DE10153712C1

DE10153712C1 - Leichtbauteil

Info

Publication number: DE10153712C1
Application number: DE10153712A
Authority: DE
Inventors: Thilo Roeth; Reinhard Vomhof
Original assignee: Imperia GmbH
Current assignee: Fev Vehicle De GmbH
Priority date: 2001-10-31
Filing date: 2001-10-31
Publication date: 2003-05-28
Anticipated expiration: 2021-11-01
Also published as: EP1439995A1; EP1439995B1; ATE288378T1; DE50202191D1; US20040222665A1; US7152896B2; WO2003037700A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Leichtbauteil, insbesondere ein Karosserieteil, das Stahlblech und Leichtmetall umfasst. DOLLAR A Um die Herstellbarkeit sowie die Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften zu verbessern, ist das Stahlblech (6 bis 8) dünnwandig ausgebildet, hat insbesondere eine Dicke von weniger als 2 mm und weist mindestens eine freie Fläche auf, die lokal mit einer gegossenen oder gesinterten Verstärkungsstruktur (15) aus Leichtmetall versehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Leichtbauteil, insbeson dere ein Karosserieteil, das Stahlblech und Leicht metall umfasst.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 41 03 036 A1 ist ein gegossenes Fahrzeugaufbauteil aus einer Leichtmetalllegierung mit einer angegossenen oder eingegossenen Stahlblechstruktur bekannt. Die Stahlblechstruktur bildet entweder die Fahrzeugau ßenhaut oder einen Flansch für die Verbindung mit einem weiteren Fahrzeugteil. Bei dem bekannten Fahrzeugaufbauteil ist die Stahlblechstruktur voll flächig mit der Leichtmetalllegierung verbunden. Es ist möglich, gezielt Hohlräume in dem Fahrzeugauf bauteil vorzusehen. Die DE 41 03 036 A1 lehrt, sol che Hohlräume durch die eingegossene Stahlblech struktur zu verstärken. Das Eingießen der Stahl blechstruktur hat sich in der Praxis als schwierig erwiesen.

Aus der europäischen Patentschrift EP 0 370 342 B1 ist ein Leichtbauteil aus einem schalenförmigen Grundkörper bekannt, dessen Innenraum Verstärkungs rippen aufweist. Die Verstärkungsrippen bestehen aus angespritztem Kunststoff und sind an diskreten Verbindungsstellen über Durchbrüche mit dem Grund körper verbunden. Der Kunststoff reicht durch die Durchbrüche in dem Grundkörper hindurch und über die Flächen der Durchbrüche hinaus. Durch die Wahl der Materialkombination sind der Leistungsfähigkeit (besonders unter Berücksichtigung der Temperaturab hängigkeit) des Kunststoffes strukturelle Grenzen gesetzt. Kunststoff neigt bei extremen Belastungen zum Bröckeln.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Leichtbau teil zu schaffen, das einfacher herstellbar ist mit einer über ein weites Einsatzfeld hohen, struktu rellen Leistungsfähigkeit, insbesondere auch bei hohen Temperaturen.

