DE102004018897A1

DE102004018897A1 - Querträger in einer Kraftfahrzeugkarosserie und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102004018897A1
Application number: DE200410018897
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen Knaup; Holger Franzbecker; Ludger Gehringhoff
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2004-04-15
Filing date: 2004-04-15
Publication date: 2005-11-10

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Querträger in einer Kraftfahrzeugkarosserie, der als ein offenes Profil ausgeführt ist, das über an gegenüberliegenden Enden desselben angeordneten Befestigungsflanschen jeweils an A-Säulen des Kraftfahrzeugs befestigt ist, wobei die Befestigungsflansche einstückig mit einem Hauptabschnitt des durch Warmformen gebildeten Profils verbunden sind, wobei die Befestigungsflansche durch Biegeumformen in die zur Verbindung mit der A-Säule vorgesehene Position bringbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Querträger in einer Kraftfahrzeugkarosserie, der als ein offenes Profil ausgeführt ist, das über an gegenüberliegenden Enden desselben angeordneten Befestigungsflanschen jeweils an A-Säulen des Kraftfahrzeugs befestigt ist.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Querträgers, wobei eine aus einem Stahlmaterial bestehende Platine durch Druckumformen zu einem Querträger hergestellt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Herstellungsverfahrens.

Es sind Querträger bekannt, die sich quer zu einer Fahrzeuglängsachse erstrecken und untere Endbereiche gegenüberliegender A-Säulen des Kraftfahrzeuges verbinden. Der Querträger ist üblicherweise als ein offenes Profil ausgeführt, so dass er zum einen bei einem frontalen Zusammenstoß des Kraftfahrzeuges Stoßenergie aufnehmen kann zum Schutz des Fahrgastraumes und zum anderen bei einem seitlichen Zusammenstoß des Kraftfahrzeuges die Stoßkräfte in eine Bodengruppe der Fahrzeugkarosserie einleiten kann. Zur Befestigung des Querträges an den A-Säulen ist es bekannt, Befestigungsflansche an den stirnseitigen Enden des Profils durch Verschweißen anzubringen. Nachteilig an dem bekannten Querträger ist, dass er durch das Zusammenfügen mehrerer Teile, insbesondere zusätzlicher Befestigungsflansche, hergestellt wird, was einen relativ hohen Herstellungsaufwand bedeutet.

Aus der EP 1 180 470 A1 ist eine B-Säule für ein Kraftfahrzeug bekannt, die lang gestreckt ausgebildet ist mit einem langen Abschnitt, der infolge einer Wärmebehandlung eine relativ hohe Festigkeit aufweist, und mit einem kurzen Abschnitt, der durch eine unterschiedliche Wärmebehandlung zugleich eine geringere Festigkeit sowie geringere Sprödigkeit aufweist. Das Vorsehen von Abschnitten eines Querträgers mit unterschiedlichen Festigkeitseigenschaften ist nicht erwünscht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Querträger in einer Kraftfahrzeugkarosserie sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben bzw. eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, so dass zum einen eine Verringerung des Fügeaufwandes und zum anderen eine Verbesserung des Crash-Verhaltens erzielt werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsflansche einstückig mit einem Hauptabschnitt des durch Warmformen gebildeten Profils verbunden sind, wobei die Befestigungsflansche durch Biegeumformen in die zur Verbindung mit der A-Säule vorgesehenen Position bringbar sind.

Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Querträgers besteht darin, dass eine Fügeverbindung zwischen Befestigungsflanschen einerseits und einem Hauptabschnitt eines Profils andererseits wegfällt. Hierdurch fallen auch die ansonsten zu berücksichtigenden Maßhaltigkeiten beispielsweise bei der Schweißverbindung weg. Insbesondere kann vermieden werden, dass der Flanschbereich eine Schwachstelle bei einer Kollision des Kraftfahrzeugs darstellt.

