DE10103487A1 - Verfahren zur Herstellung eines großflächigen Gebildes an Kraftfahrzeugen und großflächiges Gebilde dazu - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines großflächigen Gebildes an Kraftfahrzeugen und großflächiges Gebilde dazu

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Abstract

Die Aufgabe, sowohl ein Verfahren zur Herstellung eines großflächigen Gebildes (1) an Kraftfahrzeugen, wie Seitenverschalung, Fahrzeugdach, Abdeckblech von Motorhaube und Kofferraumklappe sowie Bodenblech als auch ein nach diesem Verfahren herstellbares großflächiges Gebilde (1) anzugeben, welches geeignet ist, als weiteres Strukturbauteil zu fungieren, wird im Wesentlichen dadurch gelöst, dass das großflächige Gebilde (1) im Sinne eines echten und belastbaren Strukturbauteils zum Tragen ausgebildet, infolge Walzens mit definierten, örtlich begrenzten und beliebig angeordneten variablen Materialquerschnitten (2; 3; 4; 5; 6) zur örtlichen Flächenversteifung versehen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines großflächigen Gebildes an Kraftfahrzeugen, wie Seitenverschalung, Fahrzeugdach, Abdeckblech von Motorhaube und Kofferraumklappe sowie Bodenblech, durch ein oder mehrere Umformverfahren, bestehend aus einem Metallblech mit einer ebenen, gekrümmten oder bereichsweise gekrümmten Oberflächenstruktur.
Die Erfindung betrifft ebenfalls ein nach diesem Verfahren herstellbares großflächiges Gebilde eines Kraftfahrzeugs.
Großflächigen Gebilden an Kraftfahrzeugen, wie Seitenverschalungen, Fahrzeugdächern, Abdeckblechen von Motorhauben und Kofferraumklappen sowie Bodenblechen fällt u. a. die Aufgabe zu, höherbelastete Bauteile, wie Scharniere, Schlösser, Holme oder sonstige tragende Elemente aufzunehmen.
Demgemäß ist es angezeigt, diese hochbelasteten lokal begrenzten Ansatzbereiche der genannten großflächigen Gebilde lokal zu verstärken.
Mit der DE 41 04 256 A wird hierzu vorgeschlagen, flächenkleinere Bleche unterschiedlicher Materialstärke zu einem großflächigen Gebilde mittels eines Laserstrahls zusammenzuschweißen und nachfolgend durch Tiefziehen oder Pressen zu formen.
Mittels dieser aufwendigen Maßnahme sind zwar lokal begrenzte Materialverstärkungen erzielbar, jedoch ist die Qualität dieser Gebilde nicht ansprechend, da regelmäßig Abzeichnungen der Schweißstellen sichtbar werden, die den heutigen Anforderungen an Qualität und Design entgegenstehen. Des Weiteren sind Festigkeitssprünge zu verzeichnen, die sich im Crashfall negativ auf das Kräfteabsorbtionsverhalten der Karosserie auswirken.
Fernerhin ist es bekannt, echte Strukturbauteile an Kraftfahrzeugen, wie trägerartige Formkörper in Form von Rohren als Zwischenprodukt für Kraftfahrzeugteile sowie Rahmen und Dichtkanäle, in Anpassung an unterschiedliche und lokal begrenzte Belastungsbereiche derart herzustellen, dass ein Blech mit abschnittsweise unterschiedlichen Blechdicken gewalzt und nachfolgend zu dem gewünschten Strukturbauteil umgeformt wird, wobei gegebenenfalls die Stoßkanten miteinander verschweißt werden (DE 33 43 709 A; DE 42 31 213 C; DE 196 04 357 A; DE 198 35 998 A).
