CN119489874A - 用于汽车的车窗框架和/或车顶框架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于汽车的车窗框架和/或车顶框架(1)，所述车窗框架和/或车顶框架具有至少两个横向于行驶方向延伸的弓形架(6、7)和至少两个纵梁(8)，其中，车窗框架和/或车顶框架(1)作为一件式的板材变形构件由唯一的坯件在一个压制冲程中制成。构造局部不同的壁厚和/或强度，其中，壁厚或抗拉强度相差至少10％。

Description

用于汽车的车窗框架和/或车顶框架

技术领域

本发明涉及一种用于机动车的车窗框架和/或车顶框架。

代替机动车也可以说是汽车。该机动车可以是具有内燃机的机动化的机动车，但也可以是具有电驱动装置或其它用于运行驱动装置的能量源的机动车。

背景技术

这种机动车或汽车多年来以所谓的承载式车身制造。这种车身由单个金属构件、大多为钢构件，但在例外情况下也由铝构件焊接在一起。在此，承载式车身的各个部件例如A柱、B柱、纵梁、横梁和弓形架作为单个的挤压变形构件被制成并且随后相互耦联在一起、尤其是焊接在一起，从而形成这种承载式车身。

由DE102014206196A1和DE102017220744B3已知用于机动车的车顶框架。

发明内容

从现有技术出发，本发明的目的是提供一种提供车窗框架和/或车顶框架的可行方案，该车窗框架和/或车顶框架能够以生产技术简单、具有有针对性的碰撞特性并且同时具有高强度地以成本低廉的方式来制造。

本发明的特征在于，提供一种用于汽车或机动车的车窗框架和/或车顶框架。该车窗框架或车顶框架的特征在于，构造有至少两个横向于行驶方向延伸的弓形架和至少两个纵梁。纵梁以其纵向方向沿机动车纵向方向定向。该车窗框架和/或车顶框架在一个压制冲程中被制造为一件式的板材变形构件。此外，根据本发明，其特征在于，在材料中构造局部不同的壁厚和/或强度。具体地，两个彼此相邻的不同的壁厚彼此相差至少10％。在这两个壁厚之间存在过渡区域。当例如轧制板坯时，该过渡区域可以流动地构成。过渡区域也可以阶梯状地构成。在焊接到彼此上的拼焊板的情况下。作为补充或替代，彼此相邻的区域还可以在它们的抗拉强度方面彼此相差至少10％。然而，抗拉强度和/或壁厚在满足意义的情况下彼此相差应当不大于200％、特别优选不大于100％。

板变形可以理解为在变形压力机中的弯曲变形方法。在此，尤其也可以涉及深冲过程。根据本发明，首先提供一个坯件。在此，该坯件本身可以一体地并且材料一致地构成。然而，坯件也可以一件式地构造，因此制造为焊接组件构件或制造为所谓的拼焊板(TWB)。因此，已经可能的是，在坯件本身中由于不同的单独部件并排提供不同的壁厚，所述单独部件然后被一件式地焊接成拼焊板。然后将整个坯件放入一个压力机中，该压力机也称为千兆级压力机。在此，该坯件具有优选大于100cm x 100cm的外部尺寸。然后，该坯件在压力机中优选在压制冲程中变形。

根据本发明的方法首先为所制造的构件提供特别高的精度。否则必须由不同的单个较小的构件作为所谓的组件接合在一起的构件仅利用一个压制冲程一件式地制造。构件的由此要获得的几何精度特别高，因为不必在其实际的变形操作之后再一次接合三个、四个或更多个单个的构件。同时，可实现特别低的生产成本，因为可取消较小的单个构件的单个的变形过程并且所有变形过程可在所谓的千兆级压力机(Gigapresse)中在一个变形过程中进行。特别地，在一个压制冲程中然后发生变形，该变形特别是用于整个大的构件的最终造型。因此，校准也同时发生。通过不同的节点，例如A柱、B柱、车顶纵梁以及与其横向延伸的弓形架，同时也不仅在压制冲程方向上，也在基本上与机动车垂直方向一致的变形方向上进行校准。同时也进行在机动车纵向方向和机动车横向方向上的校准，因此在X和Y方向上的校准。在此，尤其不通过在变形方向上的纯变形来进行校准，而是这样进行校准，使得构件由于节点也在稍后的步骤中被拉伸或压紧，因此，机动车纵向方向或机动车横向方向基本上垂直于压制冲程方向和变形方向定向。

