DE102004049949B4

DE102004049949B4 - Strukturbauteil für die Karosserie oder ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102004049949B4
Application number: DE102004049949A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Streubel
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2004-10-13
Filing date: 2004-10-13
Publication date: 2007-05-10
Anticipated expiration: 2024-10-14
Also published as: US20060075920A1; CZ2005623A3; JP2006110630A; DE102004049949A1; US20080012390A1; DE102004049949C5

Abstract

Strukturbauteil für die Karosserie oder ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs, das einen aus Stahlblech gebildeten rinnenförmigen oder hohlen Längenabschnitt (1, 5, 7, 9, 15, 20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Längenabschnitt (1, 5, 7, 9, 15, 20) durch ein Querschott (2, 8, 14, 19, 23, 27, 28) und/oder ein Längsschott (6, 31) ausgesteift ist, wobei das Querschott (2, 8, 14, 19, 23, 27, 28) und/oder das Längsschott (6, 31) in einsatzbedingt hoch belasteten Bereichen des Längenabschnitts (1, 5, 7, 9, 15, 20) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Strukturbauteil für die Karosserie oder ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Einsatzbeispiele eines derartigen Strukturbauteils sind z.B. Mehrlenkerhinterachsen, Verbundlenkerachsen, Vorderachsen, einzelne Lenker, Türaufprallträger oder Instrumententräger.

Aus der DE 197 28 582 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Metallformteils bekannt, bei dem das Metallformteil in mehreren aufeinander folgenden Umformschritten durch Biegen, Pressen und/oder Tiefziehen aus einem ebenen Zuschnitt aus Metallblech hergestellt wird. Ein nach Durchführung eines Teils der Umformschritte erzeugtes Zwischenprodukt weist eine Mehrzahl von im Wesentlichen parallelen Biegelinien und in einem zu den Biegelinien senkrechten Querschnitt ein rinnenförmiges Profil oder Teilprofil auf. Um die Biege- oder Verwindungssteifigkeit des Zwischenproduktes zu vergrößern, so dass es sich bei späteren Umformschritten weniger stark verziehen kann, wird das rinnen förmige Profil oder Teilprofil mit mindestens einem Versteifungsblech versteift, das im wesentlichen senkrecht zu den Biegelinien in das Profil oder Teilprofil eingesetzt und starr am Metallblech befestigt wird, bevor das Metallformteil durch weitere am Metallblech vorgenommene Umformschritte fertiggestellt wird. Die zusätzlichen Versteifungsbleche sind primär dafür vorgesehen, dass sich das Profil oder Teilprofil bei späteren Umformschritten weniger stark verziehen kann. Zwangsläufig führen die Versteifungsbleche jedoch zu einer Erhöhung des Fahrzeuggesamtgewichts. Teils sind die Versteifungsbleche sogar störend und es müssen Ausnehmungen in den Versteifungsblechen vorgesehen werden, um beispielsweise Kabel, Schläuche und dergleichen in den versteiften Metallformteilen verlegen zu können. Die Versteifungsbleche sind ausschließlich auf den Lastfall während des Umformens abgestellt und nicht auf die Belastungen bei der späteren Verwendung des Metallformteils.

Obwohl sich die bekannten Strukturbauteile innerhalb einer Karosserie oder eines Fahrwerks in der Praxis bewährt haben, ist dennoch aus den verschiedensten Gründen eine weitere Gewichtsreduzierung die erklärte Absicht der Fahrzeughersteller, und zwar ohne dass hierbei die jeweiligen Komponenten einer Karosserie oder eines Fahrwerks hinsichtlich der Steifigkeit und/oder Festigkeit beeinträchtigt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Strukturbauteil für die Karosserie oder ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens mit einem aus einer Platine gebildeten rinnenförmigen oderr hohlen Längenabschnitt zu schaffen, das eine hohe auf den jeweiligen Anwendungsfall abgestimmte Steifigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht aufweist.

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

Unabhängig davon, ob nun ein Strukturbauteil über seine gesamte Erstreckung oder nur über eine Teillänge einen rinnenförmigen oder hohlen Längenabschnitt aufweist, macht sich die Erfindung die Erkenntnis aus der Natur zunutze (Bionik), um durch die Integration mindestens eines eine Sickung oder Prägung aufweisenden Querschotts oder eines Längsschotts in den rinnenförmigen oder hohlen Längenabschnitt ein Strukturbauteil zu schaffen, das ganz gezielt nur dort eine Versteifung erfährt, wo einsatzbedingt höhere Beanspuchungen zu erwarten sind. Die anderen Bereiche des Längenabschnitts können mit sehr dünnen Wanddicken versehen werden. Neben der Gewichtsreduzierung ist ein weiterer Vorteil der Erfindung, dass auch Material eingespart werden kann.

