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Die Erfindung betrifft ein Hohlbauteil sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlbauteils, welches zumindest zwei miteinander gefügte Schalenbauteile aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeugbauteil.
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Aus Schalenbauteilen, beispielsweise Halbschalen, gefügte Hohlbauteile sind Grundbaukomponenten vieler Kraftfahrzeugbauteile. Derartige Hohlbauteile werden beispielsweise als Querbrücken oder Längsträger in Vorder- und Hinterachsträgern eingesetzt. Die Fügeanordnung der Schalenbauteile ist hierbei in den meisten Fällen mit Überlappstoß. Eine Fügung mit Stumpfstoß wird für Großserienprojekte nur begrenzt umgesetzt, da das exakte Positionieren der Schalenbauteile in Bezug auf Spalt und Versatz der Blech- bzw. Fügekanten, insbesondere Schweißkanten, nicht in ausreichenden prozesssicheren Maßen möglich ist.
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Durch die
DE 34 29 447 A1 zählt ein Hohlträger für den Aufbau von Kraftfahrzeugen zum Stand der Technik, welcher aus mindestens zwei durch Schweißung oder Lötung miteinander verbundenen Blechprofilen zusammengesetzt ist. Die einander zugewandten Ränder der Blechprofile werden an ihrer Stoßstelle zur Bildung einer Kehle nach innen in das Profil eingezogen und entlang ihrer Berührungskontur aneinander gefügt.
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Durch die
DE 198 58 977 C1 ist ein zusammengesetztes Hohlbauteil bekannt, das aus mehreren schalen- oder trogförmigen Einzelteilen gefügt ist. Die Einzelteile überlappen sich in der Zusammenbaulage in einem Randbereich zumindest teilweise. Im Randbereich sind Sicken vorgesehen, die so positioniert sind, dass sich die Einzelteile während des Zusammenbauvorgangs gegenseitig abstützen und distanzieren.
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Aus der
DE 102 60 571 A1 ist ein Fahrwerk-Strukturbauteil mit Hohlraum in Blechbauweise bekannt. Dieses umfasst eine Unterschale, eine Oberschale und ein zwischen die Unterschale und die Oberschale eingelegtes Stegteil, die miteinander verschweißt sind. Das Stegteil weist Vorsprünge auf, die formschlüssig in korrespondierende Vertiefungen an der Unterschale oder der Oberschale eingreifen.
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Die gattungsbildende
US 2017/0106917 A1 offenbart eine Fahrzeugkarosseriekomponente in Form einer Stoßfängerverstärkung. Diese ist aus zwei U-förmigen Schalenbauteilen zusammengesetzt die an Endabschnitten verbunden sind. Die verbindungsseitigen Endabschnitte sind mit Schlitzen und dazwischenliegenden Laschen versehen, die sich inandergeschoben überlappen.
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Die
WO 02/18801 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verbindung von zwei Bauteilen. Hierzu werden an den Bauteilen zueinander beabstandete Ausnehmungen und fingerartige Ausstellungen erzeugt, über welche die Bauteile miteinander gekoppelt werden.
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Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein herstellungstechnisch verbessertes, kostengünstiges Hohlbauteil zu schaffen, insbesondere ein Hohlbauteil als Kraftfahrzeugbauteil bzw. zur Verwendung im Kraftfahrzeugbau sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung aufzuzeigen.
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Die Lösung des gegenständlichen Teils der Aufgabe besteht in einem Hohlbauteil gemäß den Merkmalen von Anspruch 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Hohlbauteils sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 8.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zeigt Anspruch 9 auf.
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Anspruch 11 ist gerichtet auf ein Kraftfahrzeugbauteil, welches aus einem erfindungsgemäßen Hohlbauteil besteht oder dieses aufweist.
