CN108136986B - 横梁和用于制造横梁的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于保险杠的横梁，该横梁包括具有至少两个连接区域的挤压型材基架，所述至少两个连接区域用于将横梁附接至车辆结构，并且所述至少两个连接区域被设定于在纵向方向上彼此间隔一定距离处。挤压的加强元件被牢固地固定至在所述至少两个连接区域之间的、挤压型材基架的后侧。横梁是重量优化的并且该横梁可以以成本有效的方式生产。

Description

横梁和用于制造横梁的方法

技术领域

本发明总体上涉及用于保险杠的横梁，并且更具体地涉及包括型材基架和单独的加强元件的横梁。

背景技术

在实践中，保险杠横梁通常在其两个纵向端部处经由能量吸收元件，例如经由所谓的碰撞箱连接至车辆结构。保险杠横梁将冲击能量引导到能量吸收元件中，以便在发生碰撞的情况下将动能转化为变形能并且由此维持车辆结构，特别是在严重事故期间维持车辆底盘的左纵梁和右纵梁。

在发生迎面碰撞的情况下，特别是关于相对于车辆居中布置的障碍物，保险杠横梁中的最大弯矩通常发生在横梁的中间，即在碰撞箱之间的中央纵向方向上。

在现有技术状态下，横梁在该中央区域中的稳定性可以通过以下措施来提高。一方面，受挤压的横梁的壁厚可以朝向中心增加。一种替代方式是例如横梁在其纵向侧端部部段的其深度方向上，即在连接至碰撞箱的区域中被压缩或再成形。替代性地，在横梁的深度方向上的这种厚度变化也可以借助于所谓的液压成形工艺来实现，使得例如横梁的中央区域可以在其深度方向上被按压开，并且因此与横梁的纵向端部部段相比中央区域的厚度被增加。

在图7b中示出了来自现有技术的示例，该示例示出了通向横梁100的纵向端部的连接区域，如在沿着与横梁的纵向方向垂直的平面截取的横截面中所观察到的那样。图7b中示出的截面图大致对应于用于根据本发明的实施方式的横梁的、由图1中的线A-A所指示的位置。

仍参照图7b，横梁100由具有上腔室101和下腔室102的挤压的双腔室中空型材构成。两个腔室101、102在其各自的前侧上由挡板103限制。固定孔104设置在连接区域内，螺钉106被插入到每个连接区域中并且经由螺母105固定，该螺母105将碰撞箱107的前端部联接至横梁100。

所描绘的端部部分在横梁100的深度方向上被压缩，使得所描绘的端部部分与横梁100的中央部分(未示出)相比具有减小的厚度D。上壁、中壁和下壁(分别为108、110和112)通过在横梁深度方向上的该压缩被弯折，上壁、中壁和下壁(分别为108、110和112)限制挡板103与横梁100的后壁114之间的腔室101和102。其结果是特别地与安装状况相关的一些问题。

总体而言，从现有技术中已知的、在连接区域之间的区域中具有较高稳定性的所有横梁的构造是复杂的并且横梁的重量相对较高，这可能会对车辆燃料效率产生负面影响。

发明内容

根据至少一个实施方式的方面，提供了一种用于保险杠的横梁，该横梁包括：挤压型材基架，该挤压型材基架包括用于将横梁附接至车辆结构的两个连接区域，所述两个连接区域沿着横梁的纵向方向彼此分开，该挤压型材基架具有凹形的后壁，并且具有自后壁垂直延伸出且沿着横梁的纵向方向布设的一对间隔开的平行凸缘；以及挤压的加强元件，该加强元件具有沿横梁的纵向方向延伸的中央增厚部，并且具有带有凸形边缘的一对间隔开的平行凸缘，其中，在组装状态下，加强元件设置在挤压型材基架的至少两个连接区域之间，加强元件上的平行凸缘中的一个凸缘被牢固地固定至挤压型材基架上的平行凸缘中的一个凸缘，并且加强元件上的平行凸缘中的另一凸缘被牢固地固定至挤压型材基架上的平行凸缘中的另一凸缘。