Wie viele Querschotts und/oder Längsschotts angeordnet werden und ob gegebenenfalls auch zwei oder mehr Querschotts unmittelbar nebeneinander angeordnet werden oder ob ein Längsschott sich durchgehend erstreckt oder in einzelne Teilbereiche untergliedert ist, hängt von den jeweiligen Beanspruchungsarten des Strukturbauteils ab.

Das Querschott und/oder das Längsschott können in verschiedenster Weise in den Längenabschnitt eingegliedert werden. So ist z.B. Kleben oder Löten denkbar. Bevorzugt ist jedoch entsprechend Anspruch 2 das Querschott und/oder das Längsschott in den Längenabschnitt eingeschweißt. Das Einschweißen kann punktuell oder linienförmig erfolgen.

Der in Rede stehende Längenabschnitt eines Strukturbauteils ist entsprechend Anspruch 3 bevorzugt durch Umformen mindestens einer Platine aus Stahlblech gebildet. Die Platine kann zu einem rinnenförmigen Längenabschnitt oder zu einem hohlen Längenabschnitt diverser Querschnittskonfiguration umgeformt werden.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 4 sind einander benachbarte Kanten von zu rinnenförmigen oder hohlen Längenabschnitten umgeformten Platinen mindestens abschnittsweise durch Schweißen verbunden. So können beispielsweise zwei Scha len mit U-förmigen Querschnitten hinsichtlich der freien Kanten der Schenkel aneinandergesetzt und zu einem kastenförmigen bzw. rohrförmigen Längenabschnitt zusammengesetzt werden. Vor dem Zusammensetzen der beiden Schalen wird mindestens ein Querschott und/oder ein Längsschott in eine Schale eingesetzt und lagefixiert. Vorstellbar ist aber auch, dass eine Platine einteilig zu einem rohrförmigen Längenabschnitt verformt wird, der einen runden, ovalen, rechteckigen oder dreieckigen Querschnitt aufweist. Die Längskanten werden miteinander verschweißt, nachdem das Querschott und/oder das Längsschott eingesetzt wurde.

Gemäß den Merkmalen von Anspruch 5 können zur Einstellung einer definierten Steifigkeit der Strukturbauteile in den Querschotts und/oder den Längsschotts quer oder längs gerichtete Sicken, bereichsweise Ausstellungen in Form von Prägungen und/oder Durchbrechungen vorgesehen sein.

Vorstellbar ist es nach Anspruch 6 auch, dass ein rinnenförmiger Längenabschnitt durch radiales Prägen eines Rohrs gebildet ist. Der Längenabschnitt hat dann eine Wand aus zwei Lagen. Das Querschott und/oder Längsschott wird an der vorgesehenen Stelle in den Längenabschnitt lagefixiert.

