BÜHRIG-POLACZEK, Andreas (Schervierstr. 41, Aachen, 52066, DE)
LAO, Bin (Im Johannistal 26, Aachen, 52064, DE)
BÜHRIG-POLACZEK, Andreas (Schervierstr. 41, Aachen, 52066, DE)
| Ansprüche 1. Metallhybrid- Verbundgussteil, mit einem Blecheinleger (1) und einem Druckgussteil (4), wobei der Blecheinleger (1) eine erste metallische Komponente aufweist, das Druckgussteil (4) eine zweite metallische Komponente aufweist, die von der ersten metallischen Komponente verschieden ist, und der Blecheinleger (1) eine Befestigungsfläche (2) aufweist, auf der das Druckgussteil (4) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsfläche (2) eine vorbestimmte Mikrostrukturierung (3) aufweist. 2. Metallhybrid- Verbundgussteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrostrukturierung (3) wenigstens ein sich wiederholendes Muster aufweist. 3. Metallhybrid- Verbundgussteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrostrukturierung (3) Ausnehmungen (5) aufweist, die von Bereichen des Druckgussteils (4) wenigstens teilweise, vorzugsweise vollständig, ausgefüllt sind. 4. Metallhybrid- Verbundgussteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrostrukturierung (3) Ausnehmungen (5) aufweist, die nicht konkav sind. 5. Metallhybrid- Verbundgussteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrostrukturierung (3) Ausnehmungen (5) aufweist, die eine Innenstruktur auf der Wand und/oder dem Boden der Ausnehmung (5) aufweisen. 6. Metallhybrid- Verbundgussteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenstruktur vorbestimmt ist. 7. Metallhybrid-Verbundgussteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenstruktur wenigstens ein sich wiederholendes Muster aufweist. 8. Metallhybrid-Verbundgussteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikro strukturierung Ausnehmungen (5) aufweist, die eine senkrecht zur Befestigungsfläche (2) verlaufende Wand aufweisen. 9. Metallhybrid-Verbundgussteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Ausnehmungen (5) vorgesehen sind, die eine einen Hinterschnitt bildende Wand aufweisen. 10. Metallhybrid-Verbundgussteil nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefen der Ausnehmungen (5) > 10 μιη und < 3 mm betragen. 11. Metallhybrid-Verbundgussteil nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Breiten der Ausnehmungen (5) > 10 μιη und < 3 mm betragen. 12. Metallhybrid-Verbundgussteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrostrukturierung (3) Aufwürfe (6) aufweist. 13. Metallhybrid-Verbundgussteil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Aufwürfe (6) an die Ausnehmungen (5) anschließen. 14. Metallhybrid-Verbundgussteil nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufwürfe (6) eine nach außen weisende Hakenform aufweisen. 15. Metallhybrid- Verbundgussteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrostrukturierung (3) durch ein Laserverfahren oder/und durch ein mechanisches Verfahren, vorzugsweise ein Walzverfahren, hergestellt ist. |
Die Erfindung betrifft ein Metallhybrid- Verbundgussteil, mit einem Blecheinleger und einem Druckgussteil, wobei der Blecheinleger eine erste metallische Komponente aufweist, das Druckgussteil eine zweite metallische Komponente aufweist, die von der ersten metallischen Komponente verschieden ist, und der Blecheinleger eine Befestigungsfiäche aufweist, auf der das Druckgussteil befestigt ist.
Metallhybrid- Verbundgussteile sind Bauteile, die z. B. im Automobilbau verwendet werden, und weisen typischerweise eine Kombination von zwei verschiedenen Metallen, wie Stahl und Aluminium, Stahl und Magnesium oder Aluminium und Magnesium, auf. Während bei der Herstellung des Metallhybrid-Verbundgussteils ein Teil aus einer Metallkomponenten typischerweise als Blechteil, nämlich als Blecheinleger, bereit gestellt wird, wird die andere Metallkomponente auf dem Blecheinleger z. B. durch ein Druckgießverfahren aufgebracht und befestigt.
