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Die Erfindung betrifft einen Cockpitquerträger für einen Kraftwagen nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, sowie ein Verfahren zum Anbinden eines Cockpitquerträgers in ein kraftwagenkarosserieseitiges Bauteil.
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Solche Cockpitquerträger sind dem Stand der Technik als allgemein bekannt zu entnehmen. Die Anbindung von Cockpitquerträgern an den Karosserierahmen, insbesondere an A-Säule oder Kotflügelbank des Kraftwagens, erfolgt in der Regel durch Verschweißen des Cockpitquerträgers mit einem kraftwagenkarosserieseitigen Bauteil unter Zuhilfenahme eines Zusatzblechs. Dieses ist oftmals als Flanschblech am Cockpitquerträger ausgebildet. Anstelle von Zusatzblechen können auch Montagekonsolen verwendet werden. Durch den Wärmeeintrag beim Schweißen und die unvermeidliche Schweißnahtschrumpfung kommt es bei einer derartigen Bauweise jedoch zu Verzügen, welche es nicht immer gestatten, die optimalen Toleranzen zu erreichen. Weiterhin erhöhen die verwendeten Zusatzbleche die Gesamtzahl der Bauteile der Kraftwagenkarosserie und erschweren daher eine Leichtbauweise. Weiterhin kann bei einem Seitencrash die Kraft vom Karosserierahmen nicht direkt in den Cockpitquerträger eingeleitet werden, sondern fließt über die genannten Montagebleche oder Montagekonsolen, welche Schwachpunkte im Kraftfluss bei einem Unfall darstellen und daher besonders versagensgefährdet sind.
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Aus der
DE 10 2004 026 876 A1 ist eine Befestigungsanordnung für einen Querträger in einem Fahrzeug bekannt, insbesondere den Querträger im Bereich des Armaturenbrettes, der als Modulträger dient und mit der Karosserie im Bereich der A-Säule verschraubt ist.
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Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Cockpitquerträger nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 so weiter zu entwickeln, dass eine vereinfachte Anbindung an kraftwagenkarosserieseitige Bauteile ermöglicht wird, der Kraftfluss im Falle eines Seitenaufpralls verbessert wird und Gewicht eingespart wird. Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Anbinden eines solchen Cockpitquerträgers bereitzustellen, welches eine toleranzarme und prozesssichere Anbindung des Cockpitquerträgers an ein kraftwagenkarosserieseitiges Bauteil ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch einen Cockpitquerträger mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7, gelöst.
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Ein solcher Cockpitquerträger für einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen, ist zumindest bereichsweise als Hohlprofil ausgebildet und umfasst wenigstens einen Anbindungsbereich zur Befestigung an einem kraftwagenkarosserieseitigen Bauteil, insbesondere einer A-Säule und/oder einer Kotflügelbank.
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Um eine vereinfachte Anbindung an kraftwagenkarosserieseitige Bauteile zu ermöglichen, den Kraftfluss im Falle eines Seitenaufpralls zu verbessern und Gewicht einzusparen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass in einer Mantelwand des Cockpitquerträgers im Anbindungsbereich eine erste Lochung und eine zweite Lochung unterschiedlicher Geometrien vorgesehen sind, wobei die zweite Lochung der ersten Lochung gegenüber liegt. Diese ermöglichen eine einfache formschlüssige Verbindung des Cockpitquerträgers mit A-Säule und/oder Kotflügelbank, ohne dass eine Verschweißung oder Zusatzbleche notwendig sind. Damit kann eine toleranzärmere, leichtere und stabilere Konstruktion geschaffen werden. Die erste und die zweite Lochung ermöglichen zudem eine besonders einfache Anbindung, indem ein Anbindungselement die beiden Lochungen durchgreifen kann. Bevorzugt weisen die erste und die zweite Lochung unterschiedliche Geometrien auf, wobei bevorzugterweise die erste Lochung als Rundloch und die zweite Lochung als Mehrkantloch, insbesondere als Vierkantloch, ausgebildet ist. Die Lochungen können dabei auf besonders einfache Weise nach Formen des Cockpitquerträgers durch einen Innenhochdruckumformprozess durch Stanzen in den Querträger eingebracht werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist in einem Innenraum des Cockpitquerträgers ein Aufnahmeelement im Bereich der Lochungen angeordnet. Dies dient der stabilen Aufnahme von Anbindungselementen der A-Säule oder der Kotflügelbank. Bevorzugterweise ist dieses Aufnahmeelement als selbststanzendes Bauteil ausgebildet, wobei dieses als eine selbststanzende Gewindebuchse, eine selbststanzende Mutter oder eine selbstspannende Gewindebuchse ausgebildet sein kann. Dies ermöglicht insbesondere eine besonders einfache, formschlüssige Anbindung des Cockpitquerträgers an weitere kraftwagenkarosserieseitigen Bauteile durch Schraubverbindungen.