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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Längsträgers gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, in Kraftfahrzeugen Längsträger einzubauen und selbsttragende Kraftfahrzeugkarosserien herzustellen. Diese selbsttragenden Kraftfahrzeugkarosserien werden dabei zumeist aus metallischen Werkstoffen hergestellt. Insbesondere kommen hier Stahlwerkstoffe zum Einsatz, jedoch auch Leichtmetallwerkstoffe. Als Leichtmetallwerkstoff wird bevorzugt eine Aluminiumlegierung verwendet.
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Front- oder Heckseitig weist eine derartige selbsttragende Kraftfahrzeugkarosserie Längsträger auf. Die Längsträger dienen zum einen dazu, eine Verbindung mit einem vorderen oder hinteren Ende angeordneten Querträger herzustellen, insbesondere unter Eingliederung von Crashboxen. Die Längsträger dienen jedoch auch beispielsweise zur Aufnahme eines Achshilfsrahmens, jedoch auch eines Motors und/oder Getriebes.
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Ein Längsträger ist als längliches im Querschnitt profiliertes Bauteil ausgebildet. Ein Längsträger kann auch als geschlossenes Hohlprofilbauteil ausgebildet sein.
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Aus
DE 10 2006 041 092 A1 ist ein in Längsrichtung eines Kraftfahrzeuges verbauter Träger bekannt, wobei ein Teil dieses Trägers als Strangpressprofil ausgebildet ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Längsträgers aufzuzeigen, wobei der Längsträger ein besonders geringes Eigengewicht aufweist, kostengünstig und unter wirtschaftlichem Materialeinsatz herstellbar ist.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zur Herstellung eines Längsträgers im Patentanspruch 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
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Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Längsträgers für ein Kraftfahrzeug, ausgebildet als längliches im Querschnitt profiliertes Umformbauteil mit mindestens zwei Längenabschnitten mit voneinander verschiedenen Wandstärken. Das Verfahren zeichnet sich erfindungsgemäß durch folgende Verfahrensschritte aus:
- – Extrudieren eines Leichtmetallprofils mit einem unebenen Extrusionsquerschnitt und einer Extrusionsbreite,
- – Verbreitern der Extrusionsbreite durch Abflachen und/oder Ziehen zu einer Verarbeitungsbreite,
- – Wobei, während oder nach dem Verbreitern zu einzelnen Halbzeugen abgelängt wird,
- – Pressumformen des Halbzeuges zu dem Längsträger, wobei das Leichtmetallprofil quer orientiert zur Längsrichtung des Längsträgers extrudiert wurde, wobei vor, während oder nach der Pressumformoperation eine Beschnittoperation durchgeführt wird.
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Mit dem Verfahren kann der nachfolgend beschriebene Längsträger hergestellt werden. Dieser erfindungsgemäße Längsträger ist für ein Kraftfahrzeug als längliches Bauteil ausgebildet. Er weist im Querschnitt eine Profilierung auf. Die Profilierung kann in Längsrichtung variieren. Der Längsträger ist umformtechnisch hergestellt, wobei Ausgangsbasis ein extrudiertes Leichtmetallprofil ist. Längenabschnittsweise weist der Längsträger voneinander verschiedene Wandstärken auf. Erfindungsgemäß zeichnet sich der Längsträger dadurch aus, dass das Leichtmetallprofil quer orientiert zur Längsrichtung des Längsträgers extrudiert ist.
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Im Sinne der Erfindung muss nicht zwangsläufig die Längsrichtung exakt in einem 90°-Winkel zur Extrusionsrichtung des Leichtmetallprofils verlaufen. Es können auch einige Grad Abweichung insbesondere in Abhängigkeit der weiteren pressformtechnischen Bearbeitung vorherrschen, insbesondere ist jedoch die Längsrichtung des Längsträgers quer zur Extrusionsrichtung des Leichtmetallprofils orientiert verlaufend. Bevorzugt ist somit die Längsrichtung des Längsträgers zwischen 70° und 110°, insbesondere zwischen 80° und 100° orientiert verlaufend zur eigentlichen Extrusionsrichtung des Leichtmetallprofils.