Grundgedanke der Erfindung ist es, die Flansche gleichzeitig mit der Formgebung des Hauptabschnitts des Profils herzustellen, so dass der Querträger in einem einzigen Formungsvorgang bereitgestellt werden kann.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht das Profil aus einem Stahlblechmaterial mit einer Festigkeit von mindestens 1200 N/mm². Hierdurch erhält der Querträger eine höhere Steifigkeit, die zu einer Stabilisierung der Karosserie in dem Bodenbereich zwischen den A-Säulen führt. Darüber hinaus kann vorteilhaft die Blechdicke des Profils reduziert werden, was zum einen Material einspart und zum anderen eine gewünschte Gewichtseinsparung bedeutet.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Hauptabschnitt des Profils aus mindestens zwei Hauptteilabschnitten zusammengefügt hergestellt, so dass eine Anpassung bzw. Justierung des Querträgers in der Länge an die Fahrzeugsbreite ermöglicht wird.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Querträger im Querschnitt u-förmig ausgebildet, wobei an den Stirnseiten desselben sich die Befestigungsflansche im Wesent lichen in einer gemeinsamen Ebene quer zu einer Längsachse des Hauptabschnitts erstrecken. Die Befestigungsflansche sind in einer vorgegebenen Befestigungsposition orientiert angeordnet, so dass der Querträger relativ einfach und direkt an den gegenüberliegenden A-Säulen befestigt werden kann.

Zur Lösung der Aufgabe ist das erfindungsgemäße Verfahren in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Platine vollständig vor und/oder während des Druckumformens gehärtet wird und dass während des Druckumformens der Platine aus stirnseitig von dem Formraum abragende Lappen durch Biegeumformen Befestigungsflansche hergestellt werden.

Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass zusammen mit einem Warmformprozess, der zu einer Erhöhung der Festigkeit des Querträgers führt, zugleich eine Formgebung des Querträgers unter Einbeziehung stirnseitig vorgesehener Befestigungsflansche desselben erfolgt. Hierdurch kann quasi in einem einzigen Herstellungsschritt ein in der Form festgelegter Querträger hergestellt werden. Vorteilhaft können hierdurch Fertigungsschritte eingespart werden, wobei gleichzeitig die Steifigkeit des Querträgers erhöht bzw. die Dicke des Querprofils bzw. das Gewicht desselben verringert werden kann.

Zur Lösung der Aufgabe weist die erfindungsgemäße Vorrichtung die Merkmale des Patentanspruchs 10 auf.

Vorteilhaft ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Integration der Formgebung von Befestigungsflanschen in den Formgebungsprozess eines die mechanischen Anforderungen erfüllenden Hauptabschnitts des Querträgers. Hierzu weist die erfindungsgemäße Vorrichtung bewegbare Schiebeelemente auf, die die von einer Stirnseite des Formwerkzeugs abragenden Lappen in eine vorgegebene Winkelstellung biegeumformen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

1 eine perspektivische Vorderansicht eines Querträgers,

2 eine perspektivische Stirnansicht eines Endbereichs des Querträgers,

3 eine schematische Darstellung eines Formwerkzeugs zur Herstellung des Querträgers, wobei sich das Formwerkzeug in einer Formgebungsposition befindet, in der stirnseitig des Formwerkzeuges Lappen abragen, die in Schieberichtung mittels nicht dargestellter Schiebeelemente umgeformt werden und

4 ein teilweiser Längsschnitt durch das Formwerkzeug, wobei ein Schiebeelement einen scheitelseitigen Lappen umlenkt.

Ein Querträger 1 zur Verbindung von A-Säulen eines Kraftfahrzeuges ist lang gestreckt als ein Profil ausgebildet und besteht im Wesentlichen aus einem Hauptabschnitt 2 und an gegenüberliegenden Stirnseiten 3 (Enden) des Hauptabschnitts 2 abstehenden Befestigungsflanschen 4.