根据至少一个实施方式的方面，提供了一种用于保险杠的横梁，该横梁包括：挤压型材基架，该挤压型材基架包括至少两个连接区域，所述至少两个连接区域沿横梁的纵向方向彼此隔开，并且所述至少两个连接区域用于将横梁附接至车辆结构；以及设置在至少两个连接区域之间的挤压的加强元件。

在实施方式中，横梁包括挤压型材基架和挤压的加强元件。因此，这两个元件借助于挤压成型来生产。

在实施方式中，加强元件在设置在横梁上且用于安装至机动车辆结构的连接区域之间被牢固地固定至挤压型材基架。由于加强元件在连接区域之间被固定至挤压型材基架，这确保了：尤其在这些连接区域之间的在需要较高稳定性的区域中设置有加强横梁，并且横梁的具有其连接区域的对应的纵向端部是重量优化的，并且防止了材料消耗的增加。

在实施方式中，加强元件设置在挤压型材基架的后侧上。关于这一点，术语“后侧”是指在横梁的安装状态下横梁的朝向车辆的一侧。每个横梁以下述方式设计：即使横梁未附接至车辆，仍然可以确定出横梁的哪一侧旨在面向车辆并且横梁的哪一侧旨在背向车辆和朝向冲击方向。挤压型材基架具有沿着其后侧的后壁以及与后壁相对的前壁。

术语“其深度方向”及类似措辞指的是横梁的前壁与后壁之间的方向，或者反之亦然，然而“竖向方向”及类似措辞指的是横梁的下侧与上侧之间的方向，或者反之亦然。正如前侧和后侧一样，即使横梁未附接至车辆也能够区分横梁的下侧和上侧。所描述的方向/侧的区分可以例如借助于横梁的连接区域的形成和/或横梁的预定弯折方向来确定。

在实施方式中，挤压型材基架在其深度方向上具有基本均匀的截面厚度并且/或者在其纵向方向上具有基本均匀的壁厚。

由于横梁形成为包括挤压型材基架和加强元件的至少两件式部件，因此没有必要沿深度方向压缩纵向端侧部或者没有必要如上面对现有技术的横梁所描述的那样借助于液压将中央区域沿深度方向按压开。

替代性地或附加地，没有必要在横梁的纵向方向上的不同部段中产生不同的壁厚。

借助于所描述的实施方式，挤压型材基架可以通过挤压成型以相当简单的方式制造，而无需执行任何另外的复杂的加工步骤，比如特定区域的压缩或拓宽，并且/或者也无需在挤压成型期间调节风力。

在实施方式中，挤压型材基架可以于其纵向端部在其深度方向上基本没有任何压缩的情况下形成，并且附加地或替代性地于在其沿纵向方向的中间部段中在其深度方向上基本没有任何扩展的情况下形成。

在实施方式中，在沿着与加强元件的纵向方向垂直的平面截取的截面中观察时，加强元件在其深度方向上具有增厚部(即，相比于元件的相邻部段具有相对较大材料厚度的部段)。当术语深度方向、竖向方向、纵向方向、后侧和前侧以及类似措辞与加强元件结合使用时，这些术语是指根据之前关于挤压型材基架所提到的所述方向术语。因此，加强元件的后侧指的是面向车辆的一侧，并且因此，加强元件的前侧指的是面向挤压型材基架的一侧。因此，其深度方向是加强元件的前侧和后侧之间的方向，或者反之亦然。

因此，在至少一些实施方式中，加强元件具有增厚部。该增厚部位于相对于增厚部较薄的两个材料部段之间，并且该增厚部优选地沿加强元件的纵向方向布设。

与增厚部相比具有较薄材料厚度的区域实现了更简单的连接方式，即附接至挤压型材基架，由此增厚部段本身有助于增加的质量惯性以及因此增加的弯矩。

在实施方式中，增厚部从加强元件的前侧和后侧两者延伸。以这种方式，可能的是增加的质量惯性将会对加强元件的整个长度产生影响。

在实施方式中，加强元件可以在竖向方向上于两侧通过弯折部段限制。这些弯折部段用作用于将加强元件直接和/或间接地附接至挤压型材基架的后侧的安装结构(即，形成的一对平行凸缘)。借助于这些弯折部段，横梁的深度被额外地增加，特别是在其中加强元件旨在不仅仅借助于增厚部而形成的部段中尤为如此。因此，弯折部段一方面执行安装加强元件的功能，并且另一方面在横梁的深度方向上提供额外的厚度增加。

