DE102011119562A1

DE102011119562A1 - Äußere Wandstruktur für die Karosserie eines Kraftfahrzeuges sowie Fahrzeugkarosserie

Info

Publication number: DE102011119562A1
Application number: DE201110119562
Authority: DE
Inventors: Marc Jüttner
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-11-26
Filing date: 2011-11-26
Publication date: 2013-05-29

Abstract

Die Erfindung betrifft eine äußere Wandstruktur (1) für die Karosserie eines Kraftfahrzeuges mit wenigstens einem Materialabschnitt (2 bis 8), welcher zumindest einen Oberflächenabschnitt für den Aufbau einer Lackierung, insbesondere einer Lackierung mit einer Decklackschicht, aufweist. Es ist vorgesehen, dass der Materialabschnitt (2 bis 8) zumindest teilweise aus einem pressgehärteten Stahl oder einer pressgehärteten Stahllegierung besteht. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer äußeren Wandstruktur. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Fahrzeugkarosserie.

Description

Die Erfindung betrifft eine äußere Wandstruktur für die Karosserie eines Kraftfahrzeuges mit wenigstens einem Materialabschnitt, welcher zumindest einen Oberflächenabschnitt für den Aufbau einer Lackierung, insbesondere einer Lackierung mit einer Decklackschicht, aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Fahrzeugkarosserie.
Moderne Kraftfahrzeuge haben höchsten Anforderungen hinsichtlich des Insassenschutzes im Crashfall zu genügen. Die Karosseriestrukturen haben ferner ausreichend formstabil zu sein, um bei den immer höher werdenden Geschwindigkeiten der Kraftfahrzeuge der Karosserie eine ausreichende Steifigkeit zu geben.
Dies hat dazu geführt, dass moderne Kraftfahrzeuge im Bereich ihrer Fahrzeugkarosserie spezielle Verstärkungsstrukturen aufweisen. Dadurch hat jedoch das Gewicht der Kraftfahrzeuge enorm zugenommen, welches sich in einem Mehrverbrauch an Kraftstoff und einer höheren CO2-Emission bemerkbar macht.
Bei der Weiterentwicklung bzw. Neuentwicklung von Kraftfahrzeugen ist man daher bestrebt, das Kraftfahrzeug, insbesondere die Karosserie des Kraftfahrzeuges, im Gewicht zu mindern, ohne dass es zu Einbußen in der Stabilität der Fahrzeugkarosserie kommt.
Besonderes Augenmerk bei der Weiterentwicklung der Fahrzeugkarosserie kommt dabei den Seitenwandstrukturen zu, welche aufgrund ihrer großen Öffnungen für die Türen ein erhebliches Maß an Verstärkung benötigen. Dazu sind bisher separate Verstärkungsstrukturen an der Seitenwandstruktur vorgesehen worden.
Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine äußere Wandstruktur für die Karosserie eines Kraftfahrzeuges mit den eingangs genannten Merkmalen bereitzustellen, welche ein hohes Maß an Formstabilität aufweist und damit die gesamte Wandstruktukr verstärkt und zugleich gewichtsmäßig relativ leicht ist. Ferner soll eine Fahrzeugkarosserie bereitgestellt werden, welche für den Einbau einer derartigen äußeren Wandstruktur geeignet ist.
Die Aufgabe wird mit einer äußeren Wandstruktur für die Karosserie eines Kraftfahrzeuges mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Ferner wird zur Lösung der Aufgabe ein Verfahren zur Herstellung einer äußeren Wandstruktur mit den Merkmalen des Anspruches 10 vorgeschlagen. Zur Lösung der Aufgabe wird weiterhin eine Fahrzeugkarosserie mit den Merkmalen des Anspruches 9 vorgeschlagen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren.
Eine erfindungsgemäße äußere Wandstruktur für die Karosserie eines Kraftfahrzeuges hat wenigstens einen Materialabschnitt, welcher zumindest einen Oberflächenabschnitt für den Aufbau einer Lackierung, insbesondere einer Lackierung mit einer Decklackschicht, aufweist. Bei der äußeren Wandstruktur handelt es sich um eine solche Wandstruktur, welche im zusammengebauten Zustand des Kraftfahrzeuges zumindest teilweise dem Außenbereich zugewandt ist, also die äußere optische Erscheinung des Kraftfahrzeuges zumindest teilweise mitbildet. Die äußere Wandstruktur ist beispielsweise im eingebauten Zustand des Kraftfahrzeuges direkt oder indirekt für einen Dritten von außen sichtbar.