Um die Anbindung zwischen den beiden voneinander verschiedenen Werkstoffkomponenten zu verbessern, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, die Oberfläche vor dem Druckgießen zu behandeln. So ist es z. B. bekannt, auf dem Blecheinleger auf dem Bereich, in dem auf den auf diesem durch das Druckgießverfahren ein Druckgussteil befestigt werden soll, eine Oberflächenbeschichtung vorzusehen, nämlich z. B. eine Verzinkung, ein Vernickeln oder eine Feueraluminierung. Ferner ist es auch bekannt, die Oberfläche durch Sandstrahlen vorzubereiten. Zur Verbesserung der Anbindung der beiden unterschiedlichen Werkstoffkomponenten sind ferner Verfahren bekannt, die während des Druckgießens durchgeführt werden, wie eine Oberflächenbeheizung des Blecheinlegers und/oder eine Ultraschallanregung während des Gießprozesses.
Der Verbund zwischen zwei unterschiedlichen Werkstoffkomponenten bei einem Metallhybrid kann außer durch ein Druckgießverfahren auch durch andere Verfahren hergestellt wer- den, wie durch Kleben, Schweißen, Nieten, Stanzen, Verschrauben, Fügen oder Falzen. Sowohl bei diesen Verfahren als auch beim Druckgießverfahren bestehen verschiedene Proble- me: Häufig verbleiben zwischen den verschiedenen Metallkomponenten Spalten, was die Belastbarkeit vermindert. Im Übrigen besteht durch diese Spalte ein erhöhtes Korrosionsrisiko. Grundsätzlich problematisch ist im Übrigen, die beiden Metallkomponenten Form- und Kraftschlüssig mit einer gewünschten Festigkeit mit einander zu verbinden. Häufig ist die Anbin- dung der beiden Metallkomponenten aneinander nämlich nicht so hoch, wie eigentlich erforderlich, oder zu mindestens lässt die Anbindung mit der Zeit zu schnell nach.
Konkret ist bei den aus dem Stand der Technik bekannten Oberflächenbeschichtungen problematisch, dass die meisten herkömmlichen Beschichtungen zu niedrige Schmelztemperaturen von nur 400 - 600 °C aufweisen. Im Übrigen ist das Haftungsvermögen für den Einsatz für Metallhybrid- Verbundgussteile häufig zu gering. Die Beschichtung wird während des Druckgießprozesses, der im Temperaturbereich von 680 - 700 °C bei einem Druck von 300 bar stattfindet häufig stark beschädigt, sie wird nämlich geschmolzen, weggespült und/oder oxi- diert. Ferner sind Beschichtungen, wie Sie durch Vernickeln erzielt werden, zwar hitze- und druckbeständig, aber für die Anwendung für Metallhybride sind sie technisch nur schwer anwendbar und im Übrigen auch wirtschaftlich ungünstig.
Bei der Oberflächenbeheizung des Blecheinlegers sind sowohl die Temperatur als auch die Dauer des Gießverfahrens beschränkt, da der Werkstoff des Einlegers einer Oberflächenoxi- dation ausgesetzt wird. Ferner bedeutet die Ultraschallanregung während des Gießprozesses einen großen Aufwand, und geometriebedingt besteht während des Gießprozesses häufig ein Problem mit der Zugänglichkeit.
Insofern ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit anzugeben, den Blecheinleger mit dem Druckgussteil bei einem Metallhybrid-Verbundgussteil einfach, kostengünstig und verlässlich zu befestigen. Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen ein Metallhybrid- Verbundgussteil, mit einem Blech- einleger und einem Druckgussteil, wobei der Blecheinleger eine erste metallische Komponente aufweist, das Druckgussteil eine zweite metallische Komponente aufweist, die von der ersten metallischen Komponente verschieden ist, und der Blecheinleger eine Befestigungsfläche aufweist, auf der das Druckgussteil befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsfiäche eine vorbestimmte Mikrostrukturierung aufweist.
Ein wesentlicher Punkt der Erfindung liegt also darin, dass die Fläche des Blecheinlegers, auf der das Druckgussteil erstellt werden soll, vor dem Druckgießen mit einer derartigen Mikrostrukturierung zu versehen, die vorab definiert ist, deren Strukturen vorab also genau geplant sind. Insofern ist der Begriff„vorbestimmte Mikrostrukturierung" vorliegend derart zu ver- stehen, das nur eine derartige Mikrostrukturierung gemeint ist, deren Ausgestaltung hinsichtlich Abmessungen und Muster bewusst vorab geplant ist und nicht dem Zufall überlassen wird. Insbesondere grenzt sich die Erfindung damit gegen Verfahren der Oberflächenbehandlung, wie Sandstrahlen ab, mit denen zwar eine vorbestimmte Rauigkeit erzielt werden kann, bei der die tatsächlich erzielte Geometrie der Mikrostrukturierung jedoch immer dem Zufall überlassen bleibt. Im Gegensatz zum Sandstrahlen werden erfindungsgemäß die Art der Struktur, also das Muster der Struktur, der Ort der Mikrostrukturierung und/oder die Abmessungen der Mikrostrukturierungsformen vorab definiert und festgelegt.