在实施方式中，借助于挤压成型制造的加强元件就像挤压型材基架一样在第一步骤中由挤压型材冲压而成，使得获得作为中间产品的冲压部件。该冲压部件随后借助于弯折被加工，使得该冲压部件至少在其中间部段处具有当在沿着与纵向方向垂直的平面截取的截面中观察时的大致U形轮廓。

在实施方式中，加强元件在纵向方向上具有均匀的壁厚，并且壁厚仅在竖向方向上(即，在增厚部的区域中)变化。

优选地，在挤压成型之后首先获得型材条，该型材条具有由窄边缘界定的上侧和下侧。上侧或下侧与后面的加强元件的相应的前侧或后侧相对应。

然后，冲压装置被按压到挤压型材的前侧或后侧上，以便以这种方式生产冲压部件。然后，通过弯折形成弯折部段，由此产生沿纵向方向延伸的一对平行凸缘。

在实施方式中，当从冲压部件的前侧和/或后侧观察时，冲压部件通常呈椭圆形形状。借助于该椭圆形形状确保了：在挤压型材基架的后侧具有凹形的弯折几何形状的情况下，加强元件可以在后续的弯折过程之后配装到挤压型材基架的后侧几何形状上。这是因为横梁通常沿其纵向方向弯曲，从而形成面向车辆的凹形的后壁。当冲压部件沿着沿其纵向方向布设的弯折线被弯折时，所得到的弯折部段或凸缘具有带有弯曲的几何形状的前边缘，该弯曲的几何形状与挤压型材基架的后侧几何形状相对应。

此外，加强元件的纵向端部也优选地在弯折过程期间以下述方式被弯折：当在加强元件的上边缘/下边缘上观察时沿纵向方向形成有凹形几何形状。

在实施方式中，当从前侧和/或后侧观察时，加强元件在其纵向方向上可以包括具有凹形几何形状和/或凸形几何形状的端部。

在实施方式中，加强元件的纵向端部的区域被焊接至挤压型材基架，特别是焊接至挤压型材基架的后侧。端部的凹形几何形状以及凸形几何形状借助于焊缝提供缓解。

从过程的角度来看，特别优选的是选择凹形的最终几何形状以减少冲压过程期间的材料损失。以这种方式，冲压部件可以以下述方式被冲压：能够通常在没有任何重叠的、不可用的剩余物的情况下总是在端部部段中冲压，基本上一直要朝向待生产的呈一定形式的端部。

在实施方式中，挤压型材基架具有从其后壁突出的凸缘。对应地，加强元件的弯折部段(凸缘)位于挤压型材基架上的这些凸缘之间。这些凸缘用作加强元件的连接点。加强元件的弯折部段可以对应地在至少一些部段中被焊接或胶合(即，粘合剂粘合)至这些凸缘。

在实施方式中，加强元件的弯折部段以滑动的方式容纳并保持在挤压型材基架上的凸缘之间。两对凸缘的对准实现了在部件通过焊接/粘合剂粘合等被牢固地固定在一起之前进行单独的部件的简单预配置或组装。

为了经由凸缘的一些部段的另外的或替代性的安装，加强元件的相应的纵向端部也可以在挤压型材基架的后侧的区域中被焊接和/或胶合。

在实施方式中，加强元件可以具有小于连接区域之间的空间的长度的2/3的长度。

替代性地，加强元件的长度小于连接区域之间的空间的长度的1/2，小于连接区域之间的空间的长度的1/4或者小于连接区域之间的空间的长度的1/3。上述部分1/2或1/3或1/4也可以被视为相应的下限。

