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Die
Erfindung betrifft ein Blechbauteil mit einem Deckblech und einem
Grundblech, das mit dem Grundblech über mindestens eine feste Verbindung verbunden
ist.
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Aus
einem Grundblech und einem Deckblech bestehende Blechbauteile werden
beispielsweise als Karosserieteile im Automobil, Schienen- und Luftfahrzeugbau
eingesetzt. Bei einem Unfall haben derartige Blechbauteile die Aufgabe,
kinetische Energie zu absorbieren, um in dem Fahrzeug befindliche
Personen vor Verletzungen zu schützen.
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Um
dieses Ziel zu erreichen, werden in derartigen Blechbauteilen Komponenten
aus verschiedenen Werkstoffen und verschiedenen Geometrien miteinander
kombiniert. Beispielsweise werden unterschiedliche Stahlqualitäten und
Bauteildicken verwendet.
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Aus
der
DE 84 02 847 U1 ist
ein Plattenelement aus Hohlkammer-Profilen bekannt, die dadurch gebildet
sind, dass ein oberes und ein unteres Deckblech über dazwi schen angeordnete
Stege verbunden sind. Mehrere dieser Plattenelemente lassen sich
dadurch verbinden, dass eine vorspringende Nase eines der Plattenteile
mit einer Vertiefung eines anderen Plattenteils zusammenwirkt. Dadurch
wird die Aufgabe gelöst,
derartige Hohlkammer-Profile besonders leicht und schnell zu verschweißen.
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Aus
der
EP 1 004 538 A1 ist
ein hochsteifer Aufzugs-Kabinenboden bekannt, der eine Verbundstruktur
bzw. eine Sandwich-Bauweise aufweist, bei der zwischen zwei Blechen
ein Gitterrost angeordnet ist. Der Gitterrost ist mit den Blechen über Punktschweißungen verbunden.
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Nachteilig
an bekannten Blechbauteilen ist, dass sie dann, wenn es zu einem
Unfall mit geringen Geschwindigkeiten kommt, eine so hohe Festigkeit aufweisen,
dass Insassen des Fahrzeugs durch auftretende Beschleunigungen verletzt
werden können.
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Kommt
es hingegen zu einem Unfall bei hohen Geschwindigkeiten, ist die
Steifigkeit häufig
zu gering. Es kann daher dazu kommen, dass ein aufprallendes anderes
Fahrzeug das Blechbauteil so stark verformt, dass das Blechbauteil
in Kontakt mit einem Insassen kommt und der Insasse dadurch verletzt
wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Nachteile im Stand der Technik
zu überwinden.
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Die
Erfindung löst
das Problem durch ein gattungsgemäßes Blechbauteil, das ein Verbindungselement
aufweist, das ausgebildet ist, um einen Verformungswiderstand des
Blechs in Abhängigkeit
von einer Verformung des Deckblechs zu erhöhen.
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Vorteilhaft
an der Erfindung ist, dass ein erfindungsgemäßes Blechbauteil bei einer
geringen Verformung eine geringe Steifigkeit aufweist. Bei einem
Unfall bei geringen Geschwindigkeiten verformt sich das Blechbauteil
daher stark. Die kinetische Energie der an dem Unfall beteiligten
Fahrzeuge wird so über
einen langen Verformungsweg abgebaut. Daraus resultiert eine kleine
Maximalkraft, so dass Fahrzeuginsassen nur ein geringes Verletzungsrisiko
tragen.
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Vorteilhaft
ist zudem, dass das Blechbauteil bei einer großen Verformung einen höheren Verformungswiderstand
aufweist als ein Blechbauteil ohne Verbindungselemente. Dadurch
wird der Weg begrenzt, um den ein fremdes Fahrzeug in das betreffende
Fahrzeug mit dem erfindungsgemäßen Blechbauteil
eindringen kann. Das verringert die Wahrscheinlichkeit, dass ein
Fahrzeuginsasse durch Kontakt mit Karosserieteilen zu Schaden kommt.
Der Nachteil, dass es bei einer starken Verformung des Blechbauteils
auch zu großen
Maximalkräften
kommen kann, wird durch den Vorteil überkompensiert, dass beispielsweise
Quetschungen aufgrund von Kontakt der Fahrzeuginsassen mit dem Blechbauteil vermieden
werden.