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Somit ist es möglich, zunächst ein Leichtmetallprofil zu extrudieren, das in einem Extrusionsquerschnitt voneinander verschiedene Wandstärken aufweist. Dieses Leichtmetallprofil ist mit einer Extrusionsbreite hergestellt, die kleiner einer späteren Verarbeitungsbreite und auch kleiner der Länge des Längsträgers ist. Das Leichtmetallprofil wird jedoch mit einem unebenen Extrusionsquerschnitt, beispielsweise einem wellenförmig verlaufenden Extrusionsquerschnitt extrudiert.
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In einem nächsten Verarbeitungsschritt wird dieser unebene Extrusionsquerschnitt verbreitert, insbesondere abgeflacht. Dies kann beispielsweise durch Aufbringen einer Druckkraft von einer Oberseite oder einer Unterseite her erfolgen und/oder durch Aufbringen einer Zugkraft an den jeweiligen Enden des Extrusionsquerschnitts erfolgen. Vor oder nach dem Abflachen bzw. Verbreiten wird das Metallprofil abgelängt. Dadurch werden Halbzeuge bereitgestellt, die im Wesentlichen Platinenform haben. Diese Halbzeuge werden dann umformtechnisch bearbeitet, so dass der Längsträger in seine Endkontur umgeformt ist. Mithin ist der Längsträger als dreidimensional komplex geformtes Bauteil ausgebildet mit voneinander verschiedenen Wandstärken. Erfindungsgemäß ist jedoch die Längsrichtung des Längsträgers quer zur ursprünglichen Extrusionsrichtung des Leichtmetallprofils orientiert. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass längenabschnittsweise die Wandstärke gezielt den jeweiligen Anforderungen an Belastung, Steifigkeit, Crashperformance und Materialeinsatz durch das Extrusionsverfahren gezielt eingestellt werden kann. Bevorzugt kann das Extrusionsverfahren derart eingesetzt werden, dass in den Längenabschnitten, in denen kleine Querschnittsbreiten und/oder Querschnittshöhen des späteren Längsträgers vorgesehen sind, eine größere Wandstärke hergestellt ist. In den Längenabschnitten, die im Vergleich zu dem zuvor Genannten eine größere Querschnittskonfiguration aufweisen, kann eine dünnere Wandstärke zum Einsatz gelangen. Der Querschnitt des eigentlichen Längsträgers kann dann insbesondere durch die umformtechnische Bearbeitung hergestellt werden. Dieser Querschnitt kann in Längsrichtung voneinander verschieden sein. Jeweils in einem Querschnitt ist jedoch dann eine im Wesentlichen homogene Wandstärke ausgebildet, wobei die Wandstärke sich in Längsrichtung des Längsträgers voneinander verändert.
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Es können übliche Extrusionsvorrichtungen verwendet werden, die Extrusionsbreiten von 30 cm, 40 cm, 50 cm extrudieren können. Durch das diesem Extrusionsprozess nachgeschaltete Abflachen bzw. Verbreitern können jedoch Bauteillängen von über 100 cm bis hin zu 150 cm oder gar 200 cm realisiert werden, so dass die Bauteillänge bevorzugt dem 1,5-fachen bis 4-fachen der Extrusionsbreite entspricht. Bevorzugt werden Wandstärken zwischen 1 mm und 10 mm extrudiert. Insbesondere sind die dünneren Wandstärken von 1 mm bis 5 mm, insbesondere 1,5 mm bis 3 mm ausgebildet. Die größeren Wandstärken sind bevorzugt zwischen 3 mm und 6 mm, insbesondere zwischen 3,5 mm und 5 mm ausgebildet.