借助于这些多种优选的加强元件长度，能够产生像这样的相对较轻的横梁，该横梁仅在预期具有较高的弯折力的区域中被加强。

在实施方式中，加强元件在挤压型材基架的连接区域之间居中和大致居中地附接。这意味着，在纵向方向上，加强元件的相应端部相对于对应的连接区域具有相同的距离，以及替代性地或附加地，加强元件在竖向方向上也可以基本上居中定位。

根据至少一个实施方式的方面，还提供了一种用于制造用于车辆保险杠的横梁的方法，该方法包括：提供挤压型材基架，该挤压型材基架沿其纵向方向弯曲，使得挤压型材基架的后壁具有凹形形状并且挤压型材基架的与后壁相对的前壁具有凸形形状；在挤压型材基架上形成两个连接区域，所述两个连接区域用于将横梁安装至车辆结构上，所述两个连接区域中的每个连接区域各自邻近挤压型材基架的相反两端中的一端而形成，使得所述两个连接区域沿纵向方向彼此间隔开；提供与挤压型材基架分离的加强元件，以及将加强元件牢固地固定在所述两个连接区域之间。

可以借助于该方法以简单的方式生产其变形特性被优化的横梁。

在实施方式中，在冲压步骤中由挤压型材生产冲压部件，该冲压部件经历弯折步骤以在加强元件上形成一对弯折凸缘。冲压步骤和弯折步骤可以在一个装置中执行，即，直接组合这两个步骤。替代性地，在没有弯折步骤的情况下执行冲压步骤，或者可以在没有冲压步骤的情况下执行弯折步骤。

在实施方式中，加强元件可以在其借助于弯折过程生产的弯折部段处将至少一些部段焊接和/或胶合至挤压型材基架，并且/或者加强元件可以在其纵向部段处被直接焊接和/或替代性地胶合至挤压型材基架的后侧。

该类型的方法实现了加强元件和挤压型材基架的牢固附接。

附图说明

本发明的另外的细节和优势可以从结合附图的以下描述中所说明的实施方式中得到，附图示出了：

图1是根据实施方式的横梁的分解示意图，

图2示出了图1的横梁处于其组装形式，

图3是用于加强元件的生产的冲压部件的后侧上的俯视图，

图4a是沿着图3的线B-B截取的截面图，

图4b是图4a中所描绘的冲压部件在其纵向侧边缘部段弯折之后的截面图，

图5是横梁的沿着图2中的线C-C截取的截面图，

图6是连接元件的纵向端部部段的替代性实施方式，

图7a是沿着图1中的线A-A截取的截面图，以及

图7b是从现有技术中已知的横梁的如图7a所示的对应的截面图，在该截面图中纵向侧上的端部在其深度方向上被压缩。

具体实施方式

给出以下描述以使本领域技术人员能够制造和使用本发明，并且以下描述在具体应用及其要求的上下文中提供。对所公开的各实施方式的各种修改对于本领域技术人员而言将是很明显的，并且在不背离本发明的范围的情况下可以将本文中定义的一般原理应用于其他实施方式和应用。因此，本发明并不旨在限于所公开的实施方式，而是应被赋予与本文所公开的原理和特征一致的最宽范围。

图1是根据实施方式的横梁1的分解图。横梁1包括挤压型材基架2和加强元件3。挤压型材基架2是具有上腔室5和下腔室5’的双腔室挤压型材。挤压型材基架2在其前侧上覆盖有挡板6，该挡板6也被称为前壁并且该挡板6在竖向方向上突出越过关闭上腔室5的上壁7并突出越过关闭下腔室5’的下壁8。上壁7和下壁8两者在其各自的后端部处突出越过挤压型材基架2的后壁10并且因此形成相应的上、下凸缘9。特别地，凸缘9是从后壁10垂直延伸并且沿着挤压型材基架的纵向方向布设的一对平行凸缘。在挤压型材基架2的两个纵向端部中的每个纵向端部附近有相应的连接区域4和4’。

仍参照图1，挤压型材基架2在其深度方向上具有均匀的厚度(即，如在前壁或挡板6与后壁10之间所测量的那样)。此外，前述壁的壁厚也基本恒定。挤压型材基架2具有沿其纵向方向的弯曲的形状，使得后壁10是凹形的并且前壁或挡板6具有凸形形状。该弯曲形状可以在挤压过程期间直接产生。替代性地，沿纵向方向的这种弯折可以在借助于单独的弯折操作形成直的、未弯折的轮廓之后产生。

