DE102004036240B4

DE102004036240B4 - A-Säule eines Kraftfahrzeuges mit über der Länge veränderlichem Querschnitt sowie Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE102004036240B4
Application number: DE200410036240
Authority: DE
Inventors: Alexander Dipl.-Ing. Egidi; Karl-Heinz Dr.-Ing. Füller
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2004-07-26
Filing date: 2004-07-26
Publication date: 2006-09-28
Anticipated expiration: 2024-07-27
Also published as: DE102004036240A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer A-Säule eines Kraftfahrzeuges mit über der Länge veränderlichem Querschnitt,
welche aus mindestens zwei miteinander verbundenen Bauteilen besteht,
wovon mindestens ein Bauteil aus höherfestem Stahl besteht,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens ein Bauteil aus höherfestem Stahl mittels flexiblem Walzprofilieren in ein geschlossenes Profil geformt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine A-Säule eines Kraftfahrzeuges mit über der Länge veränderlichem Querschnitt sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung gemäß der Oberbegriffe der Patentansprüche 1 und 4.
A-Säulen von Kraftfahrzeugen im KFZ- und NFZ-Bereich werden üblicherweise durch Zusammenbau mehrerer tiefgezogener oder gegossener Bauteile hergestellt. Beim Tiefziehen bestehen verfahrenstypische und materialspezifische Grenzen. Beispielsweise sind beim Tiefziehen keine Hinterschnitte möglich und die Ziehtiefe ist beschränkt. Höherfeste Stähle weisen hohe Streckgrenzen und reduzierte Bruchdehnung auf, wodurch sehr hohe Umformkräfte erforderlich werden und die Bauteile bei der Umformung stark zurückfedern. Deshalb können höherfeste Stähle nur in geringem Umfang tiefgezogen werden. Auch beim Gießen bestehen verfahrenstypische und materialspezifische Grenzen. Hinterschneidungen lassen sich nur mit hohem Aufwand durch Fertigung, Positionierung und Entfernung von Kernen herstellen, Gussformen müssen aufwendig hergestellt werden. Die zum Gießen verwendbaren Werkstoffe weisen nur geringe Dehnungsraten auf. Eine Möglichkeit zur Herstellung von A-Säulen auch aus höherfesten Stählen ist durch das sogenannte Innenhochdruckumformen gegeben. Hierzu sind aber sehr hohe Werkzeuginvestitionen erforderlich.
Die Anforderungen an die Werkstoffauswahl und deren Eigenschaften für die Herstellung von A-Säulen steigen ständig. Dies ist einerseits durch steigende Sicherheitsanforderungen bedingt und andererseits dadurch, dass A-Säulen immer schlanker werden sollen, um so den Sichtbereich des Fahrzeugführers möglichst wenig einzuschränken. Derartigen Anforderungen genügen z.B. höherfeste Stähle. Der Begriff höherfeste Stähle bezeichnet Stähle mit einer Zugfestigkeit von mehr als 300 MPa. Darunter fallen auch sog. höchstfeste Stähle mit einer Zugfestigkeit von mehr als 1000 MPa bis zu 1700 MPa.

Aus der Druckschrift DE 100 11 755 A1 ist ein Bauteil mit in seinem Längsverlauf sich änderndem U-förmigen Profilquerschnitt bekannt. Dieses Bauteil wird in einer flexiblen Rollprofilieranlage hergestellt. Werkstoffangaben sind der DE 100 11 755 A1 nicht zu entnehmen.

Weiterer Stand der Technik ist den Druckschriften DE 197 56 459 A1 , DE 100 03 878 B4 , DE 37 37 681 A1 und EP 105 22 95 B1 zu entnehmen. Ferner ist aus der DE 197 53 207 C2 ein Verfahren zur Herstellung von Karosseriebauteilen von Kraftfahrzeugen bekannt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine A-Säule eines Kraftfahrzeuges aus höherfestem Stahl mit über der Länge veränderlichen Querschnitt anzugeben, die o.g. Anforderungen genügt, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.

