DE102007061198B3

DE102007061198B3 - Kraftfahrzeugbauteil in Form eines Torsionsprofils und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE102007061198B3
Application number: DE200710061198
Authority: DE
Inventors: Rudi Töws; Armin Dr. Zuber; Georgios Dr. Leontaris
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2007-12-17
Filing date: 2007-12-17
Publication date: 2009-01-08
Anticipated expiration: 2027-12-18
Also published as: IT1391684B1; FR2924956B1; FR2924956A1; ITRM20080582A1

Abstract

Das Torsionsprofil (1) weist zylindrische Endabschnitte (2) und einen doppellagigen U-förmigen mittleren Längenabschnitt (3) auf. Zwischen den Endabschnitten (2) und dem mittleren Längenabschnitt (3) sind Übergangsabschnitte (4) vorgesehen, in denen der kreisringförmige Querschnitt der Endabschnitte (2) in den U-förmigen Querschnitt des mittleren Längenabschnitts (3) wechselt. Die Wanddicken des Torsionsprofils (1) in den Übergangsabschnitten (4) sind zumindest bereichsweise größer als in den restlichen Längenabschnitten (2, 3) bemessen, was durch eine entsprechende walzende Verformung einer flachen Platine in Längs- oder Querrichtung mit anschließendem Biegen der gewalzten Platine zu einem Schlitzrohr und rinnenartiger Verformung des geschweißten Schlitzrohrs erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft einerseits ein Kraftfahrzeugbauteil in Form eines Torsionsprofils gemäß den Merkmalen in den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 3 und andererseits ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeugbauteils in Form eines Torsionsprofils gemäß den Merkmalen in den Oberbegriffen der Ansprüche 5 und 6.
Ein solches Torsionsprofil ist in der DE 196 53 959 C1 beschrieben und weist zwei torsionssteife zylindrische Endabschnitte und einen torsionsweichen doppellagigen U-förmigen mittleren Längenabschnitt auf, wobei zwischen den Endabschnitten und dem mittleren Längenabschnitt Übergangsabschnitte vorgesehen sind, in denen der kreisringförmige Querschnitt der Endabschnitte kontinuierlich in den U-förmigen Querschnitt des mittleren Längenabschnitts wechselt.
Bei dem in Rede stehenden Torsionsprofil haben interne Lebensdauertests gezeigt, dass die typischen Versagensstellen in den Übergangsabschnitten von den torsionssteifen zylindrischen Endabschnitten auf den torsionsweichen doppellagigen U-förmigen mittleren Längenabschnitt liegen. Grund hierfür ist der Sachverhalt, dass die Praxis bestrebt ist, die Gewichte der Torsionsprofile zu minimieren, wobei dann zwangsläufig die bekannten Torsionsprofile in allen Abschnitten eine konstante Wanddicke aufweisen. Mithin ist die Praxis in der Spannungsoptimierung bei Torsion und Biegung bislang stark eingeschränkt und es sind die Übergangsabschnitte am stärksten lebensdauergefährdet.
Der Erfindung liegt – ausgehend vom Stand der Technik – die Aufgabe zu Grunde, einerseits ein Kraftfahrzeugbauteil in Form eines Torsionsprofils und andererseits ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Torsionsprofils zu schaffen, bei welchem durch Maßnahmen in den spannungskritischen Bereichen die Lebensdauer eines Torsionsprofils deutlich erhöht werden kann.
Was zunächst den gegenständlichen Teil der Aufgabe anlangt, so besteht eine Lösung in den Merkmalen des Anspruchs 1.
Danach werden die Wanddicken des Torsionsprofils in seinen Endabschnitten und in seinem mittleren Längenabschnitt kleiner als die Wanddicken in den Übergangsabschnitten bemessen. Auf Grund dieser Wanddickenverteilungen kann im Torsionsprofil ein günstigerer Spannungszustand mit dem Ergebnis einer deutlichen Lebensdauersteigerung erreicht werden. Darüber hinaus ist es möglich, eine merkliche Kostenreduzierung zu erzielen, da der bislang zur Erhöhung der Lebensdauer eines Torsionsprofils, insbesondere in den Übergangsabschnitten, angewendete Kugelstrahlprozess entfallen kann.