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Insbesondere ist es somit möglich, einen Längsträger einstückig und werkstoffeinheitlich herzustellen. Der Längsträger kann jedoch auch als gekoppeltes Zusammenbauteil und hier insbesondere als geschweißtes Zusammenbauteil ausgebildet sein. Letzterenfalls ist es insbesondere möglich, den Längsträger zumindest längenabschnittsweise als geschlossenes Hohlprofil herzustellen. Hierzu wird bevorzugt ein Schließblech mit dem Längsträger längenabschnittsweise gekoppelt.
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In bevorzugter Ausgestaltungsvariante der Erfindung ist es jedoch auch möglich, dass beide Teile des Längsträgers in Form eines Zusammenbauteils mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind und nach einer umformtechnischen Bearbeitung diese beiden Teile miteinander gekoppelt werden. Dies bietet den Vorteil, dass beide Teile jeweils gewichtsoptimiert gezielt längenabschnittsweise voneinander verschiedene variierende Wandstärken aufweist. Insbesondere können somit beispielsweise umlaufende Nuten als Träger vorgesehen werden. Diese können insbesondere innenseitig an dem Hohlprofil ausgebildet sein. Somit ist es möglich, dass im Falle einer axialen Krafteinleitung eine gezielte Stauchung des Längsträgers herbeigeführt wird.
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Zwischen zwei in Längsrichtung benachbarten Längenabschnitten ist bevorzugt ein Übergangsabschnitt ausgebildet. Dieser Übergangsabschnitt ist auch als Wandstärkenübergang bezeichnet. Der Übergangsabschnitt hat weiterhin bevorzugt eine Breite, die sich in Längsrichtung des Längsträgers erstreckt, wobei die Breite kleiner gleich dem 3-fachen, bevorzugt dem 1,5 fachen größeren Wandstärke ausgebildet ist. Von kleinerer zu größerer Wandstärke bzw. von größerer zu kleinerer Wandstärke geht diese im Längsschnitt degressiv, linear oder progressiv über. Dies bietet insbesondere den Vorteil, dass zunächst beim Extrusionsverfahren ein entsprechender Wandstärkenübergang hergestellt werden kann, der keine Kerbwirkung in dem nachfolgenden Abflach- bzw. Verbreiterungsvorgang entfaltet. Einschnürungen oder Rissbildungen werden hierdurch vermieden.
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Alternativ ist es jedoch auch vorstellbar, dass der Wandstärkenübergang stufenweise erfolgt. Die Breite des Wandstärkenübergangs ist somit äußerst gering, bevorzugt kleiner 1 mm. Der Wandstärkenübergang von kleinerer zu größerer Wandstärke erfolgt nach dem Prinzip einer Stufe und erfolgt sprunghaft.
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Insbesondere ist die größere Wandstärke größer als das 1,3-fache der kleineren Wandstärke, bevorzugt größer als das 1,5 fache der jeweils benachbarten kleineren Wandstärke.
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Weiterhin besonders bevorzugt ist der Wandstärkenübergang nur einseitig an dem Längsträger ausgebildet. Dies bedeutet, dass eine Seite bezogen auf den Wandstärkenübergang flach bzw. eben ist und auf der gegenüberliegenden Seite der Wandstärkenübergang ausgebildet ist. Durch das Extrusionsverfahren ist es jedoch auch besonders bevorzugt möglich, dass der Wandstärkenübergang an beiden Seiten des Längsträgers, mithin an einer Oberseite und an einer Unterseite ausgebildet ist. Auch hierdurch ist es wiederum möglich durch gezielte Variationen der Wandstärke den Längsträger gewichtsoptimiert und gleichzeitig stabilitätsoptimiert herzustellen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltungsvariante weist der Längsträger längenabschnittsweise, insbesondere in Einbaulage, eine größere Höhe auf, gegenüber einem benachbarten Längenabschnitt. Insbesondere kann dies durch einen Beschneidevorgang hergestellt werden. An der abgelängten Seite des Leichtmetallprofils kann es an der Außenkontur derart beschnitten sein, dass bezogen auf die Einbaulage nach oben bzw. nach unten gerichtete Fortsätze ausgebildet werden, um beispielsweise Anbauteile oder ähnliches aufzunehmen.