Der Hauptabschnitt 2 des Querträgers 1 ist im Wesentlichen U-förmig ausgebildet und weist zum einen eine Scheitelfläche 5 sowie zwei gegenüberliegende längsseitig an die Scheitelfläche 5 anschließende Schenkelflächen 6, 6' mit randseitigen Flanschen 16, 16' auf. Die Scheitelfläche 5 sowie die Schenkelflächen 6, 6' erstrecken sich unter Ausbildung einer tunnelförmigen Aussparung 7, die im Bereich einer Quermittelebene 8 des Hauptabschnitts 2 bzw. des Querträgers 1 angeordnet ist, zwischen einem unteren Endbereich der gegenüberliegenden nicht dargestellten A-Säulen. In der tunnelförmigen Aussparung 7 erstreckt sich ein in Längsrichtung des Fahrzeugs verlaufendes Bauteil des Antriebsstrangs des Fahrzeugs. Die Geometrie des Hauptabschnitts 2 ist an die mechanischen Anforderungen im Bodenbereich der Karosserie angepasst.

Der Hauptabschnitt 2 setzt sich aus einem ersten Hauptteilabschnitt 2' und einem zweiten Hauptteilabschnitt 2'' zusammen, die jeweils mittels eines später beschriebenen Formwerkzeuges hergestellt werden und im Bereich der Quermittelebene 8 durch Verschweißen zusammengefügt werden.

Wie aus 1 zu ersehen ist, ist der Querträger 1 als ein Flachprofil (offenes Profil) lang gestreckt ausgebildet, wobei zur Befestigung an den gegenüberliegenden A-Säulen an den Stirnseiten 3 des Hauptabschnitts 2, 2', 2'' rechteckförmige Befestigungsflansche 4 etwa in einem rechten Winkel zu einer Längsachse 9 des Hauptabschnitts 2 abragen. Wie aus 2 ersichtlich ist, ragen von dem Rand der Scheitelfläche 5 ein mittlerer Befestigungsflansch 4' und von dem Rand der Schenkelflächen 6, 6' äußere Befestigungsflansche 4'' ab. Die Befestigungsflansche 4', 4'' bilden im Wesentlichen eine gemeinsame Ebene, die senkrecht zur Längsachse 9 oder leicht geneigt zu derselben orientiert ist.

In den 3 und 4 ist schematisch ein Formwerkzeug dargestellt, mittels dessen der Querträger 1 aus einer flächigen Platine bestehend aus einem Stahlmaterial unter Bildung eines Hauptabschnitts 2 und sich an gegenüberliegenden Stirnseiten anschließenden Befestigungsflanschen 4, 4', 4'' umgeformt wird. In dieser Ausführungsform der Erfindung ist der Hauptabschnitt 2 einteilig ausgeführt. Soll der Hauptabschnitt 2 zweiteilig ausgeführt sein, ist in dem entsprechenden mittleren Abschnitt des Formwerkzeugs ein Einsatz eingebracht, so dass gleichzeitig zwei Hauptteilabschnitte 2', 2'' umgeformt werden können.

Das Formwerkzeug ist als Presswerkzeug ausgebildet und weist eine feststehende untere Matrize 10 sowie einen beweglichen oberen Stempel 11 auf. Nach Einlegen der Platine in die Matrize 10 und nachfolgendem Niederdrücken des Stempels 11 in Richtung der Matrize 10 erhält der Hauptabschnitt 2 seine endgültige Form. Die von Stirnflächen 12 der Matrize 10 bzw. des Stempels 11 abragenden rechteckförmigen Lappen 14 werden dann durch Bewegen jeweils denselben zugeordneter Schiebeelemente 13 derart verbogen, bis die Lappen 14 eine zur Befestigung des Querträgers 1 an den A-Säulen erforderlichen Endstellung einnehmen. In dieser umgelegten Position können sie als Befestigungsflansche 4, 4', 4'' zur Befestigung des Querträgers 1 an den A-Säulen dienen. Hierzu werden die Schiebeelemente 13 im Wesentlichen parallel zur Stirnfläche 12 um einen vorgegebenen Weg bewegt.