Es ist nach den Merkmalen des Anspruchs 2 von besonderem Vorteil, dass die Wanddicke des Torsionsprofils in seinen Übergangsabschnitten etwa 10% bis 30% größer als die Wanddicken in den Endabschnitten bzw. im mittleren Längenabschnitt bemessen ist.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform eines Torsionsprofils erstrecken sich die verdickten Wandbereiche zwar über den gesamten Umfang der Übergangsabschnitte und nicht nur in den rinnenartigen Verformungsbereichen, indessen wird mit dieser Maßnahme eine deutliche Verbesserung der Lebensdauer erzielt, so dass die geringfügig höhere Materialmenge in den Übergangsabschnitten vernächlassigt werden kann.
Eine weitere Lösung des gegenständlichen Teils der Aufgabe sieht die Erfindung in den Merkmalen des Anspruchs 3.
Dementsprechend sind die Wanddicken des Torsionsprofils im Umfangsbereich mit den Verformungen in den Übergangsabschnitten und im mittleren Längenabschnitt größer als die Wanddicke in dem restlichen Umfangsbereich bemessen.
Diese Ausbildung eines Torsionsprofils sieht mithin über seine gesamte Länge in dem Umfangsbereich mit den Verformungen eine Vergrößerung der Wanddicke vor. Der hiermit verbundene zusätzliche Materialaufwand kann jedoch im Vergleich zur Erzielung eines günstigeren Spannungszustands in den Übergangsabschnitten, und zwar dort insbesondere im Bereich der seitlichen ohrenartigen Falzungen sowie im eingezogenen Mittelteil, vernachlässigt werden.
Auch bei dieser Ausführungsform eines Kraftfahrzeugbauteils in Form eines Torsionsprofils ist die Wanddicke des Torsionsprofils im Umfangsbereich mit den Verformungen etwa 10% bis 30% größer als die Wanddicke in dem restlichen Umfangsbereich bemessen (Anspruch 4).
In Bezug auf den verfahrensmäßigen Teil der Aufgabe wird eine erste Lösung in den Merkmalen des Anspruchs 5 gesehen.
Entsprechend diesem Vorschlag wird zunächst eine rechteckige Platine aus Stahl mit gleichmäßiger Dicke mittels Walzen von einer Schmalseite ausgehend in Längsrichtung in ihren Endbereichen und im mittleren Längenbereich in der Dicke reduziert. Hierdurch werden in den Bereichen der späteren Übergangsabschnitte des Torsionsprofils zwischen den rohrförmigen Endabschnitten und dem mittleren Längenabschnitt größere Dicken gebildet. Die auf diese Weise im Vergleich zu der Basisdicke der gewalzten Platine entstehenden, über die gesamte Breite der Platine verlaufenden Erhöhungen können auf einer Seite oder auf beiden Seiten der Platine vorgesehen sein.
Die derart konturierte Platine wird anschließend in ein Schlitzrohr mit einer Annäherung der Längsseiten gebogen. Die Längsseiten werden dann miteinander verschweißt. Es entsteht ein geschlossenes Rohr mit über seine Länge abschnittsweise unterschiedlichen Wanddicken.
Im Anschluss daran werden mittels eines in der die Längsachse des Rohrs schneidenden Ebene auf das Rohr abgesenkten, U-förmig konturierten Schwerts der mittlere Längenabschnitt sowie die sich beiderseits daran anschließenden Übergangsabschnitte des Torsionsprofils rinnenartig geformt.