Großflächige Gebilde an Kraftfahrzeugen, wie die oben genannten, haben in der Regel als solche keine Aufgaben im Sinne eines echten Strukturbauteils als tragendes Element, bezüglich der Struktursteifigkeit des Kraftfahrzeugs (Karosserieverdrehung und -durchbiegung) zu erfüllen, sondern stellen den räumlichen Abschluß der Fahrzeugkarosse nach Außen dar und nehmen, wie vorstehend dargelegt, bestimmte Bauteile auf, wobei hierzu lokale Verstärkung vorgesehen werden.
Die Struktursteifigkeit eines Kraftfahrzeugs resultiert demgemäß im wesentlichen aus der Gestaltung und Auslegung der Tragstruktur desselben, die durch Strukturbauteile, wie beispielsweise Rahmen, gekennzeichnet ist.
Hier setzt die nachfolgend beschrieben Erfindung an, denn bisher unbekannt geblieben sind großflächige Gebilde an Kraftfahrzeugen, die ihrerseits Aufgaben eines echten Strukturbauteils übernehmen können.
Aufgabe der Erfindung ist es folglich, sowohl ein Verfahren zur Herstellung eines großflächigen Gebildes an Kraftfahrzeugen, wie Seitenverschalung, Fahrzeugdach, Abdeckblech von Motorhaube und Kofferraumklappe sowie Bodenblech als auch ein nach diesem Verfahren herstellbares großflächiges Gebilde anzugeben, welches geeignet ist, als weiteres Strukturbauteil zu fungieren.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe in Verbindung mit den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1 durch ein Verfahren gelöst, wobei eine mit konstantem oder gestuftem Querschnitt versehene Ausgangsplatine durch Walzen derart zu einem großflächigen Gebilde umgeformt wird, dass das großflächige Gebilde, im Sinne eines echten und belastbaren Strukturbauteils zum Tragen ausgebildet, mit definierten, örtlich begrenzten und beliebig angeordneten variablen Materialquerschnitten zur örtlichen Flächenversteifung versehen und gegebenenfalls bei gegebener Abweichung der erzielten Außenkontur von der gewünschten, nachfolgend auf das großflächige Gebilde in Form eines an sich fertigen flächenartigen Strukturbauteils zum Tragen die gewünschte Außenkontur des Kraftfahrzeugs durch Umformverfahren wie Tiefziehen und/oder Pressen und/oder Biegen aufgebracht wird.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, zur Vermeidung von Abzeichnungen der variablen Materialquerschnitte auf der zukünftig sichtbaren Oberfläche des großflächigen Gebildes, die Ausgangsplatine derart durch Walzen umzuformen, dass die örtlich begrenzten variablen Materialquerschnitte jeweils über äußerst weiche Übergangsbereiche in Form stetiger Verjüngung respektive Verstärkung an den jeweils angrenzenden Materialquerschnitt angeschlossen werden.
Weiterhin wird als erfindungsgemäß angesehen, wenn die äußerst weichen Übergangsbereiche mit einer linearen Ausdehnung "I", die wenigstens der ursprünglichen Materialstärke der Ausgangsplatine, bei sichtbaren Oberflächen vorzugsweise dem 40- bis 300-fachen derselben entspricht, gewalzt wird.
Fernerhin wird vorgeschlagen, die stetige Verjüngung respektive Verstärkung der Übergangsbereiche zum angrenzenden Materialquerschnitt linear oder kurvenförmig auszubilden.
Des Weiteren ist vorgesehen, je nach gewünschtem örtlich begrenzten Materialquerschnitt des großflächigen Gebildes durch Walzen eine in Walzrichtung gesehen gleichbleibende
Materialstärkenreduzierung und/oder durch partielles Walzen eine bereichsweise veränderliche Materialstärkenreduzierung zu erzeugen.
Ebenso ist Inhalt der Erfindung, dass zur Realisierung örtlich begrenzter Materialquerschnitte des großflächigen Gebildes dasselbe mittels wenigstens einem Walzenpaar mit wenigstens einer über die Walzbreite definiert angeordnete und unterschiedliche Außendurchmesser mit äußerst weichen Übergangsbereichen zwischen denselben aufweisenden Walze umgeformt wird.