另一主要优点是，有针对性地确定具有彼此不同的壁厚和/或强度的区域。在后来通过一个变形过程制造的构件中，这些区域则特别位置精确地布置。尤其是在使用热变形压制硬化技术时可能的是，通过所谓的定制回火在材料中调节彼此不同的强度。因此，构件尤其至少区段式地由可硬化的钢合金制成。例如，它可以是硼锰钢，热变形压制硬化技术可以应用于其上。

因此，例如可以在热变形过程中进行局部热处理。这种局部热处理也可以整合到热变形压制硬化过程中，例如可以更小地或甚至不加热后来应该具有较软的材料组织的区域，或者以更低的硬化速率冷却并因此较少地硬化所述区域，因此产生较软的区域，所谓的软区。通过集成到一个变形过程中，又可以提高该软区的几何精度。

实现不同抗拉强度的另一种可行方案在于，在使用拼焊板的情况下，定制地使用不同的钢品质。对于硬的高强度的区段使用碳含量＞0.20％C的低合金钢，例如以品质22MnB5或36MnB5使用，而在其他的软的或可延展的区段中可以使用碳含量＜0.15％C的硼锰钢，例如St37或来自Arcelormital公司的Ductibor 500或Ductibor 1000。因此，可通篇说来使用拼焊板坯，其在本发明的意义上为单个坯件，但是拼焊板坯由至少两个不同钢品质或钢组成的板坯焊接在一起而形成单个的、平坦的、即未变形的坯件。

在一种优选的设计变型方案中，制造车窗框架。该车窗框架由两个横向于行驶方向延伸的弓形架以及两个纵梁制成。弓形架也可以称为下部的车窗横向弓形架或车窗横梁和上部的车窗横向弓形架。纵梁可以被称为A柱。在一种优选的实施变型方案中，下部的车窗横梁设计得比A柱和/或上部的车窗横梁更软。因此，优选地，可以看到对于较软区域而言，抗拉强度Rm小于1000MPa。A柱和/或上部的车窗横梁可以具有优选大于1350MPa的抗拉强度Rm。尤其是大多区段式地可以构成法兰，例如在A柱上或也在下部的车窗横梁上，尤其是在上部的车窗横梁中，从而通过与稍后的封闭板耦联至少纵向区段式地并且至少部分环绕地在横截面中构成一个封闭的空心型材。

法兰还优选具有软的材料组织和/或较薄的壁厚，从而它们能够延展地构成。因此，在碰撞情况下，发生变形并且不断裂或不会形成裂缝。

拼焊板可以是如下这种拼焊板，这种拼焊板在它们各自的邻接区域中彼此对接，然后通过例如激光焊接工艺或摩擦搅拌焊接工艺彼此接合。然而，也可以涉及如下拼焊板，所述拼焊板在邻接的区域中重叠地构造。因此，这些拼焊板于是在邻接的区域上至少区段式地构成双层。在重叠区域中，拼焊板可以例如通过电阻点焊或其他耦联方法在双层的区域中彼此耦联，特别是材料锁合地耦联。

通过车顶框架的热变形和加压硬化，在焊接位置上不再产生薄弱点(裂纹、切口、腐蚀侵蚀)，如其在随后焊接变形和硬化的构件时会出现的那样。

整个构件可以被涂覆，特别是被涂覆有一种防腐蚀涂层，该防腐蚀涂层特别优选地被构造为铝硅涂层。这里也是另一个优点。该涂层在制造坯件之前作为预涂层被涂覆并且在热变形工艺中主要也用作氧化皮保护。在使用激光焊接的拼焊板的情况下，在接合之前去除焊接边缘中的涂层，或者用焊接添加物进行稀释或使其无害。相反，上述重叠构造的拼焊板具有如下优点，即，待焊接的边缘区域不必专门处理，其中，尤其是在热变形工艺中在加热或奥氏体化时发生涂层与基材的合金化。因此，正是在接触区域中仅出现很小的腐蚀危险。因此，该构件相对于单独的事后焊接的构件可明显耐久地制造。