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Ein Hohlbauteil weist zwei Schalenbauteile aus Metall auf. Insbesondere ist das Hohlbauteil aus Halbschalen gebildet. An einem Kantenabschnitt zumindest eines Schalenbauteils ist eine Positionierhilfe ausgebildet. Mittels der Positionierhilfe werden die Schalenbauteile zueinander positioniert. Hierbei stoßen Kantenabschnitte zusammen. In der Montagelage werden die Schalenbauteile durch eine Fügeverbindung verbunden, insbesondere stoffschlüssig mittels einer Schweißnaht. Erfindungsgemäß ist die Positionierhilfe durch zumindest zwei Laschen an dem Kantenabschnitt ausgebildet, welche relativ zueinander entgegengesetzt am Kantenabschnitt abgebogen sind. Entgegengesetzt abgebogen bedeutet, dass eine Lasche relativ zum Kantenabschnitt an dem Schalenbauteil nach innen und die andere Lasche nach außen gebogen sind.
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Vorzugsweise sind die Laschen zungenförmig konfiguriert. Laschen in Form von Zungen haben eine Basis und verjüngen sich zum freien Ende hin, wobei das freie Ende gerundet verläuft. Möglich sind auch andere die Funktion erfüllende geometrische Ausgestaltungen der Laschen, beispielsweise dreiecksförmig oder rechteckig in Form von Schenkeln oder Stegen sowie von Kreissegmenten oder Kreisabschnitten.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass zwei Laschen in Längsrichtung des Kantenabschnitts mit einem Freischnitt aufeinander folgen. Insbesondere ist der Freischnitt in seinem Schnitttiefsten gerundet. Diese Ausgestaltung wirkt einem Rissstart im Schnitttiefsten entgegen. Dies wirkt sich auch vorteilhaft auf die Lebensdauer der Hohlbauteile aus.
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Erfindungsgemäß bilden die einander zugewandten Innenseiten der Laschen V-förmige Einführschrägen.
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Vorzugsweise sind die Laschen am Kantenabschnitt schneidtechnisch, insbesondere scherschneidtechnisch hergestellt. Für die Praxis bietet sich eine stanztechnische oder laserschneidtechnische Herstellung der Laschen an.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Laschen an der Ausgangsmetallplatine erzeugt werden. Dies erfolgt besonders vorteilhaft durch einen Stanzvorgang an den Seitenrändern der Platine. Anschließend wird die Platine zum Schalenbauteil umgeformt.
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Möglich ist es auch, dass die Laschen an den Kantenabschnitten des Schalenbauteils bei einem vorgeformten oder fertig geformten Schalenbauteil hergestellt werden. Die Laschen können kostengünstig im Prozessschritt Kantenbeschnitt der Schalenbauteile eingebracht bzw. hergestellt werden.
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Grundsätzlich ist es ausreichend, wenn Positionierhilfen an einem Schalenbauteil vorgesehen sind. Selbstverständlich ist es möglich, dass beide Schalenbauteile Positionierhilfen in Form von Laschen aufweisen. Die Schalenbauteile können eine gleiche Wandstärke oder unterschiedlich starke Wandstärken besitzen.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung einer Lasche sieht vor, dass diese eine Breite besitzt, welche dem 2 bis 5fachen der Wandstärke eines Schalenbauteils entspricht. Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn der Freischnitt eine Tiefe besitzt, welche dem 1 bis 3fachen der Wandstärke eines Schalenbauteils entspricht. Eine besonders stabile Positionierung der beiden Schalenbauteile relativ zueinander erfolgt durch die Laschen, welche den darunter liegenden Kantenabschnitt des Schalenbauteils überlappen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Lasche den kontaktierenden Kantenabschnitt mit einer Länge überlappt, welche dem 2 bis 6fachen der Wandstärke eines Schalenbauteils entspricht.