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Vorteilhaft
ist also die belastungsabhängige Steifigkeit
des Blechbauteils. Bei einem Unfall zeigt das Blechbauteil ein Beulverhalten,
das sich selbstständig
auf die Belastung einstellt. Hierdurch kommt es auch zu einer lokal
unterschiedlichen Steifigkeit des Blechbauteils, wobei die Steifigkeit
dort besonders hoch ist, wo das Eindringen eines anderen Fahrzeugs
verhindert werden muss.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Verbindungselement ausgebildet, um den Verformungswiderstand
beim Überschreiten
einer vorbestimmten Verformung zu erhöhen. Diese vorbestimmte Verformung
ist insbesondere so gewählt, dass
bei einer diese vorbestimmte Verformung übersteigenden Verformung für Fahrzeuginsassen
eines unter Verwendung des Blechbauteils konstruierten Fahrzeugs
die Gefahr von Verletzungen durch in einen Fahrgastraum eindringende
andere Fahrzeug höher
ist als die Gefahr durch eine zunehmende Maximalkraft während des
Unfalls. Hierdurch wird das Gesamtrisiko für die Fahrzeuginsassen verringert.
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Besonders
bevorzugt ist das Verbindungselement ausgebildet, um das Deckblech
genau dann mit dem Grundblech mechanisch zu koppeln, wenn das Deckblech
eine vorbestimmte Verformung überschreitet.
Durch eine mechanische Kopplung zwischen Deckblech und Grundblech
kann der Verformungswiderstand, bzw. die Steifigkeit, des Blechbauteils
besonders effektiv erhöht
werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst das Blechbauteil eine Vielzahl von Verbindungselementen,
beispielsweise mehr als zehn. Zumindest zwei Verbindungselemente
unterscheiden sich hinsichtlich der vorbestimmten Verformung, bei deren Überschreiten
das Verbindungselement das Deckblech mit dem Grundblech mechanisch
koppelt. In anderen Worten existiert eine erste Sorte Verbindungselemente,
die bereits bei einer schwächeren Verformung
das Deckblech und das Grundblech koppeln, und es existiert eine
zweite Sorte Verbindungselemente, die Deck- und Grundblech erst
bei einer stärkeren
Verformung koppeln. Hierdurch wird erreicht, dass der Übergang
von einem geringen Verformungswiderstand zu einem erhöhten Verformungswiderstand
des Blechbauteils in mindestens zwei Schritten erfolgt. Dadurch
wird das Blechbauteil besonders gut an Risiken anpassbar, die durch
einen Aufprall auf ein Fahrzeug entstehen, das unter Verwendung
des erfindungsgemäßen Blechbauteils konstruiert
wurde.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist das Verbindungselement mindestens zwei Verbinderteile auf,
nämlich
ein grundblechseitiges Verbinderteil und ein deckblechseitiges Verbinderteil,
die erst durch eine Verformung des Deckblechs mechanisch miteinander
in Eingriff kommen. Hierdurch ergibt sich eine besonders einfache
und damit leicht zu fertigende Struktur des Blechbauteils.
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Besonders
bevorzugt sind das grundblechseitige Verbinderteil und das deckblechseitige
Verbinderteil ausgebildet, um sich beim Überschreiten der vorbestimmten
Verformung ineinander zu verhaken. Hierdurch wird eine besonders
effektive Erhöhung
des Verformungswiderstandes des Blechbauteils erreicht.
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Es
ist zudem bevorzugt, dass das grundblechseitige Verbinderteil fest
mit dem Grundblech verbunden und das deckblechseitige Verbinderteil fest
mit dem Deckblech verbunden ist. Hierdurch wird erreicht, dass dann,
wenn beide Verbinderteile miteinander in Eingriff kommen, große Kräfte aufgenommen
werden können.
Dadurch wird ein sehr hoher Verformungswiderstand des Blechbauteils
erreicht.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Verbindungselement plastisch verformbar ausgebildet, um
beim Überschreiten
der vorbestimmten Verformung zu reißen, vom Deckblech und/oder
vom Grundblech abzureißen,
oder abgeschert zu werden. Beim Reißen, Abreißen oder Abscheren werden besonders
große
Energiemengen aufgenommen und die bei einem Unfall entstehenden
kinetischen Energien somit effektiv in Wärme umgewandelt.
