DE10126183A1

DE10126183A1 - Einrichtung zum Erhöhen der Festigkeit eines Hohlformteiles einer Fahrzeugkarosserie

Info

Publication number: DE10126183A1
Application number: DE10126183A
Authority: DE
Inventors: Hamdi Dogan; Rainer Wess; Markus Exner
Original assignee: Wilhelm Karmann GmbH
Current assignee: Wilhelm Karmann GmbH
Priority date: 2001-05-30
Filing date: 2001-05-30
Publication date: 2002-12-12
Also published as: EP1264758B1; US20020180245A1; DE50201139D1; US6733068B2; EP1264758A1; ATE277799T1

Abstract

Es wird eine Einrichtung zum Erhöhen der Festigkeit eines mit geschlossenem Querschnitt ausgebildeten Hohlformteiles einer Fahrzeugkarosserie beschrieben. Die Einrichtung weist mindestens ein wenigstens teilweise in einem Innenraum eines Hohlformteiles angeordnetes Verstärkungselement auf, das mit dem Hohlformteil verbunden ist. Dabei erstreckt sich das Verstärkungselement durch eine Aussparung des Hohlformteiles in dessen Innenraum.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Erhö hen der Festigkeit eines mit geschlossenem Querschnitt ausgebildeten Hohlformteiles einer Fahrzeugkarosserie nach der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.

Aus der DE 195 18 946 A1 ist ein Fahrzeug-Struk turbauteil bzw. ein Hohlformteil mit geschlossenem Querschnitt bekannt, das aus mindestens zwei miteinan der verbundenen Bauteilen gebildet ist. Das Fahrzeug- Strukturbauteil stellt eine Vordersäule bzw. eine A-Säule einer Fahrzeugkarosserie dar, das aus einer Außenplatte, einer Säulenversteifung und einer Innen säule aus Leichtmetall gebildet ist. Zur Versteifung des Fahrzeug-Strukturbauteils ist ein aus Leichtmetall extrudat hergestelltes Verstärkungselement vorgesehen, welches eine im wesentlichen gleiche äußere Form auf weist wie eine innere Form des geschlossenen Quer schnitts des Fahrzeug-Strukturbauteils, wobei das Ver stärkungselement innerhalb des Bereichs des geschlosse nen Querschnittes des Fahrzeug-Strukturbauteils ange ordnet ist.

Zur weiteren Erhöhung der Festigkeit des Fahrzeug- Strukturbauteils ist es vorgesehen, mehrere Eisenele mente, wie beispielsweise eine Stahlröhre und eine Stahlplatte oder ähnliches, entlang des hohlen Berei ches des Verstärkungselementes anzubringen.

Nachteilig dabei ist jedoch, daß das Fahrzeug- Strukturbauteil aus mehreren Einzelteilen gebildet ist, welche bei der Fertigung vorgehalten werden müssen und in verschiedenen Fertigungsschritten miteinander ver bunden werden. Dies führt nachteilhafterweise zu einem komplizierten und kostenintensiven Fertigungsprozeß.

Darüber hinaus ist von Nachteil, daß das bekannte Fahrzeug-Strukturelement aufgrund des komplizierten mehrteiligen Aufbaues ein hohes Gesamtgewicht aufweist, was den Bestrebungen im Automobilbau, den Kraftstoff verbrauch eines Automobiles durch Reduzierung des Fahr zeuggewichtes zu verringern, entgegenwirkt.

Zusätzlich weist das bekannte Fahrzeug-Struk turbauteil den Nachteil auf, daß das in dem Innenraum des Fahrzeug-Strukturbauteiles vorgesehene Verstär kungselement nur geringe Fertigungstoleranzen aufweisen darf, um ein problemloses Einpassen des Verstärkungs elementes in den Innenraum des Fahrzeug-Struktur elementes zu gewährleisten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Einrichtung zum Erhöhen der Festigkeit eines mit geschlossenem Querschnitt ausgebildeten Hohlformteiles einer Fahrzeugkarosserie zur Verfügung zu stellen, die die Herstellung einer Fahrzeugkarosserie mit einer ho hen Steifigkeit bei geringerem Gesamtgewicht ermöglicht und nur geringe Herstellkosten verursacht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Ein richtung zum Erhöhen der Festigkeit eines Hohlformtei les einer Fahrzeugkarosserie mit den Merkmalen des Pa tentanspruches 1 gelöst.

