DE102004044925B3

DE102004044925B3 - Bodenstruktur für die Karosserie eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102004044925B3
Application number: DE200410044925
Authority: DE
Inventors: Jochem Fischer
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2004-09-14
Filing date: 2004-09-14
Publication date: 2005-09-01
Anticipated expiration: 2024-09-15

Abstract

Die Bodenstruktur (1) für die Karosserie eines Kraftfahrzeugs weist ein von Schwellern (2) seitlich begrenztes Bodenblech (3), einen Mitteltunnel (4) sowie sich im Bereich der B-Säulen (5) zwischen dem Mitteltunnel (4) und den Schwellern (2) erstreckende kanalisierte Sitzquerträger (6) auf, die gemeinsam aus einer einteiligen Blechplatine umgeformt sind. Die Bodenstruktur (1) weist Bereiche mit unterschiedlich hohen Festigkeiten auf. In die den B-Säulen (5) benachbarten Endabschnitte (15) der Sitzquerträger (6) sowie in die im Höhenbereich der Schweller (2) liegenden Fußabschnitte (10) der kanalisierten B-Säulen (5) sind Sandwichstrukturen (16, 11) aus Metallschaum, Aluminiumwaben oder Kunststoffwaben integriert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bodenstruktur für die Karosserie eines Kraftfahrzeugs gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Bodenstruktur zählt durch die DE 102 32 840 A1 zum Stand der Technik. Bei dieser Bodenstruktur werden die Einzelteile, wie das Bodenblech, die Schweller, der Mitteltunnel sowie die Sitzquerträger für sich gefertigt und dann, insbesondere durch Schweißen, miteinander verbunden. Außerdem sind in verschiedenen Bereichen der Bodenstruktur, die höheren Beanspruchungen ausgesetzt sind, Zusatzteile vorgesehen. Der Bereitstellungsaufwand für eine derartige Bodenstruktur ist mithin vergleichsweise hoch.

Des Weiteren wird im bekannten Fall der Situation nicht Rechnung getragen, welcher die Bodenstruktur bei einem Seitencrash im Bereich der B-Säulen des Kraftfahrzeugs ausgesetzt ist.

Die DE 199 42 383 A1 offenbart einen Kraftfahrzeugboden als eine einteilige Struktur, die ein Bodenblech und einen Mitteltunnel enthält. Die Erfindung schlägt vor, als Bodenblech ein wölbstrukturiertes Blech einzusetzen, das in einem speziellen Druckverfahren eine Makrostruktur erhält. Dieses Verfahren ist so ausgelegt, dass das Material dabei nicht plastifiziert. Dadurch erhält das Bodenblech eine ausreichende Steifigkeit, um frei tragend zwischen äußeren Längsträgern des Fahrzeugs aufgespannt werden zu können. Auf die Einlage von zusätzlichen Versteifungselementen könne verzichtet werden, da das Blech aufgrund der Wölbstrukturierung in sich steif genug sei. Nachteilig ist, dass den besonderen Anforderungen eines Seitencrashs nicht Rechnung getragen wird. Bei einem Seitencrash sind insbesondere die seitlichen Bereiche des Bodenblechs höheren Belastungen unterworfen als beispielsweise die mittleren Bereiche des Bodenblechs. Die Wölbstrukturierung des Bodenblechs für sich allein ist nicht geeignet, die steigenden Anforderungen bei einem Seitencrashtest zu erfüllen.

Der Erfindung liegt – ausgehend vom Stand der Technik – die Aufgabe zugrunde, eine Bodenstruktur für die Karosserie eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, die wirt schaftlicher zu fertigen ist und bei einem Seitencrash einen größeren Verformungswiderstand entgegenzusetzen vermag.