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Bevorzugt
weist das Blechbauteil einen Sensor zum Erfassen der Verformung
des Deckblechs und einen Aktuator zum Erzeugen einer mechanischen
Verbindung zwischen dem Deckblech und dem Grundblech auf. Hieran
ist vorteilhaft, dass der Sensor mit einer Steuerung verbunden sein
kann, die frei programmierbar ist. So können Unfallszenarien programmiert
und angepasste Strategien zur Erhöhung des Verformungswiderstands
des Blechbauteils implementiert werden. Es ist zudem möglich, den Verformungswiderstand
des Blechbauteils an solchen Stellen zu ändern, das heißt zu erhöhen oder
zu verringern, die nur wenig verformt sind. Beispielsweise kann
in Bereichen des Blechbauteils, die von einem Aufprallort eines
anderen Fahr zeugs entfernt sind, der Verformungswiderstand verringert
werden, so dass diese sich leichter und damit verstärkt verformen
und so zum Abbau kinetischer Energie beitragen.
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Alternativ
oder additiv weist das Blechbauteil einen Sensor zum Erfassen der
Verformung des Deckblechs und einen Aktuator zum Freigeben einer mechanischen
Verbindung zwischen dem Deckblech und dem Grundblech auf. Hierdurch
wird es möglich, wie
oben beschrieben, den Verformungswiderstand an Stellen zu erniedrigen,
die vom unmittelbaren Ort entfernt sind, an dem ein anderes Fahrzeug
aufgeprallt ist. Dadurch kommt es zu einer gleichmäßigeren
Verformung des Blechbauteils bzw. des gesamten Fahrzeugs, woraus
eine geringere Maximalkraft für
die Fahrzeuginsassen resultiert.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst das Blechbauteil eine Vielzahl von Verbindungselementen,
die in einer räumlich über das Blechbauteil
variierenden Verbindungselementdichte angeordnet sind. So ist es
möglich,
die Verbindungselementdichte an solchen Stellen des Blechbauteils besonders
hoch zu wählen,
bei denen die Gefahr durch ein eindringendes anderes Fahrzeug besonders
hoch ist. An Stellen, an denen die Gefährdung der Insassen durch Eindringen
anderer Fahrzeuge gering ist, kann die Verbindungselementdichte
gering gewählt
und damit Kosten gespart werden.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt
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1 ein
erfindungsgemäßes Blechbauteil mit
festen Verbindungen und Verbindungselementen in einem unverformten
Zustand,
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2 das
Blechbauteil nach 1 in einem gering verformten
Zustand,
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3 das
Blechbauteil nach 1 in einem stärker verformten
Zustand, und
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4 das
Blechbauteil nach 1 in einem sehr stark verformten
Zustand.
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5 zeigt
eine alternative Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Blechbauteils
und die
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6 bis 10 zeigen
weitere Ausführungsformen
erfindungsgemäßer Blechbauteile.
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1 zeigt
ein Blechbauteil 10, das ein Grundblech 12 und
ein Deckblech 14 umfasst. Das Deckblech 14 ist
mit dem Grundblech 12 über
mehrere feste Verbindungen in Form von Metallstegen 16a, 16b verbunden.
Die Metallstege 16a, 16b halten das Deckblech 14 auf
einem definierten Abstand zu dem Grundblech 12.
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Das
Blechbauteil 10 besitzt zwischen Grundblech 12 und
dem Deckblech 14 Verbindungselemente 18a, 18b, 18c,
die ihrerseits jeweils aus einem grundblechseitigen Verbinderteil
und einem deckblechseitigen Verbinderteil gebildet sind. So umfasst das
Verbindungselement 18a ein deckblechseitiges Verbinderteil 20a und
ein grundblechseitiges Verbinderteil 22a. Das Verbindungselement 18b umfasst entsprechend
ein deckblechseitiges Verbinderteilelement 20b und ein
grundblechseitiges Verbinderteilelement 22b und so weiter.
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Im
dem in 1 gezeigten unverformten Zustand berühren die
deckblechseitigen Verbinderteile 20a, 20b, ...
die grundblechseitigen Verbinderteile 22a, 22b,
... nicht, so dass sich das Deckblech 14 zwischen den Metallstegen 16a, 16b in
geringem Umfang bewegen kann.