Die in der Wanddicke vergrößerten Bereiche befinden sich dann in den Übergangsabschnitten, so dass hierdurch ein deutlich günstigerer Spannungszustand mit Erhöhung der Lebensdauer des Torsionsprofils erreicht wird.
Das vorstehend beschriebene Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung eines Kraftfahrzeugbauteils gemäß den Merkmalen der Ansprüche 1 und 2.
Eine weitere Lösung des verfahrensmäßigen Teils der Aufgabe besteht in den Merkmalen des Anspruchs 6.
Entsprechend diesem Verfahren wird eine rechteckige Platine aus Stahl gleicher Dicke mittels Walzen von einer Längsseite ausgehend in Querrichtung in zwei parallel zu den beiden Längsseiten erstreckende Randstreifen mit im Vergleich zu der Dicke eines zwischen den beiden Randstreifen verlaufenden Mittelstreifens geringeren Dicken verformt. Demzufolge erstreckt sich der in der Dicke vergrößerte Bereich zwar über die gesamte Länge des späteren Torsionsprofils, jedoch nur in dem Umfangsbereich, in dem letztlich die rinnenartige Verformung zur Bildung des U-förmigen mitleren Längenabschnitts sowie der sich beiderseits anschließenden Übergangsabschnitte vorgenommen wird. Die im Vergleich zu den dünneren Randstreifen sich im Mittelstreifen ergebenden Erhöhungen können auf einer Seite oder auf beiden Seiten der gewalzten Platine liegen.
Nach dem Walzen wird die konturierte Platine unter Annäherung der Längsseiten in ein Schlitzrohr gebogen und dieses längsgeschweißt.
Das längsgeschweißte Rohr wird im Anschluss daran mittels eines in der die Längsachse des Rohrs schneidenden Ebene auf das Rohr abgesenkten U-förmig konturierten Schwerts im mittleren Längenabschnitt sowie in den sich beiderseits anschließenden Übergangsabschnitten zur Bildung des Torsionsprofils rinnenartig geformt.
Das vorstehend erläuterte Verfahren eignet sich vorzugsweise zur Herstellung eines Kraftfahrzeugbauteils gemäß den Ansprüchen 4 und 5.
Auf Grund der Merkmale des Anspruchs 7, wonach bei der walzenden Bearbeitung der Platine eine Längsmulde in den Mittelstreifen mit der größeren Wanddicke eingeformt wird, erhalten die seitlichen ohrenartigen Falzungen in den Übergangsabschnitten größere Wanddicken. Aber auch die in den Übergangsabschnitten nach innen gedrückten Falzungen besitzen eine größere Wanddicke als die restlichen zylindrisch gekrümmten Umfangsbereiche.
Im Hinblick auf die mittels eines Schwerts vorgenommene rinnenartige Verformung des längsgeschweißten Schlitzrohrs erweist es sich nach Anspruch 8 als besonders vorteilhaft, dass die Platine mit nach einer Breitseite vorstehenden Erhöhungen gewalzt wird und beim Biegen der gewalzten Platine zu einem Schlitzrohr die Erhöhungen nach innen gerichtet sind.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 in schematischer Perspektive ein Kraftfahrzeugbauteil in Form eines Torsionsprofils;
2 in der Perspektive eine Situation zu Beginn einer walzenden Verformung einer Platine;
3 in vergrößertem Maßstab eine Seitenansicht der Platine nach der walzenden Verformung in Richtung des Pfeils III der 2 gesehen;
4 einen Querschnitt durch ein aus der Platine gemäß den 2 und 3 gebogenes Schlitzrohr im Bereich eines Endabschnitts eines späteren Torsionsprofils, etwa entlang der Linie IV-IV der 1 in Richtung der Pfeile IVa gesehen;
5 in der Perspektive eine Situation vor der walzenden Verformung einer Platine gemäß einer weiteren Ausführungsform;
6 in vergrößertem Maßstab eine Stirnansicht auf eine gewalzte Platine in Richtung des Pfeils VI der 5 gesehen und
7 einen Querschnitt durch ein aus einer Platine gemäß den 4 und 5 gebogenes Schlitzrohr im Bereich eines Endabschnitts eines späteren Torsionsprofils, etwa entlang der Linie IV-IV der 1 in Richtung der Pfeile IVa gesehen.