Ferner, zur Realisierung örtlich begrenzter Materialquerschnitte des großflächigen Gebildes, dasselbe mittels wenigstens einem Walzenpaar derart umgeformt wird, dass der durch die zwei gegenübergestellten Walzen gebildete Walzspalt stufenlos verstellt wird.
Auch wird als erfindungsgemäß angesehen, wenn die gewünschte Veränderung des großflächigen Gebildes im Sinne einer bereichsweisen Verjüngung durch Walzen lediglich auf der zukünftig nicht sichtbaren Oberfläche desselben durchgeführt wird.
Das erfindungsgemäße großflächige Gebilde zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass es im Sinne eines echten und belastbaren Strukturbauteils zum Tragen ausgebildet, infolge Walzens mit definierten, örtlich begrenzten und beliebig angeordneten variablen Materialquerschnitten zur örtlichen Flächenversteifung versehen und gegebenenfalls bei gegebener Abweichung der erzielten Außenkontur von der gewünschten, auf das großflächige Gebilde in Form eines an sich fertigen flächenartigen Strukturbauteils zum Tragen die gewünschte Außenkontur des Kraftfahrzeugs aufgebracht ist.
Weiterhin wird im Sinne der Erfindung vorgeschlagen, dass zur Vermeidung von Abzeichnungen der örtlich begrenzten und beliebig angeordneten variablen Materialquerschnitte auf der sichtbaren Oberfläche des großflächigen Gebildes, die variablen Materialquerschnitte über äußerst weiche Übergangsbereiche in Form stetiger Verjüngung respektive Verstärkung an den jeweils angrenzenden Materialquerschnitt angeschlossen sind.
Eine weitere Maßnahme sieht vor, dass die äußerst weichen Übergangsbereiche eine lineare Ausdehnung "I" aufweisen, die wenigstens der ursprünglichen Materialstärke der Ausgangsplatine, bei sichtbaren Oberflächen vorzugsweise dem 40- bis 300-fachen derselben entspricht.
Wie die Erfindung noch vorsieht, ist die stetige Verjüngung respektive Verstärkung der Übergangsbereiche zum angrenzenden Materialquerschnitt linear oder kurvenförmig ausgebildet ist.
Wie die Erfindung weiter vorsieht, ist die Veränderung des großflächigen Gebildes im Sinne einer bereichsweisen Verjüngung durch Walzen lediglich auf der zukünftig nicht sichtbaren Oberfläche desselben durchgeführt.
Mittels dem vorgeschlagenen Verfahren können nunmehr erstmals bisher unbekannt gebliebene großflächige Gebilde an Kraftfahrzeugen, wie Seitenverschalungen, Fahrzeugdächer, Abdeckbleche von Motorhauben und Kofferraumklappen sowie Bodenbleche hergestellt werden, die zum einen im Sinne echter Strukturbauteile effektiv zur Verbesserung der Struktursteifigkeit des Kraftfahrzeugs beitragen, zum anderen die Möglichkeit eröffnen, die ursprünglichen an sich bekannten Strukturbauteile geringer zu dimensionieren bzw. sogar auf diese zu verzichten und/oder dieselben vorteilhafter mit den neuen erfindungsgemäßen Strukturbauteilen abzustimmen, um Material einzusparen.
Außerdem wird gesehen, dass mittels der neuen Strukturbauteile ein verbessertes Crashverhalten der Karosserie erzielbar ist, da infolge beispielsweise eines Seitencrashes die Aufprallenergie nunmehr vorteilhaft von einem ausgesprochen großen Karosseriebereich aufnehmbar und somit eine geringere lokale Verformung im Bereich des Anstoßpunktes an sich zu verzeichnen ist.