Diese Aufgabe wird mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Die Erfindung sieht nunmehr vor, dass das Bodenblech, der Mitteltunnel, die Schweller und die Sitzquerträger, welche die Bodenstruktur für die Karosserie bilden, aus einer einteiligen Blechplatine gemeinsam umgeformt werden. Bei diesem Umformvorgang können diejenigen Bereiche der Bodenstruktur, die im Falle eines Seitencrashs keine oder nur gezielte Verformungen erfahren dürfen, partiell durch eine walztechnische Warmumformung dicker oder dünner als die anderen Bereiche ausgebildet werden. Diese unterschiedliche Behandlung der diversen Bereiche der Bodenstruktur kann auch durch Vergüten erzielt werden. Es ist ferner möglich, beide Behandlungsmaßnahmen an den hoch- und höchstbeanspruchten Stellen der Bodenstruktur vorzusehen.

Ferner wird im Rahmen der Erfindung dafür Sorge getragen, dass im Bereich der B-Säulen sowie der Endabschnitte der Sitzquerträger zusätzliche die Festigkeit erhöhende Maßnahmen getroffen werden, und zwar dadurch, dass in diese Bereiche Sandwichstrukturen integriert werden, die ein besonders hohes Aufnahmevermögen für Aufprallenergie besitzen. Die Integration von Sandwichstrukturen führt zu einer geringen Belastung der Fahrzeuginsassen bei einem Seitencrash, da eine gewissermaßen „weiche" Einleitung der durch den Aufprall bedingten kinetischen Energie in die Bodenstruktur gewährleistet werden kann.

Um die Sandwichstrukturen daran zu hindern, aus den kanalisierten B-Säulen auszutreten, können die B-Säulen nach Anspruch 2 mindestens im Bereich der Sandwichstrukturen durch Schließbleche abgedeckt sein. Die Schließbleche sorgen außerdem für eine erhöhte Verwindungs- und Biegesteifheit.

Entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 3 ist es möglich, die Schließbleche bis unter die Endabschnitte der Sitzquerträger zu führen. Auf diese Weise wird der gesamte Übergangsabschnitt zwischen den Sitzquerträgern und den B-Säulen zusätzlich versteift.

Nach Anspruch 4 ist es denkbar, dass die Sandwichstrukturen aus Metallschaum bestehen.

Vorstellbar ist es entsprechend Anspruch 5 aber auch, dass die Sandwichstrukturen aus Aluminium- oder Kunststoffwaben gebildet sind. Derartige Sandwichstrukturen können mit Hilfe der Spritztechnik hergestellt sein.

Eine bevorzugte Festlegung der Sandwichstrukturen in den Kanälen der B-Säulen und der Sitzquerträger besteht durch Kleben (Anspruch 6).

Zur Fertigung einer erfindungsgemäßen Bodenstruktur ist es gemäß den Merkmalen des Anspruchs 7 von besonderem Vorteil, dass eine Blechplatine bereit gestellt wird, die aus einer Stahllegierung mit einem Kohlenstoffanteil zwischen 0,15 Gew.-% bis 2,0 Gew.-% besteht.

Insbesondere bietet sich für die Praxis die Verwendung einer Blechplatine aus einer härtbaren Mangan-Bor-Stahllegierung an (Anspruch 8). In diesem Zusammenhang ist es von ganz besonderem Vorteil, wenn eine Stahllegierung zur Anwendung gelangt, die in Gewichtsprozenten ausgedrückt aus 0,18 % bis 0,3 % Kohlenstoff, 0,1 % bis 0,7 % Silizium, 1,0 % bis 2,5 % Mangan, 0,1 % bis 0,8 % Chrom, 0,1 % bis 0,5 % Molybdän, 0,02 % bis 0,05 % Titan, 0,002 % bis 0,005 % Bor, 0,01 % bis 0,06 % Aluminium, maximal 0,01 % Schwefel und maximal 0,025 % Phosphor besteht, wobei sich der Rest aus Eisen einschließlich etwaiger erschmelzungsbedingter Verunreinigungen zusammensetzt. Eine solche Stahllegierung weist eine sehr hohe Stoß- und Dauerfestigkeit auf. Sie lässt sich sehr gut warm umformen sowie partiell vergüten und weist hohe mechanische Werte nach der Wärmebehandlung auf.