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Ergänzend oder alternativ wird der Längsträger insbesondere durch Koppelung mit einem weiteren Teil als geschlossenes Hohlprofil ausgebildet. Der eigentlich hergestellte Längsträger weist jedoch insbesondere ein C-förmiges, U-förmiges, W-förmiges oder hutförmiges Querschnittsprofil auf. Die Querschnittsebene des Querschnitts des hergestellten Längsträgers ist orthogonal orientiert zu der Querschnittsebene des Extrusionsquerschnitts des Leichtmetallprofils.
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Bevorzugt ist in einem Längenabschnitt des Längsträgers, insbesondere in einem Endabschnitt in Längsrichtung mindestens ein Längenabschnitt mit dünnerer Wandstärke als Trigger ausgebildet. Bevorzugt sind mindestens zwei, insbesondere drei, vier oder mehr Längenabschnitte mit dünnerer Wandstärke ausgebildet. Diese sind parallel zueinander beabstandet, so dass bei Einleitung einer axialen Kraft eine gezielte Stauchung bzw. Deformation des Längsträgers zum Energieabbau herbeigeführt wird. Die Übergangsabschnitte im Falle des Triggers sind insbesondere sprunghaft und weisen eine geringe Breite in Längsrichtung auf.
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Weiterhin besonders bevorzugt sieht eine Ausgestaltungsvariante des Längsträgers vor, dass längenabschnittsweise zumindest eine Hohlkammer ausgebildet ist, mithin ein Querschnitt an dem Längsträger als geschlossenes Hohlprofil ausgebildet ist. Ein weiterer Längenabschnitt ist jedoch als offenes Hohlprofil, beispielsweise C-förmig, W-förmig oder hutförmig ausgebildet. Dies ist derart ausgebildet, dass in dem Längenabschnitt mit geschlossenem Hohlprofil ein Schließblech bzw. ein zweiter Teil mit dem ersten Teil des Längsträgers gekoppelt ist.
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Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausgestaltungsvarianten werden in den schematischen Figuren dargestellt. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung. Es zeigen:
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1 einen erfindungsgemäß hergestellten Längsträger in perspektivischer Ansicht sowie Schnittansichten,
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2 ein optionales Schließblech für den Längsträger aus 1,
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3a bis f ein Herstellungsverfahren sowie einen damit hergestellten Längsträger mit Schließblech,
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4a bis f ein Herstellungsverfahren sowie einen damit hergestellten Längsträger in verschiedenen Ansichten,
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5 eine Querschnittsansicht des extrudierten Leichtmetallprofils und
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6a und b eine Längsschnittansicht durch den erfindungsgemäßen Längsträger.
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In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
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In 1 ist ein erfindungsgemäß hergestellter Längsträger 1 in perspektivischer Ansicht gezeigt. Der Längsträger 1 weist eine dreidimensional komplex geformte Kontur auf, welche durch umformtechnisches Bearbeiten hergestellt ist. Gemäß Schnittlinien A-A und B-B sowie der jeweils dargestellten Querschnittsansicht ist ersichtlich, dass der Längsträger 1 zumindest längenabschnittsweise als offenes Hohlprofil und insbesondere als hutförmiges C- bzw. L-förmiges Querschnittsprofil ausgebildet ist. Im Querschnitt herrscht eine jeweils homogene Wandstärke.
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In seiner Längsrichtung 2 weist der Längsträger 1 voneinander verschiedene Wandstärken W1, W2, W3, W4, W5, W6 auf. Dies ist schematisch angedeutet in der Längsschnittansicht eines entsprechenden Halbzeuges 3. Dieses weist eine Halbzeuglänge 4 auf, die größer gleich der Länge 5 des Längsträgers 1 selbst ist. Durch umformtechnisches Bearbeiten des Halbzeuges 3 verringert sich die Länge 5 des Längsträgers 1 gegenüber der Halbzeuge 4. Die Wandstärkenübergänge 6 der einzelnen Wandstärken W1, W2, W3, W4, W5, W6 zueinander sind hier dargestellt nur an einer Oberseite 7 ausgebildet. Sie könnten jedoch auch nicht näher dargestellt alternativ an einer Unterseite 8 oder an Oberseite 7 und Unterseite 8 ausgebildet sein.