Demgemäß kann mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen auch ein verbesserter Insassenschutz erzielt werden.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 die schematische Ansicht einer durch Walzen umgeformten Ausgangsplatine in Form eines großflächigen Gebildes,
Fig. 2 den Schnitt I-I nach Fig. 1,
Fig. 3 ein ausgewähltes großflächiges Gebilde eines Kraftfahrzeuges.
Fig. 1 zeigt ein großflächiges Gebilde 1 in Form eines Metallbleches, welches aus einer an sich bekannten, mit konstantem oder gestuftem Querschnitt versehenen Ausgangsplatine derart umgeformt wurde, dass es im Sinne eines echten und belastbaren Strukturbauteils zum Tragen ausgebildet, mit definierten, örtlich begrenzten und beliebig angeordneten variablen Materialquerschnitten 2; 3; 4; 5; 6 (Fig. 2) zur örtlichen Flächenversteifung versehen ist, die ihrerseits abgestufte Materialstärken, vorliegend dickere Materialstärken als "s1" und dünnere Materialstärken als "s2" bezeichnet, aufweisen.
Durch ein oder mehrere weitere Umformverfahren, wie z. B. Tiefziehen, besteht die Möglichkeit, aus dem an sich fertigen echten Strukturbauteil zum Tragen in Form des großflächigen Gebildes 1 beispielsweise eine Seitenverschalung für Kraftfahrzeuge mit Fensterausschnitten zu fertigen (Fig. 3) und gegebenenfalls in Anpassung an die j gewünschte Außenkontur des Kraftfahrzeugs auf die Seitenverschalung eine gekrümmte Kontur aufzubringen (nicht näher dargestellt).
Zur Vermeidung von Abzeichnungen auf der zukünftig sichtbaren Oberfläche, d. h., zur Vermeidung von kleinsten erkennbaren Oberflächenunebenheiten, wird die Ausgangsplatine derart durch Walzen umgeformt, dass die örtlich begrenzten variablen Materialquerschnitte 2; 3; 4; 5, 6 jeweils über äußerst weiche Übergangsbereiche 7 in Form stetiger Verjüngung respektive Verstärkung an den jeweils angrenzenden Materialquerschnitt 2; 3; 4; 5; 6 angeschlossen werden.
Insbesondere in diesem Fall ist es angezeigt, die gewünschte Veränderung des großflächigen Gebildes 1 im Sinne einer bereichsweisen Verjüngung durch Walzen lediglich auf der zukünftig nicht sichtbaren Oberfläche desselben durchzuführen.
Gem. Fig. 2 beinhaltet das großflächige Gebilde 1 im vorliegenden Ausführungsbeispiel drei dickere Materialquerschnitte 2, 4 und 6, die ihrerseits mittels äußerst weicher Übergangsbereiche 7 an den jeweils angrenzenden dünnen Materialquerschnitt 3 bzw. 5 angeschlossen sind.
Diese äußerst weichen Übergangsbereiche 7 werden mit einer linearen Ausdehnung "I" gewalzt, die wenigstens der ursprünglichen Materialstärke "s1", nämlich der Materialstärke des dickeren Materialquerschnitts 2; 4; 6 entspricht.
In umfangreichen Versuchen für die Automobilfertigung wurde ferner gefunden, dass lineare Ausdehnungen "I", die dem 40- bis 300-fachen der ursprünglichen Materialstärke entsprechen, den Anforderungen an Abzeichnungsfreiheit vorteilhaft gerecht werden.
Die äußerst weichen Übergänge 7 können sowohl linear (Fig. 2) als auch kurvenförmig, d. h., konvex oder konkav (nicht näher dargestellt), gestaltet sein oder eine Kombination derselben aufweisen.
Welche Gestaltungsform jeweils favorisiert wird, hängt im Wesentlichen auch von den lokalen Beanspruchungen ab, denen das großflächige Gebilde 1 als selbständiges Strukturbauteil ausgesetzt ist oder beispielsweise infolge eines Crashs ausgesetzt sein kann.