Dadurch, daß die erfindungsgemäße Einrichtung ein wenigstens teilweise in einem Innenraum des Hohlform teiles angeordnetes Versteifungselement aufweist, das mit dem Hohlformteil verbunden ist und sich durch eine Aussparung des Hohlformteiles in dessen Innenraum er streckt, wird in vorteilhafter Weise eine einfache Mon tage bzw. Fertigung eines entsprechend ausgestatteten Fahrzeug-Strukturbauteiles ermöglicht, was zu geringen Herstellkosten führt.

Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Einrich tung den Vorteil auf, daß ein Hohlformteil einer Fahr zeugkarosserie, welches mit der erfindungsgemäßen Ein richtung versehen ist, eine hohe Bauteilsteifigkeit bei geringem Eigengewicht aufweist, da das Hohlformteil nach dessen Herstellung mit einem einfach gestalteten Verstärkungselement versehen wird, das durch die Aus sparung in den Innenraum eingeführt wird und mit dem Hohlformteil fest verbunden wird.

Eine besonders kostengünstige Herstellung eines Hohlformteiles einer Fahrzeugkarosserie wird dann er reicht, wenn das Hohlformteil als ein einstückiges, durch Innenhochdruckumformen hergestelltes Bauteil aus gebildet ist, das mit dem Verstärkungselement versehen ist. Dies wird dadurch erreicht, daß ein Hohlformteil einer Fahrzeugkarosserie, wie beispielsweise eine A- Säule, mit an spezielle Bauraumerfordernisse und Stei figkeitsanforderungen örtlich angepaßten Querschnitten in einem Fertigungsschritt hergestellt werden kann und in besonders hoch beanspruchten Bereichen in der vorbe schriebenen einfachen Art und Weise mit einem Verstär kungselement versehen werden kann.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbei spielen. Im folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden.

Darin zeigt:

Fig. 1 eine vereinfachte dreidimensionale Dar stellung einer Karosserie eines Cabriolet;

Fig. 2 eine schematisierte dreidimensionale Dar stellung eines Fahrzeug-Strukturbauteils in Alleinstellung;

Fig. 3 eine schematisierte Darstellung des Struk turbauteiles einer Fahrzeugkarosserie ge mäß Fig. 2;

Fig. 4 eine Querschnittsdarstellung des Fahrzeug- Strukturbauteiles entlang der Linie IV-IV aus Fig. 3;

Fig. 5 eine Querschnittsdarstellung des Fahrzeug- Strukturbauteiles gemäß Fig. 3 entlang der Linie IV-IV, wobei eine zu Fig. 4 abwei chende Ausführungsform der Anordnung des Verstärkungselementes gezeigt ist;

Fig. 6 eine weitere Querschnittsdarstellung ent lang der Linie IV-IV aus Fig. 3, wobei ei ne weitere von Fig. 3 abweichende Ausfüh rungsform des Hohlformteiles dargestellt ist;

Fig. 7 eine Querschnittsdarstellung des Fahrzeug- Strukturbauteiles gemäß Fig. 3 entlang der Linie VII-VII nach Fig. 3; und

Fig. 8 eine weitere Querschnittsdarstellung des Fahrzeug-Strukturbauteiles gemäß Fig. 3 entlang der Linie VIII-VIII, wobei das Verstärkungselement mit einer Einrichtung zur Positionierung und/oder Anbindung des Hohlformteiles an der Fahrzeugkarosserie versehen ist.

Fig. 1 zeigt eine Fahrzeugkarosserie 1 eines Ca briolets, welches Fahrzeug-Strukturbauteile, die als Hohlformteile ausgebildet sind, aufweist. Exemplarisch wird die Erfindung an einem Hohlformteil 2, welches eine A-Säule der Fahrzeugkarosserie 1 darstellt und in Fig. 2 in Alleinstellung gezeigt ist, erläutert.

Das Fahrzeug-Strukturbauteil 2 ist in Fig. 3 in stark schematisierter Darstellung in einer Schnittdar stellung gezeigt, wobei das Fahrzeug-Strukturbauteil bzw. das Hohlformteil 2 mit geschlossenem Querschnitt ausgebildet ist und mit einer Einrichtung 3 zum Erhöhen der Festigkeit des Hohlformteiles 2 versehen ist. Die Einrichtung 3 ist mit einem sich in einen Innenraum 4 des Hohlformteiles 2 erstreckenden Verstärkungselement 5 versehen, welches fest mit dem Hohlformteil 2 verbun den ist.