在车顶框架的情况下，优选同样构造有至少两个弓形架和两个纵梁。纵梁则称为车顶纵梁。前部的弓形架例如可以是上部的车窗横梁。然后可以在B柱的区域中、在C柱的区域中或者也在D柱的区域中分别布置有另一个弓形架或车顶横梁，从而构成在俯视图中梯形的结构。在此，坯件也已经被提供有至少100cm×150cm的相对大的尺寸并且然后在变形过程中在尤其是一个压制冲程中制造为深冲构件。在此，也可以通过在材料中提供具有局部不同壁厚和/或在变形过程之前或期间制造的彼此不同的强度的坯件来单独地探讨局部彼此不同的强度。

原则上，在本发明的意义上，在坚固或坚硬的区域中，可以假定抗拉强度Rm大于1350MPa。与此相反，软的区域或所谓的软区域具有优选小于1000MPa、尤其在500MPa与800MPa之间的抗拉强度。

为了进一步提高强度，特别优选地规定，局部地施加加强补片。也可以描述为引入。各个横梁和纵梁尤其在其各自的横截面中构造为深冲构件，至少纵向区段式地构造为U形或V形或帽形。在这种U形或V形构造的构件的空腔或内腔中则可以引入加强补片。加强补片可以已经定位在坯件上。通过粘合过程或者也借助热接合过程、例如焊接实现固定。加强补片可以与其余的构件一起变形。因此局部可以有针对性地通过引入补丁在加荷区段上提高强度。

在本发明的意义中，所有之前描述的措施和还有在下面描述的措施和各个特征彼此间可组合在一个构件中，而在此不单独地或以相应的组合应用本发明的范围，而在此不离开本发明的范围。

附图说明

本发明的其他优点、特征、特性和方面是下面的描述的主题。优选的设计变型方案在各个附图中示出。这些附图有助于更简单地理解本发明。其中示出：

图1示出了组合的车窗框架和车顶框架；

图2示出了仅制造的车窗框架；

图3a、图3b以俯视图示出了在不同的设计变型方案中的车窗框架和车顶框架的另一区域；

图3c以侧视图示出了车窗框架和车顶框架的另一区域；

图4示出图3的替代的设计变型方案；

图5示出了根据本发明的车窗框架和车顶框架的其它设计变型方案；

图6示出了一种替代的设计变型方案。

附图标记列表：

1、车窗框架和车顶框架

2、车窗框架

3、车顶框架

4、下部的车窗横梁

5、上部的车窗横梁

6、车顶弓形架

7、后部的车顶弓形架

8、车顶纵梁

9、A柱

10、软的区域

11、重叠区域

12、连接位置，B柱

13、耦联区域

14、连接区域，C柱

15、加强补片

16、B柱

X、机动车纵向方向

Y、机动车横向方向

Z、机动车垂直方向

具体实施方式

在附图中，对于各个构件使用相同的附图标记，即使出于简化原因取消重复的描述。

图1示出了组合的车窗框架和车顶框架1。在此，一个前部区域在机动车纵向方向X上被构造成车窗框架2并且一个与其连接的后部区域被构造成车顶框架3。车窗框架2具有下部的车窗框架横梁4以及上部的车窗框架横梁5。车窗框架横梁4、5也可以被称为弓形架6。此外，在后部的B柱16的区域中分别布置了中间的车顶横梁6以及在未示出的D柱的区域中布置了后部的车顶横梁7，分别作为横梁。在侧面构造有纵梁，也称作车顶纵梁8。这些纵梁基本上沿机动车纵向方向X定向。在前部的车窗框架区域中，车顶纵梁8本身构造为A柱9。优选地，这里可以如图所示在车顶纵梁8上的未详细示出的B柱后方的后部区域中构造有软的区域10。正是在例如发生机动车的尾部碰撞或者倾翻情况下的区域内，被证明是有利的是，该区域是软的，从而在此按照碰撞缓冲区或者碰撞盒的原理设计一种改善的变形特性，从而将碰撞能量转换成变形功。

整个构件在变形过程中以一个压制冲程制造。因此，在完成的构件上，该构件在宽度、机动车宽度上沿机动车横向方向具有大于100cm的外部尺寸，并且在机动车纵向方向X上具有大于200cm的长度。整个构件如已经提到的那样在变形过程中一件式地制造。