Zur Erhöhung der Materialfestigkeit des Querträgers 1 wird die Platine vor und/oder während des Formvorganges wärmebehandelt. Dies kann durch vorherige Erwärmung der Platine und anschließende Abkühlung derselben im Formwerkzeug erfolgen. Hierzu weist das Formwerkzeug nicht dargestellte Kanäle auf zum Durchfließen eines Kühlmediums. Die Härtung des Querträgers 1 erfolgt damit gleichzeitig mit dem Druckumformen der Platine bzw. mit dem Biegeumformen der randseitigen Lappen. Nach Beendigung des Warmformvorgangs weist der Querträger 1 eine Festigkeit von mindestens 1200 N/mm², vorzugsweise von mindestens 1500 N/mm² auf.

Claims

Querträger in einer Kraftfahrzeugkarosserie, der als ein offenes Profil ausgeführt ist, das über an gegenüberliegenden Enden desselben angeordneten Befestigungsflanschen jeweils an A-Säulen des Kraftfahrzeugs befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsflansche (4, 4', 4'') einstückig mit einem Hauptabschnitt (2, 2', 2'') des durch Warmformen gebildeten Profils (1) verbunden sind, wobei die Befestigungsflansche (4, 4', 4'') durch Biegeumformen in die zur Verbindung mit der A-Säule vorgesehenen Position bringbar sind.
Querträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil (1) als ein Flachprofil ausgebildet ist, wobei sich die Befestigungsflansche (4, 4', 4'') an den Stirnseiten (3) des Hauptabschnitts (2, 2', 2'') etwa in einem rechten Winkel zu demselben anschließen.
Querträger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil (1) aus einem Stahlblechmaterial mit einer Festigkeit von mindestens 1200 N/mm², vorzugsweise etwa 1500 N/mm², besteht.
Querträger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptabschnitt (2) des Profils (1) aus mindestens zwei Hauptteilabschnitten (2', 2'') hergestellt ist, die zur Bildung des Hauptabschnitts (2) vorzugsweise im Bereich einer Quermittelebene (8) des Profils (1) miteinander verbunden sind.
Querträger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptabschnitt (2) im Bereich einer Quermittelebene (8) desselben eine tunnelförmige Aussparung (7) aufweist, in der ein in Längsrichtung des Fahrzeugs verlaufendes Bauteil des Antriebsstrangs verläuft.
Querträger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptabschnitt (2) im Querschnitt im Wesentlichen U-förmig mit einer Scheitelfläche (5) und sich zu beiden Seiten desselben anschließenden Schenkelflächen (6, 6') erstreckt, wobei sich die Befestigungsflansche (4, 4', 4'') endseitig an der Scheitelfläche (5) und den Schenkelflächen (6, 6') senkrecht zu denselben nach außen erstrecken.
Querträger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsflansche (4, 4', 4'') im Wesentlichen rechteckförmig verlaufen.
Querträger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (1) in einem unteren Bereich der A-Säulen mit denselben verbunden ist.
Verfahren zur Herstellung eines Querträgers nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine aus einem Stahlmaterial bestehende Platine durch Druckumformen zu einem Querträger hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine vollständig während des Druckumformens gehärtet wird und dass während des Druckumformens der Platine aus stirnseitig von dem Formraum abragende Lappen (14) durch Biegeumformen Befestigungsflansche (4, 4', 4'') hergestellt werden.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 9, wobei zum Biegenumformen der Befestigungsflansche (4, 4', 4'') parallel zu einer Stirnfläche (12) der die Form des Hauptabschnitts (2) gebenden feststehenden Matrize (10) und eines in Richtung der Matrize (10) niederdrückenden Stempels (11) bewegbare Schiebelemente (13) angeordnet sind.