Das Verstärkungselement 5 ist durch eine der Stär ke, Größe und Form des Verstärkungselementes 5 entspre chende, in den Fig. 4 bis Fig. 8 näher dargestellte Aussparung 6 bzw. 7 des Hohlformteiles 2 in den Innen raum 4 des Hohlformteils 2 eingeführt, so daß das Ver stärkungselement 5 in den Innenraum 4 wenigstens hin einragt.

In den nachfolgend beschriebenen Fig. 4 bis Fig. 8 sind funktionsgleiche Bauelemente aus Gründen der Über sichtlichkeit mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

In Fig. 4 ist das Hohlformteil 2 in einem Quer schnitt entlang der Linie IV-IV aus Fig. 3 gezeigt, wobei das Verstärkungselement 5 im Querschnitt ein I- Profil aufweist und mit seinem der schlitzartigen Aus sparung 6 abgewandten Ende in eine zweite Aussparung 7, welche an dem Hohlformteil 2 etwa gegenüberliegend der ersten Aussparung 6 angeordnet ist, eingreift und dort gehalten wird.

Die Aussparungen 6 und 7 werden durch konventio nelle Verfahren, wie beispielsweise Sägen oder auch durch Laserschneiden in das Fahrzeug-Strukturbauteil 2 eingebracht.

Das Verstärkungselement 5 bildet somit einen Mit telsteg des Hohlformteiles 2 aus, der jeweils in den Bereichen der Aussparungen 6, 7 mit dem Hohlformteil 2 fest verbunden ist.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Ein richtung 3, wobei das Hohlformteil 2 lediglich mit der Aussparung 6 zum Einführen des Verstärkungselementes 5 in den Innenraum 4 des Fahrzeug-Strukturbauteils 2 ver sehen ist. Das der Aussparung 6 abgewandte Ende des Verstärkungselementes 5 ist zu der Wandung des Hohl formteiles 2 beabstandet angeordnet.

Eine weitere Ausführungsform der Einrichtung 3 ist in Fig. 6 gezeigt, bei der das im Querschnitt entlang der Linie IV-IV aus Fig. 3 dargestellte Hohlformteil 2 auf der der Aussparung 6 abgewandten Seite des Verstär kungselementes 5 mit einer eine Zentrierkontur 8 dar stellenden Auswölbung versehen ist, wobei das Verstär kungselement 5 mit einem Ende in die Auswölbung der Zentrierkontur 8 des Hohlformteiles 2 hineinragt. Bei einer crashbedingten Verformung des Hohlformteils 2 wird das Verstärkungselement 5 innerhalb dieser Auswöl bung aufgenommen und zentriert, so daß ein unkontrol liertes Auslenken oder Knicken vermieden oder wenig stens vermindert wird, wodurch die Steifigkeit des Hohlformteiles 2 und somit der Fahrzeugkarosserie 1 auch im Crashfall ein gewünscht hohes Niveau aufweist.

In einer nicht näher dargestellten Ausführungsform der Einrichtung 3 kann es vorgesehen sein, daß das Hohlformteil 2 auf der der Aussparung 6 abgewandten Seite jeweils alternierend oder in beliebiger Anordnung mit der weiteren Aussparung 7 und mit der Zentrierkon tur 8 ausgebildet ist, wobei das Verstärkungselement in Abhängigkeit des jeweilig vorliegenden Anwendungsfalles im Bereich der sich lediglich abschnittsweise erstrec kenden Aussparung 7 mit dem Hohlformteil 2 fest verbun den ist oder nicht.

In den Fig. 7 und 8 ist eine weitere Ausführungs form der Einrichtung 3 im Querschnitt entlang der Lini en VII-VII und VIII-VIII aus Fig. 3 dargestellt, wobei das Verstärkungselement 5 jeweils mit einer Einrichtung 9 zur Karosserieanbindung und zum Positionieren des Verstärkungselementes 5 versehen ist. Das Verstärkungs element 5 überragt dabei mit einem Ende im Bereich der Aussparung 6 eine Außenseite 10 des Hohlformteiles 2 und bildet an diesem Ende die Einrichtung 9 zur Posi tionierung und Karosserieanbindung aus.

