DE102004016803A1

DE102004016803A1 - Energieabsorptionskörper und zugehöriges Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102004016803A1
Application number: DE200410016803
Authority: DE
Inventors: Günter Eggert; Rüdiger Dipl.-Ing. Martens; Frank Dipl.-Ing. Schmuck; Matthias Dipl.-Ing. Schroeder
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Martens Ruediger Dipl-Ing 22303 Hamburg De
Priority date: 2004-04-06
Filing date: 2004-04-06
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2024-04-07
Also published as: DE102004016803B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines zum Einbau zwischen einem Stoßfänger und einem Längsträgerendbereich eines Fahrzeugrahmens vorgesehenen Energieabsorptionskörpers (2, 3) aus einem Hohlkörperrohling mittels Innenhochdruckumformung.
Um eine besonders rationelle Herstellung zu ermöglichen, wird aus dem entsprechend dimensionierten Hohlkörperrohling mit einem Innenhochdruckumformvorgang zunächst ein Doppelteil (1) als Zwischenprodukt hergestellt, das zwei Energieabsorptionskörper (2, 3) umfasst, wobei aus diesem Doppelteil (1) anschließend durch Trennen die beiden separaten Energieabsorptionskörper (2, 3) hergestellt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Energieabsorptionskörpers nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem einen Energieabsorptionskörper nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 8.

Aus der EP 0 793 035 B1 ist es bekannt, einen zum Einbau zwischen einem Stoßfänger und einem Längsträgerendbereich eines Fahrzeugrahmens vorgesehenen Energieabsorptionskörper aus einem Hohlkörperrohling mittels Innenhochdruckumformung herzustellen. Ein mittels Innenhochdruckumformung hergestellter Energieabsorptionskörper besitzt eine gute Maßhaltigkeit. Desweiteren sind beim Innenhochdruckumformen nahezu beliebige Geometrien und Formen für unterschiedliche Anforderungen und Gegebenheiten für den Energieabsorptionskörper realisierbar. Insbesondere sind mit unterschiedlichen Querschnitten und Materialstärken Anpassungen an unterschiedliche Belastungen sowie Einstellungen eines bestimmten Beul- und Knickverhaltens möglich. Durch geeignete Dimensionierung kann somit ein hohes Energieabsorptionsvermögen bei vergleichsweise geringem Materialeinsatz erzielt werden.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Energieabsorptionskörpers bzw. für einen solchen Energieabsorptionskörper eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die insbesondere eine preiswertere Herstellung des Energieabsorptionskörpers ermöglicht und/oder eine hinsichtlich des Energieabsorptionsvermögens verbesserte Verformungscharakteristik aufweist.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf dem allgemeinen Gedanken, mit Hilfe der Innenhochdruckumformung zunächst ein Doppelteil herzustellen, das zwei Energieabsorptionskörper umfasst, wobei dieses Zwischenprodukt anschließend mittels eines geeigneten Trennverfahrens so bearbeitet wird, dass schließlich die beiden gewünschten separaten Energieabsorptionskörper vorliegen. Die Innenhochdruckumformung läuft vergleichsweise langsam ab, wodurch eine Taktzahl für die Massenproduktion der Energieabsorptionskörper begrenzt ist. Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise, bei jedem Innenhochdruckumformvorgang ein Doppelteil mit bzw. aus zwei Energieabsorptionskörpern herzustellen, kann bei gleicher Taktzahl die Stückzahl verdoppelt werden. Das anschließende Trennverfahren lässt sich hinreichend schnell realisieren, so dass ohne signifikanten Mehraufwand pro Zeiteinheit erheblich mehr Energieabsorptionskörper hergestellt werden können.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der eine Energieabsorptionskörper des Doppelteils zum Einbau auf der linken Seite des Stoßfängers vorgesehen sein, während der andere Energieabsorptionskörper des Doppelteils zum Einbau auf der rechten Seite des Stoßfängers vorgesehen ist. Mit anderen Worten, das pro Innenhochdruckumformvorgang herstellte Doppelteil umfasst die beiden Energieabsorptionskörper, die zur Anbindung eines Stoßfängers an den Fahrzeugrahmen erforderlich sind. Durch diese Maßnahme vereinfacht sich ein Qualitätsmanagment, da es hierdurch leichter möglich ist, dem jeweiligen Stoßfänger Energieabsorptionskörper aus demselben Herstellungslos, ja sogar aus demselben Innenhochdruckumformvorgang zuzuordnen. Desweiteren ist es grundsätzlich möglich, dass sich die für die beiden Seiten des Stoßfängers vorgesehenen Energieabsorptionskörper hinsichtlich ihrer Geometrie und/oder Ausgestaltung voneinander unterscheiden. Unter diesen Voraussetzungen eröffnet das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren zusätzliches Einsparpotential, da die unterschiedlichen Energieabsorptionskörper dann in einer Form durch einen einzigen Innenhochdruckumformvorgang hergestellt werden, was insbesondere Werkzeugkosten einspart.

