DE102009011932A1

DE102009011932A1 - Structural component, for reinforcement of motor vehicle safety components, is of metal sheet shaped into a closed tubular cross section with the sheet edges brought together in a flange

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

The structural component (1), for the reinforcement of motor vehicle safety components, is of metal sheet rolled into a closed tubular cross section (2) by hot or cold shaping. It has a projecting flange (3) in two layers (4,5) from the edges of the metal sheet. The flange lies on a radial plane (7) through the center axis (6). A central strap (8) can be inserted between the flange layers through the interior of the tube.

Description

Die Erfindung betrifft ein Strukturbauteil für Kraftfahrzeuge mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.The The invention relates to a structural component for motor vehicles having the features of claim 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.structural components for motor vehicles, such as B. reinforcements for A-pillars, B-pillars, C-pillars, door impact beams and bumpers for motor vehicles of all kinds, are safety-relevant components, which are the highest loads in the event of a crash subject. It counts to State of the art to use pipes as reinforcing components.

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.Have tubular body the advantage that due to the accumulation of material in the edge area relative high area moments of inertia exist, at the same time relatively low weight. In addition, have closed thin Hollow sections a relatively high torsional stiffness, based on thin-walled open hollow sections or even solid sections.

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.The positive properties of thin-walled hollow sections, d. H. low weight with high rigidity, are in a circular Pipe for All force directions transverse to the longitudinal axis basically the same. However, this results in reinforcements for a-, B and C columns as well as door impact beams and Bumpers for motor vehicles the peculiarity that there is a predominant direction of impact. Therefore, an adaptation of the cross-sectional geometry of such Tube profile aimed at the prevailing force application direction. A possibility would be that Tube cross-section elliptical, with the longer the shows two half-axes of the ellipse in the direction of impact. Basically, the geometric changes However, a pipe profile limits what it needs to be done can do extra reinforcements to provide the outside of the pipe are to be attached. These are after the actual production the pipe profile separate manufacturing steps necessary.

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.Of the On this basis, the invention is based on the object, a structural component of a motor vehicle, which has a tubular cross-section has and provided in manufacturing technology favorable with a gain is.

Diese Aufgabe wird durch ein Strukturbauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.These The object is achieved by a structural component having the features of the patent claim 1 solved.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der Unteransprüche.advantageous Further developments of the inventive concept are the subject of the dependent claims.

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.The Structural component according to the invention consists of a closed tubular cross section and a circumferentially of the tubular Cross-section subsequent Flange. This flange section is double-layered interconnected longitudinal edge areas formed of a formed metal sheet, from which the structural component consists.

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.Essential in the structural component according to the invention is that the flange portion, which for reinforcing the Structural component is used, not as a separate component in an independent manufacturing step connected to the previously prepared tubular cross-section, especially welded, must be, but during the manufacture of the tubular Cross-section is formed. The tubular cross section is in a sense only by Connecting the flange sections together to form a closed tubular Cross-section. The flange sections are integral parts of the Metal sheet. Through this one-piece is a low cost Production of a structural component for a motor vehicle possible, the especially as reinforcement for A-pillars, B-pillars, C-pillars, as door impact beams and as a bumper for motor vehicles can be used. The structural component preferably exists made of thermoforming steels, in particular of a steel with the trade designation BTR165 of Benteler Automotive GmbH. This is an ultra-high-strength Steel with good formability. The steel is conventional welding techniques good weldable and at the same time well deformable. Depending on the temper, the steel can Tensile strengths Rm of 1,400 to 1,850 MPa reach at a yield point of 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.The desired Flange sections on the structural component can in particular be formed by roll forming getting produced. Following the roll forming, they become each other opposite Flange sections welded together.

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.The Structural component is preferably oriented in the installed position, that the flanges are oriented in the plane of the main impact direction are. The longitudinal edge regions forming the flange section can theoretically any spatial Have orientation. Preferably, the longitudinal edge regions lie in one a central longitudinal axis of the tubular Cross section cutting radial plane. In other words, pointing the two-ply flange sections from the center of the preferably circular tubular Cross section away.

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.It is also possible within the scope of the invention that longitudinal edge regions are not connected directly to the double-layered flange section, but only indirectly by incorporation of a web plate. This web plate may theoretically have the same width as the longitudinal edge regions, so that it does not go inward in the tubular cross-section of the structural component and also not after protrudes outside over the flange portion. Preferably, however, the web plate protrudes into the interior of the structural component enclosed by the tubular cross section. The interior is usually unused and thus offers space-saving manner for the incorporation of further reinforcing elements. The interior can be divided by the web plate preferably in two extending in the longitudinal direction of the structural component chambers. By this subdivision or by the fact that the web plate extends to the inner wall of the region of the tubular cross-section opposite the flange section, a support results. This support causes a significant increase in bending stiffness. This increase in stiffness can in turn be used to reduce the use of materials, so that the structural component with reduced wall thickness can be made lighter overall, but still very rigid.

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 Advantageous development of the inventive concept, it is conceivable that is opposite to an inside of the tubular cross-section the flange portion a reinforcing plate is arranged. It can thus be a patched structural component act. The reinforcement plate is preferably cohesive connected to the metal sheet. It can also be caused by clinching / embossing be connected to the metal sheet. The metal sheet and / or the reinforcement sheet can Have areas with divergent wall thicknesses. It may be thus to tailored rolled or tailored welded blanks as starting material act.