Des Weiteren kann entsprechend Anspruch 9 die Verwendung einer aluminierten Blechplatine zur Herstellung der Bodenstruktur vorteilhaft sein. Eine solche Blechplatine ist auf Aluminiumbasis vorbeschichtet. Hierdurch wird die Blechplatine vor einer Entkohlung während der Wärmebehandlung geschützt und andererseits deren Korrosionsbeständigkeit gesteigert. Eine korrosionsverhindernde Nachbehandlung kann in der Regel eingespart werden. Die Aluminiumbeschichtung enthält ca. 90 % Aluminium und 10 % Silizium.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 in schematischer Draufsicht eine Bodenstruktur für die Karosserie eines Kraftfahrzeugs;
2 einen vertikalen Teilschnitt durch die Darstellung der 1 entlang der Linie II-II, in Richtung der Pfeile IIa gesehen;
3 einen Schnitt durch die Darstellung der 2 entlang der Linie III-III, in Richtung der Pfeile IIIa gesehen und
4 einen Schnitt durch die Darstellung der 2 entlang der Linie IV-IV, in Richtung der Pfeile IVa gesehen.
In der 1 ist mit 1 eine Bodenstruktur für die ansonsten nicht näher dargestellte Karosserie eines Kraftfahrzeugs bezeichnet.
Die Bodenstruktur 1 weist ein von Schwellern 2 seitlich begrenztes Bodenblech 3, einen Mitteltunnel 4 sowie sich im Bereich der B-Säulen 5 (siehe auch 2) zwischen dem Mitteltunnel 4 und den Schwellern 2 erstreckende kanalisierte Sitzquerträger 6 auf. Der Querschnitt der Sitzquerträger 6 ist V-förmig, wobei die Grate 7 nach oben weisen.
Das Bodenblech 3, der Mitteltunnel 4, die Schweller 2 und die Sitzträger 6 sind gemeinsam aus einer einteiligen Blechplatine umgeformt. Die Blechplatine ist nicht näher dargestellt. Sie besteht bevorzugt aus einer Stahllegierung mit einem Kohlenstoffanteil zwischen 0,15 Gew.-% bis 2,0 Gew.-%. Insbesondere besteht die Blechplatine aus einer härtbaren Mangan-Bor-Stahllegierung.
Das Umformen der Blechplatine zur Bodenstruktur 1 erfolgt unter Wärmezufuhr. Vor dem Umformen kann die Blechplatine durch eine partielle walztechnische Umformung, insbesondere Warmumformung, mit Bereichen B, B₁-B₅ höherer Festigkeit versehen sein. Diese Bereiche B, B₁-B₅ weisen dann eine größere Dicke als die übrigen Bereiche auf. Die höhere Festigkeit der Bereiche B, B₁-B₅ kann aber auch mit einer Vergütung einhergehen.
Die Bereiche B, B₁-B₅ höherer Festigkeit sind in der 1 durch eine Schrägschraffur gekennzeichnet. Die demgegenüber mit einer geringeren Festigkeit versehenen Bereiche Bu sind in der 1 nicht schraffiert. Man erkennt, dass Bereiche B höherer Festigkeit im vorderen Fußraum 8 vorgesehen sind. Auch im hinteren Fußraum 9 sind Bereiche B₁ höherer Festigkeit vorgesehen. Des Weiteren sind Bereiche B₂, B₃ und B₄ höherer Festigkeit am Mitteltunnel 4 vorgesehen.
An den Schwellern 2 können ebenfalls Bereiche höherer Festigkeit vorgesehen sein. Dies trifft insbesondere auf die oberen Längskantenbereiche der Schweller 2 zu. Auch der mittlere Höhenbereich kann derart gestaltet sein.
Auch in den Anbindungsbereichen der Sitzquerträger 6 an die Schweller 2 sind Bereiche B₅ höherer Festigkeit vorgesehen.
Die 2 bis 4 lassen erkennen, dass im Höhenbereich der Schweller 2 in die Fußabschnitte 10 der einen U-förmigen Querschnitt aufweisenden B-Säulen 5 Sandwichstrukturen 11 integriert sind, die aus Metallschaum, Aluminiumwaben oder Kunststoffwaben hergestellt sein können. Diese Sandwichstrukturen 11 sind gespritzt und bevorzugt in die B-Säulen 5 eingeklebt.
Der sich oberhalb der Sandwichstrukturen 11 anschließende Bereich 12 der B-Säulen 5 ist durch partielle Vergütung mit einer höheren Festigkeit versehen (3).
Aus den 2 und 4 ist erkennbar, dass die zu den Sitzquerträgen 6 hin offenen Kanäle 13 der B-Säulen 5 im Bereich der Sandwichstrukturen 11 durch U-förmige Schließbleche 14 abgedeckt sind. Diese dienen der Fixierung der Sandwichstrukturen 11.
Die 2 zeigt, dass die Schließbleche 14 bis unter die Endabschnitte 15 der Sitzquerträger 6 geführt sind.
Auch die den B-Säulen 5 benachbarten Endabschnitte 15 der Sitzquerträger 6 sind mit Sandwichstrukturen 16 ausgerüstet.