Die Aufgabe wird durch ein Leichtbauteil gelöst, das die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist. Im Unterschied zu dem aus der DE 41 03 036 A1 bekann ten Leichtbauteil ist das dünnwandige Stahlblech gemäß der vorliegenden Erfindung nicht vollflächig mit dem Leichtmetall verbunden, sondern nur lokal mit einer Verstärkungsstruktur aus Leichtmetall. Dabei bedeutet "lokal", dass das Stahlblech nur dort verstärkt wird, wo im eingebauten Zustand des Leichtbauteils hohe Belastungen in der Regel durch lokales Ausbeulen auftreten. Durch den Begriff "Verstärkungsstruktur" soll zum Ausdruck gebracht werden, dass auch in einem verstärkten Bereich des Stahlblechs noch freie Flächen vorhanden sind. Die Verstärkungsstruktur kann zum Beispiel rippenförmig oder wabenförmig ausgebildet sein und führt, gegen über der aus der DE 41 03 036 A1 bekannten vollflä chigen Aufbringung des Leichtmetalls auf das Stahl blech, zu einer erheblichen Materialeinsparung und somit zu einem geringeren Gewicht des Leichtbau teils. Die Verwendung von Leichtmetall als Verstär kungsstruktur liefert, gegenüber den aus der EP 0 370 342 B1 bekannten Kunststoffrippen, deutlich bessere Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften. Darüber hinaus hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung überraschenderweise herausgestellt, dass bei der Verwendung von Leichtmetall als Verstärkungsstruktur auf fertigungstechnisch aufwendige und optisch auffällige Durchbrüche in dem Stahlblech verzichtet werden kann.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Leichtbau teils ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verstär kungsstruktur mindestens eine lokale Verdickung um fasst, die an einer stark belasteten Stelle des Stahlblechs angeordnet ist. Durch eine solche, zum Beispiel rippenförmige, Verdickung kann ein Ausbeu len des Stahlblechs unter Belastung vermieden wer den. Die Tatsache, dass die Verdickung sich nicht über die gesamte Oberfläche des Stahlblechs er streckt, sondern lokal begrenzt ist, wirkt sich po sitiv auf das Gewicht des Leichtbauteils aus, ohne dass dessen Festigkeit oder Steifigkeit beeinträch tigt wird.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Leichtbauteils ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsstruktur mehrere Rippen umfasst, die im Wesentlichen senkrecht zu dem Stahlblech angeordnet sind. Diese Rippenform hat sich bei im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Untersuchun gen sowohl im Hinblick auf die Stabilität als auch unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten als be sonders vorteilhaft erwiesen.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Leichtbauteils ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen kreuzweise miteinander verbunden sind. Die kreuzweise Anordnung der Rippen ermöglicht die Auf nahme von Kräften aus verschiedenen Richtungen.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Leichtbauteils ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsstruktur nur auf einer Seite an das Stahlblech angegossen oder in das Stahlblech einge gossen ist. Dadurch wird gewährleistet, dass die andere Seite des Stahlblechs durch die Verstär kungsstruktur optisch nicht beeinträchtigt wird. Insbesondere sind in dem Stahlblech keine Durchbrü che vorgesehen.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Leichtbauteils ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsstruktur formschlüssig mit dem Stahl blech verbunden ist. Durch den Formschluss wird ei ne besonders stabile Verbindung zwischen dem Stahl blech und der Verstärkungsstruktur gewährleistet.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Leichtbauteils ist dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlblech als länglicher Träger mit einem offenen, insbesondere U-förmigen Querschnitt mit einer Basis ausgebildet ist, von der zwei Schenkel ausgehen. Der offene, insbesondere U-förmige Querschnitt dient zur Aufnahme der Verstärkungsstruktur im In neren des Trägers. Nach außen hin weist der Träger eine durchgehende Oberfläche ohne Durchbrüche oder Unterbrechungen auf.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Leichtbauteils ist dadurch gekennzeichnet, dass so wohl die Basis als auch die beiden Schenkel des Trägers mit der Verstärkungsstruktur verbunden sind. Dadurch wird eine besonders stabile Verbin dung zwischen der Verstärkungsstruktur und dem Stahlblech gewährleistet. Die Verbindung zwischen dem Stahlblech und der Verstärkungsstruktur wird durch Angießen der Verstärkungsstruktur an das Stahlblech geschaffen.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Leichtbauteils ist dadurch gekennzeichnet, dass von den beiden Schenkeln Laschen ausgehen, an welche die Verstärkungsstruktur angegossen ist. Dadurch wird ein Ablösen der Verstärkungsstruktur von den beiden Schenkel im belasteten Zustand des Trägers sicher verhindert. Die Laschen können auch komplett in die Verstärkungsstruktur eingegossen sein.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Leichtbauteils ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsstruktur mit Hilfe von Befestigungsmit teln an den beiden Laschen befestigt ist. Durch die zusätzlichen Befestigungsmittel kann die Stabilität der Verbindung zwischen den Laschen und der Ver stärkungsstruktur noch erhöht werden. Bei den Be festigungsmitteln kann es sich um Nieten handeln, die vor dem Gießen in das Stahlblech eingesetzt und von der Verstärkungsstruktur umgossen werden. Statt der Niete können auch Bolzen verwendet werden, die an das Stahlblech angeschweißt werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Leichtbauteils ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsstruktur mit Hilfe von Befestigungsmit teln, wie Niete oder Bolzen, an der Basis des Trä gers befestigt ist. Durch die zusätzlichen Befesti gungsmittel an der Basis des Trägers kann die Sta bilität der Verbindung zwischen dem Stahlblech und der Verstärkungsstruktur noch erhöht werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Leichtbauteils ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsstruktur durch in dem Stahlblech ausge bildete Erhöhungen und/oder Vertiefungen, insbeson dere Sicken, an dem Stahlblech gehalten ist. Da durch wird eine besonders stabile mechanische Ver ankerung der Verstärkungsstruktur an dem Stahlblech gewährleistet, die zudem einfach herstellbar ist.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Leichtbauteils ist dadurch gekennzeichnet, dass der längliche Träger an mindestens einem Ende, in der Draufsicht betrachtet, T-förmig ausgebildet ist. Das T-förmige Ende des Trägers schafft drei An schlussstellen für weitere Teile.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Leichtbauteils ist dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlblech eine Dicke von weniger als 1 mm auf weist. Bei im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Untersuchungen hat sich herausge stellt, dass die Verstärkungsstruktur aus Leichtme tall auch bei einer Stahlblechdicke unter 1 mm noch eine ausreichende Festigkeit und Steifigkeit lie fert.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Er findung ergeben sich aus der nachfolgenden Be schreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeich nung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines T- förmigen Leichtbauteils gemäß einer ers ten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 2 die Ansicht eines Schnitts entlang der Linie II-II in Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Knotenpunkt 1 aus der B-Säule eines Kraftfahrzeuges dargestellt. In dem Knoten punkt 1 ist ein länglicher Träger 2 mit einem wei teren länglichen Träger 3 T-förmig verbunden. Die Träger 2 und 3 sind einstückig miteinander verbun den und weisen einen U-förmigen Querschnitt mit ei ner Basis 6 auf, von der zwei Schenkel 7 und 8 aus gehen. An den freien Enden der Schenkel 7 und 8 sind Laschen 11 und 12 abgewinkelt. Die Basis 6, die Schenkel 7 und 8 sowie die Laschen 11 und 12 sind einstückig aus Stahlblech gebildet.