Aus der 1 ist in der Perspektive ein Kraftfahrzeugbauteil in Form eines Torsionsprofils 1 ersichtlich. Das Torsionsprofil 1 weist torsionssteife zylindrische Endabschnitte 2 und einen torsionsweichen doppellagigen U-förmigen mittleren Längenabschnitt 3 auf. Zwischen den Endabschnitten 2 und dem mittleren Längenabschnitt 3 sind Übergangsabschnitte 4 vorgesehen, in denen der kreisringförmige Querschnitt der Endabschnitte 2 kontinuierlich in den U-förmigen Querschnitt des mittleren Längenabschnitts 3 wechselt.
Zur Herstellung einer ersten Ausführungsform des Torsionsprofils 1 gemäß 1 wird zunächst entsprechend 2 eine rechteckige Platine 5 aus Stahl verwendet, die über ihre gesamte Erstreckung eine gleichmäßig Dicke D aufweist. Mit Hilfe von gegenüberliegenden Walzen 6, 7 wird die Dicke D der Platine 5 von einer Schmalseite 8 ausgehend in Längsrichtung LR in ihren Endbereichen 9 und im mittleren Längenbereich 10 um etwa 10% bis 30% reduziert. Hierdurch entstehen gemäß der 3 auf einer Breitseite 11 der gewalzten Platine 12 Erhöhungen 13, welche sich über die gesamte Breite B der gewalzten Platine 12 erstrecken. Ihre Breite B1 entspricht dann der Länge der letztlich zu formenden Übergangsabschnitte 4 des Torsionsprofils 1 der 1.
Die gewalzte Platine 12 wird dann zu einem Schlitzrohr 14 geformt (4), wobei die Längsseiten 15 sich kontaktieren und die Erhöhungen 13 nach innen gerichtet sind. Nach dem Biegen des Schlitzrohrs 14 wird es entlang der Längsseiten 15 geschweißt, so dass ein umfangsseitig geschlossenes Rohr entsteht.
Das geschweißte Rohr wird anschließend mittels eines nicht näher veranschaulichten U-förmig konturierten Schwerts in einer die Längsachse 16 des geschweißten Rohrs schneidenden Ebene E-E (beispielsweise anhand der 4 dargestellt) auf das Rohr abgesenkt und hierbei der mittlere Längenabschnitt 3 sowie die sich beiderseits anschließenden Übergangsabschnitte 4 des Torsionsprofils 1 gemäß 1 rinnenartig geformt.
Auf Grund der Erhöhungen 13 sind dann in den Übergangsabschnitten 4 über den gesamten Umfang die Wanddicken WD größer als die Wanddicken WD1 in den Endabschnitten 2 und im mittleren Längenabschnitt 3 des Torsionsprofils 1 bemessen.
Eine weitere Ausführungsform zur Herstellung des Torsionsprofils 1 der 1 besteht darin, dass gemäß 5 zunächst eine rechteckige Platine 5 aus Stahl gleicher Dicke D mittels zwei sich gegenüberliegender Walzen 17, 18 bereichsweise verformt wird. Diese Walzen 17, 18 werden dabei von einer Längsseite 19 der Platine 5 ausgehend in Querrichtung QR verlagert, wodurch gemäß 6 eine Platine 22 mit zwei sich parallel zu den beiden Längsseiten 19 erstreckenden Randstreifen 20 mit im Vergleich zu der Dicke D1 eines zwischen den beiden Randstreifen 20 verlaufenden Mittelstreifens 21 geringeren Dicken D2 erzeugt werden. Außerdem wird bei der walzenden Bearbeitung der Platine 5 eine Längsmulde 23 in den Mittelstreifen 21 mit der größeren Dicke D1 eingeformt.