Der erfindungsgemäße Energieabsorptionskörper beruht auf dem allgemeinen Gedanken, mit Hilfe der Formgebung das Energieabsorptionsvermögen im Hinblick auf einen Standard-Crashfall zu optimieren. Erfindungsgemäß wird dies durch einen in Längsrichtung des Energieabsorptionskörpers gestuften Hohlkörperquerschnitt erreicht. Die einzelnen Stufen bilden dabei Zonen, die bei einer Belastung in der Längsrichtung des Energieabsorptionskörpers den höchsten Verformungskräften ausgesetzt sind, so dass an diesen bevorzugten Stellen eine definierte Verformung des Energieabsorptionskörpers beginnt, wobei gleichzeitig eine Ausrichtung der Deformation und somit ein gewünschtes, charakteristisches Verformungsverhalten einstellbar ist, das im Hinblick auf die Energieabsorptionswirkung des Energieabsorptionskörpers besonders effektiv ist. Bei entsprechender Dimensionierung der einzelnen Stufen bzw. Hohlkörperquerschnittssprünge kann eine teleskopartige Defor mationskinematik realisiert werden, die einen besonders langen Deformationsweg mit einer definierten Energieaufnahme ermöglicht.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktional gleiche oder ähnliche Bauteile beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
1 eine perspektivische Ansicht auf ein Doppelteil, das bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens als Zwischenprodukt hergestellt wird,
2 eine perspektivische Ansicht auf zwei Energieabsorptionskörper nach der Erfindung, die durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren hergestellt sind.
Beim erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren wird aus einem hier nicht gezeigten, rohrförmigen Hohlkörperrohling als Zwischenprodukt ein in 1 gezeigtes Doppelteil 1 hergestellt. Die Umformung des Hohlkörperrohlings in das Doppel teil 1 erfolgt dabei mittels eines Innenhochdruckumformvorgangs, bei dem der Hohlkörperrohling in seinem Inneren mit einem relativ hohen Umformdruck beaufschlagt, der zu einer Aufweitung des Hohlkörperrohlings führt. Während des Innenhochdruckumformvorgangs befindet sich der Hohlkörperrohling in einem entsprechenden Umformwerkzeug, das als Matrix die Negativform des Doppelteils 1 aufweist. Der sich unter dem in der Regel hydraulisch aufgebrachten Umformdruck aufweitende Hohlkörperrohling wird gegen die Negativform gepresst, wodurch er die gewünschte Form erhält und das Doppeltteil 1 bildet.
Das Zwischenprodukt des Herstellungsverfahrens, also das Doppelteil 1 umfasst zwei Energieabsorptionskörper 2 und 3 sowie zwei endseitige Anschlussstücke 4 und 5. Die Anschlussstücke 4, 5 werden im Umformwerkzeug in geeigneter Weise nach außen abgedichtet, wobei durch wenigstens eines dieser Anschlussstücke 4, 5 der Umformdruck in den Hohlkörperrohling eingebracht wird.