Erfindungsgemäß ist es bei einer solchen äußeren Wandstruktur vorgesehen, dass der Materialabschnitt zumindest teilweise aus einem pressgehärteten Stahl oder einer pressgehärteten Stahllegierung besteht.
Durch diese Maßnahme kommt der äußeren Wandstruktur auch in dem Materialabschnitt, welcher im montierten Zustand an dem Kraftfahrzeug nach außen hin sichtbar sein wird, eine besonders hohe Belastbarkeit zu, da die äußere Wandstruktur und besonders der besagte Materialabschnitt aus einem besonders hochwertigen und belastbaren Material hergestellt ist. Dadurch kann auf eine separate Verstärkungsstruktur zum Verstärken der Wandstruktur verzichtet werden. Es ergibt sich aufgrund der Einsparung der separaten Verstärkungsstruktur eine Gewichtseinsparung. Auch ergibt sich dadurch eine Einsparung an zusätzlichen Bauteilen. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme ist insofern eine Teilereduktion erreicht, durch welche sich auch geringere Kosten aufgrund des geringeren Platzbedarfes bei der Lagerhaltung ergeben.
Unter einem pressgehärteten Stahl oder einer pressgehärteten Stahllegierung ist im Zuge der Erfindung ein Material zu verstehen, welches zur Formgebung der Wandstruktur warmumgeformt wurde und anschließend, vorzugsweise noch in dem Warmumformwerkzeug, mit vorgegebener Geschwindigkeit abgekühlt worden ist, um ein Härten des Materials zu erreichen. Bei diesem als Presshärten oder Formhärten bezeichneten Vorgang wird das Material beispielsweise in einem Warmformwerkzeug auf eine Temperatur von bis etwa 900 bis 950 Grad Celsius erwärmt, die Ausformung mittels des Warmformwerkzeuges durchgeführt und anschließend durch Abkühlung beispielsweise das herzustellende Bauteil durch schnelles Kühlen gehärtet. Der pressgehärtete Stahl wird auch als PHS-Stahl bezeichnet.
Es bietet sich an, dass der Materialabschnitt wenigstens in einem den Oberflächenabschnitt umfassenden Bereich aus einem pressgehärteten Stahl oder einer pressgehärteten Stahllegierung besteht. Dadurch weist die Wandstruktur zumindest über diejenige Fläche, welche nach außen hin sichtbar ist und mit einer Decklackschicht aufgebaut wird, eine besonders hohe Belastbarkeit durch die Herstellung aus einem pressgehärteten Stahl oder einer pressgehärteten Stahllegierung auf. Derartige Bereiche der Wandstruktur wurden bisher aus einem weniger hoch belastbaren Werkstoff gebildet und über diesen Bereich eine separate Verstärkungsstruktur an die Wandstruktur angebunden, um eine ausreichende Stabilität und Belastbarkeit herzustellen. Durch die Erfindung hat man demgegenüber einen anderen Weg beschritten, indem zumindest dieser Flächenabschnitt der Wandstruktur aus einem besonders belastbaren Material gebildet ist.
Es bietet sich ferner an, dass der Materialabschnitt aus einem Blech, insbesondere einem Feinblech, gefertigt ist. Dadurch ist eine weitere gewichtsmäßige Reduzierung erzielt, da der Materialabschnitt dünnwandig ist.
Eine auf diese Art und Weise hergestellte Wandstruktur für eine Fahrzeugkarosserie lässt sich mit reduziertem Einsatz an Material herstellen. Auch weist das Bauteil ein verringertes Gewicht auf, da durch das Härten eine höhere Festigkeit des Formbauteiles erreicht werden kann, als dies mit konventionellen Umformtechniken, wie beispielsweise dem Kaltumformen oder dem Warmumformen, zu erreichen wäre, bei denen der anschließende Abkühlschritt und das dadurch erzeugte Härten nicht erfolgt.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der für den Aufbau der Lackierung vorgesehene Oberflächenabschnitt als Haftgrund für wenigstens eine Lackschicht ausgebildet ist. Dadurch ist sichergestellt, dass die auf den Oberflächenabschnitt aufgebrachte Lackierung dauerhaft an dem Materialabschnitt in Verbindung bleibt und damit dauerhaft eine ansprechende optisch schöne Lackierung bzw. Lackschicht erzeugt wird.
