DE102009011932A1

DE102009011932A1 - Strukturbauteil

Info

Publication number: DE102009011932A1
Application number: DE200910011932
Authority: DE
Inventors: Johannes Schäfers; Ulrich Lütke-Bexten; Markus Kettler; Otto Buschsieweke; Andreas Hitz
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2009-03-10
Filing date: 2009-03-10
Publication date: 2010-09-30

Abstract

Strukturbauteil eines Kraftfahrzeugs, bestehend aus einem Metallblech, welches durch Warm- oder Kaltumformung einen geschlossenen rohrförmigen Querschnitt (2) und einen sich umfangsseitig des rohrförmigen Querschnitts (2) anschließenden Flanschabschnitt (3) besitzt, wobei der Flanschabschnitt (3) doppellagig durch miteinander verbundene Längskantenbereiche (4, 5) des umgeformten Metallblechs gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Strukturbauteil für Kraftfahrzeuge mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Strukturbauteile für Kraftfahrzeuge, wie z. B. Verstärkungen für A-Säulen, B-Säulen, C-Säulen, Türaufprallträger und Stoßfänger für Kraftfahrzeuge aller Art, sind sicherheitsrelevante Bauteile, die im Crashfall höchsten Belastungen unterliegen. Es zählt zum Stand der Technik, Rohre als Verstärkungsbauteile einzusetzen.
Rohrförmige Körper haben den Vorteil, dass auf Grund der Materialanhäufung im Randbereich relativ hohe Flächenträgheitsmomente bestehen, bei gleichzeitig relativ geringem Gewicht. Zudem haben geschlossene dünnwandige Hohlquerschnitte eine relativ hohe Torsionssteifigkeit, bezogen auf dünnwandige offene Hohlquerschnitte oder gar Vollquerschnitte.
Die positiven Eigenschaften dünnwandiger Hohlquerschnitte, d. h. geringes Gewicht bei hoher Steifigkeit, sind bei einem kreisrunden Rohr für alle Kraftangriffsrichtungen quer zur Längsachse grundsätzlich gleich. Allerdings ergibt sich bei Verstärkungen für A-, B- und C-Säulen sowie bei Türaufprallträgern und Stoßfängern für Kraftfahrzeuge die Besonderheit, dass es eine vorherrschende Anprallrichtung gibt. Daher wird eine Anpassung der Querschnittsgeometrie eines solchen Rohrprofils an die vorherrschende Kraftangriffsrichtung angestrebt. Eine Möglichkeit wäre, den Rohrquerschnitt elliptisch zu gestalten, wobei die längere der beiden Halbachsen der Ellipse in Anprallrichtung zeigt. Grundsätzlich sind den geometrischen Veränderungen eines Rohrprofils jedoch Grenzen gesetzt, was es wiederum erforderlich machen kann, zusätzliche Verstärkungen vorzusehen, die außerhalb des Rohrs anzubringen sind. Hierzu sind nach der eigentlichen Fertigung des Rohrprofils separate Fertigungsschritte notwendig.
Der Erfindung liegt hiervon ausgehend die Aufgabe zu Grunde, ein Strukturbauteil eines Kraftfahrzeugs aufzuzeigen, das einen rohrförmigen Querschnitt besitzt und in fertigungstechnisch günstiger Weise mit einer Verstärkung versehen ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Strukturbauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Strukturbauteil besteht aus einem geschlossenen rohrförmigen Querschnitt und einem sich umfangsseitig des rohrförmigen Querschnitts anschließenden Flanschabschnitt. Dieser Flanschabschnitt ist doppellagig durch miteinander verbundene Längskantenbereiche des einen umgeformten Metallblechs gebildet, aus dem das Strukturbauteil besteht.
Wesentlich bei dem erfindungsgemäßen Strukturbauteil ist, dass der Flanschabschnitt, welcher zur Verstärkung des Strukturbauteils dient, nicht als separates Bauteil in einem eigenständigen Fertigungsschritt mit dem zuvor hergestellten rohrförmigen Querschnitt verbunden, insbesondere verschweißt, sein muss, sondern während der Fertigung des rohrförmigen Querschnitts ausgebildet wird. Der rohrförmige Querschnitt wird gewissermaßen erst durch Verbinden der Flanschabschnitte miteinander zu einem geschlossenen rohrförmigen Querschnitt. Die Flanschabschnitte sind einteilige Bestandteile des Metallblechs. Durch diese Einstückigkeit ist eine kostengünstige Fertigung eines Strukturbauteils für ein Kraftfahrzeug möglich, das insbesondere als Verstärkung für A-Säulen, B-Säulen, C-Säulen, als Türaufprallträger und als Stoßfänger für Kraftfahrzeuge verwendet werden kann. Vorzugsweise besteht das Strukturbauteil aus Warmformstählen, insbesondere aus einem Stahl mit der Handelsbezeichnung BTR165 der Benteler Automobiltechnik GmbH. Hierbei handelt sich um einen ultrahochfesten Stahl mit guter Umformbarkeit. Der Stahl ist mit konventionellen Schweißtechniken gut schweißbar und zugleich gut verformbar. Je nach Vergütungszustand kann der Stahl Zugfestigkeiten Rm von 1.400 bis 1.850 MPa erreichen bei einer Streckgrenze von 1.100 MPa.
Die gewünschten Flanschabschnitte an dem Strukturbauteil können insbesondere durch Rollformen hergestellt werden. Im Anschluss an das Rollformen werden die einander gegenüberliegenden Flanschabschnitte miteinander verschweißt.
Das Strukturbauteil wird in der Einbaulage vorzugsweise so orientiert, dass die Flansche in der Ebene der Hauptanprallrichtung orientiert sind. Die den Flanschabschnitt bildenden Längskantenbereiche können theoretisch jede beliebige räumliche Orientierung haben. Bevorzugt liegen die Längskantenbereiche in einer eine Mittellängsachse des rohrförmigen Querschnitts schneidenden Radialebene. Mit anderen Worten weisen die doppellagigen Flanschabschnitte vom Mittelpunkt des vorzugsweise kreisrunden rohrförmigen Querschnitts weg.
