DE10338025B3

DE10338025B3 - Versteifungsprofil

Info

Publication number: DE10338025B3
Application number: DE10338025A
Authority: DE
Inventors: Axel Dr.-Ing. Grüneklee; Lothar Dr.-Ing. Patberg; Ernst Weckenmann
Original assignee: ThyssenKrupp Stahl AG
Current assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority date: 2003-08-19
Filing date: 2003-08-19
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2023-08-20
Also published as: CN100522410C; US20060249969A1; US7455340B2; CN1835815A; WO2005018847A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Versteifungsprofil für einen Fahrzeugtragrahmen, welches zwei Säulen (8) des Fahrzeugtragrahmens, insbesondere die C-Säulen oder D-Säulen, als Fahrzeugquerwand bodenseitig verbindet und an seinen als Säulenanschlußzonen (6a, 7a) ausgebildeten Enden über ausgerundete Eckverstärkungen (6, 7) in die Säulen (8) übergeht. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Versteifungsprofil und die Eckverstärkungen (6, 7) als einstückige Doppelschale aus einer an ihrem umlaufenden Rand verschweißten innenhochdruckumgeformten Doppelplatine (10) ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Versteifungsprofil für einen Fahrzeugtragrahmen, welches zwei Säulen des Fahrzeugtragrahmens, insbesondere die C-Säulen oder D-Säulen, als Fahrzeugquerwand bodenseitig verbindet und an seinen als Säulenanschlußzonen ausgebildeten Enden über ausgerundete Eckverstärkungen in die Säulen übergeht.

Im modernen Fahrzeugbau ist eine steife Fahrzeugstruktur von zentraler Bedeutung für die Fahreigenschaften und die Crashsicherheit eines Fahrzeugs. Eine geeignete Maßnahme zur Erzielung einer erhöhten Steifigkeit ist es, den Fahrzeugtragrahmen durch den Einbau quer zur Fahrtrichtung ausgerichteter Versteifungsprofile als Fahrzeugquerwände zusätzlich auszusteifen.

Derartige Versteifungsprofile sind aus der Praxis bekannt. Ein solches bekanntes Versteifungsprofil besteht aus einem als Hutprofil ausgebildeten Schalenbauteil, welches im eingebauten Zustand die abzustützenden Säulen bodenseitig verbindet und dabei mit dem Bodenblech verschweißt ist. Um eine verbesserte Abstützung der Säulen an dem Profil und gleichzeitig einen gleichmäßigeren Kraftverlauf in der Struktur zu ermöglichen, wird das Versteifungsprofil durch zusätzliche ausgerundete Eckverstärkungen ergänzt, die an den durch jeweils eine Säule und ein Profilende gebildeten Ecken das Profil ebenso wie die jeweilige Säule umgreifen und mit diesen durch Schweißen verbunden sind. Durch die ausgerundete Form der Eckverstärkungen geht die oben liegende horizontale Außenfläche des Hutprofils gleichmäßig in die dem Versteifungsprofil zugewandte Seitenfläche der Säule über, woraus sich der gewünschte gleichmäßige Kraftverlauf ergibt. Die Eckverstärkungen werden ebenfalls durch Schalenbauteile gebildet, wobei sich jede Eckverstärkung aus umformtechnischen Gründen in der Regel aus zwei Teilen zusammensetzt. Folglich werden neben dem eigentlichen, die Säulen verbindenden hutförmigen Schalenbauteil vier weitere paarweise miteinander und mit einer Säule bzw. dem Profil zu verbindende Teile benötigt, um ein Versteifungsprofil zur Verbindung zweier Säulen mit ausreichender Abstützfunktion zu realisieren. Mit der großen Zahl unterschiedlicher Teile sind hohe Kosten sowohl für deren Einzelfertigung als auch für den Zusammenbau der Teile verbunden. Zudem ist eine Variation der Abmessungen des Versteifungsprofils nur mit erheblichem Aufwand möglich, da hierzu jeweils neu gestaltete Werkzeuge für die Einzelteile vorzusehen sind. Schließlich wirkt sich insbesondere bei der Verwendung höherfester Stahlwerkstoffe als Grundmaterial die konstruktiv bedingte hohe Zahl der Schweißverbindungen negativ aus, da diese im Vergleich zum Grundmaterial eine wesentlich geringere Festigkeit aufweisen und daher einen die Dauerfestigkeit der Konstruktion herabsetzenden Faktor darstellen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Versteifungsprofil der eingangs genannten Art zu schaffen, durch welches die Steifigkeit des Fahrzeugtragrahmens effektiv erhöht wird, das sich durch niedrige Fertigungskosten auszeichnet und darüber hinaus in seinen Abmessungen ohne großen Aufwand variiert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Versteifungsprofil gemäß dem Oberbegriff dadurch gelöst, daß das Versteifungsprofil und die Eckverstärkungen als einstückige Doppelschale aus einer an ihrem umlaufenden Rand verschweißten innenhochdruckumgeformten Doppelplatine ausgebildet sind.