Zur Herstellung der besagten großflächigen Gebilde 1 werden an sich bekannte und nicht näher dargestellte Walzgerüste verwendet, wobei erfindungsgemäß je nach gewünschtem örtlich begrenzten Materialquerschnitt 2; 3; 4; 5; 6 des großflächigen Gebildes 1 eine in Walzrichtung gesehen gleichbleibende Materialstärkenreduzierung und/oder durch partielles Walzen eine bereichsweise veränderliche Materialstärkenreduzierung erzeugt wird.
Für eine gleichbleibende Materialstärkenreduzierung haben sich Walzenpaare als geeignet erwiesen, die ihrerseits wenigstens eine Walze aufweisen, die über die Walzbreite definiert angeordnete unterschiedliche Außendurchmesser verfügt, die mittels äußerst weicher Übergangsbereiche 1 miteinander verbunden sind. Zur Realisierung von bereichsweise veränderlichen Materialstärkenreduzierungen im Sinne eines partiellen Walzens ist es denkbar, den durch die beiden Walzen des Walzenpaares gebildeten Walzspalt stufenlos zu verstellen (nicht näher dargestellt).
Fig. 3 zeigt, wie oben schon dargetan, ein ausgewähltes großflächiges Gebilde 1 eines Kraftfahrzeuges, hier in Form einer Seitenverschalung mit Fensterausschnitten.
Die Ausgangsplatine hierzu wurde derart gewalzt, dass insbesondere im Bereich der A-, B- und C-Säule eine Materialverstärkung und außerhalb dieser Bereiche eine Materialverdünnung vorgesehen ist.
Im Ergebnis dessen können die unter den A-, B- und C-Säulen angeordneten Strukturen des Tragwerks in ihrer Leistungsfähigkeit reduziert werden, woraus wiederum erhebliche Materialeinsparungen resultieren.

Claims (13)

1. Verfahren zur Herstellung eines großflächigen Gebildes an Kraftfahrzeugen, wie Seitenverschalung, Fahrzeugdach, Abdeckblech von Motorhaube und Kofferraumklappe sowie Bodenblech, durch ein oder mehrere Umformverfahren, bestehend aus einem Metallblech mit einer ebenen, gekrümmten oder bereichsweise gekrümmten Oberflächenstruktur, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit konstantem oder gestuftem Querschnitt versehene Ausgangsplatine durch Walzen derart zu einem großflächigen Gebilde (1) umgeformt wird, dass das großflächige Gebilde (1), im Sinne eines echten und belastbaren Strukturbauteils zum Tragen ausgebildet, mit definierten, örtlich begrenzten und beliebig angeordneten variablen Materialquerschnitten (2; 3, 4; 5; 6) zur örtlichen Flächenversteifung versehen und gegebenenfalls bei gegebener Abweichung der erzielten Außenkontur von der gewünschten, nachfolgend auf das großflächige Gebilde (1) in Form eines an sich fertigen flächenartigen Strukturbauteils zum Tragen die gewünschte Außenkontur des Kraftfahrzeugs durch Umformverfahren wie Tiefziehen und/oder Pressen und/oder Biegen aufgebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Abzeichnungen der variablen Materialquerschnitte (2; 3, 4; 5; 6) auf der zukünftig sichtbaren Oberfläche des großflächigen Gebildes (1), die Ausgangsplatine derart durch Walzen umgeformt wird, dass die örtlich begrenzten variablen Materialquerschnitte (2; 3, 4; 5; 6) jeweils über äußerst weiche Übergangsbereiche (7) in Form stetiger Verjüngung respektive Verstärkung an den jeweils angrenzenden Materialquerschnitt (2; 3, 4; 5; 6) angeschlossen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußerst weichen Übergangsbereiche (7) mit einer linearen Ausdehnung "I", die wenigstens der ursprünglichen Materialstärke der Ausgangsplatine, bei sichtbaren Oberflächen vorzugsweise dem 40- bis 300-fachen derselben entspricht, gewalzt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die stetige Verjüngung respektive Verstärkung der