1: Bodenstruktur
2: Schweller v. 1
3: Bodenblech v. 1
4: Mitteltunnel
5: B-Säulen
6: Sitzquerträger
7: Grate v. 6
8: vorderer Fußraum
9: hinterer Fußraum
10: Fußabschnitte v. 5
11: Sandwichstrukturen in 5
12: Bereich v. 5
13: Kanäle v. 5
14: Schließbleche
15: Endabschnitte v. 6
16: Sandwichstrukturen in 6
B: Bereich höherer Festigkeit
B₁: Bereich höherer Festigkeit
B₂: Bereich höherer Festigkeit
B₃: Bereich höherer Festigkeit
B₄: Bereich höherer Festigkeit
B₅: Bereich höherer Festigkeit
B₅: Bereich geringerer Festigkeit

Claims

Bodenstruktur für die Karosserie eines Kraftfahrzeugs, welche ein von Schwellern (2) seitlich begrenztes Bodenblech (3), einen Mitteltunnel (4) sowie sich im Bereich der B-Säulen (5) zwischen dem Mitteltunnel (4) und den Schwellern (2) erstreckende kanalisierte Sitzquerträger (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenblech (3), der Mitteltunnel (4), die Schweller (2) und die Sitzquerträger (6) gemeinsam aus einer einteiligen Blechplatine umgeformt sind und Bereiche (B, B₁-B₅) mit unterschiedlich hohen Festigkeiten aufweisen, wobei die Bereiche (B, B₁-B₅) mit einer höheren Festigkeit durch partielle walztechnische Warmumformung und/oder durch Vergüten gebildet und in die den B-Säulen (5) benachbarten Endabschnitte (15) der Sitzquerträger (6) sowie in die im Höhenbereich der Schweller (2) liegenden Fußabschnitte (10) der kanalisierten B-Säulen (5) Sandwichstrukturen (16, 11) integriert sind.
Bodenstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zu den Sitzquerträgern (6) hin offenen Kanäle (13) der B-Säulen (5) mindestens im Bereich der Sandwichstrukturen (11) durch Schließbleche (14) abgedeckt sind.
Bodenstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließbleche (14) bis unter die Endabschnitte (15) der Sitzquerträger (6) geführt sind.
Bodenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sandwichstrukturen (11, 16) aus Metallschaum bestehen.
Bodenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sandwichstrukturen (11, 16) aus Aluminium- oder Kunststoffwaben gebildet sind.
Bodenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sandwichstrukturen (11, 16) durch Kleben in den Kanälen (10) der B-Säulen (5) oder der Sitzquerträger (6) festgelegt sind.
Bodenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechplatine aus einer Stahllegierung mit einem Kohlenstoffanteil zwischen 0,15 Gew.-% bis 2,0 Gew.-% besteht.
Bodenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechplatine aus einer härtbaren Mangan-Bor-Stahllegierung besteht.
Bodenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechplatine aluminiert ist