图2示出仅制造的车窗框架2。该车窗横梁4具有下部的车窗横梁4以及上部的车窗横梁5以及在未详细示出的车窗的左侧和右侧分别具有A柱9。在此，A柱9被构造为具有较大壁厚度和/或大于1350MPa的较高强度的硬的区域。与此相对地，至少一个车窗框架横梁4、5、尤其是两者构造有较薄的壁厚或较软的强度特性，即小于1000MPa的抗拉强度。

图3a、图3b和图3c示出了车窗框架和车顶框架1的另一区域，其中图3a和图3b以俯视图示出了两种不同的实施变型方案并且图3c以侧视图进行了示出。根据图3a的俯视图，制造拼焊板。在此，下部的车窗框架横梁4、上部的车窗框架横梁5以及呈A柱9形式的车顶纵梁8的相应的前部区域分别在区域中重叠。在此，在重叠区域11中示出了点焊。这些构件在此被构造为双层的。车顶横梁的后部区域在经过用于B柱的连接位置12之后在机动车纵向方向上向后延伸，并构造为例如弓形架6之后的软的区域。

图3b示出了在其它方面几乎相同的车窗框架和车顶框架1的一种替代的设计变型方案。在此同样构造有拼焊板。然而，这些拼焊板在相应的耦联区域13中彼此对接地构造并且然后例如利用激光焊接或摩擦搅拌焊接热接合。与图3a相反，不发生重叠。下部的车窗框架横梁4和上部的车窗框架横梁5分别构造为软的区域10。同样在机动车纵向方向上在用于B柱的连接位置12后面构造有向后突出的区域。弓形架6同样也构造有硬的材料组织，类似于图3a。

图3c示出了根据本发明的车窗框架和车顶框架1的侧视图。车顶纵梁8的A柱9的前部区域构造为直至B柱12的连接位置具有较硬的材料组织和/或较大的壁厚。在机动车纵向方向X上向后延伸的区段构造为车顶纵梁8的软的区域。

对于该实施例，但对于其它实施例以及对于一般的描述也适用的是，两个相邻区域的壁厚和/或强度相差至少10％，优选15％至60％，尤其是20％至50％。这特别优选地适用于车顶行李架、弓形架和A柱，其中，在此根据部段的不同，壁厚尤其是在没有加强补片的情况下优选为1mm至3mm，特别优选为1.4mm至2.4mm。在上述界限中的各自百分比的区别则相应地适用。

图4a、图4b、图4c和图4d示出根据本发明的车窗框架和车顶框架1的一种替代的设计变型方案。在图4a的情况下示出如下拼焊板，所述拼焊板在下部的车顶横梁、上部的车顶横梁之间的相应的连接位置中以及在车顶弓形架6的后部区域中彼此对接地贴靠并且焊接。此外，在C柱14的连接位置的区域内沿机动车纵向方向构造有具有较小强度和/或较小壁厚的软的区域。在C柱14的布置区域中的后部的车顶弓形架6也构造为具有较小壁厚和/或较小强度的软的区域。

图4b示出了一种对此替代的设计变型方案。这里同样示出了组合的车窗框架和车顶框架1。然而，该车窗框架和车顶框架在省去下部的车窗横梁4、5的情况下构成。构造有上部的车窗横梁5以及后部的车顶弓形架7，因此构造有至少两个横梁4、5。各个连接位置分别又构造有重叠区域11以及表明点焊。车顶纵梁8的以及车顶弓形架6本身的沿机动车纵向方向位于后部的区域构造为软的区域。

图4c以侧视图示出了图4a中的根据本发明的车窗框架和车顶框架1，图4d以侧视图示出了图4b中的车窗框架和车顶框架1。

图5a和图5b以俯视图和侧视图示出了根据本发明的车窗框架和车顶框架1的另一种设计变型方案。加强补片15引入A柱9的前部区域中。加强补片15确保在车窗框架的区域中的强度局部提高。上部的车窗横梁5以及车顶弓形架6和车顶纵梁8的沿机动车纵向方向X的前部区域分别构造为硬的区域。与该硬的区域邻接的区域在经过C柱之后在机动车纵向方向X上进一步向后被构造为软的区域。在这里，碰撞特性又可以被如此改善，使得产生一个碰撞缓冲区。