Ist das Hohlformteil 2 mit zwei Aussparungen 6, 7 ausgebildet, liegt es selbstverständlich im Ermessen des Fachmannes, das Verstärkungselement 5 derart auszu bilden, daß dieses abweichend von den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen im Bereich der weiteren Ausspa rung 7 derart aus dem Innenraum 4 des Hohlformteiles 2 hervorsteht, daß dort eine weitere Einrichtung zum Po sitionieren und Anbinden des Verstärkungselementes 5 und damit des Fahrzeug-Strukturbauteiles 2 an der Fahr zeugkarosserie 1 anordenbar ist, welche gegebenenfalls auch anstelle der Einrichtung 9 treten kann.

Die Einrichtung 9 zur Positionierung und Karosse rieanbindung ist bevorzugt als eine Lasche ausgeführt, die außerhalb des Hohlformteiles bzw. der A-Säule 2 verbleibt. Die Lasche 9 ist mit Bohrungen 11 versehen und kann gegebenenfalls auch zur Befestigung von weite ren Bauteilen im Fahrzeug, wie beispielsweise Schläu chen, Kabeln und dergleichen, verwendet werden.

Das Hohlformteil 2 der vorbeschriebenen Ausfüh rungsbeispiele ist als ein einstückiges, durch Innen hochdruckumformen hergestelltes Bauteil ausgebildet, welches einen den speziellen Bauraumerfordernissen und den Steifigkeitsanforderungen der Fahrzeugkarosserie 1 lokal angepaßten variablen Querschnitt aufweist.

Das Verstärkungselement 5 ist jeweils über ein thermisches Verbindungsverfahren, wie beispielsweise Schweißen oder Löten, mit dem Hohlformteil 2 im Bereich der Aussparung 6 fest verbunden.

Darüber hinaus liegt es im Ermessen des Fachmannes in Abhängigkeit des jeweilig vorliegenden Anwendungs falles, zwischen dem Verstärkungselement 5 und dem Hohlformteil 2 im Bereich der weiteren Aussparung 7 ebenfalls eine feste Verbindung vorzusehen.

Hiervon abweichend kann es auch vorgesehen sein, die feste Verbindung zwischen dem Hohlformteil 2 und dem Verstärkungselement 5 im Bereich der Aussparung 6 bzw. 7 über eine mechanische Verbindung, wie beispiels weise Verklemmen, Verprägen oder Verquetschen, auszu bilden. Alternativ kann es auch vorgesehen sein, daß die feste Verbindung aus einer Kombination eines ther mischen Verbindungsverfahrens und einer mechanischen Verbindung hergestellt wird.

Das Verstärkungselement 5 wird in hochbelasteten Bereichen des Hohlformteiles 2, vorzugsweise in Berei chen, in welchen das Hohlformteil 2 eine Knickstelle bzw. eine Biegung aufweist, angeordnet, wobei eine Er höhung der Festigkeit des Hohlformteils 2 auch nur in den Bereichen vorgenommen werden kann, wo es erforder lich ist.

So kann es vorgesehen sein, daß in Längsrichtung des Hohlformteiles 2 mehrere Verstärkungselemente vor gesehen sind, so daß das Hohlformteil 2 lediglich in den hochbelasteten Bereichen mit einem Verstärkungsele ment 5 versehen ist und die weniger stark belasteten Bereiche frei bleiben, womit eine weitere Gewichtsredu zierung erzielt wird.

Darüber hinaus kann es zur Einsparung von Material und damit auch zur Reduktion des Gewichts des Fahrzeug- Strukturbauteiles 2 vorgesehen sein, daß sich das Ver stärkungselement 5 in nicht näher dargestellter Art und Weise an seinen in Längsrichtung des Verstärkungsele mentes 5 freien Enden im Innenraum 4 des Hohlformteiles 2 rautenartig verjüngt, und daß das Verstärkungselement 5 den Innenraum 4 des Hohlformteiles 2 nicht über seine gesamte Länge vollständig durchdringt.

Um eine besonders effektive Versteifung des Hohl formteiles 2 zu erreichen, ist das Verstärkungselement 5 in dem Innenraum 4 des Hohlformteiles 2 derart ange ordnet bzw. ist seine Orientierung in dem Hohlformteil 2 derart vorgesehen, daß das in Abhängigkeit des ge wählten Profiles stehende maximale Widerstandsmoment des Verstärkungselementes 5 der maximalen Beanspruchung des Hohlformteiles 2 entgegenwirkt.

