EP0936011B1 - Giessverfahren zum Verbinden von wenigstens zwei Bauteilen - Google Patents

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EP0936011B1
EP0936011B1 EP98124147A EP98124147A EP0936011B1 EP 0936011 B1 EP0936011 B1 EP 0936011B1 EP 98124147 A EP98124147 A EP 98124147A EP 98124147 A EP98124147 A EP 98124147A EP 0936011 B1 EP0936011 B1 EP 0936011B1
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undercut
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casting
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Franz Dr. Gütlbauer
Hartmut Prof. Dr. Hoffmann
Arno Jambor
Volker Prof. Dr. Thoms
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DaimlerChrysler AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/04—Casting in, on, or around objects which form part of the product for joining parts
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12229—Intermediate article [e.g., blank, etc.]
    • Y10T428/12264—Intermediate article [e.g., blank, etc.] having outward flange, gripping means or interlocking feature

Definitions

  • the invention relates to a method for connecting at least two components according to the preamble of claim 1.
  • the method described there may be simple components quite suitable for a connection, in the body shop However, it may be due to the complex occurring there Structures can not be used appropriately.
  • US Patent 982,265 describes a method for bonding a Rod to a pipe, wherein in the pipe metal is poured and thus the rod is connected to the pipe.
  • DE 30 09 080 A1 shows two components, a prefabricated Rim and a wheel body, wherein the wheel body to the Rim is poured.
  • the rim has thigh webs and one T-shaped center bar, which function as a staple, holding the molded wheel body material.
  • DE 35 13 718 C1 shows a connection method according to which in a single casting two components together simultaneous formation of a connecting part (a hinge) get connected. This has a connecting part dovetailed casting approaches, which anchorage serve the hinge wing.
  • the CH 650 956 A5 shows a composite body, which in a mold of a hard metal piece with a dovetailed Undercut and metal casting produced becomes.
  • the inserted in de the mold carbide piece is with liquid metal casting so encapsulated, the undercut area is covered with liquid metal casting, after which by the Solidification rate of the casting after pouring the Hard metal piece is placed under compressive stress. After solidification of the casting, the cemented carbide piece is permanently anchored in it.
  • the second component attached to the connecting part which ultimately the two components in a simple manner with each other get connected.
  • the two components in a simple manner with each other get connected.
  • Figures 1 and 2 each show a longitudinal beam 1 trained first component one in its entirety not shown vehicle body.
  • Side member 1 extends in the longitudinal direction of the vehicle body, e.g. on a roof side, and points to one Side surface of an undercut 2 on, in this case as a known dovetail guide is trained.
  • the undercut 2 can only in a partial area be provided the length of the longitudinal member 1, but usually runs for manufacturing reasons over its entire length.
  • the length of the longitudinal member 1 is not shown Mold applied, in which then liquid metal is poured to form a connecting part 3.
  • the mold can be used depending on the used Casting in a conventional manner as Sand, mold or die to be formed.
  • the connecting part 3 and the undercut 2 are thereby designed or matched to each other that during solidification a last solidifying core area 4 of the connecting part 3 in the undercut 2 located portion of the connecting part 3 contracts, so that by the resulting voltages the connecting part 3 with the Part 1 firmly connects.
  • a second component 6 in this case a Cross member 6 of the vehicle body attached.
  • This can be replaced by well-established joining methods, e.g. Screwing or welding done.
  • welding of the cross member 6 to the connecting part 3 are far out less and smaller welds required, as in a direct welding of the cross member 6 to the longitudinal member 1, as in the state of Technique is the case. This results in a lot less tension and a lot less Warpage in the two components 1 and 6.
  • the component 6 abuts in the cases shown on the Component 1 T-shaped. It can through the connecting part 3 as required also components with any other angles are connected to each other, where the connecting part 3 can also be bent.
  • the second component 6 can be cylindrical, rectangular or of any other cross-section. Of course then becomes the area 5 of the connecting part 3 to the corresponding cross section of the second Part 6 adapted.
  • FIG. 2 In contrast to the so-called negative undercut 2 is shown in FIG. 2 a Side member 1 with a so-called positive undercut 2 shown.
  • the connecting part 3 fits in both cases when pouring to the corresponding Undercut 2 and it results as already set forth above by the last solidifying core area 4 is a firm connection between the component 1 and the connecting part 3.
  • a mold would be conceivable with which two or more connecting parts 3 with a single casting to be cast on a side rail 1 can. Even so, then a plurality of cross member. 6 attached to a side rail 1.
