer schematischen und ausschnittsweisen Perspektivansicht eine alternative Ausführungsform des Karosseriebauteils 10 gemäß 1 dargestellt. Die Außenwände 16, 18 bzw. 20, 22 der beiden Einzelstrangpressprofile sind wiederum durch Rührreibschweißverbindungen 24, 26 miteinander verbunden. Im Bereich ihrer Verbindungsstellen weisen die Außenwände 16, 18 bzw. 20, 22 wiederum eine zumindest im Wesentlichen konstante Wandstärke auf bzw. stoßen stumpf aneinander. Somit ist wiederum erkennbar, dass auch vorliegend keine Schweißflansche erforderlich sind, welche von den Außenwänden 16, 18, 20, 22 nach außen hin abstehen.
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Die beiden Einzelstrangpressprofile 12, 14 umfassen vorliegend zwei jeweiligen Innenwände 28, 30, welche über die bereits im Zusammenhang mit 1 erläuterten Steckverbindungen 32 miteinander verbunden sind. Wiederum ist erkennbar, dass durch die Innenwände 28, 30 Teilhohlkammern 40, 42 des jeweiligen Einzelstrangpressprofils 12, 14 geschaffen sind, welche sich nach dem Zusammenstecken zur jeweiligen Hohlkammer 44 vervollständigen.
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In 3 sind schließlich zwei Hohlkammern 44 des Karosseriebauteils 10 erkennbar, welche außenseitig durch jeweilige Außenwände 16, 18 bzw. 20, 22 und zentral durch die Innenwände 28, 30 begrenzt bzw. voneinander unterteilt sind. Die Außenwände 16, 18 bzw. 20, 22 der beiden Einzelstrangpressprofile 12, 14 sind wiederum mittels einer jeweiligen Rührreibschweißverbindung 24, 26 miteinander verbunden worden.
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Um eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung der beiden Innenwände 28, 30 der Einzelstrangpressprofile 12, 14 zu erreichen, werden die im Zusammenhang mit 1 beschriebenen Stege 34, 36 auf Seiten der Innenwand 30 mit der korrespondierenden Randseite der Innenwand 28 verprägt. Hierzu sind vorliegend zwei Prägerollen 48 vorgesehen, mittels welchen die jeweiligen Stege 34, 36 in Richtung der Randseite der Innenwand 28 zu biegen sind. Zwischen der Randseite der Innenwand 28 und den beiden Stegen 34, 36 ist dabei wiederum eine Klebverbindung 34 vorgesehen, welche die beiden Innenwände 28, 30 zusätzlich miteinander verbindet. Ein besonderer Vorteil der Prägerollen 48 ist es, dass diese von der Stirnseite des Karosseriebauteils 10 her auf einfache Weise in das Hohlprofil eingeführt werden können und demzufolge für eine Verbindung der beiden Einzelstrangpressprofile 12, 14 im Inneren des Karosseriebauteils 10 sorgen.
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Somit können die Einzelstrangpressprofile 12, 14 an der Außenseite auf besonders stabile Weise mittels einer Schweißverbindung, insbesondere einer Rührreibschweißverbindung 24, 26 und im Inneren über eine Steg- und Prägeverbindung – sowie gegebenenfalls zusätzlich über eine Klebverbindung 38 – miteinander verbunden werden, so dass sich insgesamt ein äußerst stabiler Verbund der beiden Einzelstrangpressprofile 12, 14 ergibt.
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Beispielhaft kann das Karosseriebauteil 10 als Türsäule, Seitenschweller, Knotenteil, Längsträgerstruktur oder Bodenprofil für den Kraftwagen, insbesondere den Personenkraftwagen, ausgebildet sein. Natürlich wäre es auch denkbar, das Hohlprofil 10 für andere tragende Einsatzzwecke vorzusehen.