Das erfindungsgemäße Versteifungsprofil besteht auch bei komplexer räumlicher Formgebung aus einem einfachen Grundkörper, nämlich der mithilfe der Innenhochdruckumform-Technologie (IHU) hergestellten, einteiligen Doppelschale. Aufgrund der hohen Variabilität in bezug auf die herzustellende Form ist es möglich, die für eine verbesserte Abstützung und einen gleichmäßigen Kraftverlauf zwischen den beiden Säulen der Fahrzeugstruktur notwendigen ausgerundeten Eckverstärkungen einstückig mit dem Versteifungsprofil auszubilden, wodurch großflächige, gut nutzbare Säulenanschlußzonen entstehen. Im Unterschied zum Stand der Technik müssen neben dem eigentlichen Profil also keine weiteren Einzelkomponenten mehr gefertigt und zusammengesetzt werden, wodurch sich die Produktionskosten erheblich senken lassen. Eine weitere Folge der erwähnten Variabilität ist, daß sich die Abmessungen des Versteifungsprofils vergleichsweise einfach an die Vorgaben des Anwenders anpassen lassen. Dies gilt für den Radius der Ausrundung ebenso wie für die Höhe des Profils. Zudem kann mit der einstückigen Ausführung des Versteifungsprofils die Zahl der Fügestellen auf ein Minimum reduziert werden, wodurch die Festigkeit des Grundwerkstoffes, insbesondere im Falle des Einsatzes höherfester Stahlwerkstoffe, optimal ausgenutzt und somit hervorragende Abstützeigenschaften erzielt werden können.

Der umlaufende Rand der Doppelplatine bleibt bei dem Versteifungsprofil aus fertigungstechnischen Gründen als ein von der Oberseite des Profils nach oben abstehender Rand, der sich über die gesamte Profillänge erstreckt, erhalten. Dieser oberseitige Rand kann als Flansch zur Aufnahme von Dichtungen oder auch zur Montage von Verkleidungsteilen genutzt werden.

Nach einer vorteilhaften Augestaltung der Erfindung weist das Versteifungsprofil zudem bodenseitig rechtwinklig umgebogene Randbereiche zur Anbindung an das Bodenblech einer Fahrzeugkarosserie auf. Diese bilden gut nutzbare Anbindungszonen beispielsweise für eine Schweiß- oder Löt-, aber auch Klebeverbindung.

Die Aufgabe der Erfindung wird ferner mit einem Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Versteifungsprofils gelöst, welches folgende Verfahrensschritte umfaßt:

– Innenhochdruckumformen einer an ihrem umlaufenden Rand verschweißten Doppelplatine zu einer Doppelschale,
– beidseitiger seitlicher Beschnitt der umgeformten Doppelplatine zur Erzeugung von Säulenanschlußzonen und
– Längsteilung der Platine zur Erzeugung zweier Versteifungsprofile.