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Wiederum exemplarisch dargestellt ist ein Übergangsabschnitt 9, der eine Breite 10 aufweist, die bevorzugt kleiner gleich der größten benachbarten Wandstärke W3 ist. Die Wandstärke geht von geringerer Wandstärke W2 zur größeren Wandstärke W3 mit einem degressiven Verlauf über. Die Wandstärke kann jedoch auch nicht näher dargestellt stufenweise bzw. sprunghaft übergehen.
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In einem vorderen Endabschnitt 11 sind zwei Längenabschnitte 12, 13 ausgebildet, mit dünnerer Wandstärke W4, W6. Diese Längenabschnitte 12, 13 können bei Einleitung einer Axialkraft eine gezielte Deformation des Längsträgers 1 herbeiführen. Sie werden auch als Träger bezeichnet. Die größeren Wandstärken W1, W3, W5 können gleich sein, jedoch auch voneinander verschieden sein. Die demgegenüber dünneren Wandstärken W2, W4, W6 können ebenfalls jeweils gleich, jedoch auch voneinander verschieden sein. Die Längsrichtung 2 ist jedoch quer orientiert verlaufend angeordnet zu einer eingezeichneten Extrusionsrichtung 14 des nicht näher dargestellten Leichtmetallprofils.
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2 zeigt eine Oberschale 15 für einen erfindungsgemäßen Längsträger insbesondere gemäß 1. Dieser würde in dem Fall als Unterschale ausgebildet sein. Auch die Oberschale weist in ihrem Längsschnitt des Halbzeuges 3 voneinander verschiedene Wandstärken W1, W2, W3, W4, W5, W6. auf. Diese Wandstärken W1, W2, W3, W4, W5, W6, sind dabei analog ausgebildet zu den Wandstärken von 1. Die Oberschale 15 und die Unterschale gemäß Längsträger aus 1 können aus dem gleichen Halbzeug 3 hergestellt sein. Bevorzugt ist jedoch der Zuschnitt der äußeren Kontur voneinander verschieden. Nicht näher dargestellt werden Oberschale 15 und Unterschale miteinander gekoppelt, insbesondere durch ein thermisches Fügeverfahren.
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3c bis f zeigen eine weitere Ausgestaltungsvariante eines erfindungsgemäßen Längsträgers 1. Zu erkennen ist, dass dieser in seiner Längsrichtung 2 Längenabschnitte aufweist, die eine größere Höhe H und/oder größere Querschnittsfläche haben gegenüber benachbarten Längenabschnitten mit einer demgegenüber geringeren Höhe. Hier können beispielsweise nicht näher dargestellte Bauteile wie Achsen, Karosseriebauteile oder auch Motorträger angeordnet sein. Insbesondere gemäß der Schnittansicht A-A in 3d ist zu erkennen, dass der Längsträger 1 mit einem weiteren im Querschnitt C-förmigen Profil 16 gekoppelt ist, so dass eine geschlossene Hohlkammer 17 ausgebildet ist.
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3a zeigt eine Längsschnittansicht durch in verbreitertes Halbzeug 3 gemäß 3b. Gut zu erkennen sind in Längsrichtung 2 des später hergestellten Längsträgers 1 längenabschnittsweise voneinander verschiedene Wandstärken W1, W2, W3, W4, W5. Die Längsrichtung ist quer orientiert zur Extrusionsrichtung 14. Zwischen den einzelnen Wandstärken W1, W2, W3, W4, W5 sind Wandstärkenübergänge 6 dargestellt. Auch hier wiederum nur an einer Oberseite 7, nicht jedoch an einer Unterseite 8. Für die Kopplung gemäß. 3d ist es vorteilig, dass die Unterseite 8 keine Wandstärkenübergänge aufweist.