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.In Combination with the double-layered flange sections and in particular incorporating a web plate thus gives the possibility an optimized to the particular application structural component to create, especially as a reinforcing element in automotive engineering is used. With the structural component according to the invention results the opportunity the weight optimization and the reduction of the number of parts by combination a tubular one Cross-section with one piece attached thereto flange portion. More complex components can through a single structural component substituted with tubular cross-sections become. Functions can be integrated into the structural component, with a very high variability in shape and diameter an extremely requirement-related design of the structural component possible is.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:The The invention is described below with reference to schematic drawings illustrated embodiments explained in more detail. It shows:

1 einen Querschnitt durch ein Strukturbauteil gemäß einer ersten Ausführungsform; 1 a cross section through a structural component according to a first embodiment;

2 einen Querschnitt durch ein Strukturbauteil gemäß einer zweiten Ausführungsform und 2 a cross-section through a structural component according to a second embodiment and

3 einen Querschnitt durch ein Strukturbauteil gemäß einer dritten Ausführungsform. 3 a cross section through a structural component according to a third embodiment.

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. 1 shows a structural component 1 , which is used as a reinforcing element, for example in an A, B or C-pillar or as a door impact beam or as a cross member of a bumper. The structural component 1 is made by hot or cold forming a metal sheet. It comprises a closed tubular cross-section 2 which is circular in this embodiment. Circumference of the tubular cross section 2 closes in one piece with the tubular cross-section 2 formed flange section 3 at. The flange section 3 is through interconnected longitudinal edge areas 4 . 5 formed of the formed metal sheet. The flange section 3 extends in a the central longitudinal axis 6 of the tubular cross section 2 cutting radial plane 7 , The flange section 3 has in this embodiment one in the direction of the radial plane 7 measured length, which is smaller than the outer diameter of the tubular cross section 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.The embodiment of 2 is different from the one of 1 in that between the longitudinal edge areas 4 . 5 that the flange section 3 form, a web plate 8th is arranged. This web plate 8th extends completely between the longitudinal edge regions 3 . 4 and protrudes into the tubular cross-section 2 enclosed inside and divides this in two in the longitudinal direction of the structural component 1 extending chambers 9 . 10 , The web plate is supported on the flange portion 3 opposite inside 12 of the tubular cross section 2 from.

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.The embodiment of 3 is different from the one of 2 in that in addition to the web plate 8th in the interior of the tubular cross section 2 a reinforcing sheet 11 is arranged. In this embodiment, the reinforcing sheet 11 cohesively with the tubular cross-section 2 connected forming metal sheet. It is a patched component.

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.The wall thickness of the reinforcement plate 11 is less than the wall thickness of the tubular cross-section in this embodiment 2 and the double-layered flange section 3 forming metal sheet. The thickness of the web plate 8th is the thickness of the metal sheet for the flange portion 3 and adapted to the tubular cross section.

11: Strukturbauteilstructural component
22: rohrförmiger Querschnitttubular cross-section
33: Flanschabschnittflange
44: LängskantenbereichLongitudinal edge region
55: LängskantenbereichLongitudinal edge region
66: Mittellängsachsecentral longitudinal axis
77: Radialebeneradial plane
88th: Stegblechweb plate
99: Kammerchamber
1010: Kammerchamber
1111: VerstärkungsblechSupport panel
1212: Innenseiteinside

Claims

Structural component of a motor vehicle consisting of a metal sheet, which by hot or cold forming a closed tubular cross section ( 2 ) and a circumferentially of the tubular cross-section ( 2 ) subsequent flange section ( 3 ), wherein the flange portion ( 3 ) double-layered by interconnected longitudinal edge areas ( 4 . 5 ) of the deformed metal sheet is formed.

Structural component according to claim 1, characterized in that the flange portion ( 3 ) forming longitudinal edge areas ( 4 . 5 ) in a central longitudinal axis ( 6 ) of the tubular cross section ( 2 ) intersecting radial plane ( 7 ) touch.

Structural component according to claim 1 or 2, characterized in that between the flange portion ( 3 ) forming longitudinal edge areas ( 4 . 5 ) a web plate ( 8th ), which extends to one of the tubular cross-section ( 2 ) enclosed interior extends.

Structural component according to claim 3, characterized in that the interior through the web plate ( 8th ) in two in the longitudinal direction of the structural component ( 1 ) extending chambers ( 9 . 10 ) is divided.

Structural component according to one of claims 1 to 4, characterized in that the tubular cross-section ( 2 ) is circular.

Structural component according to one of claims 1 to 5, characterized in that along an inner side ( 12 ) of the tubular cross section ( 2 ) opposite the flange portion ( 3 ) a reinforcing plate ( 11 ) is arranged.

Structural component according to claim 6, characterized in that the reinforcing plate ( 11 ) is integrally connected to the metal sheet.

Structural component according to claim 6, characterized that the reinforcing sheet form-fitting by imprinting connected to the metal sheet.

Structural component according to one of claims 1 to 8, characterized in that the metal sheet and / or the reinforcing sheet each have areas with divergent Wands.