Es ist im Rahmen der Erfindung auch möglich, dass Längskantenbereiche nicht unmittelbar zu dem doppellagigen Flanschabschnitt verbunden sind, sondern nur mittelbar unter Eingliederung eines Stegblechs. Dieses Stegblech kann theoretisch die gleiche Breite haben wie die Längskantenbereiche, so dass es nicht nach innen in den rohrförmigen Querschnitt des Strukturbauteils und auch nicht nach außen über den Flanschabschnitt vorsteht. Vorzugsweise ragt das Stegblech jedoch in den von dem rohrförmigen Querschnitt umschlossenen Innenraum des Strukturbauteils. Der Innenraum ist in der Regel ungenutzt und bietet sich somit in Bauraum sparender Weise zur Eingliederung von weiteren Verstärkungselementen an. Der Innenraum kann durch das Stegblech vorzugsweise in zwei sich in Längsrichtung des Strukturbauteils erstreckende Kammern unterteilt sein. Durch diese Unterteilung bzw. dadurch, dass sich das Stegblech bis zu der Innenwand des dem Flanschabschnitt gegenüberliegenden Bereichs des rohrförmigen Querschnitts erstreckt, ergibt sich eine Abstützung. Diese Abstützung bewirkt eine signifikante Erhöhung der Biegesteifigkeit. Diese Steifigkeitserhöhung kann wiederum dazu genutzt werden, den Materialeinsatz zu reduzieren, so dass das Strukturbauteil bei reduzierter Wandstärke insgesamt leichter, aber dennoch sehr biegesteif gestaltet werden kann.
In vorteilhafter Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist es denkbar, dass entlang einer Innenseite des rohrförmigen Querschnitts gegenüberliegend dem Flanschabschnitt ein Verstärkungsblech angeordnet ist. Es kann sich somit um ein gepatchtes Strukturbauteil handeln. Das Verstärkungsblech ist vorzugsweise stoffschlüssig mit dem Metallblech verbunden. Es kann auch durch Verclinchen/Verprägen mit dem Metallblech verbunden sein. Das Metallblech und/oder das Verstärkungsblech können Bereiche mit voneinander abweichenden Wandstärken besitzen. Es kann sich somit um tailored rolled oder tailored welded blanks als Ausgangsmaterial handeln.
In Kombination mit den doppellagigen Flanschabschnitten und insbesondere unter Eingliederung eines Stegblechs ergibt sich somit die Möglichkeit, ein an den jeweiligen Anwendungsfall optimiertes Strukturbauteil zu schaffen, das insbesondere als Verstärkungselement im Kraftfahrzeugbau zum Einsatz kommt. Mit dem erfindungsgemäßen Strukturbauteil ergibt sich die Möglichkeit der Gewichtsoptimierung und der Reduzierung der Teilezahl durch Kombination eines rohrförmigen Querschnitts mit einstückig daran angebildetem Flanschabschnitt. Komplexere Bauteile können durch ein einziges Strukturbauteil mit rohrförmigen Querschnitten substituiert werden. Funktionen können in das Strukturbauteil integriert werden, wobei durch eine sehr hohe Variabilität in Form und Durchmesser eine extrem anforderungsbezogene Auslegung des Strukturbauteils möglich ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:
1 einen Querschnitt durch ein Strukturbauteil gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 einen Querschnitt durch ein Strukturbauteil gemäß einer zweiten Ausführungsform und
3 einen Querschnitt durch ein Strukturbauteil gemäß einer dritten Ausführungsform.
1 zeigt ein Strukturbauteil 1, welches als Verstärkungselement beispielsweise in einer A-, B- oder C-Säule oder als Türaufprallträger oder als Querträger eines Stoßfängers zum Einsatz kommt. Das Strukturbauteil 1 ist durch Warm- oder Kaltumformung eines Metallblechs hergestellt. Es umfasst einen geschlossenen rohrförmigen Querschnitt 2, der in diesem Ausführungsbeispiel kreisrund ist. Umfangsseitig des rohrförmigen Querschnitts 2 schließt sich ein einstückig mit dem rohrförmigen Querschnitt 2 ausgebildeter Flanschabschnitt 3 an. Der Flanschabschnitt 3 ist durch miteinander verbundene Längskantenbereiche 4, 5 des umgeformten Metallblechs gebildet. Der Flanschabschnitt 3 erstreckt sich in einer die Mittellängsachse 6 des rohrförmigen Querschnitts 2 schneidenden Radialebene 7. Der Flanschabschnitt 3 besitzt bei diesem Ausführungsbeispiel eine in Richtung der Radialebene 7 gemessene Länge, die kleiner ist als der Außendurchmesser des rohrförmigen Querschnitts 2.
Das Ausführungsbeispiel der 2 unterscheidet sich von demjenigen der 1 dadurch, dass zwischen den Längskantenbereichen 4, 5, die den Flanschabschnitt 3 bilden, ein Stegblech 8 angeordnet ist. Dieses Stegblech 8 erstreckt sich vollständig zwischen den Längskantenbereichen 3, 4 und ragt in den von dem rohrförmigen Querschnitt 2 umschlossenen Innenraum hinein und teilt diesen in zwei sich in Längsrichtung des Strukturbauteils 1 erstreckende Kammern 9, 10. Das Stegblech stützt sich an der dem Flanschabschnitt 3 gegenüberliegenden Innenseite 12 des rohrförmigen Querschnitts 2 ab.
Das Ausführungsbeispiel der 3 unterscheidet sich von demjenigen der 2 dadurch, dass zusätzlich zu dem Stegblech 8 im Innenraum des rohrförmigen Querschnitts 2 ein Verstärkungsblech 11 angeordnet ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Verstärkungsblech 11 stoffschlüssig mit dem den rohrförmigen Querschnitt 2 bildenden Metallblech verbunden. Es handelt sich um ein gepatchtes Bauteil.
Die Wanddicke des Verstärkungsblechs 11 ist in diesem Ausführungsbeispiel geringer als die Wanddicke des den rohrförmigen Querschnitt 2 und den doppellagigen Flanschabschnitt 3 bildenden Metallblechs. Die Dicke des Stegblechs 8 ist an die Dicke des Metallblechs für den Flanschabschnitt 3 und den rohrförmigen Querschnitt angepasst.