Mit der IHU-Technologie wird ein Verfahren eingesetzt, welches dem Anwender ein hohes Maß an Designfreiheit hinsichtlich der zu erzeugenden Form ermöglicht. Der besondere Vorteil der IHU-Technologie in bezug auf die Werkstoffeigenschaften des umgeformten Bauteils beispielsweise gegenüber dem Tiefziehen besteht darin, daß im Falle des IHU das umzuformende Material deutlich intensiver und homogener verstreckt wird. Durch diese Materialverstreckung kann insbesondere bei höherfesten Stählen der „Bake hardening"-Effekt, d.h. die zusätzliche Festigkeitssteigerung bei einer Wärmebehandlung bei relativ niedrigen Temperaturen z.B. durch einen Lackeinbrand, intensiviert werden. Die dadurch erreichbaren Festigkeitswerte ermöglichen eine weitere Reduzierung der notwendigen Materialstärken und tragen damit zu einer Senkung des Fahrzeuggesamtgewichtes bei.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, daß der umlaufende Rand der Doppelplatine stirnseitig durch Laserstrahlschweißen verschweißt ist. Dabei handelt es sich um ein zuverlässiges und gut automatisierbares Fügeverfahren.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, daß die Doppelplatine bezüglich ihrer Längsachse symmetrisch geformt ist und entlang dieser Längsachse geteilt wird, so daß zwei identisch ausgebildete Versteifungsprofile erzeugt werden. Die identisch geformten Profile können dann beispielsweise an der jeweils gleichen Stelle in zwei Fahrzeugen eingebaut werden.

Alternativ ist es ebenso möglich, die Doppelplatine bezüglich ihrer Längsachse asymmetrisch zu formen, so daß bei der Längsteilung zwei verschieden ausgebildete Versteifungsprofile erzeugt werden. Diese können an unterschiedlichen Stellen in einem Fahrzeug, so z.B. zwischen den C- und D-Säulen, eingesetzt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 Ein Versteiffungsprofil zur Verbindung zweier Säulen in einem Fahrzeugtragrahmen in perspektivischer Ansicht,
2 das Versteifungsprofil der 1 im Schnitt entlang der Linie II-II der 1,
3 das Versteifungsprofil der 1 im eingebauten Zustand in perspektivischer Schnittansicht,
4a–c die Verfahrensschritte zur Herstellung des Versteifungsprofils der 1 und
5 zwei aus einer asymmetrischen Doppelplatine hergestellte Versteifungsprofile in eingebautem Zustand in schematischer Ansicht.
Das erfindungsgemäße Versteifungsprofil gemäß 1 ist durch Innenhochdruckumformen (IHU) aus einer Doppelplatine 1 hergestellt, die ihrerseits aus zwei an ihren Rändern 2a, 3a vorzugsweise durch Laserstrahlschweißen verschweißten Einzelplatinen 2, 3 zusammengesetzt ist. Das Versteifungsprofil umfaßt einen geraden mittleren Bereich 5 mit im wesentlichen U-förmigem Querschnitt, welcher an seinen beiden Enden in ausgerundete Eckverstärkungen 6, 7 übergeht. Dadurch werden großflächige offene Säulenanschlußzonen 6a, 7a gebildet, die einen gleichmäßigen Kraftverlauf zwischen zwei an dem Versteifungsprofil abgestützten Säulen eines Fahrzeugtragrahmens ermöglichen. Die stirnseitig verschweißten Ränder 2a, 3a der Einzelplatinen 2, 3 bilden bei dem Versteifungsprofil gemeinsam einen oberseitigen Rand 4, welcher als Flansch zur Aufnahme von Dichtungen oder zur Montage von Verkleidungsteilen genutzt werden kann. Ferner umfaßt das Versteifungsprofil bodenseitig rechtwinklig umgebogene Randbereiche 2b, 3b, welche gut nutzbare Flansche zur Verbindung des Versteifungsprofils mit einem Bodenblech bilden.
In 3 ist das Versteifungsprofil in eingebautem Zustand dargestellt. Dabei umgreift die offene Säulenanschlußzone 7a eine Säule 8 eines Fahrzeugtragrahmens, vorzugsweise eine C- oder D-Säule, und ist mit ihr beispielsweise über Schweißpunkte (nicht dargestellt) verbunden. Zudem ist das Versteifungsprofil auf einem Bodenblech 9 abgestützt und mit diesem an den umgebogenen Randbereichen 2b, 3b durch Schweißnähte 9a verbunden.
In 4a–c sind die einzelnen Verfahrensschritte zur Herstellung des Versteifungsprofils dargestellt. In 4a ist eine aus zwei flach aufeinander liegenden Einzelblechen bestehende Doppelplatine 10 dargestellt, welche an ihrem umlaufenden Rand vorzugsweise durch Laserstrahlschweißen gefügt ist. Die Platine ist bezüglich ihrer Längsachse leicht asymmetrisch geformt.
Zunächst wird die Doppelplatine 10 durch Innenhochdruckumformen zu einem Hohlkörper umgeformt, wobei ein umlaufender Randbereich 10a der Platine 10 zwischen den Umformwerkzeughälften eingeklemmt ist und somit bei dem umgeformten Bauteil als flach ausgebildeter, nach außen weisender Rand erhalten bleibt (4b). Wie in 4b weiter dargestellt ist, wird in einem Folgeschritt die umgeformte Doppelplatine 10 seitlich entlang der Linien 11 beschnitten und anschließend entlang der Linie 12 längs geteilt, wodurch zwei unterschiedlich geformte Versteifungsprofile 13, 14 mit Eckverstärkungen entstehen. Bevorzugt werden in einem zusätzlichen Schritt aus den unteren Rändern 13a, 14a, der Versteifungsprofile 13, 14 bodenseitig rechtwinklig umgebogene Randbereiche erzeugt, welche die Anbindung der Versteifungsprofile an ein Bodenblech erleichtern.
In 5 sind die in der vorstehenden Weise erzeugten Versteifungsprofile 13, 14 schematisch im eingebauten Zustand dargestellt. Dabei sind die Versteifungsprofile 13, 14 jeweils zwischen einem Säulenpaar 16, 17 eines Fahrzeugtragrahmens angeordnet und mit diesem durch Schweißen verbunden. Weiterhin ist jedes der Profile 13, 14 auf einem Karosseriebodenblech 15 abgestützt und mit diesem ebenfalls durch Schweißen verbunden.