Dieser in der Dicke D1 größere Mittelstreifen 21 erstreckt sich über die gesamte Länge L der gewalzten Platine 22, allerdings gemäß 7 nur in dem Umfangsbereich 24 des späteren Torsionsprofils 1, in welchem die rinnenartigen Verformungen 25 der Übergangsabschnitte 4 und des mittleren Längenabschnitts 3 liegen. Der restliche Umfangsbereich 26 des Torsionsprofils 1 hat eine Wanddicke gemäß der Dicke D2 der gewalzten Platine 22 (6).
Im Anschluss daran wird die gewalzte Platine 22 zu einem Schlitzrohr 27 gebogen, wobei sich die Längsseiten 19 kontaktieren. Hierbei ist die Erhöhung 28 im Mittelstreifen 21 nach innen gerichtet.
Zur Erzeugung des Torsionsprofils 1 gemäß 1 werden dann wie bei dem Verfahren gemäß den 2 bis 4 ein nicht näher dargestelltes U-förmig konturiertes Schwert auf das geschweißte Rohr abgesenkt und danach die Übergangsabschnitte 4 sowie der mittlere Längenabschnitt 3 rinnenartig verformt.

1: Torsionsprofil
2: Endabschnitte v. 1
3: mittlerer Längenabschnitt v. 1
4: Übergangsabschnitte v. 1
5: Platine
6: Walze
7: Walze
8: Schmalseite v. 5
9: Endbereiche v. 5
10: mittlerer Längenbereich v. 5
11: Breitseite v. 12
12: gewalzte Platine
13: Erhöhungen an 12
14: Schlitzrohr
15: Längsseiten v. 12
16: Längsachse v. 14
17: Walze
18: Walze
19: Längsseite v. 5
20: Randstreifen v. 22
21: Mittelstreifen v. 22
22: Platine
23: Längsmulde in 21
24: Umfangsbereich v. 1
25: Verformungen v. 1
26: Umfangsbereich v. 1
27: Schlitzrohr
28: Erhöhungen in 21
B: Breite v. 12
B1: Breite v. 13
D: Dicke v. 5
D1: Dicke v. 21
D2: Dicke v. 20
E-E: Ebene durch 16
L: Länge v. 22
LR: Längsrichtung
QR: Querrichtung
WD: Wanddicke v. 4
WD1: Wanddicke v. 2 u. 3

Claims

Kraftfahrzeugbauteil in Form eines Torsionsprofils (1), das torsionssteife zylindrische Endabschnitte (2) und einen torsionsweichen doppellagigen U-förmigen mittleren Längenabschnitt (3) aufweist, wobei zwischen den Endabschnitten (2) und dem mittleren Längenabschnitt (3) Übergangsabschnitte (4) vorgesehen sind, in denen der kreisringförmige Querschnitt der Endabschnitte (2) in den U-förmigen Querschnitt des mittleren Längenabschnitts (3) wechselt, dadurch gekennzeichnet, dass die Wanddicken (WD1) des Torsionsprofils (1) in seinen Endabschnitten (2) und in seinem mittleren Längenabschnitt (3) kleiner als die Wanddicken (WD) in den Übergangsabschnitten (4) bemessen ist.
Kraftfahrzeugbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wanddicken (WD) des Torsionsprofils (1) in seinen Übergangsabschnitten (4) etwa 10% bis 30% größer als die Wanddicken (WD1) in den Endabschnitten (2) beziehungsweise im mittleren Längenabschnitt (3) bemessen sind.