Zwischen den Schenkeln 7 und 8 ist eine Kreuzrip penstruktur 15 aus Leichtmetall eingebettet, die senkrecht zu der Basis 6 aus Stahlblech angeordnet ist. In der in Fig. 2 dargestellten Schnittansicht sieht man, dass die Laschen 11 und 12 in die Ver stärkungsstruktur aus Leichtmetall eingegossen sind. Das Stahlblech ist in Fig. 1 an Stellen, wo es nicht sichtbar wäre, gestrichelt dargestellt.

Die beiden Enden des Trägers 2 sind unterschiedlich ausgebildet. Das in Fig. 1 links angeordnete Ende 19 des Trägers 2 ist als Leichtmetallprofil ganz aus Leichtmetall, ohne Stahlblech, gebildet. An ei nem derart ausgebildeten Ende 19 können andere Extrossionsprofile aus Leichtmetall angefügt wer den.

Das in Fig. 1 rechte Ende 22 des Trägers 2 ist als aus Leichtmetall gegossener Flansch mit zwei Durch gangslöchern 23 und 24 zur Aufnahme von Befesti gungselementen ausgebildet. An dem Flansch können weitere Teile befestigt werden.

Ein Ende des Trägers 3 geht in den senkrecht dazu angeordneten Träger 2 über. An dem freien Ende des Trägers 3 ragt das U-förmige Stahlblechprofil aus der Leichtmetallstruktur heraus. Das Stahlblech hat eine Dicke von etwa 1 mm. An dem reinen Stahlblech können weitere Profile aus Blech, zum Beispiel durch Schweißen, befestigt werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Leichtbauteil dient das Leichtmetall zur Stabilisierung des dünnwandigen Stahlblechs. Durch die lokale Verstärkung des Stahlblechs mit Leichtmetall können deutlich gerin gere Stahlblechdicken verwendet werden als bei her kömmlichen Leichtbauteilen. Es wird nur da ver stärkt, wo es aufgrund der im Betrieb auftretenden Belastungen nötig ist.

Claims

1. Leichtbauteil, insbesondere Karosserieteil, das Stahlblech und Leichtmetall umfasst, dadurch ge kennzeichnet, dass das Stahlblech (6 bis 8) dünnwandig ausgebildet ist, insbesondere eine Dicke von weniger als 2 mm hat, und mindestens eine freie Fläche aufweist, die lokal mit einer gegosse nen oder gesinterten Verstärkungsstruktur (15) aus Leichtmetall versehen ist.

2. Leichtbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die Verstärkungsstruktur (15) mindestens eine lokale Verdickung umfasst, die an einer stark belasteten Stelle des Stahlblechs ange ordnet ist.

3. Leichtbauteil nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstär kungsstruktur (15) mehrere Rippen umfasst, die im Wesentlichen senkrecht zu dem Stahlblech ange ordnet sind.

4. Leichtbauteil nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, dass die Rippen (15) kreuzweise mit einander verbunden sind.

5. Leichtbauteil nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstär kungsstruktur (15) nur auf einer Seite an das Stahlblech angegossen oder in das Stahlblech einge gossen ist.

6. Leichtbauteil nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstär kungsstruktur (15) formschlüssig mit dem Stahl blech verbunden ist.

7. Leichtbauteil nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahl blech als länglicher Träger (2, 3) mit einem offenen, insbesondere U-förmigen Querschnitt mit einer Basis (6) ausgebildet ist, von der zwei Schenkel (7, 8) ausgehen.

8. Leichtbauteil nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, dass sowohl die Basis (6) als auch die beiden Schenkel (7, 8) des Trägers mit der Verstärkungsstruktur verbunden sind.

9. Leichtbauteil nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass von den beiden Schenkeln (7, 8) Laschen (11, 12) ausgehen, an wel che die Verstärkungsstruktur (15) angegossen ist.

10. Leichtbauteil nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, dass die Verstärkungsstruktur (15) mit Hilfe von Befestigungsmitteln an den beiden Laschen befestigt ist.

11. Leichtbauteil nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsstruktur (15) mit Hilfe von Befestigungsmitteln an der Basis des Trägers befestigt ist.

12. Leichtbauteil nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstär kungsstruktur (15) durch in dem Stahlblech aus gebildete Erhöhungen und/oder Vertiefungen, insbe sondere Sicken, an dem Stahlblech gehalten ist.

13. Leichtbauteil nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der längliche Trä ger (3) an mindestens einem Ende, in der Draufsicht betrachtet, T-förmig ausgebildet ist.

14. Leichtbauteil nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahl blech, zumindest bereichsweise, eine Dicke von we niger als 1 mm aufweist.