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Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Hohlbauteils wird zumindest an einem ersten Schalenbauteil eine Positionierhilfe ausgebildet. Hierzu wird an einem Kantenabschnitt des ersten Schalenbauteils oder einem Kantenabschnitt einer zur Herstellung des ersten Schalenbauteils verwendeten metallischen Platine zumindest zwei Laschen erzeugt. Die beiden Laschen werden dann relativ zueinander entgegengesetzt am Kantenabschnitt abgebogen. Danach werden das erste Schalenbauteil und das zweite Schalenbauteil zusammengebracht. Ein Kantenabschnitt des zweiten Schalenbauteils gelangt hierbei in der durch die beiden Laschen gebildete Positionierhilfe des ersten Schalenbauteils zur Anlage. Hierdurch werden die Schalenbauteile zueinander positioniert. Gleichzeitig stoßen Kantenabschnitte des Schalenbauteils zusammen. Anschließend werden die beiden Schalenbauteile entlang zumindest eines Teils der aneinander stoßenden Kantenabschnitte stoffschlüssig gefügt. Dies erfolgt insbesondere durch Stumpfstoßschweißen.
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Beim Fügen der Schalenbauteile werden diese in einer Montagevorrichtung gehalten aneinander gepresst und gefügt. Auch wenn im Rahmen der Erfindung Stumpfstoßschweißen als besonders vorteilhaft angesehen wird, sind grundsätzlich auch andere Fügemethoden möglich, wie beispielsweise Löten oder Kleben.
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Insbesondere ist ein erfindungsgemäßes Hohlbauteil ein Kraftfahrzeugbauteil oder wird im Kraftfahrzeugbau verwendet. Ein erfindungsgemäßes Hohlbauteil kann einen Achsträger bilden. Besonders vorteilhaft und zweckmäßig kommen die Hohlbauteile als Querbrücken oder Längsträger in Vorder- und Hinterachsträgern von Kraftfahrzeugen zur Anwendung.
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Die erfindungsgemäß ausgestalteten Positionierhilfen gewährleisten eine sichere Positionierung der Schalenbauteile bei gleichzeitig vereinfachter Montage. Die notwendigen Schweißvorrichtungen können einfacher ausgeführt werden. Hierzu trägt die Selbstpositionierung der Schalenbauteile bei Montage und Fügevorgang bei. Die Schalenbauteile selber können kostengünstiger durch größere Toleranzen ausgeführt werden. Die Ausführung der Freischnitte gewährleistet eine hohe Lebensdauer der verschweißten Schalenbauteile, da Rissstarts in den Übergängen der Laschen vermieden werden. Die Laschen können kostengünstig insbesondere beim Kantenbeschnitt der Schalenbauteile hergestellt werden.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:
- 1 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Hohlbauteil;
- 2 einen Ausschnitt aus dem Fügebereich des Hohlbauteils gemäß der Darstellung von 1;
- 3 den Fügebereich in einer Seitenansicht und
- 4 einen Schnitt durch die Darstellung der 3 entlang der Linie A-A.
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Anhand der 1 bis 4 sind ein Hohlbauteil 1 und dessen Herstellung beschrieben. Bei dem Hohlbauteil 1 handelt es sich um ein Kraftfahrzeugbauteil in Form eines Achsträgers.
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Das Hohlbauteil 1 besteht aus zwei Schalenbauteilen 2, 3 aus Metall. Das erste Schalenbauteil 2 ist die Oberschale. Das zweite Schalenbauteil 3 ist die Unterschale. Die beiden Schalenbauteile 2, 3 sind im Querschnitt U-förmig konfiguriert und weisen jeweils einen Steg 4 mit randseitigen Schenkeln 5, 6 auf. Die beiden Schalenbauteile 2, 3 sind zusammengesetzt und an ihren stumpf aneinanderstoßenden Kantenabschnitten 7, 8 verschweißt.
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An den Schenkeln 5, 6 des in Bildebene der 1 oberen ersten Schalenbauteils 2 ist eine Positionierhilfe 9 ausgebildet. Jede Positionierhilfe 9 besteht aus zwei Laschen 10, 11, die am Kantenabschnitt 7 stanztechnisch erzeugt sind. Die Laschen 10, 11 sind zungenförmig konfiguriert. Die beiden Laschen 10, 11 sind relativ zueinander entgegengesetzt am Kantenabschnitt 7 abgebogen. Insbesondere in der 1 erkennt man, dass die in Bildebene vordere Lasche 10 bezogen auf das Hohlbauteil 1 nach außen abgebogen ist, wohingegen die in Längsrichtung des Kantenabschnitts 7 folgende Lasche 11 nach innen abgebogen ist. Die einander zugewandten Innenseiten 12, 13 der Laschen 10, 11 bilden so V-förmige Einführschrägen 14. Wie insbesondere die 2 und 3 zeigen, schließen sich die Laschen 10, 11 wellenförmig aneinander an. Vor und nach sowie zwischen den Laschen 10, 11 ist ein Freischnitt 15 vorhanden. Der Freischnitt 15 ist in seinem Schnitttiefsten 16 gerundet ausgebildet. Hierdurch gehen die Laschen 10, 11 über einen Radius gerundet ineinander über.
