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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen passend geschweißten Werkstückzuschnitt.
Spezieller betrifft die vorliegende Erfindung die Konstruktion einer
Fahrzeugtür
unter Verwendung eines dreiteiligen, passend geschweißten Werkstückzuschnitts.
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Während der
letzten beiden Jahrzehnte haben Regierungsverfügungen zur Kraftstoffersparnis
und Sicherheit zusammen mit weltweitem Wettbewerb und Umweltbedenken
die Kraftfahrzeugindustrie veranlaßt, für gesenkten Kraftstoffverbrauch
und gesenkte Fertigungskosten leichtere Fahrzeuge zu konstruieren,
während
sie die Gesamtstruktur des Fahrzeugs für die Fahrzeuginsassen verbesserte.
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Ein
als Paßschweißungs-Werkstückzuschnitt
bekannter, relativ neuer Prozeß wurde
in einem Versuch entwickelt diese Notwendigkeiten zu erfüllen. Der
Paßschweißungs-Werkstückzuschnitt-Prozeß ersetzt
den sequentiellen Formgebungs- und dann Schweißprozeß durch einen sequentiellen
Schweiß-
und dann Formgebungsprozeß.
Der Paßschweißungs-Werkstückzuschnitt-Prozeß beinhaltet
es verschiedene Metallblechabschnitte (z. B. Stahlbleche), die unterschiedliche
Eigenschaften wie etwa Stärke,
Festigkeit, usw. besitzen, in einen einzigen geschweißten Zuschnitt
für nachfolgende
Formgebungsverfahren in eine gewünschte
Gestalt zu verbinden. Daher können
optimale Materialeigenschaften genau dort innerhalb des geformten
Teils angeordnet werden, wo sie für spezielle Anwendungen gebraucht
werden.
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Zum
Beispiel wird dickeres und/oder festeres Blechmaterial typischerweise
an Orten benutzt, die vorher verstärkte Teile erforderten. Die
potentiellen Vorteile des Paßschweißungs-Werkstückzuschnitt-Prozesses schließen weniger
Teile, weniger Umformgesenke, weniger Punktschweißungen,
weniger Materialeinsatz und bessere Ausnutzung des Blechs. Umformgesenke,
weniger Punktschweißungen,
weniger Materialeinsatz und bessere Ausnutzung des Blechs ein. Folglich
wird die Verwendung des Paßschweißungs-Werkstückzuschnitt-Prozeß typischerweise
in einer Gewichtsverminderung, verbesserter struktureller Integrität, verringertem
Verschnitt, niedrigeren Fertigungskosten und verbesserter Maßhaltigkeit
resultieren.
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Die
Paßschweißungs-Werkstückzuschnitt-Technologie
wurde kürzlich
in der Automobilindustrie eingesetzt. Speziell haben ein paar Kraftfahrzeughersteller
kürzlich
begonnen einen zweiteiligen, passend geschweißten Werkstückzuschnitt für Fahrzeugtüren an Stelle
des gegenwärtigen,
herkömmlichen
Türen-Formgebungsprozesses
zu verwenden, um in einigen der empfindlicheren Bereichen eine dickere
Struktur bereitzustellen.
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1 ist
eine Veranschaulichung einer aus einem zweiteiligen, passend geschweißten Werkstückzuschnitt
(TWB) konstruierten Fahrzeugtür.
Die zweiteilige TWB-Fahrzeugtür 10 schließt einen
ersten Seitenabschnitt 12, einen dem ersten Seitenabschnitt 12 gegenüberliegenden,
zweiten Seitenabschnitt 14 und einen das untere Ende 18 des
ersten Seitenabschnitts 12 mit dem unteren Ende 20 des
zweiten Seitenabschnitts 14 verbindenden Unterseitenabschnitt 16 ein.
Der erste Seitenabschnitt 12 besitzt ein dem unteren Ende 18 gegenüberliegendes
oberes Ende 22, das mit einem geneigten oberen Abschnitt 24 verbunden
ist. Der geneigte obere Abschnitt 24 ist mit einem oberen
Seitenabschnitt 26 verbunden, welcher wiederum mit dem
oberen Ende 28 des zweiten Seitenabschnitts 14 verbunden
ist.
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Die
Fahrzeugtür 10 weist
einen ersten Abschnitt 32 und einen zweiten Abschnitt 34 auf.