Nach dem Herstellen des Doppelteils 1 wird dieses einem Trennvorgang unterzogen, bei dem die beiden Energieabsorptionskörper 2, 3 aus dem Doppelteil 1 hergestellt werden. Mit anderen Worten, die Energieabsorptionskörper 2, 3 werden aus dem Doppelteil 1 freigeschnitten bzw. freigetrennt und/oder voneinander separiert. Im vorliegenden Fall werden somit die beiden Anschlussstücke 4 und 5 abgetrennt. Außerdem werden die beiden Energieabsorptionskörper 2, 3 voneinander getrennt. Anschließend liegen die in 2 gezeigten zwei Energieabsorptionskörper 2, 3 vor.
Entsprechend 1 kann das Doppelteil 1 beim Innenhochdruckumformen vorzugsweise so geformt werden, dass es bezüglich einer senkrecht zu einer Längsachse, insbesondere Längs mittelachse 6, des Doppelteils 1 bzw. der Energieabsorptionskörper 2, 3 senkrecht verlaufenden Symmetrieebene 7 spiegelsymmetrisch ausgestaltet ist. Eine derartige Formgebung unterstützt dabei die Ausbildung von Gleichteilen.
Entsprechend 2 erfolgt die Trennung des Doppeltteils 1 bzw. die Trennung der beiden Energieabsorptionskörper 2, 3 des Doppelteils 1 bei einer bevorzugten Ausführungsform in einer Trennebene 8. Ein Trennvorgang innerhalb der Trennebene 8 kann besonders einfach und kostengünstig realisiert werden. Bei der hier gezeigten, bevorzugten Ausführungsform ist die Trennebene 8 gegenüber der Symmetrieebene 7 geneigt, derart, dass eine Schnittlinie 9 der beiden Ebenen 7, 8 die Längsmittelachse 6 des Doppelkörpers 1 schneidet. Auf diese Weise wird zum einen das Trennen der beiden Energieabsorptionskörper 2, 3 asymmetrisch zur Symmetrieebene 7 durchgeführt. Zum anderen bilden die beiden separierten Energieabsorptionskörper 2, 3 nach einem derartigen Trennvorgang Gleichteile, da sie bezüglich der Schnittachse 9 rotationssymmetrisch sind.
Die Energieabsorptionskörper 2, 3 sind jeweils zum Einbau zwischen einem hier nicht gezeigten Stoßfänger und einem ebenfalls nicht gezeigten Längsträgerendbereich eines Fahrzeugsrahmens vorgesehen. Die Energieabsorptionskörper 2, 3 dienen dabei als Crashbox und sollen im Crashfall, insbesondere bei kleineren Kollisionen, die Energieübertragung vom Stoßfänger auf den Fahrzeugrahmen dämpfen. Dadurch sollen bei kleineren Kollisionen Beschädigungen des Fahrzeugrahmens vermieden werden, so dass die Reparaturkosten vergleichsweise niedrig gehalten werden können, da lediglich die beschädigten Energieabsorptionskörper 2, 3 und gegebenenfalls der Stoßfänger ersetzt werden müssen.
Üblicherweise wird der Stoßfänger mit Hilfe von zwei derartigen Energieabsorptionskörpern 2, 3 an zwei Längsträgerendbereichen des Fahrzeugsrahmens, nämlich an einem linken und an einem rechten Längsträgerendbereich befestigt. Dementsprechend benötigt der Stoßfänger zu seiner Halterung am Fahrzeugrahmen einen linken Energieabsorptionskörper und einen rechten Energieabsorptionskörper. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist das Doppelteil 1 so ausgelegt, dass mit Hilfe eines entsprechend durchgeführten Trennvorgangs die beiden für die Befestigung eines Stoßfängers erforderlichen Energieabsorptionskörper 2, 3 aus einem Doppelteil 1 hergestellt werden können. Bei Gleichteilen, bei spiegelsymmetrischen und bei rotationssymmetrischen Teilen kann dies besonders einfach realisiert werden.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäß mittels Innenhochdruckumformung hergestellten Energieabsorptionskörper 2, 3 wird auch darin gesehen, dass die Energieabsorptionskörper 2,3 besonders einfach an unterschiedliche Belastungsfälle im Einbauzustand angepasst werden können. Insbesondere ist es entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung des Herstellungsverfahrens möglich, für die Herstellung unterschiedlicher Energieabsorptionskörper 2, 3 verschiedene Hohlkörperrohlinge bereitzustellen und je nach Anwendungsfall der Energieabsorptionskörper 2, 3 für die Herstellung des Doppelteils 1 und somit der Energieabsorptionskörper 2, 3 zu verwenden. Dabei unterscheiden sich die verschiedenen Hohlkörperrohlinge beispielsweise hinsichtlich ihres Werkstoffs und/oder hinsichtlich ihrer Wandstärke voneinander. Auf diese Weise kann das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren bei der Herstellung verschiedener Energieabsorptionskörper 2, 3 im wesentlichen unverändert durchgeführt werden. Beispielsweise kann eine Anpassung des Umformdrucks erforderlich sein, während das teure Umformwerkzeug in unveränderter Form verwendet werden kann. Die Variantenbildung wird somit erheblich vereinfacht.
