DE102007056644A1

DE102007056644A1 - Träger, insbesondere Schweller für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102007056644A1
Application number: DE200710056644
Authority: DE
Inventors: Josip Vlahovic
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2007-11-24
Filing date: 2007-11-24
Publication date: 2009-05-28

Abstract

Träger (1, 1'), insbesondere Schweller für ein Kraftfahrzeug, wobei der Träger als Profil, bestehend aus wenigstens drei in Längsrichtung angeordneten Profilabschnitten (10, 11, 12, 101, 102, 103, 104, 105) mit jeweils unterschiedlicher Wanddicke und/oder unterschiedlicher Steggestaltung, ausgebildet ist und wobei ein mittlerer Profilabschnitt eine höhere Wanddicke bzw. eine ausgeprägtere Steggestaltung aufweist als ein äußerer Profilabschnitt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Träger und insbesondere einen Schweller für ein Kraftfahrzeug. Derartige Schweller befinden sich unterhalb des Türeinstieges, längs auf beiden Seiten des Kraftfahrzeuges zwischen den Radkästen vorne und hinten. Bei modernen, selbsttragenden Kraftfahrzeug-Karosserien ist der Schweller üblicherweise als Profil ausgebildet, d. h. als Hohlquerschnitt. Schweller bzw. Schwellerprofil sind dabei wesentlich für die Lasteinleitung im Crashfall sowie zur Aufnahme von Torsionskräften beim Fahrbetrieb des Kraftfahrzeuges. Hierfür eine entsprechende Steifigkeit notwendig, die durch einen ausreichenden Profilquerschnitt und/oder eine entsprechende Gestaltung von Stegen zur Verstärkung des Profils erzielt wird. Problematisch ist jedoch die hieraus resultierende Gewichtszunahme des Schwellers.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Biegesteifigkeit eines Trägers bzw. Schwellers bei nur geringer Gewichtszunahme zu erhöhen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist der Träger bzw. Schweller als Profil ausgebildet, bestehend aus wenigstens drei in Längsrichtung angeordneten Profilabschnitten mit jeweils unterschiedlicher Wanddicke und/oder unterschiedlicher Steggestaltung, wobei ein mittlerer Profilabschnitt eine höhere Wanddicke bzw. eine ausgeprägtere Steggestaltung aufweist als ein äußerer Profilabschnitt. Damit wird der Querschnitt des Schwellers bzw. des Schwellerprofils in Längsrichtung der idealen Balkenform angenähert. Die Wanddicke bzw. die Existenz und Ausgestaltung von Stegen eines mittleren Profilabschnitts wird dabei den Belastungen des Schwellers entsprechend gewählt. Denn durch die in Längsrichtung des Schwellers variable Wanddicke bzw. die entsprechende Steggestaltung wird ein Schweller geschaffen, der in seinem mittleren Bereich eine höhere Steifigkeit aufweist als in seinen Endbereichen. Damit wird die Biegesteifigkeit entlang des Schwellers sowie die Beulstabilität in der Mitte des Schwellers bei nur geringer Gewichtszunahme erhöht. Natürlich können zur weiteren Optimierung die äußeren Profilabschnitte auch eine unterschiedliche Steifigkeit, z. B. unterschiedliche Wanddicken, aufweisen. Zudem kann der Schweller auch mehr als drei Profilabschnitte aufweisen, wobei dann wenigstens ein weiter in der Mitte des Schwellers liegender Profilabschnitt eine höhere Wanddicke bzw. eine ausgeprägtere Steggestaltung aufweist als ein weiter außen liegender Profilabschnitt, der eine niedrigere Wanddicke, eine weniger ausgeprägte Steggestaltung bzw. gar keinen Steg aufweist.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Schweller gesteckte Profilabschnitte auf, wobei zwischen zwei jeweils benachbarten Profilabschnitten ein kleiner Überlappungsbereich vorgesehen ist. Eine derartige Lösung erfordert zwar die Beachtung entsprechender Toleranzen bei den Profilabschnitten, ermöglicht jedoch eine problemlose Herstellung eines entsprechenden Schwellers durch Verschweißen nach dem Ineinanderstecken der einzelnen Profilabschnitte.
In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform weist der Schweller stumpf geschweißte Profilabschnitte auf. Durch genaue Passung und damit eine relativ aufwendige Verarbeitung wird die Herstellung eines entsprechenden Schwellers bei minimalem Materialeinsatz ermöglicht.
Bevorzugt finden als Profilabschnitte nahtlose oder geschweißte Strangpressprofile, insbesondere Aluminium- oder Magnesiumstrangpressprofile, Verwendung. Derartige Strangpressprofile werden häufig im Karosserierohbau eingesetzt und sind damit in der Verarbeitung gut beherrschbar.
Alternativ oder zusätzlich werden als Profilabschnitte in Längsrichtung stumpf oder mit Überlappung geschweißte Profile oder Blechschalen eingesetzt. Damit wird die vorgeschlagene Erfindung universell verwendbar, z. B. bei einem Karosserierohbau mit Blechbauteilen.
Mit Vorteil wird vorgeschlagen, dass die Profilabschnitte des Schwellers wenigstens einen Flansch aufweisen. Ein derartiger Flansch ermöglicht eine einfache Integration eines entsprechenden Schwellers. Besonders bevorzugt ist der Flansch derart gestaltet, dass die Flanschhöhe über die Längsrichtung des Schwellers gesehen gleich hoch ist, d. h. das die Oberfläche am Flansch eben ist.
Zum Verschweißen der Profilabschnitte können MIG-, Laser- oder Reibrührschweißen eingesetzt werden. Damit ist ein kontinuierliches bzw. abschnittsweises Verschweißen der einzelnen Profilabschnitte miteinander möglich und so ein stabiler Schweller darstellbar.