Der erste Abschnitt 32 wird derart gebildet daß er den
ersten Seitenabschnitt 12 umfaßt. Die Fahrzeugtürscharniere
sind entlang des ersten Seitenabschnitts 12 an der Tür befestigt,
und folglich ist dieser Bereich der Tür 10 bedeutender Belastung
ausgesetzt. In bisherigen herkömmlichen
Konstruktionen wurde der Bereich, in dem die Scharniere 36 an
der Tür
angebracht sind, typischerweise mit verstärkten Strukturen gebildet,
um zusätzliche Festigkeitscharakteristika
zum Ausgleich der Belastung zu liefern, welcher der Bereich ausgesetzt
ist. Dementsprechend ist der erste Abschnitt 32 mit bekannten
zweiteiligen TWB-Konstruktionen
der bisherigen Technik aus einem Material dickerer Stärke gefertigt,
um die Notwendigkeit von Verstärkungsrippen
oder anderer Strukturen zu senken, um der Tür nahe der Scharniere Festigkeit
zu liefern.
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Der
zweite Abschnitt 34, welcher vor der Formgebung der Türstruktur
an den ersten Abschnitt 32 angeschweißt wird, ist aus einem Material
geringerer Stärke
als der erste Abschnitt 32 gefertigt. Die Konfiguration der
zweiteiligen TWB-Türkonstruktion
liefert an der Türscharnierseite
die notwendige Festigkeit, während
sie gleichzeitig das Gewicht der Tür insgesamt senkt. Diese Konfiguration
liefert noch immer nicht die optimale Leistung, auch wenn sie vorteilhaft
ist.
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Aus
EP-A-0803389 ist
es bekannt eine zumindest zum Teil aus einer Leichtmetalllegierung
hergestellte Türstruktur
bereitzustellen, welche ein extrudierter, gestanzter oder gerollter
Abschnitt ist. Dieser Abschnitt wird durch gemischte Befestigungsbauteile
und/oder Nieten an einer Schloßbefestigung
und einer Scharnierbefestigung befestigt. Im Bereich der Türscharniere
und der Schloßbefestigung
wird ein Material einer unterschiedlichen Stärke benutzt.
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Aus
DE-A-19534127 ist
es weiterhin bekannt eine aus Metallverbundteilen konstruierte Tür bereitzustellen,
wobei jedes der Verbundteile aus zwei Teilen besteht, die aus miteinander
verbundenem Metall unterschiedlicher Stärke hergestellt sind. Die dickeren
Metallteile sind in hochbelasteten Zonen der Tür angeordnet, wie etwa den
Schloßbereichen
und den Scharnierbereichen. Speziell
DE-A-19534127 stellt eine Fahrzeugtürstruktur
bereit, die mindestens ein Türscharnier
und mindestens eine Türfalle
aufweist; und die einen Umfang umfaßt, der von einem unteren Abschnitt,
einem Paar sich gegenüberliegender,
sich allgemein von diesem unteren Abschnitt nach oben erstreckender
Seitenabschnitte, einem oberen Abschnitt und einem sich von einem oberen
dieser beiden Seitenabschnitte zu einem Ende dieses oberen Abschnitts
erstreckenden, geneigten Abschnitt umschriebenen wird; in der jeder
der sich gegenüberliegenden
Seitenabschnitte mindestens im Bereich des oder jedes Scharniers
und der oder jeder Türfalle
aus einem Material größerer Stärke hergestellt
ist als das verbleibende Material, aus welchem die Türstruktur
hergestellt ist.
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Es
ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung einen dreiteiligen,
passend geschweißten
Werkstückzuschnitt
bereitzustellen, der in einer Vielzahl unterschiedlicher, meßbarer Bereiche
eine gegenüber
bisherigen Fahrzeugtürkonstruktionen
verbesserte Systemleistung bereitstellt.
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Gemäß der Erfindung
wird eine Fahrzeugturstruktur bereitgestellt; dadurch gekennzeichnet,
daß die Türstruktur
aus drei Abschnitten besteht, welche miteinander verbunden sind
um die Türstruktur
zu bilden, in der sich ein erster Abschnitt aus stärkerem Blechmaterial
von diesen unteren Abschnitt allgemein nach oben erstreckt und diesen
einen dieser beiden Seitenabschnitte beinhaltet, an welchem dieses
mindestens eine Türscharnier
angebracht ist; ein zweiter Abschnitt aus stärkerem Blechmaterial sich von
diesem unteren Abschnitt allgemein nach oben zu diesem oberen Abschnitt
erstreckt und den anderen dieser beiden Seitenabschnitte beinhaltet,
welcher dieser mindestens einen Türfalle benachbart ist; und
ein dritter Abschnitt aus dünnerem Blechmaterial
zwischen diesem ersten Abschnitt aus stärkerem Blechmaterial und diesem
zweiten Abschnitt aus stärkerem
Blechmaterial angeordnet ist; wodurch das Gesamtgewicht der Fahrzeugtürstruktur
gesenkt wird.