Ein besonders vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung eines rohr- oder kastenförmigen Längenabschnitts eines Strukturbauteils wird in den Merkmalen des Anspruchs 7 erblickt. Danach wird zunächst eine Platine aus Stahlblech zu einer im Querschnitt U-förmigen Schale umgeformt. In die Schale wird dann mindestens ein Querschott und/oder ein Längsschott eingebracht und lagefixiert. Anschließend werden die neben den freien Kanten liegenden Randbereiche der Schale um das Querschott und/oder das Längsschott zu einem rohr- oder kastenförmigen Längenabschnitt gebogen. Die freien Kanten werden letztlich mindestens abschnittsweise verschweißt. Auf diese Weise wird ein Strukturbauteil geschaffen, das ähnlich wie bei einem in der Natur gewachsenen Bambusstab dort versteift ist, wo es im praktischen Einsatz erforderlich ist.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 bis 6 und 8 bis 10 in schematischer Perspektive jeweils eine Ausführungsform eines Längenabschnitts eines Strukturbauteils und
7 in schematischer Perspektive ein Ablaufschema zur Fertigung des Längenabschnitts der 1.
In der 1 ist mit 1 ein Längenabschnitt eines ansonsten nicht näher veranschaulichten Strukturbauteils für die Karosserie oder ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs bezeichnet. Der Längenabschnitt 1 weist einen kreisrunden Querschnitt auf. In den Längenabschnitt 1 ist ein Querschott 2 in Form einer Stahlblechronde eingeschweißt. Er ist durch Biegen einer Platine aus Stahlblech hergestellt. Die freien Kanten 3 sind durch eine Schweißnaht 4 verbunden.
Die 2 zeigt einen Längenabschnitt 5 eines ansonsten nicht näher dargestellten Strukturbauteils, der ebenfalls als Rohr ausgebildet und längsnahtgeschweißt ist. Zur Versteifung dieses Längenabschnitts 5 ist ein Längsschott 6 eingeschweißt. Das Längsschott 6 kann durchgehend ausgebildet oder in gegebenenfalls in der Länge voneinander abweichende Teilbereiche gegliedert sein.
In der 3 ist ein im Querschnitt ovaler Längenabschnitt 7 eines ansonsten nicht näher dargestellten Strukturbauteils veranschaulicht. Auch dieser Längenabschnitt 7 ist längsnahtgeschweißt und mit einem an den ovalen Querschnitt angepassten eingeschweißten Querschott 8 versehen.
Statt dieses Querschotts 8 kann auch mindestens ein Längsschott ähnlich der Darstellung der 2 eingeschweißt sein.
Die 4 zeigt einen hohlen, kastenartigen Längenabschnitt 9 eines ansonsten nicht näher dargestellten Strukturbauteils, der aus zwei im Querschnitt U-förmigen Schalen 10, 11 zusammengesetzt ist. Die Schenkel 12 sind über ihre Längskanten 13 verschweißt. In den Längenabschnitt 9 ist ein hinsichtlich des Querschnitts angepasstes Querschott 14 eingeschweißt.
Statt dieses Querschotts 14 kann auch mindestens ein Längsschott ähnlich der Darstellung der 2 eingeschweißt sein.
In der 5 ist ein rinnenförmiger Längenabschnitt 15 eines ansonsten nicht näher dargestellten Strukturbauteils dargestellt. Dieser weist einen trapezförmigen Querschnitt mit einem Boden 16, zwei schräg gestellten Schenkeln 17 und sich endseitig an die Schenkel 17 anschließenden Flanschen 18 auf.
Zwischen die Schenkel 17 und den Boden 16 ist ein Querschott 19 eingeschweißt.
Im Falle der Ausführungsform der 6 ist ein rinnenförmiger Längenabschnitt 20 eines ansonsten nicht näher dargestellten Strukturbauteils dargestellt, der durch radiales Prägen eines Rohrs geformt wurde. Dadurch weist dieser Längenabschnitt 20 zwei aneinander liegende Wände 21, 22 auf. In den Längenabschnitt 20 ist ein Querschott 23 eingeschweißt.
Die Herstellung des Längenabschnitts 1 gemäß der 1 ist nachfolgend anhand der 7 erläutert.
Danach wird zunächst eine Platine 24 aus Stahlblech (-a-) zu einer im Querschnitt U-förmigen Schale 25 umgeformt (-b-). Dies ist durch die Pfeile PF in (-a-) veranschaulicht.
In die U-förmige Schale 25 wird dann eine Blechronde (-c-) als Querschott 2 gemäß dem Pfeil PF1 eingefügt und gemäß (-d-) durch Schweißen lagefixiert.
Danach werden die neben den freien Kanten 3 liegenden Randbereiche 26 der Schale 25 entsprechend den Pfeilen PF2 um das Querschott 2 gebogen, bis die freien Kanten 3 entsprechend (-c-) stirnseitig voreinander liegen. Danach werden die freien Kanten 3 miteinander verschweißt. Der Längenabschnitt 1 ist fertig.
Die in den 8 und 9 dargestellten Ausschnitte eines Strukturbauteils entsprechen von der grundsätzlichen Konfiguration her der Ausführungsform, wie anhand der 5 beschrieben. Von daher tragen einander entsprechende Bauteile die gleichen Bezugszeichen. In den rinnenförmig gestalteten Längenabschnitt 15 ist ein Querschott 27 bzw. 28 eingegliedert und fügetechnisch zumindest an den Schenkeln 17, vorzugsweise aber auch am Boden 16 festgelegt.
Man erkennt, dass im Querschott 27 gemäß der 8 zwei in Bildebene vertikal gerichtete Sicken 29 vorgesehen sind, die sich über die gesamte Höhe des Querschotts 27 erstrecken.
Das Querschott 28, wie in 9 dargestellt, weist eine längs gerichtete sich zwischen den Schenkeln 17 über die Länge des Querschotts 28 erstreckende Sicke 30 auf.
Grundsätzlich kann die Breite und Tiefe einer Sicke 29 oder 30 über ihre Länge variieren.
In der 10 ist der Ausschnitt eines Strukturbauteils dargestellt, welches vom grundsätzlichen Aufbau demjenigen gemäß 2 entspricht. Im Längenabschnitt 5 ist ein Längsschott 31 eingeschweißt. Im Längsschott 31 sind Durchbrechungen 32, 33 sowie eine aus dem Material des Längsschotts 31 durch Schubumformung ausgestellte Prägung 34 vorgesehen.
Durch die Sicken 29, 30 ebenso wie durch die Durchbrechungen 32, 33 und Prägungen 34 in den Querschotts 27, 28 oder dem Längsschott 31 kann dem Steifigkeitsverhalten ebenso wie dem statischen und dynamischen Belastungsverhalten eines Strukturbauteils eine definierte Charakteristik gegeben werden.