挤压型材基架2具有关于与纵向方向垂直的中心平面的镜像对称性。在相应的连接区域4、4’中的相反端部处形成有成对的安装孔11，安装孔11沿竖向方向穿过两个腔室5、5’对准。在图7a中描绘了比如碰撞箱12这种连接装置的沿着图1中的线A-A截取的截面图。螺钉13或螺栓或任何其他安装器件可以被插入通过对应的安装孔11，并且因此横梁1可以与对应的碰撞箱12连接。代替借助于孔11形成连接的方式的其他形成连接的方式也是可能的。

仍参照图1，整个加强元件3由挤压型材(未示出)制成一件并且由均质材料制成。现在还参照图3和图4a，挤压型材在冲压步骤中被冲压以形成冲压部件19并且挤压型材包括中央增厚部14，该中央增厚部14在竖向方向上、于上侧和下侧分别通过具有相对较小的材料厚度的较薄部段17和17’限制。在该具体示例中，冲压部分19是椭圆形的。

冲压部件19借助于弯折步骤在其纵向侧部20、20’处被弯折以形成如图4b中沿着图1中的线D-D截取的截面图所示的弯折部段21和21’。因此，加强元件3在该中央区域中具有大致U形形状。如图4b中所描绘的，增厚部14可以沿着加强元件3的相对于横梁1的外侧形成，或者替代性地或附加地沿着加强元件3的朝向挤压型材基架2的后壁10的内侧形成(如图4b中使用虚线所示的那样)。在后一种情况下，增厚部14被加强部件3包围。

由于冲压部件19具有椭圆形状，并且冲压部件19的纵向侧部20、20’被如图4b中所示的那样弯折，因此弯折部段21、21’配装到挤压型材基架2的弯曲的后侧上，使得因冲压部件的曲率而弯折部段21、21’的前边缘几何形状在很大程度上与挤压型材基架2的几何形状相对应。由于椭圆形冲压部件19的纵向端部，即增厚部14在弯折步骤期间也优选地被略微弯折，因此当从俯视图观察时加强元件会产生轻微的弯曲以便与挤压型材基架2的后壁几何形状相对应。

如图2中所示，加强元件3沿纵向方向在连接区域4与连接区域4’之间沿着挤压型材基架2的后侧附接。加强元件3也在凸缘之间沿竖向居中，所述凸缘由上壁7和下壁8的延伸越过挤压型材基架2的后壁10的部分形成。在图2中示出的具体示例中，加强元件3具有长形板状形状，但其他几何形状也是可能的。以这种方式，在横梁1的中央部分实现了抵抗变形的增大的面积惯性矩或者在其深度方向上的增加的有效厚度，同时允许横梁1在其连接区域4和4’中形成有相对细长的轮廓。

图5描绘了横梁1沿着图2中的线C-C截取的截面图。加强元件3附接至挤压型材基架2的后侧10，使得加强元件3在纵向方向上以及在竖向方向上大致居中。因此，弯折部段21、21’被容纳在由上壁7和下壁8形成的凸缘9之间。然后，弯折部段21和21’被焊接至凸缘9。借助于容纳在凸缘9之间这种方式，预定位是可能的并且实现了更好的紧固。替代性连接方法例如包括粘合剂粘合(胶合)或机械紧固。

图1至图5中描绘的实施方式包括加强元件3，该加强元件3的纵向端部形成为凸形形状。相反，图6中所描绘的替代性加强元件31的纵向端部的部段具有凹形形状端部部分。两个实施方式都借助于焊缝实现了缓解。如果选择凸形的实施方式，则在冲压期间在端部部段通常有一些切屑。在图6中所描述的具有凹形形状的端部部段的替代方案中，对应切割的挤压型材以下述方式被冲压：相应的端侧可以在没有切屑或者具有尽可能少的切屑的情况下被保留。