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Diese
und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden
Beschreibung der Erfindung offensichtlich werden, wenn sie im Einklang
mit den beigefügten Zeichnungen
und angehängten
Ansprüchen
betrachtet wird.
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1 ist
eine Veranschaulichung einer aus einem passend geschweißten, zweiteiligen
Werkstückzuschnitt
im Einklang mit Verfahren der bisherigen Technik gebildeten Fahrzeugtür.
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2 ist
eine Veranschaulichung einer primären Fahrzeugtür-Strebenstruktur
im Einklang mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung; und
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3 ist
eine Veranschaulichung einer aus einem dreiteiligen, passend geschweißten Werkstückzuschnitt
im Einklang mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung gebildeten Fahrzeugtür.
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2 veranschaulicht
eine Fahrzeugtür-Struktur 40 im
Einklang mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung. Die Fahrzeugtür
besitzt einen oberen Fensterabschnitt 42, einen unteren
Tafelabschnitt 44 und einen äußeren Umfang 46, welcher
sich allgemein um die gesamte Fahrzeugtürstruktur herum erstreckt.
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Der
untere Tafelabschnitt 44 der Türstruktur 40 besitzt
einen unteren Abschnitt 48, von dem beabsichtigt ist daß er sich
im Allgemeinen parallel zum Boden erstreckt, wenn die Fahrzeugtürstruktur 40 an
dem Fahrzeug angebracht ist. Der untere Tafelabschnitt 44 schließt weiterhin
einen ersten allgemein vertikalen Abschnitt 50 und ein
unteres Ende 51 eines zweiten allgemein vertikalen Abschnitts 52 ein.
Der erste allgemein vertikale Abschnitt 50 und der zweite
allgemein vertikale Abschnitt 52 erstrecken sich von dem
unteren Abschnitt 48 im Allgemeinen nach oben und im Allgemeinen
senkrecht zu ihm. Der erste allgemein vertikale Abschnitt 50 ist vorzugsweise
an der Seite der Türstruktur 40 angeordnet,
wo die Türscharniere 54 an
den unteren Tafelabschnitt 44 angebracht sind. Der zweite
allgemein vertikale Abschnitt 52 ist gegenüber dem
ersten allgemein senkrechten Abschnitt 50 angeordnet. Der
untere Tafelabschnitt 44 wird an seinem oberen Abschnitt 56 im
Allgemeinen von einem unteren Rahmenabschnitt 58 begrenzt.
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Der
untere Fensterabschnitt 42 der Türstruktur 40 besitzt
eine Fensteröffnung 60.
Die Fensteröffnung 60 ist
von dem unteren Rahmenabschnitt 58, einem ersten allgemein
vertikalen Seitenrahmenabschnitt 62, einem oberen Rahmenabschnitt 64,
einem allgemein geneigten Seitenrahmenabschnitt 66 und
einem zweiten allgemein vertikalen Seitenrahmenabschnitt 68 begrenzt.
Der obere Fensterabschnitt 42 wird allgemein von einem
oberen Ende 70 des allgemein vertikalen Seitenabschnitts 52,
einem oberen Abschnitt 72 und einem allgemein geneigten
Seitenabschnitt 74 begrenzt.
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Im
Einklang mit der vorliegenden Erfindung wurden durch Experimente
die empfindlichen Bereiche oder Strebenstrukturen der Türstruktur 40 bestimmt.
Die Strebenstruktur 76 schließt primäre Strebenstrukturen oder primäre Empfindlichkeitsbereiche, Übergangsbereiche
und unempfindliche Bereiche ein. Wie in 2 gezeigt,
sind die primären
Strebenstrukturen 78 rot schraffiert, während die Übergangsbereiche 80 blau
und grün
schraffiert sind. Die Übergangsbereiche 80 sind
empfindlich, aber nicht so empfindlich wie die primären Strebenstrukturen 78.
Die unempfindlichen Bereiche sind die Teile der Türstruktur
in 2, die nicht schraffiert sind.