Die Erfindung wird nun anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Dabei zeigen:
1 schematisch eine erste, bevorzugte Ausführungsform der Erfindung;
1a ein Detailausschnitt der ersten Ausführungsform;
2 schematisch eine zweite, bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.
In 1 ist ein Schweller 1 eines Kraftfahrzeuges schematisch dargestellt. Der Schweller umfasst in Längsrichtung drei Strangpressprofile 10, 11, 12. Die drei Strangpressprofile 10, 11, 12 weisen dabei eine unterschiedliche Steifigkeit auf. So hat das Strangpressprofil 11 einen größeren Querschnitt bzw. eine höhere Wanddicke als das Strangpressprofil 10, wie in 1a erkennbar. Zudem können die drei Strangpressprofile 10, 11, 12 zur weiteren Erhöhung ihrer Biegesteifigkeit noch Verstärkungsstege enthalten. Zur weiteren Steifigkeitserhöhung kann das Strangpressprofil 11 noch mit Kunststoff- oder Aluminiumschaum ausgeschäumt sein. Die Strangpressprofile 10 und 12 haben also eine niedrigere Steifigkeit als das Strangpressprofil 11, wobei die Steifigkeit der Strangpressprofile 10, 12 auch unterschiedlich voneinander sein kann. Weiterhin weist der Schweller 1 zwei Flansche auf. Diese werden jeweils gebildet durch die Flansche der einzelnen Strangpressprofile 10, 11, 12. Dabei ist ein oberer Flansch des Schwellers 1 vorgesehen, gebildet aus den Flanschen 10a, 11a, 12a. Sodann ist ein unterer Flansch vorgesehen, gebildet aus den Flanschen 10b, 11b, 12b. Wie in 1a erkennbar, ist die Flanschhöhe über die Längserstreckung des Schwellers gleich und somit das Ende des Flanschs an der Oberfläche eben. Da jedoch die Wanddicken der einzelnen Strangpressprofile unterschiedlich sind, ist dies nur dadurch möglich dass die Flanschhöhen der einzelnen Strangpressprofile ebenfalls unterschiedlich hoch sind. Wie in 1a erkennbar, ist der Flansch 11a niedriger als der Flansch 10a, da die Wanddicke des Strangpressprofils 11 größer ist als die Wanddicke des Strangpressprofils 10.
Die Verbindung der Strangpressprofile 10, 11, 12 erfolgt dadurch, dass diese ineinander gesteckt werden und sodann miteinander verschweißt werden. Wie in 1a erkennbar, weisen dazu zwei jeweils benachbarte Strangpressprofile einen Überlappungsbereich 20 auf. Dieser Überlappungsbereich ist dabei, relativ zur Länge des Schwellers 1, klein. Wie in 1a erkennbar, wird der Überlappungsbereich 20 zwischen den Strangpressprofilen 10 und 11 durch eine entsprechende Gestaltung des Strangpressprofils 10 gebildet. Nach dem ineinander stecken der einzelnen Strangpressprofile erfolgt ein Verschweißen. So ist zur Verbindung der Strangpressprofile 10 und 11 ein Schweißbereich 21 vorgesehen.
Zusammenfassend weist der aus den drei miteinander verschweißten Strangpressprofilen 10, 11, 12 gebildete Schweller 1, zur Erhöhung der Biegesteifigkeit des Schwellers und der Beulstabilität in der Mitte des Schwellers, ein mittleres Strangpressprofil 11 mit einer höheren Wanddicke und/oder einer ausgeprägteren Steggestaltung als die benachbarten Strangpressprofile 10, 12 auf. Ein Steg kann dabei vertikal und/oder horizontal im Schweller angeordnet sein, abhängig von der gewünschten Biegesteifigkeit. So ergibt eine vertikale Anordnung eine erhöhte Biegesteifigkeit in vertikaler Richtung, um z. B. einen Schweller für höhere Beladung zu schaffen. Eine horizontale Anordnung ergibt eine erhöhte Biegesteifigkeit in horizontaler Richtung, um z. B. einen Schweller mit einem günstigen Verhalten bei einem Pfahlcrash zu schaffen.
2 zeigt beispielhaft eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Hierbei ist ein Schweller 1' eines Kraftfahrzeuges vorgesehen, der aus fünf Profilabschnitten 101, 102, 103, 104, 105 besteht. Diese Profilabschnitte weisen dabei unterschiedliche Wandstärken auf, wie in 2 erkennbar. Dabei hat der mittlere der fünf Profilabschnitte, der Profilabschnitt 103, die größte Biegesteifigkeit, da die dem Profilabschnitt 103 benachbarten Profilabschnitte 102 und 104 einen jeweils geringeren Querschnitt bzw. eine geringere Wandstärke als der Profilabschnitt 103 aufweisen. Die äußeren Profilabschnitte 101 und 105 haben wiederum einen geringeren Querschnitt bzw. Wandstärke als die Profilabschnitte 102 und 104. Somit weist der Schweller 1' eine in Längsrichtung variable Biegesteifigkeit auf, die abgestuft durch die Wanddicke der einzelnen Profilabschnitte 101, 102, 103, 104, 105 dargestellt werden. Somit ergibt sich eine optimierte Biegesteifigkeit bei vertretbarer Gewichtszunahme des Schwellers 1'.
Sodann weist der Schweller 1' einen einzelnen Flansch auf. Dieser Flansch wird gebildet durch die jeweiligen Flansche 101a, 102a, 103a, 104a, 105a der einzelnen Profilabschnitte 101, 102, 103, 104, 105. Dabei ist die Flanschhöhe des Schwellers über die gesamte Schwellerlänge konstant. Dies wird wiederum erreicht durch eine unterschiedliche Flanschhöhe der einzelnen Profilabschnitte.
In diesem Beispiel sind die einzelnen Profilabschnitte 101, 102, 103, 104, 105 durch Stumpfschweißen miteinander verbunden. Die genaue Einpassung der einzelnen Profilabschnitte ergibt sich über den jeweils gemeinsamen Bereich des Querschnitts zweier benachbarter Profilabschnitte. So wird beispielsweise zwischen den Profilabschnitten 101 und 102 der gemeinsame Bereich durch die Wanddicke des Profilabschnittes 101 gebildet.