Mit der vorbeschriebenen Einrichtung 3 wird bei der gezeigten Anwendung eine Knicksteifigkeit einer A-Säule insbesondere im Bereich des Knickes bzw. dem Spiegeldreieck einer Fahrzeugkarosserie dadurch erhöht, daß in die A-Säule ein einfach gestaltetes Verstär kungselement 5 bzw. ein Mittelsteg zur Verstärkung ein gearbeitet wird.

Die vorbeschriebene Ausgestaltung eines Fahrzeug- Strukturbauteiles mit einem Verstärkungselement weist gegenüber konventionellen Verstärkungen bei mindestens gleicher Knicksteifigkeit ein wesentlich verringertes Gewicht auf. Darüber hinaus wird auch eine Verminderung der Membranwirkung, das Einbeulen der Außenflächen des Hohlformteils 2 insbesondere bei Vorliegen einer Biege belastung, erzielt.

Die Einrichtung zum Erhöhen der Festigkeit eines mit geschlossenem Querschnitt ausgebildeten Hohlform teiles einer Fahrzeugkarosserie kann selbstverständlich für alle crashbeanspruchten Bereiche mit geschlossenen Hohlprofilen sowie für Bauteile einer Fahrzeugkarosse rie, die auf Festigkeit beansprucht werden, wie z. B. Sicherheitsgurtanbindungen, Anwendung finden. Weitere Anwendungsfälle stellen auch steifigkeitsbeanspruchte Bereiche der Fahrzeugkarosserie, wie z. B. auf Torsion beanspruchte Säulenknoten sowie Längsträger, die einer Biegebeanspruchung ausgesetzt sind, dar.

Bezugszeichen

1

Fahrzeugkarosserie

2

Fahrzeug-Strukturbauteil, Hohlformteil

3

Einrichtung zur Erhöhung der Festigkeit

4

Innenraum

5

Verstärkungselement, Mittelsteg

6

Aussparung, Schlitz

7

weitere Aussparung

8

Zentrierkontur, Auswölbung

9

Einrichtung zur Positionierung und/oder Karosse rieanbindung, Lasche

10

Außenseite des Hohlformteils

Claims

1. Einrichtung (3) zum Erhöhen der Festigkeit eines mit geschlossenem Querschnitt ausgebildeten Hohlformtei les (2) einer Fahrzeugkarosserie (1), umfassend min destens ein wenigstens teilweise in einem Innenraum (4) eines Hohlformteiles (2) angeordnetes Verstär kungselement (5), das mit dem Hohlformteil (2) ver bunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Verstärkungselement (5) durch eine Aus sparung (6, 7) des Hohlformteiles (5) in dessen In nenraum (4) erstreckt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlformteil (2) als ein einstückiges, durch Innenhochdruckumformen hergestelltes Bauteil ausge bildet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Verstärkungselement (5) in Längsrichtung wenigstens abschnittsweise über die Länge des Hohl formteiles (2) erstreckt.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungselement (5) in wenigstens einem hochbelasteten Bereich des Hohlformteiles (2), vor zugsweise in einem Bereich, in welchem das Hohlform teil (2) eine Knickstelle aufweist, vorgesehen ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungselement (5) über ein thermisches Verbindungsverfahren und/oder über eine mechanische Verbindung mit dem Hohlformteil (2) verbunden ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungselement (5) mit einem Ende im Be reich der Aussparung (6) eine Außenseite (10) des Hohlformteiles (2) überragt und an diesem Ende eine Einrichtung (9) zur Positionierung und/oder Karosse rieanbindung aufweist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungselement (5) mit einem freien En de in den Innenraum (4) des Hohlformteiles (2) ragt.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlformteil (2) in Längsrichtung wenigstens abschnittsweise im Bereich des im Innenraum (4) ange ordneten Endes des Verstärkungsteiles (5) mit einer Zentrierkontur (8) ausgebildet ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlformteil (2) mit einer zweiten Aussparung (7) versehen ist, welche das sich in den Innenraum (4) des Hohlformteiles (2) erstreck ende Verstärkungselement (5) wenigstens ab schnittsweise durchtritt.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungselement (5) derart in dem Hohlformteil (2) angeordnet ist, daß das maximale Widerstandsmoment des Verstärkungselementes (5) der maximalen Beanspruchung des Hohlformteiles (2) entgegenwirkt.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungselement (5) vorzugsweise im Querschnitt ein I-Profil aufweist und wenigstens annähernd einen Mittelsteg des Hohlformteiles (2) ausbildet.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in Längsrichtung des Hohlformteiles (2) mehre re Verstärkungselemente (5) vorgesehen sind.