Durch die Presshärtung des Stahles bzw. der Stahllegierung hat sich im Zuge der hierdurch durchgeführten Warmumformung auf der Oberfläche des Materials eine leichte Oxidschicht gebildet, durch welche ein dauerhaftes Anhaften einer auf die Wandstruktur aufgebrachte Lackschicht beeinträchtigt ist. Der zu erzeugende Haftgrund auf dem Oberflächenabschnitt, auf dem die Lackierung aufgebracht wird, ist daher bevorzugt in der Weise auszubilden, dass trotz der Oxidschicht die Lackschicht dauerhaft und haltbar auf dem Oberflächenabschnitt der Seitenwandung anhaftet.
Eine mögliche Vorgehensweise besteht auch darin, dass die Oxidschicht auf dem Oberflächenabschnitt entfernt wird.
Es bietet sich dazu an, dass der Haftgrund mittels Strahlen des Oberflächenabschnittes gebildet wird. Auf diese Weise ist der Haftgrund in technisch einfacher Weise erzeugt, indem die Oxidschicht entfernt wird. Eine spezielle Grundierung oder ein Haftvermittler ist dadurch nicht erforderlich, um eine dauerhaft haltbare Anbindung einer Lackschicht an dem Oberflächenabschnitt der Wandstruktur zu erzielen.
Als Strahlmittel können z. B. Sand, Glasperlen, Keramik, Stahl, Trockeneis und/oder Kohlendioxid zum Einsatz kommen.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die äußere Wandstruktur eine äußere Seitenwandstruktur bildet. Dadurch kann auf die im Bereich der Seitenwand üblicherweise vorhandene sehr massiv ausgebildete, separate Verstärkungsstruktur zum Verstärken der Seitenwand verzichtet werden.
Es bietet sich an, dass mehrere Materialabschnitte vorgesehen sind, welche um wenigstens einen Türausschnitt der Seitenwandstruktur umlaufend angeordnet sind. Die aus einem pressgehärteten Stahl oder einer pressgehärteten Stahllegierung gebildeten Materialabschnitte der Seitenwandstruktur bewirken dadurch eine Verstärkung im Bereich des Türausschnittes der Seitenwandstruktur, so dass eine separate Verstärkungsstruktur im Bereich des Türausschnittes zum Verstärken der Seitenwandstruktur im Bereich des Türausschnittes nichterforderlich ist.
Es bietet sich an, dass die mehreren Materialabschnitte einen um den Türausschnitt umlaufenden Rahmen bilden. Dadurch ist eine besonders verstärkend wirkende Verbundstruktur in Art des Rahmens gebildet, so dass zum einen durch die Materialart des Materialabschnittes, nämlich durch die Verwendung eines als presshärtenden Stahls oder einer presshärteten Stahllegierung bzw. eines bereits pressgehärteten Stahls oder Stahllegierung, und zum anderen durch die Ausbildung der Materialabschnitte als Rahmen eine besonders wirkungsvolle Verstärkung erzeugt ist.
Nach einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Fahrzeugkarosserie mit wenigstens einer äußeren Wandstruktur der vorstehend beschriebenen Art, wobei zumindest der Oberflächenabschnitt des wenigstens einen Materialabschnittes der äußeren Wandstruktur mit einer Lackierung versehen ist, insbesondere eine Decklackschicht aufweist. Der Lackaufbau zur Herstellung der Lackierung kann mittels konventioneller Verfahren erzeugt sein. Beispielsweise kann ein KKL-Verfahren zur Anwendung kommen. Ergänzend oder alternativ kann eine Spritzgrundierung vorgenommen sein.
Ferner bietet es sich an, dass auf die Grundierung ein Basislack und/oder ein Klarlack aufgebracht wird. Auch kann auf den Basislack anschließend eine Klarlackschicht aufgebracht werden. Dadurch ist ein hochwertiger Decklackaufbau gegeben.