  • the method described is in all known Casting and alloys or materials feasible.
  • the type of attachment of the cross member 6 The connecting part 3 can vary depending on the material.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Body Structure For Vehicles (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von wenigstens zwei Bauteilen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Beim Karosseriebau von Kraftfahrzeugen werden gemäß einem aus der Praxis bekannten Stand der Technik zwei Bauteile, insbesondere T-förmig aneinanderstoßende Längs- und Querträger, durch Schweißen miteinander verbunden. Diese sehr gebräuchlichen Schweißverbindungen haben jedoch den Nachteil, dass dafür sehr große Schweißnähte notwendig sind und die beiden miteinander zu verbindenden Teile sich durch Wärmeeinwirkung extrem verziehen können, wodurch die Maßgenauigkeit der gesamten Karosseriestruktur, die durch das Verbinden mehrerer Bauteile miteinander entsteht, nicht auf ein hohes Niveau gebracht werden kann.
Aus der DE-OS 18 11 010 ist ein Verfahren zum gegenseitigen Verbinden von zwei Metallteilen bekannt, bei welchem die Metallteile an ihren Stoßflächen mit einander gegenüberliegenden, sich nach innen erweiternden Ausnehmungen versehen sind. Diese Ausnehmungen bilden bei zusammengefügten Metallteilen einen zusammenhängenden Hohlraum. Zur Verbindung der beiden Teile wird in diesen Hohlraum erwärmtes Metall eingebracht, das beim Erkalten schrumpft und somit die Metallteile zusammenzieht.
Das dort beschriebene Verfahren mag bei einfachen Bauteilen durchaus für eine Verbindung geeignet sein, im Karosseriebau kann es jedoch aufgrund der dort auftretenden komplizierten Strukturen nicht in geeigneter Weise eingesetzt werden.
Die US-PS 982,265 beschreibt ein Verfahren zum Anbinden einer Stange an ein Rohr, wobei in das Rohr Metall eingegossen wird und somit die Stange mit dem Rohr verbunden wird.
Des weiteren ist aus der US-PS 1,021,437 eine Verbindung für zwei Rohre bekannt, die durch das Eingießen von flüssigem Metall in den Verbindungsbereich der beiden T-förmig aneinanderstoßenden Rohre zustande kommt.
Weiterhin zeigt der Fachartikel von Fred H. Jay: " Joning parts by die casting", Machine Design, Bd. 43, Nr. 9, 15.04.1971, Seiten 93-95 ein Verbindungsverfahren, bei dem zwei Bauteile, insbesondere Zahnwellen im Getriebebau, miteinander durch Einspritzen flüssigen Metalls in einem Arbeitsgang miteinander verbunden werden, wobei die zu verbindenden Teile schwalbenschwanzförmige Aussparungen aufweisen, in die das Metall hineinfließt. Wenn das Metall gegen sein Zentrum schrumpft, zieht es sich am Schwalbenschwanz fest.
Weiterhin zeigt die DE 30 09 080 A1 zwei Bauteile, eine vorgefertigte Felge und ein Radkörper, wobei der Radkörper an die Felge angegossen wird. Die Felge besitzt Schenkelstege und einen T-förmigen Mittelsteg, die die Funktion einer Klammer aufweisen, die das angegossene Radkörpermaterial festhalten.
Die DE 35 13 718 C1 zeigt ein Verbindungsverfahren, nach dem in einem einzigen Gießvorgang zwei Bauteile miteinander unter gleichzeitiger Ausbildung eines Verbindungsteils (einem Scharnier) verbunden werden. Hierbei weist ein Verbindungsteil schwalbenschwanzartige Gussansätze auf, welche zur Verankerung des Scharnierflügels dienen.
Weiterhin zeigt die CH 650 956 A5 einen Verbundkörper, der in einer Gussform aus einem Hartmetallstück mit einer schwalbenschwanzförmigen Hinterschneidung und Metallguss hergestellt wird. Das in de der Gussform eingelegte Hartmetallstück wird mit flüssigem Metallguss so umgossen, der Hinterschneidungsbereich mit flüssigem Metallguss belegt wird, wonach durch die Erstarrungsgeschwindigkeit des Gusses nach dem Giessen das Hartmetallstück unter Druckspannung gesetzt wird. Nach Erstarrung des Gusses ist das Hartmetallstück in diesem unlösbar verankert.