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2 zeigt
das Blechbauteil 10 aus 1, auf das
eine kleine Kraft F1 eingewirkt hat. Die
Kraft F1 führt zu einer plastischen Verformung
des Deckblechs 14. Die Verformung wird beispielsweise durch die
diejenige auf eine Flächeneinheit
bezogene Energie definiert, die notwendig ist, um die entsprechende Verformung
einzustellen. Die in 2 gezeigte Verformung war so
schwach, dass sich die deckblechseitigen Verbinderteile 20a, 20b,
... zwar relativ zu den grundblechseitigen Verbinderteilen 22a, 22b,
... verschoben haben, sie jedoch nicht miteinander in Eingriffe
gekommen sind.
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3 zeigt
das Blechbauteil 10 nach einer Verformung, die stärker war
als diejenige, die in 2 gezeigt ist. Diese stärkere Verformung
wurde durch eine größere Kraft
F2 hervorgerufen. Aufgrund der Kraft F2 verformte sich sowohl das Deckblech 14 als
auch das Grundblech 12 plastisch, wobei eine Energiemenge
aufgenommen wurde, die größer ist
als diejenige Energiemenge, die von dem Blechbauteil, das in 2 gezeigt
ist, aufgenommen wurde.
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Die
in 3 gezeigte Verformung überschreitet eine vorbestimmte
Verformung und die Verbindungselemente 18a und 18b sind
aufgrund dieser Verformung miteinander in Eingriff gekommen. Bei dem
Verbindungselement 18a ist das dadurch geschehen, dass
das deckblechseitige Verbinderteil 20a einen hakenförmigen Abschnitt 24a aufweist,
der sich an einem dem Deckblech 14 abgewandten Ende befindet.
Dieser hakenförmige
Abschnitt 24a ist mit einem Einhakabschnitt 26a des
grundblechseitigen Verbinderteils 22a in Eingriff gekommen
und erhöht dadurch
den Verformungswiderstand des Blechbauteils 10 gegenüber einer
weiteren Verformung.
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Zusätzlich ist
ein hakenförmiger
Abschnitt 24b des deckblechseitigen Verbinderteils 20b mit
einem doppelhakenförmigen
Abschnitt 28 des grundblechseitigen Verbinderteils 22b in
Eingriff gekommen und erhöht
den Verformungswiderstand des Blechbauteils 10 zusätzlich.
Die Verformung aufgrund der Kraft F2 war
jedoch nicht hinreichend groß, um
auch das Verbindungselement 18c in Eingriff zu bringen.
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4 zeigt
das Blechbauteil 10 nach einer noch stärkeren Verformung als in 3.
Die in 4 gezeigte Verformung wurde durch eine Kraft F3 hervorgerufen und hat zu einer Energieaufnahme
durch das Blechbauteil 10 geführt, die größer war als die in den 2 und 3 gezeigte.
Aufgrund der zusätzlichen
Verformung ist das deckblechseitige Verbinderteil 20b mit
seinem hakenförmigen
Abschnitt 24b in dem doppelhakenförmigen Abschnitt 28 von
einer ersten Rastposition, wie sie in 3 gezeigt
ist, in eine zweite Rastposition in Eingriff gekommen, wie sie in 4 gezeigt
ist.
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Aufgrund
der Verformung des Deckblechs 14 bzw. des Grundblechs 12 sind
zudem das grundblechseitige Verbinderteil 22c und das deckblechseitige
Verbinderteil 20c mit ihren Einhakabschnitten in Eingriff
gekommen und sind nunmehr dadurch mechanisch gekoppelt, dass sie
sich ineinander reversibel verhakt haben. In alternativen Ausführungsformen
sind die Einhakabschnitte ausgebildet, um sich irreversibel ineinander
zu verhaken.
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Bei
einer weiteren Verformung würde
eines der deckblechseitigen Verbinderteile 20a, 20b,
... oder der grundblechseitigen Verbinderteile 22a, 22b, ...
sich plastisch verformen und sich danach von dem Deckblech 14 bzw.
dem Grundblech 14 lösen
und dadurch weitere Verformungsenergie aufnehmen.