Die Erfindung ist in Bezug auf das zu schaffende Verfahren und die A-Säule durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 4 wiedergegeben. Die weiteren Ansprüche enthalten vorteil hafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens (Patentansprüche 2 und 3).

Die Aufgabe wird bezüglich des zu schaffenden Verfahrens erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mittels flexiblem Walzprofilieren mindestens ein Bauteil aus höherfestem Stahlblech in ein geschlossenes Profil mit über der Länge veränderlichen Querschnitt geformt wird und mit mindestens einem weiteren Bauteil zu einer A-Säule eines Kraftfahrzeuges verbunden wird.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass das Walzprofilieren im Gegensatz zum Tiefziehen geeignet ist, auch höherfeste Stähle in komplexe Geometrien umzuformen. Insbesondere höherfeste Stähle (s.g. Leichtbaustähle), vorzugsweise aus der Gruppe der Mehrphasenstähle, wie beispielsweise Dualphasenstähle (DP-Stähle), Complexphasenstähle (CP-Stähle), Martensitphasenstähle (MS-W-Stähle) oder TRIP-Stähle (Transformation induced plasticity), eignen sich gut für Bauteile, die unter Verwendung von Rollprofilieren gefertigt werden. Diese Stähle weisen besonders günstige Verfestigungseigenschaften auf, die sich in einem günstigen Umformbarkeits-Festigkeitsverhältnis widerspiegeln. Die sehr hohe Verfestigung dieser Stähle bei hoher Ausgangsfestigkeit erweist sich besonders vorteilhaft für das Crash-Verhalten. Somit erlaubt das erfindungsgemäße Bauteil eine Steigerung der Festigkeit in gewünschten Bauteilbereichen, ohne dass beispielsweise eine kostenintensive Wärmebehandlung benötigt wird.

Dabei können offene oder geschlossene Profile, vorzugsweise Vierkant-Profile, mit über der Länge veränderlichen Querschnitt hergestellt werden. Für ein geschlossenes Profil muss das Stahlblech vor dem Walzprofilieren auf eine passende Breite geschnitten werden, für offene Profile kann der Beschnitt auch nach dem Walzprofilieren erfolgen.

Das Verbinden der einzelnen Bauteile zu der A-Säule kann durch bekannte Fügeverfahren erfolgen. Besonders schnell und/oder einfach sind das Kleben und das Schweissen, insbesondere das Laserschweissen, insbesondere das Laserscannerschweissen. Letzteres kann während des Bauteiltransportes erfolgen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mindestens ein Bauteil aus höherfestem Stahl mittels flexiblem Walzprofilieren derart geformt, dass sich entlang seines Längsverlaufs sein Querschnitt, bezogen auf mindestens eine durch die Querschnittsebene verlaufende Achse, von der Mitte aus nach beiden Bauteilseiten hin erweitert.

Beispielsweise weist eine solche A-Säule in ihrer Mitte eine geringe Breite auf und verdickt sich zu ihren Enden hin. Dadurch wird der Sichtbereich des Fahrzeugführers in einem Fahrzeug mit einer derartigen A-Säule deutlich weniger eingeschränkt als bei einer A-Säule mit konstantem Querschnitt. Zusätzlich kann auch noch die Dicke der A-Säule von ihrer Mitte zu ihren Enden zunehmen, woraus eine weitere Verbesserung des Sichtbereichs resultiert.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das mindestens eine Bauteil aus höherfestem Stahl mittels Profilbiegen derart geformt, dass sich entlang seines Längsverlaufs mindestens eine Krümmung des Bauteils in mindestens einer Ebene ausbildet.

Beispielweise wird die A-Säule um ihre Breitenachse derart gekrümmt, dass sich der Fahrzeuginnenraum bei eingebauter A-Säule auf deren konkaver Seite befindet. Zusätzlich kann eine weitere Krümmung um ihre Dickenachse geformt werden, deren konkave Seite zur Rückseite des Fahrzeugs weist.