Schließlich ist in der EP 0 335 856 A1 eine Fügeverbindung dargestellt, die ein Preß- oder Walzteil und ein Gussstück miteinander verbindet, wobei das Gussstück am Pressteil angegossen ist. Um die Festigkeit der Verbindung zu erhöhen, ist im Pressteil ein schwalbenschwanzförmige Profilierung vorgesehen. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile zu schaffen, welches insbesondere im Karoseriebau eine einfache, sichere und für die Serienfertigung geeignete Verbindung darstellt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile zu schaffen, welches insbesondere im Karosseriebau eine einfache, sichere und für die Serienfertigung geeignete Verbindung darstellt. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Durch den zuletzt erstarrenden Kernbereich zieht sich das Verbindungsteil in dem Bereich um die Hinterschneidung des ersten Bauteiles beim Erstarren so zusammen, daß sich eine Spannwirkung mit sehr hohen Kräften ergibt, welche bei vollständig erstarrtem Verbindungsteil zu einer äußerst stabilen Verbindung zwischen dem ersten Bauteil und dem Verbindungsteil führt.
Anschließend wird erfindungsgemäß das zweite Bauteil an dem Verbindungsteil angebracht, wodurch letztendlich die beiden Bauteile in einfacher Weise miteinander verbunden werden. Je nach der gewählten Form des Verbindungsteiles entsteht somit eine Anbindung des zweiten Bauteils an das erste Bauteil in beliebiger Art und Weise.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbeispiel.
Es zeigt:
Fig.1
Zwei durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verbundene Bauteile; und
Fig.2
zwei durch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verbundene Bauteile.
Die Figuren 1 und 2 zeigen jeweils ein als Längsträger 1 ausgebildetes erstes Bauteil einer in ihrer Gesamtheit nicht dargestellten Fahrzeugkarosserie. Der Längsträger 1 verläuft in Längsrichtung der Fahrzeugkarosserie, z.B. an einer Dachseite, und weist an einer Seitenfläche eine Hinterschneidung 2 auf, die in diesem Fall als an sich bekannte Schwalbenschwanz-Führung ausgebildet ist. Dabei sind auch andere Ausbildungen der Hinterschneidung 2 möglich, z.B. als T-Nut. Die Hinterschneidung 2 kann nur in einem Teilbereich der Länge des Längsträgers 1 vorgesehen sein, verläuft aber aus fertigungstechnischen Gründen meist über seine gesamte Länge.
Im Bereich der Hinterschneidung 2 wird über einen Teil der Länge des Längsträgers 1 eine nicht dargestellte Gießform angesetzt, in welche dann flüssiges Metall zur Bildung eines Verbindungsteils 3 eingegossen wird. Die Gießform kann dabei je nach dem zum Einsatz kommenden Gießverfahren in an sich bekannter Weise als Sand-, Kokillen- oder Druckgießform ausgebildet sein.
Das Verbindungsteil 3 und die Hinterschneidung 2 sind dabei so ausgelegt bzw. aufeinander abgestimmt, daß bei der Erstarrung ein zuletzt erstarrender Kernbereich 4 des Verbindungsteils 3 den in der Hinterschneidung 2 sich befindlichen Anteil des Verbindungsteils 3 zusammenzieht, so daß sich durch die daraus entstehenden Spannungen das Verbindungsteil 3 mit dem Bauteil 1 fest verbindet.
Mit anderen Worten, die durch das Zusammenziehen des zuletzt erstarrenden Kernbereichs 4 entstehenden Kräfte verlaufen genau so, daß eine sehr große Spannwirkung zwischen dem Verbindungsteil 3 und dem Längsträger 1 zustande kommt. Die entsprechende Auslegung der Hinterschneidung 2 und des Verbindungsteils 3 können z.B. durch Versuche oder Computersimulation ermittelt werden.
An das Verbindungsteil 3 wird anschließend in einem dem Bauteil 1 abgewandten Bereich 5 des Verbindungsteils 3 ein zweites Bauteil 6, in diesem Fall ein Querträger 6 der Fahrzeugkarosserie angebracht. Dies kann durch bewährte Verbindungsverfahren, wie z.B. Schrauben oder Schweißen erfolgen. Beim Anschweißen des Querträgers 6 an das Verbindungsteil 3 sind weitaus weniger und auch kleinere Schweißnähte erforderlich, als bei einer direkten Anschweißung des Querträgers 6 an den Längsträger 1, wie dies beim Stand der Technik der Fall ist. Dadurch ergeben sich weitaus weniger Verspannungen und ein sehr viel geringerer Verzug in den beiden Bauteilen 1 und 6.