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Wie
in 2 gezeigt wurde bestimmt daß die primäre Strebenstruktur 78 entlang
dem ersten allgemein vertikalen Abschnitt 50 besteht, welches
die Seite ist an der die Scharniere 54 an der Türstruktur 40 angreifen;
und entlang des zweiten allgemein vertikalen Abschnitts 52,
welches die Seite ist an der typischerweise die Türfalle vorhanden
ist. Weiterhin erstrecken sich die primären Strebenstrukturen 78 außerdem entlang dem
allgemein geneigten Seitenabschnitt 74 und Segmenten des
unteren Abschnitts 48. Überdies
erstrecken sich die primären
Strebenstrukturen außerdem
in den allgemein dreieckigen Bereich 82 hinein, der durch
den ersten allgemein vertikalen Seitenrahmenabschnitt 62 und
den oberen Abschnitt 56 des unteren Tafelabschnitts 44 begrenzt
wird. Die Übergangsbereiche 80 bestehen
im Allgemeinen in den gleichen Bereichen wie die primären Strebenstrukturen 78.
Die Übergangsbereiche 80 erstrecken
sich im Allgemeinen jedoch vom äußeren Umfang 46 auch
weiter nach innen.
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Wendet
man sich nun 3 zu, so wird eine aus einem
dreiteiligen, passend geschweißten
Werkstück
im Einklang mit der vorliegenden Erfindung gebildete Fahrzeugtürstruktur 40 veranschaulicht.
Die Fahrzeugtürstruktur 40 weist
einen ersten Abschnitt 90, einen zweiten Abschnitt 92 und
einen dritten Abschnitt 94 auf. Der erste Abschnitt 90 ist
aus einem Blechmaterial größerer Stärke konstruiert
und erstreckt sich vorzugsweise von dem unteren Abschnitt 48,
entlang dem ersten allgemein vertikalen Abschnitt 50, und
deckt einen Teil des allgemein geneigten Seitenabschnitts 74 ab.
Der Seitenabschnitt 90 deckt außerdem vorzugsweise den allgemein
dreieckigen Bereich 82 ab. Folglich wird der erste Abschnitt 90 derart
gebildet, daß ein
Material größerer Stärke das
meiste der primären
Knochenstruktur 78 – gezeigt
in 2 – abdeckt.
Der erste Abschnitt 90 deckt außerdem das meiste der an den
allgemein vertikalen Abschnitt 50 angrenzenden Übergangsbereiche 80 ab.
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Der
erste Abschnitt 90 ist vorzugsweise positioniert um die
meisten an die Scharnierseite der Tür angrenzenden empfindlichen
Bereiche abzudecken, indem der gesamte erste vertikale Seitenabschnitt 50,
der gesamte allgemein dreieckige Bereich 82, ein Teil des
unteren Abschnitts 48 und ein Teil des allgemein geneigten
Seitenabschnitts 74 abgedeckt wird. Der erste Abschnitt 90 erstreckt
sich außerdem
bevorzugt vom äußeren Umfang 46 der Fahrzeugtürstruktur 40 derart
nach innen, daß er
eine Innenkante 96 aufweist die im Allgemeinen in einer
Linie mit einer nach unten gerichteten Projektion des ersten vertikalen
Seitenrahmenabschnitts 62 angeordnet ist. Die an die Scharnierseite
angrenzenden, empfindlichen Bereiche 78, 80 haben
ihren Grund in Ort, Anbringung und Gebrauch der Türscharniere 54.
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Der
dritte Abschnitt 94 ist auch aus einem Blechmaterial größerer Stärke konstruiert.
Der dritte Abschnitt 94 deckt den gesamten zweiten allgemein
vertikalen Seitenabschnitt 68 ab. Der dritte Abschnitt 94 erstreckt
sich bevorzugt von dem unteren Abschnitt 48 die gesamte
Strecke aufwärts
bis zum oberen Abschnitt 72. Der dritte Abschnitt 94 besitzt
eine Innenkante 98, die einen Teil des oberen Abschnitts 72 abdeckt.
Die Innenkante 98 erstreckt sich im Allgemeinen außerdem in
einem Winkel allgemein von dem äußeren Umfang 46 fort,
während
sie sich von dem unteren Rahmenabschnitt 58 zu dem unteren
Abschnitt 48 erstreckt. Der dritte Abschnitt 94 deckt
folglich das meiste der primären
Strebenstrukturen 78 und der an den zweiten, allgemein
vertikalen Abschnitt 52 angrenzenden Übergangsbereiche 80 ab.
Die an diese Seite der Tür
angrenzenden empfindlichen Bereiche 78, 80 haben
ihren Grund in Ort, Anbringung und Gebrauch des Türscharniers oder
-griffs.