Kraftfahrzeugbauteil in Form eines Torsionsprofils (1), das torsionssteife zylindrische Endabschnitte (2) und einen torsionsweichen doppellagigen U-förmigen mittleren Längenabschnitt (3) aufweist, wobei zwischen den Endabschnitten (2) und dem mittleren Längenabschnitt (3) Übergangsabschnitte (4) vorgesehen sind, in denen der kreisringförmige Querschnitt der Endabschnitte (2) in den U-förmigen Querschnitt des mittleren Längenabschnitts (3) wechselt, dadurch gekennzeichnet, dass die Wanddicke (D1) des Torsionsprofils (1) im Umfangsbereich (24) mit den Verformungen (25) in den Übergangsabschnitten (4) und im mittleren Längenabschnitt (3) größer als die Wanddicke (D2) in dem restlichen Umfangsbereich (26) bemessen ist.
Kraftfahrzeugbauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wanddicke (D1) des Torsionsprofils (1) im Umfangsbereich (24) mit den Verformungen (25) etwa 10% bis 30% größer als die Wanddicke (D2) in dem restlichen Umfangsbereich (26) bemessen ist.
Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeugbauteils in Form eines Torsionsprofils (1), das torsionssteife zylindrische Endabschnitte (2), einen torsionsweichen U-förmigen mittleren Längenabschnitt (3) und zwischen den Endabschnitten (2) und dem mittleren Längenabschnitt (3) vom kreisringförmigen Querschnitt der Endabschnitte (2) in den U-förmigen Querschnitt des mittleren Längenabschnitts (3) wechselnde Übergangsabschnitte (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine rechteckige Platine (5) aus Stahl mittels Walzen (6, 7) von einer Schmalseite (8) ausgehend in Längsrichtung (LR) in ihren Endbereichen (9) und im mittleren Längenbereich (10) in der Dicke (D) reduziert wird, worauf die derart konturierte Platine (12) in ein Schlitzrohr (14) gebogen und dieses längsgeschweißt wird, und dass anschließend mittels eines in der die Längsachse (16) des geschweißten Rohrs schneidenden Ebene (E-E) auf das Rohr abgesenkten U-förmig konturierten Schwerts der mittlere Längenabschnitt (3) sowie die sich beiderseits anschließenden Übergangsabschnitte (4) des Torsionsprofils (1) rinnenartig geformt werden.
Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeugbauteils in Form eines Torsionsprofils (1), das torsionssteife zylindrische Endabschnitte (2), einen torsionsweichen U-förmigen mittleren Längenabschnitt (3) und zwischen den Endabschnitten (2) und dem mittleren Längenabschnitt (3) vom kreisringförmigen Querschnitt der Endabschnitte (2) in den U-förmigen Querschnitt des mittleren Längenabschnitts (3) wechselnde Übergangsabschnitte (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine rechteckige Platine (5) aus Stahl gleicher Dicke (D) mittels Walzen (17, 18) von einer Längsseite (19) ausgehend in Querrichtung (QR) in zwei sich parallel zu den beiden Längsseiten (19) erstreckende Randstreifen (20) mit im Vergleich zu der Dicke (D1) eines zwischen den beiden Randstreifen (20) verlaufenden Mittelstreifens (21) geringeren Dicken (D2) verformt wird, worauf die derart konturierte Platine (22) in ein Schlitzrohr (27) gebogen und dieses längsgeschweißt wird, und dass anschließend mittels eines in der die Längsachse (16) des geschweißten Rohrs schneidenden Ebene (E-E) auf das Rohr abgesenkten U-förmig konturierten Schwerts der mittlere Längenabschnitt (3) sowie die sich beiderseits anschließenden Übergangsabschnitte (4) des Torsionsprofils (1) rinnenartig geformt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei der walzenden Bearbeitung der Platine (5) eine Längsmulde (23) in den Mittelstreifen (21) mit der größeren Dicke (D1) eingeformt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (5) mit nach einer Breitseite (11) vorstehenden Erhöhungen (13, 28) gewalzt wird und beim Biegen der gewalzten Platine (12, 22) zu einem Schlitzrohr (14, 27) die Erhöhungen (13, 28) nach innen gerichtet sind.