Im Hinblick auf die Variantenbildung ist es ebenfalls vorteilhaft, das Doppelteil 1 so auszugestalten, dass die einzelnen Energieabsorptionskörper 2, 3 jeweils an demjenigen Ende, das vom jeweils anderen Energieabsorptionskörper 2, 3 abgewandt oder entfernt ist, einen Beschnittabschnitt 10 aufweisen. Dieser Beschnittabschnitt 10 ist im Hinblick auf eine Variante der Energieabsorptionskörper 2, 3 abgestimmt, welche bezüglich der Längsrichtung 6 des Doppelteils 1 bzw. der Energieabsorptionskörper 2, 3 die größte Länge aufweist. Wenn nun bezüglich der Längsrichtung 6 kürzere Varianten der Energieabsorptionskörper 2, 3 hergestellt werden sollen, können die Energieabsorptionskörper 2, 3 im jeweiligen Beschnittabschnitt 10 entsprechend abgelängt werden. Dieses Ablängen kann bereits beim Trennvorgang durchgeführt werden, bei dem aus dem Doppelteil 1 die beiden (abgelängten) Energieabsorptionskörper 2, 3 hergestellt werden.
Wie insbesondere 2 zu entnehmen ist, besitzt jeder Energieabsorptionskörper 2, 3 ein erstes Ende 11 und ein zweites Ende 12. Das erste Ende 11 besitzt einen kleineren Hohlkörperquerschnitt als das zweite Ende 12. Während das erste Ende 11 bevorzugt zur Befestigung am Stoßfänger vorgesehen ist, dient das zweite Ende 12 bevorzugt zur Befestigung am Längsträgerendbereich. Das Trennen des Doppelteils 1 ist zweckmäßig so ausgeführt, dass die beiden Enden 11, 12 weitgehend vorgeformt sind, um die erforderliche Befestigungsfunktion einfach realisieren zu können.
Erfindungsgemäß besitzen die Energieabsorptionskörper 2, 3 in der Längsrichtung 6 einen gestuften Verlauf des Hohlkörperquerschnitts. Dabei wird der Hohlkörperquerschnitt vom zwei ten Ende 12 zum ersten Ende 11 hin in mehreren, hier exemplarisch in drei Stufen 13 reduziert. Besonders vorteilhaft ist dabei die hier gezeigte Variante, bei welcher der jeweilige Energieabsorptionskörper 2, 3 mehrere Längsabschnitte 14 aufweist, die jeweils einen konstanten Hohlkörperquerschnitt besitzen. Dabei sind je zwei benachbarte Längsabschnitte 14 über eine der Stufen 13 miteinander verbunden. In der Folge besitzen benachbarte Längsabschnitte 14 unterschiedliche Hohlkörperquerschnitte.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Formgebung der Energieabsorptionskörper 2, 3 kann beispielsweise eine teleskopartige Deformationscharakteristik realisiert werden. Bei einer Kollision führen am jeweiligen Energieabsorptionskörper 2, 3 parallel zur Längsachse 6 angreifende Druckkräfte dazu, dass der jeweilige Energieabsorptionskörper 2, 3 zunächst im Bereich der Stufen 13 nachgibt und dadurch eine Relativverstellung der einzelnen Längsabschnitte 14 relativ zueinander in der Längsrichtung 6 ermöglicht. Die einzelnen Längsabschnitte 14 bleiben dabei zumindest anfangs relativ formstabil, wodurch sich eine gerichtete und in gewisser Weise geführte Deformation parallel zur Längsrichtung 6 realisieren lässt. Um die Steifigkeit bzw. Formstabilität der Längsabschnitte 14 zu verbessern, kann zumindest bei einem Längsabschnitt 14, also zwischen zwei benachbarten Stufen 13, zumindest eine Versteifungssicke 15 vorgesehen sein, die quer zur Längsrichtung 6 des jeweiligen Energieabsorptionskörpers 2, 3 verläuft. Die einzelnen Versteifungssicken 15 sind hier in Form einfacher zum Inneren des Energieabsorptionskörpers 2, 3 vorstehender Einstülpungen ausgebildet.