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4c bis f zeigt eine weitere Ausgestaltung eines Längsträgers 1 in verschiedenen Ansichten. Zu erkennen ist, dass ein erster Teil 18 des Längsträger 1 hergestellt ist aus einem Halbzeug 3 mit im Querschnitt voneinander verschiedenen Wandstärken W1, W2, W3, W4, W5. Ein zweiter Teil 19 als im Querschnitt ausgebildetes offenes Hohlprofil ist mit dem ersten Teil 18 gekoppelt ist. Dies erfolgt beispielsweise über thermisches Fügen. Es ergibt sich somit eine geschlossene Hohlkammer 17. Gemäß 4a und b ist wiederum zunächst ein Profil 16 extrudiert und verbreitert, um so für den ersten Teil 18 voneinander verschiedene Wandstärken W1, W2, W3, W4, W5 herzustellen.
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5 zeigt weiterhin ein zunächst extrudiertes Leichtmetallprofil 20 mit einer Extrusionsbreite 21 und voneinander verschiedenen Wandstärken W1, W2. Die Extrusionsbreite 21 ist dabei kleiner als eine Verarbeitungsbreite 22, beispielsweise dargestellt in 3b. Die Bauteillänge entspricht dann der Verarbeitungsbreite 22 bzw. ist geringfügig kleiner der Verarbeitungsbreite 22 aufgrund der dreidimensionalen Pressumformung.
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6 zeigt einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Längsträger 1, wobei von einer größeren Wandstärke W1 auf eine geringere Wandstärke W1 übergegangen wird. Im Falle von 6a erfolgt der Wandstärkenübergang 6 sowohl an der Oberseite 7 als auch an der Unterseite 8 des erfindungsgemäßen Längsträgers 1. Dieser weist ferner einen Übergangsabschnitt 9 auf, welcher sich von einer Breite 10 in Längsrichtung 2 erstreckt, wobei die Breite 10 kleiner gleich dem 3-fachen der größeren Wandstärke W2 ist. Der Querschnittsverlauf geht im Übergangsabschnitt 9 an der Oberseite 7 progressiv über zur Wandstärke W2 und an der Unterseite 8 degressiv.
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6b zeigt ebenfalls einen Übergangsabschnitt 9 in Form eines Wandstärkensprungs, welcher ebenfalls an der Oberseite 7 aber auch an der Unterseite 8 ausgebildet ist. Der Wandstärkensprung 23 weist somit eine Erstreckung in Längsrichtung 2, bevorzugt kleiner gleich 1 mm auf. Insbesondere erfolgt er stufenweise. Die Darstellungen in 6a und b können jeweils auch nur an einer Oberseite 7 oder nur an einer Unterseite 8 ausgebildet sein. Ebenfalls ist die Extrusionsrichtung 14 dargestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Längsträger
- 2
- Längsrichtung zu 1
- 3
- Halbzeug
- 4
- Halbzeuglänge
- 5
- Länge zu 1
- 6
- Wandstärkenübergang
- 7
- Oberseite
- 8
- Unterseite
- 9
- Übergangsabschnitt
- 10
- Breite zu 9
- 11
- Endabschnitt
- 12
- Längenabschnitt
- 13
- Längenabschnitt
- 14
- Extrusionsrichtung
- 15
- Oberschale
- 16
- Profil
- 17
- Hohlkammer
- 18
- erstes Teil
- 19
- zweites Teil
- 20
- Leichtmetallprofil
- 21
- Extrusionsbreite
- 22
- Verarbeitungsbreite
- 23
- Wandstärkensprung
- H
- Höhe
- W1
- Wandstärke
- W2
- Wandstärke
- W3
- Wandstärke
- W4
- Wandstärke
- W5
- Wandstärke
- W6
- Wandstärke