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5 zeigt
ein Verbindungselement 18d zwischen dem Deckblech 14 und
dem Grundblech 12, das neben einem deckblechseitigen Verbinderteil 20d und
einem grundblechseitigen Verbinderteil 22d eine Biegefeder 30 aufweist.
Bei einer Verformung von Grundblech 12 und/oder Deckblech 14 wird
auch die Biegefeder 30 verformt und somit verspannt, was die
Steifigkeit der Verbindung zwischen Grundblech 12 und Deckblech 14 quasi
stufenlos verändert.
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6 zeigt
ein Verbindungselement 18e, das aus zwei deckblechseitigen
Verbinderteilen 20e und 20f sowie einem grundblechseitigen
Verbinderteil 22e besteht. Das deckblechseitige Verbinderteil 20e weist
einen an seinem dem Deckblech abgewandten Ende hakenförmigen Abschnitt
auf, der kreisbogenförmig
geformt ist und einen stabförmigen Ansatz
besitzt. Das deckblechseitige Verbinderteil 20f besitzt
einen hakenförmigen
Abschnitt, der eine scharfe Knickkante hat und mit dem es in den
stabförmigen
Ansatz eingreifen kann.
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7 zeigt
eine weitere Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Blechbauteils 10 mit
einem Verbindungselement 18f, das ein grundblechseitiges Verbinderteil 22f mit
einem dreifach hakenförmigen Abschnitt 32 und
ein deckblechseitiges Verbinder teil 20g aufweist, der an
seinem dem Deckblech 14 abgewandten Ende einen Widerhaken
besitzt.
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8 zeigt
eine weitere Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Blechbauteils 10,
bei dem ein deckblechseitiges Verbinderteil 20h zwischen zwei
grundblechseitigen Verbinderteilen 22g und 22h angeordnet
ist und je nach Verformung von Grundblech 12 bzw. Deckblech 14 mit
einem der beiden Verbinderteile 22g, 22h in Eingriff
gelangen kann. Aufgrund der Ausbildung des Verbindungselement 18g des
deckblechseitigen Verbinderteils ist eine Kopplung mit dem grundblechseitigen
Verbinderteil 22g schwächer
ausgeprägt
als mit dem grundblechseitigen Verbinderteil 22h.
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9 zeigt
ein erfindungsgemäßes Blechbauteil,
bei dem das Grundblech 12 mit dem Deckblech 14 durch
eine grundblechseitige Stütze 34 und eine
deckblechseitige Stütze 36 miteinander
gekoppelt sind. Die deckblechseitige Stütze 36 ist mit einem
Bolzen 38 verbunden, der in eine Ausnehmung 40 der
grundblechseitigen Stütze 34 eingreift.
Das kann passiv, also rein verformungsabhängig, erfolgen oder auch aktiv,
also durch einen nicht eingezeichneten Aktor, der mit einem ebenfalls
nicht eingezeichneten Sensor verbunden ist.
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10 zeigt
ein erfindungsgemäßes Blechbauteil,
bei dem ein Verbindungselement 18h über einen Aktor 42,
wie beispielsweise einen Piezoaktor, und ein Festkörpergelenk 44 an
dem Deckblech 14 befestigt ist. Aufgrund einer elektrischen
Ansteuerung des Piezoaktors längt
sich dieser, so dass ein deckblechseitiges Verbinderteil 20i besonders
früh in Eingriff
mit einem grundbleichseitigen Verbinderteil 22i kommt.
Alternativ zu dem Aktor 42 kann auch ein rein passiver
Dämpfer
vorgesehen sein.
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- 10
- Blechbauteil
- 12
- Grundblech
- 14
- Deckblech
- 16a,
b
- feste
Verbindung/Metallsteg
- 18a,
b, c
- Verbindungselement
- 20
- deckblechseitiges
Verbinderteil
- 22
- grundblechseitiges
Verbinderteil
- 24
- hakenförmiger Abschnitt
- 26
- Einhakabschnitt
- 28
- doppelhakenförmiger Abschnitt
- 30
- Biegefeder
- 32
- dreifachhakenförmiger Abschnitt
- 34
- grundblechseitige
Stütze
- 36
- deckseitige
Stütze
- 38
- Bolzen
- 40
- Ausnehmung
- 42
- Aktor
- 44
- Festkörpergelenk
- F1, F2, F3,
- Kraft