图6示出了一种替代的设计变型方案。在此，加强补片15同样在关于机动车纵向方向X的下前部区域中引入到A柱9中。前部或下部的车窗横梁4、5构造为软的区域。与此相关地，上部的车窗横梁5构造为硬的区域。紧随其后的在C柱14连接区域中的车顶弓形架6以及在D柱区域中的后部的车顶弓形架6或者说作为后盖的上部封闭边缘同样构造为软的区域，就像车顶纵向横梁8的在它们之间延伸的后部一样。在图6的情况下，坯件和由此制造的构件又作为具有局部重叠区域11的拼焊板示出。为了提供坯件，这些拼焊板优选被点焊。特别的优点例如在连接区域12、14中由于材料加倍而确保B柱或C柱的稳定且高强度的连接。

所用钢材类型可以作为示例用于以下本发明的所有变型方案。特别地，不同类型的钢可以在拼焊板中彼此组合。对于硬或软的区域或者固态或延展性区域的相应强度范围可以从表中得出。所有合金组分以重量份％表示，其中于是剩余部分、铁以及由融化引起的杂质添加到相应的可硬化的钢合金。

Claims (16)

1.一种用于汽车的车窗框架和/或车顶框架(1)，所述车窗框架和/或车顶框架具有至少两个横向于行驶方向延伸的弓形架(6、7)和至少两个纵梁(8)，其中，所述车窗框架和/或车顶框架(1)作为一件式的板材变形构件由唯一的坯件在一个压制冲程中制成，其特征在于，构造有局部不同的壁厚和/或抗拉强度Rm，其中，壁厚或抗拉强度Rm相差至少10％。

2.根据权利要求1所述的车窗框架和/或车顶框架(1)，其特征在于，它是车窗框架(2)，所述车窗框架具有下部的弓形架(6)和上部的弓形架以及两个A柱(9)。

3.根据权利要求1或2所述的车窗框架和/或车顶框架(1)，其特征在于，它是车窗框架和/或车顶框架(1)，所述车窗框架和/或车顶框架具有一个前部的弓形架(6)和至少一个中间的和/或后部的弓形架(7)以及在侧面沿机动车纵向方向(X)延伸的车顶纵梁(8)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的车窗框架和/或车顶框架(1)，其特征在于，所述车窗框架和/或车顶框架(1)由作为拼焊板材料的坯件制造，所述拼焊板材料具有彼此不同的壁厚和/或重叠区域(11)的区域。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的车窗框架和/或车顶框架(1)，其特征在于，所述车窗框架和/或车顶制造为热变形和压制硬化构件。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的车窗框架和/或车顶框架(1)，其特征在于，高强度区域具有大于或等于1350MPa的抗拉强度。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的车窗框架和/或车顶框架(1)，其特征在于，沿机动车纵向方向(X)在B柱(16)后方的区域构造成软的。

8.根据权利要求7所述的车窗框架和/或车顶框架(1)，其特征在于，沿机动车纵向方向(X)延伸的车顶纵梁(8)在B柱(16)后面构造成软的。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的车窗框架和/或车顶框架(1)，其特征在于，下部的车窗框架横梁(4)构造成软的。

10.根据权利要求9所述的车窗框架和/或车顶框架(1)，其特征在于，所述车窗框架横梁(4)具有小于1000MPa的抗拉强度Rm。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的车窗框架和/或车顶框架(1)，其特征在于，构造有连接法兰，所述连接法兰具有小于1000MPa的抗拉强度Rm。

12.根据权利要求11所述的车窗框架和/或车顶框架(1)，其特征在于，所述连接法兰具有小于850MPa的抗拉强度Rm。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的车窗框架和/或车顶框架(1)，其特征在于，至少局部地、尤其是在车顶弓形架(6)与A柱(9)、弓形架(6、7)和沿机动车纵向方向延伸的车顶纵梁(8)之间的节点区域内施加有加强补片(15)，其中，所述加强补片为此优选变形为L形或T形。

14.根据权利要求13所述的车窗框架和/或车顶框架(1)，其特征在于，加强补片(15)被施加在车顶弓形架(6)与A柱(9)、弓形架(6、7)之间的节点区域中。

15.根据权利要求13或14所述的车窗框架和/或车顶框架(1)，其特征在于，加强补片(5)沿机动车纵向方向(X)施加在车顶纵梁(8)中。

16.根据权利要求13至15所述的车窗框架和/或车顶框架(1)，其特征在于，加强补片(15)变形为L形或T形。