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Der
zweite Abschnitt 92 ist zwischen dem ersten Abschnitt 90 und
dem dritten Abschnitt 94 angeordnet und besteht aus einem
Material geringerer Stärke,
da es auf dem zweiten Abschnitt 92 weniger empfindliche Bereiche
gibt. Die dreiteilige TWB benutzt eine Kombination von Stärken dick-dünn-dick,
die das meiste der Türstrebenstruktur 78, 80 bedeckt
und somit die Leistung des Türsystems
verbessert. Folglich kann das Gesamtgewicht der Tür bedeutend
gesenkt werden, da der zweite Abschnitt 92, welcher einen
Großteil
des Materials der gesamten Tür
umfaßt,
aus einem Material mit reduziertem Gewicht gefertigt wird.
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Es
sollte klar sein daß der
erste Abschnitt 90 und der dritte Abschnitt 94 in
einer Vielfalt unterschiedlicher Weisen konfiguriert werden können, um
noch immer die notwendige Festigkeit zu bieten und das Gesamtgewicht
der Tür
zu senken. Die offenbarte Fahrzeugtürstruktur 40 ist beabsichtigt
derart universell zu sein, daß sie
an den meisten Fahrzeugtüren
ohne wesentliche Konstruktionsänderungen
benutzt werden kann.
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In
der Konstruktion der Türstruktur 40 ist
es beabsichtigt mehrere funktionelle Erfordernisse zu erfüllen, von
denen beabsichtigt ist daß sie
den Prozeß und
Kundengebrauch während
der Montage und des Einstiegs/Ausstiegs simulieren, und außerdem Dichtungsdruckleckagen,
Lärm und
Schwingung sowie Wasserleckage zu verhindern. Die Gesamtanforderungen
des Türsystems,
die von der offenbarten Konstruktion erfüllt werden, sind Abtropfen,
Durchhang, Fensterrahmenstabilität
vorne, Fensterrahmenstabilität
hinten, Torsionsstabilität
an der Gürtellinie,
Torsionsstabilität
an der Spitze und Torsionsstabilität am Boden. Es wurde bestimmt daß die primäre Gerippestruktur
des Türsystems
insgesamt sich um den äußeren Rand
der inneren Tafel befindet, einschließlich der Scharnier- und Fallenbereiche
wie in 2 gezeigt. Weiterhin ist die Türleistung im Bereich der Primärgerippestruktur
sehr empfindlich auf die Stärke
der inneren Tafel in diesem Bereich. Die in 1 veranschaulichte,
bisherige, zweiteilige TWB-Türgerippestruktur
stellt in Türdurchhang
und Abtropfleistung nur begrenzte Vorteile bereit, befriedigt aber
nicht alle der Anforderungen.
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Speziell
liefert das offenbarte dreiteilige, passend geschweißte Werkstück Vorteile
auf drei hauptsächlichen
Gebieten. Erstens maximiert es die Leistung des Türsystems
insgesamt in den sieben unterschiedlichen, oben ausgeführten Messungen
(durchschnittlich 70% Verbesserung). Zweitens minimiert es das Türgewicht
insgesamt (Gewichtssenkungsmöglichkeit
von zwei bis drei Pfund pro Tür).
Drittens senkt es die Konstruktionskosten (Gelegenheit Fallenverstärkungen
zu beseitigen und den Mittelabschnitt der inneren Tafel zurückzunehmen).
Eine Simulationen einsetzende Vergleichsstudie wurde zwischen drei
Türkonstruktionen
ausgeführt,
namentlich einer herkömmlichen
Tür, einem
zweiteiligen, passend geschweißten
Werkstück
und dem offenbarten dreiteiligen, passend geschweißten Werkstück. Das
in der Tabelle unten gezeigte Ergebnis belegt daß das dreiteilige, passend
geschweißte
Werkstück
die anderen beiden Konstruktionen in der Leistung hinter sich läßt.
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Die
Ergebnisse sind in der Tabelle unten zusammengefaßt:
| Herkömmlich
(ohne TWB) | 1,204
mm | 9,797
mm | 3,445
mm | 3,286
mm | 0,4476 mm | 3,627
mm | 2,106
mm |
| Zweiteiliges
TWB | 0,4085 mm
(–76%) | 2,983
mm
(–70%) | 3,030
mm
(–12%) | 1,921
mm
(–42%) | 0,3379 mm
(–25%) | 2,454
mm
(–33%) | 0,6799 mm
(–68%) |
| Dreiteiliges
TWB | 0,4566 mm
(–73%) | 3,013
mm
(–70%) | 1,073
mm
(–79%) | 1,485
mm
(–55%) | 0,1178 mm
(–71%) | 1,057
mm
(–71%) | 0,7705 mm
(–64%) |
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Man
wird erkennen daß Änderungen
und Modifikationen an den offenbarten Ausführungsformen vorgenommen werden
können,
ohne vom Gegenstand der Erfindung wie hierin ausgeführt abzuweichen.