Das Bauteil 6 stößt in den abgebildeten Fällen an das Bauteil 1 T-förmig an. Es können durch das Verbindungsteil 3 je nach Bedarf auch Bauteile mit beliebigen anderen Winkeln zueinander verbunden werden, wobei das Verbindungsteil 3 auch gebogen sein kann. Das zweite Bauteil 6 kann dabei zylinderförmig, rechteckig oder von beliebigem anderen Querschnitt sein. Selbstverständlich wird dann der Bereich 5 des Verbindungsteils 3 an den entsprechenden Querschnitt des zweiten Bauteils 6 angepaßt.
Im Gegensatz zu der in Fig. 1 dargestellten sogenannten negativen Hinterschneidung 2 ist gemäß Fig. 2 ein Längsträger 1 mit einer sogenannten positiven Hinterschneidung 2 dargestellt. Das Verbindungsteil 3 paßt sich in beiden Fällen beim Gießen an die entsprechende Hinterschneidung 2 an und es ergibt sich wie bereits oben dargelegt durch den zuletzt erstarrenden Kernbereich 4 eine feste Verbindung zwischen dem Bauteil 1 und dem Verbindungsteil 3.
In nicht dargestellter Art und Weise können gemäß beiden beschriebenen Ausführungsformen auch mehrere Gießformen an einen Querträger 1 angebracht werden, wodurch mehrere gleichartige Verbindungsteile 3 hergestellt und mehrere Querträger 6 an einen Längsträger 1 angebracht werden können.
Alternativ wäre auch eine Gießform denkbar, mit welcher zwei oder mehrere Verbindungsteile 3 mit einem einzigen Abguß an einen Längsträger 1 angegossen werden können. Auch so könnten dann mehrere Querträger 6 an einen Längsträger 1 angebracht werden.
Das beschriebene Verfahren ist bei allen bekannten Gießverfahren und Legierungen bzw. Materialien durchführbar. Die Art der Anbringung des Querträgers 6 an dem Verbindungsteil 3 kann dabei je nach Material variieren.
In jedem Fall ist beim Gießen bzw. beim Herstellen der Gießform zu beachten, daß auch bei gebogenem Verbindungsteil 3 die Gießform nach dem Gießen wieder getrennt werden kann.

Claims (13)

  1. Verfahren zum Verbinden von wenigstens zwei Bauteilen, wobei das erste Bauteil an einer dem zweiten Bauteil zugewandten Seite eine Hinterschneidung aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Hinterschneidung (2) ein Verbindungsteil (3) an das erste Bauteil (1) angegossen wird, wobei im Bereich der Hinterschneidung (2) über einen Teil der Länge des ersten Bauteils (1) eine Gießform angesetzt wird, in welche flüssiges Metall zur Bildung des Verbindungsteils (3) eingegossen wird, dass das Verbindungsteil (3) so ausgelegt wird, dass das Verbindungsteil (3) bei seiner Erstarrung durch das Zusammenziehen eines zuletzt erstarrenden Kernbereiches (4) des Verbindungsteils (3) fest mit dem ersten Bauteil (1) verbunden wird, und dass anschließend das zweite Bauteil (6) an dem Verbindungsteil (3) an einem der Hinterschneidung (2) abgewandten Bereich (5) angebracht wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Verbindungsteile (3) mit derselben Gießform nacheinander an das erste Bauteil (1) angegossen werden.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Hinterschneidung (2) durch eine Schwalbenschwanz-Führung gebildet wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Hinterschneidung (2) durch eine T-Nut gebildet wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß als Gießform eine Sandgießform verwendet wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß als Gießform eine Kokille verwendet wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß als Gießform eine Druckgießform verwendet wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß der der Hinterschneidung (2) abgewandte Bereich (5) des Verbindungsteils (3) beim Gießen zylinderförmig ausgebildet wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß der der Hinterschneidung (2) abgewandte Bereich (5) des Verbindungsteils (3) beim Gießen quaderförmig ausgebildet wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Bauteil (6) an das Verbindungsteil (3) angeschraubt wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Bauteil (6) an das Verbindungsteil (3) angeschweißt wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bauteil (1) und das zweite Bauteil (6) als Karosseriebauteile eines Kraftfahrzeuges verwendet werden.
  13. Verfahren nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Bauteil (6) als Querträger ausgebildet wird, welcher T-förmig an das als Längsträger ausgebildete erste Bauteil (1) anstößt.
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