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines zum Einbau zwischen einem Stoßfänger und einem Längsträgerendbereich eines Fahrzeugsrahmens vorgesehenen Energieabsorptionskörpers (2, 3) aus einem Hohlkörperrohling mittels Innenhochdruckumformung, dadurch gekennzeichnet, – dass aus dem entsprechend dimensionierten Hohlkörperrohling mit einem Innenhochdruckumformvorgang ein Doppelteil (1) als Zwischenprodukt hergestellt wird, das zwei Energieabsorptionskörper (2, 3) umfasst, – dass aus dem Doppelteil (1) durch Trennen die beiden separaten Energieabsorptionskörper (2, 3) hergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Energieabsorptionskörper (2) des Doppelteils (1) zum Einbau auf der linken Seite des Stoßfängers vorgesehen ist, während der andere Energieabsorptionskörper (3) des Doppelteils (1) zum Einbau auf der rechten Seite des Stoßfängers vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Doppelteil (1) bezüglich einer senkrecht zu seiner Längsachse (6) verlaufenden Symmetrieebene (7) spiegelsymmetrisch geformt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennen asymmetrisch zur Symmetrieebene (7) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Energieabsorptionskörper (2, 3) Gleichteile sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Anpassung der Energieabsorptionskörper (2, 3) an unterschiedliche Belastungsfälle im Einbauzustand Hohlkörperrohlinge verwendet werden, die sich hinsichtlich Wandstärke und/oder Werkstoff voneinander unterscheiden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieabsorptionskörper (2, 3) im Doppelteil (1) an ihrem jeweiligen vom jeweils anderen Energieabsorptionskörper (2, 3) entfernten Ende einen Beschnittabschnitt (10) aufweisen, der auf die längste Variante der Energieabsorptionskörper (2, 3) abgestimmt ist, wobei zum Herstellen einer kürzeren Variante der jeweilige Energieabsorptionskörper (2, 3) im zugehörigen Beschnittabschnitt (10) entsprechend abgelängt wird.
Mittels Innenhochdruckumformung, insbesondere nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, hergestellter Energieabsorptionskörper zum Einbau zwischen einem Stoßfänger und einem Längsträgerendbereich eines Fahrzeugrahmens, mit einem zur Befestigung am Stoßfänger vorgesehenen ersten Ende (11) und einem zur Befestigung am Längsträgerendbereich vorgesehen zweiten Ende (12), dadurch gekennzeichnet, dass der Energieabsorptionskörper (2, 3) einen sich vom zweiten Ende (12) zum ersten Ende (11) in mehreren Stufen (13) reduzierenden Hohlkörperquerschnitt aufweist.
Energieabsorptionskörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieabsorptionskörper (2, 3) mehrere durch die Stufen (13) miteinander verbundene Längsabschnitte (14) aufweist, die jeweils einen konstanten Hohlkörperquerschnitt aufweisen.
Energieabsorptionskörper nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieabsorptionskörper (2, 3) quer zu seiner Längsrichtung (6) verlaufende Versteifungssicken (15) aufweist, die jeweils zwischen zwei benachbarten Stufen (13) angeordnet sind.