Durch derartige Krümmungen kann die Versteifung der A-Säule optimal auf die im Betrieb auftretenden Belastungen wie z.B. Biegung und Torsion angepasst werden.

Die Aufgabe wird bezüglich der zu schaffenden A-Säule eines Kraftfahrzeuges mit über der Länge veränderlichen Querschnitt erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass sie aus mindestens zwei miteinander verbundenen Bauteilen besteht, wovon mindestens ein Bauteil aus höherfestem Stahl besteht, und wobei mindestens eine Bauteil aus höherfestem Stahl mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in ein Profil, vorzugsweise in ein Vierkant-Profil, geformt wurde.

Nachfolgend werden anhand eines Ausführungsbeispiels und der Figur das erfindungsgemäße Verfahren und die A-Säule näher erläutert:
Die Figur stellt schematisch und nicht maßstabsgerecht eine beispielhafte A-Säule dar. Gezeigt sind zwei Bauteile der A-Säule, ein Längselement 1 und ein Fußelement 2. In diesem Ausführungsbeispiel wurden beide Elemente aus höherfestem TRIP700-Stahl-Blech mit einer Dicke von 1,0 mm walzprofiliert und mittels eines Laserscanners zu der A-Säule verschweisst.
Das Längselement 1 wird von einer bekannten Anlage zum flexiblen Walzprofilieren durch Variation der Walzenanordnung derart geformt, dass es in der Mitte eine Breite b2 von 50 mm und eine Dicke d2 von 60 mm aufweist, sowie am oberen Ende eine Breite b1 von 60 mm und eine Dicke d1 von 20 mm und am unteren Ende eine Breite b3 von 80 mm und eine Dicke d3 von 80 mm.
Außerdem weist das Längselement 1 um seine Breitenachse eine Krümmung mit Radius r_B auf.
Das erfindungsgemäße Verfahren erweist sich in der Ausführungsform des vorstehend beschriebenen Beispiels als besonders geeignet für die Herstellung einer A-Säule eines Kraftfahrzeuges mit über der Länge veränderlichen Querschnitt aus höherfestem Stahl.
Insbesondere können so erhebliche Vorteile bezüglich der Gestaltungsfreiheit einer A-Säule aus höherfestem Stahl erzielt werden.

1: Längselement, Walzprofil mit komplexen Querschnitt
2: Fußelement, Walzprofil mit komplexen Querschnitt
b1: Breite des Längselements an der A-Säulen-Oberseite
d1: Dicke des Längselements an der A-Säulen-Oberseite
b2: Breite des Längselements an der A-Säulen-Mitte
d2: Dicke des Längselements an der A-Säulen-Mitte
b3: Breite des Längselements an der A-Säulen-Unterseite
d3: Dicke des Längselements an der A-Säulen-Unterseite
r_B: Krümmungsradius des Längselements um die Breitenachse

Claims

Verfahren zur Herstellung einer A-Säule eines Kraftfahrzeuges mit über der Länge veränderlichem Querschnitt, welche aus mindestens zwei miteinander verbundenen Bauteilen besteht, wovon mindestens ein Bauteil aus höherfestem Stahl besteht, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Bauteil aus höherfestem Stahl mittels flexiblem Walzprofilieren in ein geschlossenes Profil geformt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Bauteil aus höherfestem Stahl mittels flexiblem Walzprofilieren derart geformt wird, dass sich entlang seines Längsverlaufs sein Querschnitt, bezogen auf mindestens eine durch die Querschnittsebene verlaufende Achse, von der Mitte aus nach beiden Bauteilseiten hin erweitert.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Bauteil aus höherfestem Stahl mittels Profilbiegen derart geformt wird, dass sich entlang seines Längsverlaufs mindestens eine Krümmung des Bauteils in mindestens einer Ebene ausbildet.
Gebaute A-Säule eines Kraftfahrzeuges mit über der Länge veränderlichem Querschnitt, aufweisend mindestens ein Bauteil aus höherfestem Stahl, hergestellt mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.