Claims

Träger (1, 1'), insbesondere Schweller für ein Kraftfahrzeug, ausgebildet als Profil bestehend aus wenigstens drei in Längsrichtung angeordneten Profilabschnitten (10, 11, 12, 101, 102, 103, 104, 105) mit jeweils unterschiedlicher Wanddicke und/oder unterschiedlicher Steggestaltung, wobei ein mittlerer Profilabschnitt eine höhere Wanddicke bzw. eine ausgeprägtere Steggestaltung aufweist als ein äußerer Profilabschnitt.
Träger nach Anspruch 1, wobei der Träger gesteckte Profilabschnitte aufweist, mit einem kleinen Überlappbereich (20) zweier jeweils benachbarter Profilabschnitte.
Träger nach Anspruch 1, wobei der Träger stumpf geschweißte Profilabschnitte aufweist.
Träger nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, wobei als Profilabschnitte Strangpressprofile, insbesondere nahtlose oder geschweißte Aluminium- oder Magnesiumstrangpressprofile, vorgesehen sind.
Träger nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, wobei als Profilabschnitte in Längsrichtung stumpf geschweißte Profile vorgesehen sind.
Träger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Profilabschnitte wenigstens einen Flansch aufweisen.
Träger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Träger einen mittleren Profilabschnitt mit einer Wanddicke zwischen etwa 3 und 5 mm und zwei jeweils äußere Profilabschnitte mit einer Wanddicke von jeweils etwa 2 mm aufweist.
Kraftfahrzeug mit einem Schweller nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Verfahren zur Herstellung eines Schwellers, umfassend die Schritte: – Bereitstellung eines ersten Profilabschnittes, – Vorsehen jeweils wenigstens eines weiteren Profilabschnittes an einem jeweiligen offenen Ende des ersten Profilabschnittes, wobei der erste Profilabschnitt eine höhere Wanddicke bzw. eine ausgeprägtere Steggestaltung aufweist als einer der weiteren Profilabschnitte – Kontinuierliches und/oder abschnittsweises Verschweißen der einzelnen Profilabschnitte miteinander.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Profilabschnitte miteinander MIG-, laser- oder reibrührverschweißt werden.