Claims

Versteifungsprofil für einen Fahrzeugtragrahmen, welches zwei Säulen (8) des Fahrzeugtragrahmens, insbesondere die C-Säulen oder D-Säulen, als Fahrzeugquerwand bodenseitig verbindet und an seinen als Säulenanschlußzonen (6a, 7a) ausgebildeten Enden über ausgerundete Eckverstärkungen (6, 7) an die Säulen (8) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Versteifungsprofil und die Eckverstärkungen (6, 7) als einstückige Doppelschale aus einer an ihrem umlaufenden Rand verschweißten innenhochdruckumgeformten Doppelplatine (10) ausgebildet sind.
Versteifungsprofil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der oberseitige Rand (4) des Versteifungsprofils einen Flansch zur Aufnahme von Dichtungen bildet.
Versteifungsprofil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der oberseitige Rand (4) des Versteifungsprofils einen Flansch zur Montage von Verkleidungsteilen bildet.
Versteifungsprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Versteifungsprofil bodenseitig rechtwinklig umgebogene Randbereiche (2b, 3b) zur Anbindung an das Bodenblech (9) einer Fahrzeugkarosserie aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Versteifungsprofils nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Innenhochdruckumformen einer an ihrem umlaufenden Rand verschweißten Doppelplatine (10) zu einer Doppelschale, – beidseitiger seitlicher Beschnitt der umgeformten Doppelplatine zur Erzeugung von Säulenanschlußzonen und – Längsteilung der Platine (10) zur Erzeugung zweier Versteifungsprofile (13, 14).
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Doppelplatine (10) an ihrem umlaufenden Rand stirnseitig durch Laserstrahlschweißen verschweißt ist.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Doppelplatine (10) bezüglich ihrer Längsachse symmetrisch geformt ist und entlang dieser Längsachse geteilt wird, so daß zwei identisch ausgebildete Versteifungsprofile erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Doppelplatine bezüglich ihrer Längsachse asymmetrisch geformt ist, so daß bei der Längsteilung zwei verschieden ausgebildete Versteifungsprofile (13, 14) erzeugt werden.