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Zur Herstellung des Hohlbauteils 1 werden die beiden Schalenbauteile 2, 3 in einer Schweiß- und Montagevorrichtung aufgenommen. Durch die Positionierhilfe 9 erfolgt eine Selbstpositionierung des ersten Schalenbauteils 2 und des zweiten Schalenbauteils 3 relativ zueinander. Hierdurch können die Schalenbauteile 2, 3 kostengünstig mit größeren Toleranzen hergestellt werden. Grundsätzlich können die Schalenbauteile 2, 3 eine gleiche Wandstärke s aufweisen. Möglich ist es auch, dass das erste Schalenbauteil 2 und das zweite Schalenbauteil 3 unterschiedliche Wandstärken besitzen. Positionierhilfen 9 durch die zungenförmigen Laschen 10, 11 können sowohl an dem ersten Schalenbauteil 2 als auch an dem zweiten Schalenbauteil 3 vorgesehen sein.
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Bei der Montage gelangt ein Kantenabschnitt 8 des zweiten Schalenbauteils 3 in den Positionierhilfen 9 am ersten Schalenbauteil 2 zur Anlage. Hierdurch werden die Schalenbauteile 2, 3 relativ zueinander positioniert. Die benachbarten Kantenabschnitte 7, 8 stoßen aneinander. Anschließend werden die beiden Schalenbauteile 2, 3 entlang der aneinanderstoßenden Kantenabschnitte 7, 8 stoffschlüssig gefügt. Dies erfolgt im hier dargestellten Ausführungsbeispiel mittels einer Schweißvorrichtung durch Stumpfstoßschweißen.
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Die Laschen 10, 11 haben eine Breite bL, welche dem 2 bis 5fachen der Wandstärke s eines Schalenbauteils 2, 3 entspricht. Der Freischnitt 15 besitzt eine Tiefe tF, welche dem 1 bis 5fachen der Wandstärke s eines Schalenbauteils 2 entspricht. Die Laschen 10, 11 kontaktieren den in der Positionierhilfe 9 zur Anlage gelangenden Kantenabschnitt 8 des unteren zweiten Schalenbauteils 3. Hierbei überlappen die Laschen 10, 11 den Kantenabschnitt 8 mit einer Länge lÜ, welche dem 2 bis 6fachen der Wandstärke s eines Schalenbauteils 2, 3 entspricht.
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In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist das in Bildebene obere erste Schalenbauteil 2 mit Positionierhilfen 9 versehen. Die Kantenabschnitte 8 des unteren zweiten Schalenbauteils 3 sind glatt. Wie bereits ausgeführt werden die Schalenbauteile 2, 3 in einer Montagevorrichtung aufgenommen. In der Montagevorrichtung werden die Schalenbauteile 2, 3 mit ihren Schenkeln 5, 6 mit entsprechend hoher Kraft gegeneinander gepresst, um den Spalt zwischen den Schalenbauteilen 2, 3 zu schließen. Beim Montagevorgang können die Kantenabschnitte 7, 8 der Schalenbauteile 2, 3 nicht voneinander abrutschen, da sie durch die Laschen 10, 11 geführt werden. Die Schweißvorrichtung kann somit einfacher, leichter und kostengünstiger ausgeführt werden, da kein Kantenversatz entstehen kann. Die stoffschlüssige Fügung 17 erfolgt dann durch eine Stumpfstoßverschweißung der Schalenbauteile 2, 3 an den Kantenabschnitten 7, 8.