Grundsätzlich ist es möglich, dass die Mikrostrukturierung im gesamten Bereich der Befesti- gungsfläche, auf der sie vorgesehen ist, unterschiedlich ist. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass die Mikrostrukturierung wenigstens ein sich wiederholendes Muster aufweist. Dies hat einerseits den Vorteil, dass an mehreren Stellen der Befestigungsfläche, vorzugsweise auf der gesamten Befestigungsfiäche, ein derartiges Mikrostrukturierungsmuster verwendet werden kann, das eine optimale Anbindung zwischen dem Druckgussteil und dem Blecheinleger gewährleistet. Ferner vermindert dies auch den Aufwand bei der Herstellung, da sich wiederholende Herstellungsabläufe verwendet werden können.
Grundsätzlich kann die Mikrostrukturierung sich geometrisch über die Befestigungsfiäche hinaus erheben. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass die Mikrostrukturierung Ausnehmungen aufweist, die von Bereichen des Druckgussteils wenigstens teilweise, vorzugsweise vollständig, ausgefüllt sind. Eine Verbesserung des Form- und Kraftschlusses verglichen mit herkömmlichen Verfahren wird gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung also dadurch erzielt, dass Bereiche des Druckgussteils in den mikro strukturierten Bereich der Befestigungsfläche des Blecheinlegers eindringen, so dass eine mechanische Verklammerung des Druckgussteils in dem Blecheinleger erzielt wird. Die Mikrostrukturierung kann verschiedene Ausnehmungen aufweisen, z. B. derartige Ausnehmungen, die konkav sind, deren Querschnittsfiäche sich zur Oberfläche also im Wesentlichen stetig vergrößert. Auch auf diese Weise wird schon eine Vergrößerung der Oberfläche erzielt, die eine Verbesserung der Anbindung des Druckgussteils an den Blecheinleger zur Folge hat. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass die Mikrostrukturierung Ausnehmungen aufweist, die nicht konkav sind. Derartige Ausnehmungen weisen also Wände auf, deren Flächen, wenigstens abschnittsweise, z. B. senkrecht zur Befestigungsfiäche verlaufen, oder Flächen, die hinterschnitten sind, was zu Ausnehmungen führt, deren Querschnittsfiäche an ihrem Boden größer ist als in ihrem oberen Öffnungsbereich. Derartige Strukturen verbessern die mechanische Verklammerung des Druckgussteils in dem Blecheinleger weiter.
Grundsätzlich können die Wand und der Boden der Ausnehmungen der Mikrostrukturierung eben verlaufen. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist allerdings vorge- sehen, dass die Mikro strukturierung Ausnehmungen aufweist, die eine Innenstruktur auf der Wand und/oder auf dem Boden aufweist. Vorzugsweise ist auch hier vorgesehen, dass die Innenstruktur vorbestimmt ist, obwohl natürlich auch derartige Innenstrukturen verwendbar sind, die zufällig erzielt werden. Gemäß einer ganz bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Innenstruktur wenigstens ein sich wiederholendes Muster aufweist. Durch eine Innenstruktur auf einer Wand bzw. auf einem Boden einer Ausnehmung wird die mechanische Verklammerung zwischen den beiden Bauteilen durch die Vergrößerung der Oberfläche noch weiter verbessert.
Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass bestimmte Tiefen bzw. Breiten der Ausnehmungen zu einer besonders guten Anbindung des Druckgussteils an dem Blecheinleger führen. Insbesondere ist in diesem Zusammenhang bevorzugt, dass die Tiefe einer Ausnehmung im Wesentlichen auch ihrer Breite entspricht. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Tiefen der Ausnehmungen > 10 μιη und < 3 mm betragen. Vorzugsweise beträgt die Tiefe > 50 μιη und ganz besonders bevorzugt > 100 μιη. Ferner beträgt die Tiefe vorzugsweise < 2 mm und ganz besonders bevorzugt < 1 mm. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass die Breiten der Ausnehmungen > 10 μιη und < 3 mm betragen. Vorzugsweise beträgt die Breite > 50 μιη und ganz besonders bevorzugt > 100 μιη. Ferner beträgt die Breite vorzugsweise < 2 mm und ganz besonders bevorzugt < 1 mm.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung, weist die Mikro strukturierung Aufwürfe auf. Diese Aufwürfe bestehen vorzugsweise aus einer Materialanhäufung und überragen die Befestigungsfläche, so dass die Aufwürfe die Befestigungsfläche vergrößern. Das Material der Materialanhäufung ist vorzugsweise das Material des Blecheinlegers. Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung, schließen sich die Aufwürfe an die Ausnehmungen an, so dass die Aufwürfe zusammen mit den Ausnehmungen mit einem Krater vergleichbar sind und die Wand der Ausnehmung vergrößern. Auch auf diese Weise wird eine Vergrößerung der Oberfläche erzielt, die eine Verbesserung der Anbindung des Druckgussteils an den Blecheinleger zur Folge hat.
Grundsätzlich können die Aufwürfe der Mikrostrukturierung eine beliebige Form aufweisen. Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung, weisen die Aufwürfe eine nach außen weisende Hakenform auf. Nach außen weisend bedeutet im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass die Haken der Aufwürfe von der Ausnehmung weggerichtet sind. Die Hakenform der Aufwürfe ist vergleichbar, mit einer Wasserwelle, wie sie entsteht, wenn mit einem Stab eine Wasseroberfläche durchtrennt wird. Eine Verbesserung des Form- und Kraft- Schlusses verglichen mit herkömmlichen Verfahren wird gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung also dadurch erzielt, dass die Aufwürfe der Mirko strukturierung mit dem Druckgussteil verhaken, so dass eine mechanische Verhakung des Druckgussteils in dem Blecheinleger erzielt wird. Die kann vor der Anbringung des Druckgussteils an dem Blecheinleger durch verschiedende Verfahren hergestellt werden. Bevorzugte Verfahren sind jedoch Laserverfahren sowie mechanische Verfahren, vorzugsweise Walzverfahren. Insbesondere die eine Hakenform aufweisenden Aufwürfe der Mikrostrukturierung sind durch Verwendung eines Laserverfahrens leicht herstellbar. Dies erfolgt im Wesentlichen dadurch, dass die Oberfläche der Blecheinle- ger mittels eines Lasers bearbeitet wird. Hierbei wird die Mikrostrukturierung erzeugt und gleichzeitig die hakenförmigen Aufwürfe gebildet, wobei im Gegensatz zu bisher bekannten Verfahren auf eine Nachbehandlung der Oberfläche verzichtet wird.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfin- dung unter Bezugnahme auf die Zeichnung weiter erläutert. In der Zeichnung zeigen schematisch einen Blecheinleger mit mikro strukturierter Befestigungsfläche für ein Druckgussteil gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in Draufsicht, Fig. lb schematisch den Blechanleger mit darauf befestigtem Druckgussteil gemäß dem in Figur la gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung in Seitenansicht, schematisch eine Mikrostrukturierung der Befestigungsfläche eines Blecheinlegers gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Querschnitt, schematisch eine Mikrostrukturierung der Befestigungsfläche eines Blecheinlegers gemäß einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Querschnitt,
Fig 2c schematisch eine Mikrostrukturierung der Befestigungsfläche eines Blecheinlegers gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit hakenförmigen Aufwürfen im Querschnitt,
Fig. 3a schematisch eine Mikrostrukturierung der Befestigungsfläche eines Blecheinlegers gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung in Draufsicht und Fig. 3b schematisch eine Mikrostrukturierung der Befestigungsfläche eines Blecheinlegers gemäß einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung in Draufsicht. Aus Figur la ist schematisch ein Blecheinleger 1 vor Anbringung eines Druckgussteils in Draufsicht ersichtlich. Der Blecheinleger 1 weist eine Befestigungsfläche 2 auf, auf der das Druckgussteil angebracht werden soll. Diese Befestigungsfläche 2 weist eine Mikrostrukturie- rung 3 auf.
Nach dem Druckgießverfahren wird ein Metallhybrid- Verbundgussteil erzielt, wie schematisch aus Figur 1 b in Seitenansicht ersichtlich. Über die Befestigungsfläche 2 ist das Druckgussteil 4 nunmehr mit dem Blecheinleger 1 verbunden. Eine besonders gute Anbindung des Druckgussteils 4 an den Blecheinleger 1 wird durch die mikrostrukturierte Befestigungsfläche 2 auf dem Blecheinleger 1 erzielt.