用于挤压型材基架的对应的挤压型材以及用于加强元件的对应的挤压型材可以由众所周知的材料制成，所述材料比如说例如铝、含铝合金、镁、含镁合金、钛、含钛合金、塑料或塑料复合材料。不同的材料也可以分别针对加强元件和挤压型材基架而变化。两种挤压型材优选地在纵向方向上具有基本均匀的壁厚。根据实施方式，加强元件优选地仅旨在用于连接区域之间的部段。特别地，加强元件不应当突出超过连接区域。如在实施方式中所描绘的那样，横梁优选地朝向车辆的内侧略微弯曲。替代性地，这样的横梁也可以是直的或者具有另一形状。加强元件优选地旨在在挤压型材基架上居中地和/或对称地布置。替代性地，加强元件也可以相对于挤压型材基架的中心在竖向方向上移位和/或相对于加强元件的中心在纵向方向上移位。

加强元件在纵向方向上的长度根据特定应用的具体要求而调整。优选地，该长度不超过连接区域之间的距离的2/3，特别地不超过连接区域之间的距离的1/2或者甚至不超过连接区域之间的距离的仅1/4。横梁优选地经由碰撞箱附接至车辆结构。因此，整个车辆也可以具有这种根据本发明的横梁结构。

尽管以上描述构成了本发明的多个实施方式，但是应当理解的是，在不脱离所附权利要求的合理含义的情况下，本发明容许进行另外的修改和改变。

Claims (9)

1.一种用于保险杠的横梁，所述横梁包括：

挤压型材基架，所述挤压型材基架包括用于将所述横梁附接至车辆结构的两个连接区域，所述两个连接区域沿着所述横梁的纵向方向彼此分开，所述挤压型材基架具有凹形的后壁，并且具有自所述后壁垂直延伸出且沿着所述横梁的所述纵向方向布设的一对间隔开的平行凸缘，以及

挤压的加强元件，所述加强元件具有沿所述横梁的所述纵向方向延伸的中央增厚部，并且具有带有凸形边缘的一对间隔开的平行凸缘，

其中，在组装状态下，所述加强元件设置在所述挤压型材基架的所述两个连接区域之间，所述加强元件上的平行凸缘中的一个凸缘被牢固地固定至所述挤压型材基架上的平行凸缘中的一个凸缘，并且所述加强元件上的平行凸缘中的另一凸缘被牢固地固定至所述挤压型材基架上的平行凸缘中的另一凸缘，

其中，所述加强元件上的凸缘由在所述加强元件的纵向侧部内的材料弯折部段构成，所述纵向侧部与所述中央增厚部相邻，并且所述纵向侧部的材料厚度小于所述中央增厚部内的材料厚度。

2.根据权利要求1所述的横梁，其中，所述加强元件的所述凸形边缘与所述挤压型材基架的所述凹形的后壁的曲率匹配。

3.根据权利要求1所述的横梁，其中，所述挤压型材基架上的凸缘通过焊接被牢固地固定至所述加强元件上的凸缘。

4.根据权利要求1所述的横梁，其中，所述挤压型材基架上的凸缘通过胶合被牢固地固定至所述加强元件上的凸缘。

5.根据权利要求1所述的横梁，其中，沿所述挤压型材基架的深度方向测量的所述挤压型材基架的所述后壁与所述挤压型材基架的相对的前壁之间的距离沿所述横梁的所述纵向方向是恒定的。

6.根据权利要求1所述的横梁，其中，所述挤压型材基架的所述后壁和与所述后壁相对的前壁中的至少每一者的厚度沿着所述横梁的所述纵向方向是恒定的。

7.根据权利要求1所述的横梁，其中，所述加强元件的长度小于所述两个连接区域之间的距离的2/3。

8.根据权利要求1所述的横梁，其中，在沿着与所述横梁的所述纵向方向垂直的平面截取的截面中观察时，所述加强元件在其深度方向上包括所述中央增厚部，所述中央增厚部从所述加强元件的前侧和后侧中的至少一者延伸。

9.根据权利要求1所述的横梁，其中，所述加强元件在其竖向方向上于两侧通过材料弯折部段限制，其中，所述材料弯折部段的材料厚度小于所述中央增厚部的材料厚度。

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