Die Erfindung umfasst weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer äußeren Wandstruktur mit wenigstens einem Materialabschnitt, welcher zumindest einen Oberflächenabschnitt für den Aufbau einer Lackierung, insbesondere einer Lackierung mit einer Decklackschicht, aufweist, wobei der Materialabschnitt zumindest teilweise aus einem pressgehärteten Stahl oder einer pressgehärteten Stahllegierung besteht.
Bevorzugt handelt es sich bei der äußeren Wandstruktur um eine solche äußere Wandstruktur der vorstehend beschriebenen Art.
Nach dem Verfahren wird ein Halbzeug, welches zumindest teilweise aus presshärtendem Stahl oder einer presshärtenden Stahllegierung besteht, zu dem Materialabschnitt warmumgeformt und anschließend im Zuge des Warmumformvorganges der Materialabschnitt abgekühlt, so dass der Stahl oder die Stahllegierung pressgehärtet wird. Anschließend wird der für den Aufbau der Lackierung vorgesehene Oberflächenabschnitt gestrahlt.
Durch das Verfahren ist eine äußere Wandstruktur für ein Kraftfahrzeug herstellbar, welche zumindest teilweise eine hohe Belastbarkeit hat und zugleich gewichtsmäßig relativ leicht ist. Bei der äußeren Seitenwandstruktur mit einer derartigen Eigenschaft handelt es sich um diejenige Struktur, die im eingebauten Zustand an dem Kraftfahrzeug später zumindest teilweise von außen sichtbar ist und dazu mit einer Decklackschicht versehen ist.
Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnungen.
Es zeigt die einzige Figur (Fig.) eine mögliche Ausführungsform einer äußeren Wandstruktur 1 für die Karosserie eines Kraftfahrzeuges.
Die äußere Wandstruktur 1 ist beispielsweise gemäß der einzigen Figur als äußere Seitenwandstruktur ausgebildet.
Die äußere Wandstruktur 1 hat wenigstens einen, vorzugsweise mehrere Materialabschnitte 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, welche eine Oberfläche für den Aufbau einer Lackierung mit einer Decklackschicht aufweisen. Bei den Materialabschnitten 2 bis 8 handelt es sich insofern um solche Bereiche der äußeren Wandstruktur 1, welche im Endzustand die Decklackschicht aufweisen und somit nach außen hin optisch in Erscheinung treten.
Es ist vorgesehen, dass die Materialabschnitte 2 bis 8 zumindest teilweise aus einem pressgehärteten Stahl oder einer pressgehärteten Stahllegierung besteht. Derartige Stähle bzw. Stahllegierungen werden als sogenannte PHS-Stähle bezeichnet.
Bevorzugt sind die Materialabschnitte 2 bis 8 durch ein pressgehärtetes Stahlblech oder eine pressgehärtete Stahlblechlegierung gebildet, welche ein Feinblech sein kann.
Die Materialabschnitte 2 bis 8 bilden einen umlaufenden Rahmen für insgesamt zwei Türausschnitte 9, 10 der äußeren Wandstruktur 1.
Die Materialabschnitte 3 und 8 bilden bevorzugt den oberen Abschluss der äußeren Wandstruktur 1 hin zu dem seitlichen Fahrzeugdach oder sind bereits Bestandteil der seitlichen Dachkarosserie.
Die Materialabschnitte 5 und 6 bilden bevorzugt den unteren Abschluss der Rahmenstruktur und dienen zum Anbinden an den unteren Schweller der Fahrzeugkarosserie. Bevorzugt sind die Materialabschnitte 5 und 6 bereits Teile der seitlichen Schwellerstruktur der Fahrzeugkarosserie.
Der Materialabschnitt 4 bildet bevorzugt zumindest einen Abschnitt der A-Säule. Der Materialabschnitt 2 bildet bevorzugt die B-Säule der Fahrzeugkarosserie. Ferner bildet der Materialabschnitt 7 bevorzugt den hinteren Teil der äußeren Wandstruktur 1, dessen Bestandteil unter anderem die hintere Fahrzeugsäule ist.
Durch die Ausgestaltung der Materialabschnitte 2 bis 8 mittels PHS-Stahl bzw. einer PHS-Stahllegierung ist die äußere Wandstruktur 1 hoch belastbar und weist gleichzeitig ein relativ geringes Gewicht auf. Dadurch ist eine separate Verstärkungsstruktur zum Verstärken der äußeren Wandstruktur nicht notwendig, da die äußere Wandstruktur selbst eine ausreichende Verstärkungswirkung aufgrund der durch pressgehärteten Stahl bzw. einer pressgehärteten Stahllegierung gebildeten Materialabschnitte erzeugt.
Bezugszeichenliste