1: Strukturbauteil
2: rohrförmiger Querschnitt
3: Flanschabschnitt
4: Längskantenbereich
5: Längskantenbereich
6: Mittellängsachse
7: Radialebene
8: Stegblech
9: Kammer
10: Kammer
11: Verstärkungsblech
12: Innenseite

Claims

Strukturbauteil eines Kraftfahrzeugs bestehend aus einem Metallblech, welches durch Warm- oder Kaltumformung einen geschlossenen rohrförmigen Querschnitt (2) und einen sich umfangsseitig des rohrförmigen Querschnitts (2) anschließenden Flanschabschnitt (3) besitzt, wobei der Flanschabschnitt (3) doppellagig durch miteinander verbundene Längskantenbereiche (4, 5) des umgeformten Metallblechs gebildet ist.
Strukturbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die den Flanschabschnitt (3) bildenden Längskantenbereiche (4, 5) in einer eine Mittellängsachse (6) des rohrförmigen Querschnitts (2) schneidenden Radialebene (7) berühren.
Strukturbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den den Flanschabschnitt (3) bildenden Längskantenbereichen (4, 5) ein Stegblech (8) angeordnet ist, das sich bis ein einen von dem rohrförmigen Querschnitt (2) umschlossenen Innenraum erstreckt.
Strukturbauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum durch das Stegblech (8) in zwei sich in Längsrichtung des Strukturbauteils (1) erstreckende Kammern (9, 10) unterteilt ist.
Strukturbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der rohrförmige Querschnitt (2) kreisrund ist.
Strukturbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass entlang einer Innenseite (12) des rohrförmigen Querschnitts (2) gegenüberliegend dem Flanschabschnitt (3) ein Verstärkungsblech (11) angeordnet ist.
Strukturbauteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsblech (11) stoffschlüssig mit dem Metallblech verbunden ist.
Strukturbauteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsblech formschlüssig durch Verprägen mit dem Metallblech verbunden ist.
Strukturbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallblech und/oder das Verstärkungsblech jeweils Bereiche mit voneinander abweichenden Wändstärken besitzen.