Was nun die Ausgestaltung der Mikrostrukturierung 3 angeht, so ist vorerst maßgeblich, dass die Befestigungsfläche mit einer vorbestimmten, also einer vorab definierten Mikrostrukturierung 3 versehen wird. Hinsichtlich ihrer geometrischen Struktur und Abmessungen sind ver- schiedene Ausgestaltungen möglich, wobei gemäß bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung für Breite und Dicke von Ausnehmungen 5 der Mikrostruktur gilt, dass die Tiefen der Ausnehmungen > 10 μιη und < 3 mm betragen. Vorzugsweise beträgt die Tiefe > 50 μιη und ganz besonders bevorzugt > 100 μιη. Ferner beträgt die Tiefe vorzugsweise < 2 mm und ganz besonders bevorzugt < 1 mm. Gemäß bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass die Breiten der Ausnehmungen 5 > 10 μιη und < 3 mm betragen. Vorzugsweise beträgt die Breite > 50 μιη und ganz besonders bevorzugt > 100 μιη. Ferner beträgt die Breite vorzugsweise < 2 mm und ganz besonders bevorzugt < 1 mm.
Was die Geometrie angeht, so sind aus den Figuren 2a und 2b schematisch im Querschnitt Linienstrukturen in einem Blecheinleger 1 ersichtlich, wobei im Fall der Figur 2a Ausnehmungen 5 mit Wänden vorgesehen sind, die senkrecht zur Befestigungsfläche 2 verlaufen, während gemäß dem in Figur 2b gezeigten Ausführungsbeispiel eine hinterschnittene Struktur vorgesehen ist. Das bedeutet, dass die dort vorgesehenen Ausnehmungen 5 konvex ausgestal- tet sind, wobei ihre Querschnittsfläche im Bodenbereich also größer ist als in ihrem oberen Öffnungsbereich.
Aus Figur 2c ist ebenfalls schematisch im Querschnitt eine Linienstruktur im Blecheinleger 1 ersichtlich, wobei sich hier hakenförmige Aufwürfe 6 an die Ausnehmung 5 anschließen. Die Aufwürfe 6 verlängern die Wände der Ausnehmung 5. Zusätzlich sorgen die hakenförmigen Aufwürfe für eine Mikro verklammerung des Blecheinlegers 1 mit einem Druckgussteil 4. D.H. also, dass die hakenförmigen Aufwürfe 6 in das Druckgussteil 4 eingreifen und damit eine formschlüssige Anbindung des Druckgussteils an den Blecheinleger gewährleisten.
Neben Linienstrukturen können auch andere Strukturen für die Mikro strukturierung 3 vorgesehen sein, wie runde Ausnehmungen 5 im Bereich der Befestigungsfläche 2 des Blecheinlegers 1 , wie in Figur 3a gezeigt. Außerdem ist es möglich, auch unregelmäßige, sich nicht wiederholende Muster zu verwenden, wie aus Figur 3b ersichtlich. Dort sind Ausnehmungen 5 vorgesehen, die in praktisch allen Bereichen der Befestigungsfläche 2 unterschiedlich ist.
Im Ergebnis kann somit festgehalten werden, dass durch das erfindungsgemäße Metallhybrid- Verbundgussteil eine gleichmäßige und gleichzeitige Begünstigung von kraft-, form-, und stoffschlüssiger Anbindung des Druckgussteils an den Blecheinleger gewährleistet wird. Da- durch wird die Korrosionsgefahr deutlich reduziert und die Bauteil-Lebensdauer wird deutlich verlängert.
Durch die Erfindung entfallen außerdem zusätzliche Prozess- und Materialkosten für Be- schichtungen. Im Übrigen können Kosten auch dadurch reduziert werden, dass die Mikro- struktur im Rahmen eines Herstellungsschritts bei der Herstellung des Blecheinlegers erstellt wird, z. B. ist nämlich eine Mikrostrukturierung im Rahmen eines Walzprozesses des Blecheinlegers möglich. Bezugszeichenliste
1 Blecheinleger
2 Befestigungsfläche 3 Mikro strukturierung
4 Druckgussteil
5 Ausnehmung
6 Aufwürfe