1: äußere Wandstruktur
2: Materialabschnitt
3: Materialabschnitt
4: Materialabschnitt
5: Materialabschnitt
6: Materialabschnitt
7: Materialabschnitt
8: Materialabschnitt
9: Türausschnitt
10: Türausschnitt

Claims

Äußere Wandstruktur (1) für die Karosserie eines Kraftfahrzeuges mit wenigstens einem Materialabschnitt (2 bis 8), welcher zumindest einen Oberflächenabschnitt für den Aufbau einer Lackierung, insbesondere einer Lackierung mit einer Decklackschicht, aufweist, wobei der Materialabschnitt (2 bis 8) zumindest teilweise aus einem pressgehärteten Stahl oder einer pressgehärteten Stahllegierung besteht.
Wandstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialabschnitt (2 bis 8) wenigstens in einem den Oberflächenabschnitt umfassenden Bereich aus einem pressgehärteten Stahl oder einer pressgehärteten Stahllegierung besteht.
Wandstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialabschnitt (2 bis 8) aus einem Blech, insbesondere einem Feinblech, gefertigt ist.
Wandstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der für den Aufbau der Lackierung vorgesehene Oberflächenabschnitt als Haftgrund für wenigstens eine Lackschicht ausgebildet ist.
Wandstruktur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Haftgrund mittels Strahlen des Oberflächenabschnittes gebildet ist.
Wandstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Wandstruktur (1) eine Seitenwandstruktur ist.
Wandstruktur nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Materialabschnitte (2 bis 8) vorgesehen sind, welche um wenigstens einen Türausschnitt (9, 10) umlaufend angeordnet sind.
Wandstruktur nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Materialabschnitte (2 bis 8) vorgesehen sind, welche eine um wenigstens einen Türausschnitt (9, 10) umlaufenden Rahmen bilden.
Fahrzeugkarosserie mit wenigstens einer äußeren Wandstruktur (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest der Oberflächenabschnitt des wenigstens einen Materialabschnittes (2 bis 8) der äußeren Wandstruktur (1) mit einer Lackierung versehen ist, insbesondere eine Decklackschicht aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer äußeren Wandstruktur (1) mit wenigstens einem Materialabschnitt (2 bis 8), welcher zumindest einen Oberflächenabschnitt für den Aufbau einer Lackierung, insbesondere einer Lackierung mit einer Decklackschicht, aufweist, wobei der Materialabschnitt (2 bis 8) zumindest teilweise aus einem pressgehärteten Stahl oder einer pressgehärteten Stahllegierung besteht, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei in einem Verfahrensschritt ein zumindest teilweise aus presshärtendem Stahl oder einer presshärtenden Stahllegierung bestehendes Halbzeug zu dem Materialabschnitt (2 bis 8) warmumgeformt wird, so dass der Stahl oder die Stahllegierung pressgehärtet wird und in einem anschließenden Verfahrensschritt der für den Aufbau der Lackierung vorgesehene Oberflächenabschnitt gestrahlt wird.