Übergangsbereiche (7) zum angrenzenden Materialquerschnitt (2; 3, 4; 5; 6) linear oder kurvenförmig ausgebildet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß je nach gewünschtem örtlich begrenzten Materialquerschnitt (2; 3, 4; 5; 6) des großflächigen Gebildes (1) durch Walzen eine in Walzrichtung gesehen gleichbleibende Materialstärkenreduzierung und/oder durch partielles Walzen eine bereichsweise veränderliche Materialstärkenreduzierung erzeugt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Realisierung örtlich begrenzter Materialquerschnitte (2; 3, 4; 5; 6) des großflächigen Gebildes (1) dasselbe mittels wenigstens einem Walzenpaar mit wenigstens einer über die Walzbreite definiert angeordnete und unterschiedliche Außendurchmesser mit äußerst weichen Übergangsbereichen (7) zwischen denselben aufweisenden Walze umgeformt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Realisierung örtlich begrenzter Materialquerschnitte (2; 3, 4; 5; 6) des großflächigen Gebildes (1), dasselbe mittels wenigstens einem Walzenpaar derart umgeformt wird, dass der durch die zwei gegenübergestellten Walzen gebildete Walzspalt stufenlos verstellt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gewünschte Veränderung des großflächigen Gebildes (1) im Sinne einer bereichsweisen Verjüngung durch Walzen lediglich auf der zukünftig nicht sichtbaren Oberfläche desselben durchgeführt wird.
9. Großflächiges Gebilde an Kraftfahrzeugen, wie Seitenverschalung, Fahrzeugdach, Abdeckblech von Motorhaube und Kofferraumklappe sowie Bodenblech, bestehend jeweils aus einem Metallblech mit einer ebenen, gekrümmten oder bereichsweise gekrümmten Oberflächenstruktur, dadurch gekennzeichnet, daß das großflächige Gebilde (1) im Sinne eines echten und belastbaren Strukturbauteils zum Tragen ausgebildet, infolge Walzens mit definierten, örtlich begrenzten und beliebig angeordneten variablen Materialquerschnitten (2; 3, 4; 5; 6) zur örtlichen Flächenversteifung versehen und gegebenenfalls bei gegebener Abweichung der erzielten Außenkontur von der gewünschten, auf das großflächige Gebilde (1) in Form eines an sich fertigen flächenartigen Strukturbauteils zum Tragen die gewünschte Außenkontur des Kraftfahrzeugs aufgebracht ist.
10. Großflächiges Gebilde nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Abzeichnungen der örtlich begrenzten und beliebig angeordneten variablen Materialquerschnitte (2; 3, 4; 5; 6) auf der sichtbaren Oberfläche des großflächigen Gebildes (1), die variablen Materialquerschnitte (2; 3, 4; 5; 6) über äußerst weiche Übergangsbereiche (7) in Form stetiger Verjüngung respektive Verstärkung an den jeweils angrenzenden Materialquerschnitt (2; 3, 4; 5; 6) angeschlossen sind.
11. Großflächiges Gebilde nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die äußerst weichen Übergangsbereiche (7) eine lineare Ausdehnung "I" aufweisen, die wenigstens der ursprünglichen Materialstärke der Ausgangsplatine, bei sichtbaren Oberflächen vorzugsweise dem 40- bis 300-fachen derselben entspricht.
12. Großflächiges Gebilde nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die stetige Verjüngung respektive Verstärkung der Übergangsbereiche (7) zum angrenzenden Materialquerschnitt (2; 3, 4; 5; 6) linear oder kurvenförmig ausgebildet ist.
13. Großflächiges Gebilde nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung des großflächigen Gebildes (1) im Sinne einer bereichsweisen Verjüngung durch Walzen auf der zukünftig nicht sichtbaren Oberfläche desselben durchgeführt ist.
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