1: Längenabschnitt
2: Querschott in 1
3: freie Kanten
4: Schweißnaht
5: Längenabschnitt
6: Längsschott in 5
7: Längenabschnitt
8: Querschott in 7
9: Längenabschnitt
10: Schale v. 9
11: Schale v. 9
12: Schenkel v. 10, 11
13: Längskanten v. 12
14: Querschott in 9
15: Längenabschnitt
16: Boden v. 15
17: Schenkel v. 15
18: Flansche v. 15
19: Querschott in 15
20: Längenabschnitt
21: Wand v. 20
22: Wand v. 20
23: Querschott in 20
24: Platine
25: Schale
26: Randbereiche v. 25
27: Querschott
28: Querschott
29: Sicke
30: Sicke
31: Längsschott
32: Durchbrechung
33: Durchbrechung
34: Prägung
PF: Pfeile
PF1: Pfeil
PF2: Pfeile

Claims

Strukturbauteil für die Karosserie oder ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs, das einen aus Stahlblech gebildeten rinnenförmigen oder hohlen Längenabschnitt (1, 5, 7, 9, 15, 20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Längenabschnitt (1, 5, 7, 9, 15, 20) durch ein Querschott (2, 8, 14, 19, 23, 27, 28) und/oder ein Längsschott (6, 31) ausgesteift ist, wobei das Querschott (2, 8, 14, 19, 23, 27, 28) und/oder das Längsschott (6, 31) in einsatzbedingt hoch belasteten Bereichen des Längenabschnitts (1, 5, 7, 9, 15, 20) angeordnet sind.
Strukturbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Querschott (2, 8, 14, 19, 23, 27, 28) und/oder das Längsschott (6, 31) in den Längenabschnitt (1, 5, 7, 9, 15, 20) eingeschweißt ist.
Strukturbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Längenabschnitt (1, 5, 7, 9, 15) durch Umformen mindestens einer Platine (24) aus Stahlblech gebildet ist.
Strukturbauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass einander benachbarte Kanten (3, 13) von zu rinnenförmigen oder hohlen Längenabschnitten (1, 5, 7, 9, 15) umgeformten Platinen (24) mindestens abschnittsweise durch Schweißen verbunden sind.
Strukturbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in den Querschotts (27, 28) und/oder den Längsschotts (31) Sicken (29, 30), Prägungen (34) und/oder Durchbrechungen (32, 33) vorgesehen sind.
Strukturbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der rinnenförmige Längenabschnitt (20) durch radiales Prägen eines Rohrs gebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Strukturbauteils nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst eine Platine (24) aus Stahlblech zu einer im Querschnitt U-förmigen Schale (25) umgeformt wird, worauf in die Schale (25) mindestens ein Querschott (2) und/oder ein Längsschott (6) eingebracht sowie lagefixiert wird, dass dann die neben den freien Kanten (3) liegenden Randbereiche (26) der Schale (25) um das Querschott (2) und/oder das Längsschott (6) zu einem rohr- oder kastenförmigen Längenabschnitt (1) gebogen und anschließend die Kanten (3) mindestens abschnittsweise verschweißt werden.