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Anbinden eines Cockpitquerträgers eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, an ein kraftwagenkarosserieseitiges Bauteil. Hierbei wird in einem ersten Verfahrensschritt zunächst ein Cockpitquerträger bereitgestellt, welcher zumindest teilweise als Hohlprofil ausgebildet ist und zumindest einen Anbindungsbereich aufweist. Im folgenden Verfahrensschritt wird wenigstens eine erste und eine zweite Lochung in eine Mantelwand im Anbindungsbereich des Cockpitquerträgers eingebracht. Abschließend wird in einem dritten Verfahrensschritt der Cockpitquerträger mit dem kraftwagenkarosserieseitigen Bauteil verbunden, wozu wenigstens ein Verbindungselement verwendet wird, welches die erste und die zweite Lochung durchsetzt. Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren kann somit auf die Verwendung von Zusatzblechen und Schweißverbindungen verzichtet werden, was eine besonders toleranzarme Anbindung des Cockpitquerträgers an das kraftwagenkarosserieseitige Bauteil ermöglicht. Bei dem kraftwagenkarosserieseitigen Bauteil kann es sich beispielsweise um eine A-Säule oder eine Kotflügelbank des Kraftwagens handeln. Der Verzicht auf zusätzliche Verbindungsbleche, welche bei einer Schweißverbindung notwendig sind, trägt zudem zur Gewichtseinsparung bei und reduziert somit auch Verbrauch- und Emissionswerte des Kraftwagens mit einem derartig angebundenen Cockpitquerträger. Weiterhin wird durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eine Anbindung des Cockpitquerträgers bereitgestellt, welche eine verbesserte Krafteinleitung im Falle eines Unfalls ermöglicht und somit auch die Sicherheit des Kraftwagens verbessert.
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Bevorzugt werden im zweiten Verfahrensschritt die erste und zweite sich gegenüberliegenden Lochungen in die Mantelwand des Cockpitquerträgers eingebracht.
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Diese weisen bevorzugt unterschiedliche Geometrien auf. Das Einbringen zweier Lochungen ermöglicht die Verwendung von Verbindungselementen, die den Cockpitquerträger vollständig durchsetzen, so dass die Anbindung weiter stabilisiert und die Krafteinleitung im Falle eines Seitenaufpralls zusätzlich verbessert wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zum Anbringen der Lochung in die Mantelwand des Cockpitquerträgers zunächst eine Matrize in einen Innenraum des Cockpitquerträgers eingebracht. Die Matrize weist eine Matrizenlochung auf, mit einem oberen Bereich, welcher die gleiche Geometrie der zu erzeugenden ersten Lochung, und mit einem unteren Bereich, welcher die gleiche Geometrie der zu erzeugenden zweiten Lochung, aufweist. Beispielsweise kann es sich hierbei um einen hohlzylindrischen Abschnitt handeln, der über eine Stufe in ein Mehrkantloch, vorzugsweise ein Vierkantloch, übergeht. Auf einer Seite des Cockpitquerträgers kann weiterhin ein Gegenhalter positioniert werden, um Matrize und Cockpitquerträger während des folgenden Stanzens der Lochungen stabil zu halten und Verformungen der Mantelwand zu unterbinden. Der Gegenhalter weist dabei in bevorzugter Weise ebenfalls eine weitere Lochung auf, die die gleiche Geometrie wie die in der Mantelwand, an welcher der Gegenhalter anliegt, zu erzeugende Lochung besitzt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird nun in einem weiteren Verfahrensschritt die erste und zweite Lochung durch einen Stanzstempel erzeugt, welcher von der Matrize geführt wird. Um die beiden geometrisch verschiedenen Lochungen zu erzeugen, weist der Stanzstempel einen ersten Schneidereich auf, der die gleiche Geometrie der ersten Lochung, sowie einen zweiten Schneidereich auf, der die gleiche Geometrie der zweiten Lochung. Die jeweiligen Bereiche enden in einer Schneidkante, durch die die tatsächlichen Lochungen erzeugt werden. Für das oben genannte Beispiel wird hierzu ein Stanzstempel verwendet, welcher einen ersten, zylindrischen Bereich mit einer zylindrischen Schneidkante aufweist, welcher in einen Mehrkantabschnitt, bevorzugt einen Vierkantabschnitt mit einer vierkantigen Schneidkante übergeht. Durch die Abwärtsbewegung des Stempels wird zunächst in die erste Mantelfläche ein Mehrkantloch gestanzt. Bei weiterer Abwärtsbewegung des Stempels wird dieser von der Matrize aufgenommen und geführt, bis die zweite Schneidkante, nämlich diejenige des zylindrischen Abschnitts die erste Mantelwandung des Cockpitquerträgers erreicht. Die zweite Schneidkante besitzt einen größeren Radius als die erste Schneidkante und erweitert daher das bereits eingebrachte Mehrkantloch zu einem Rundloch. Bei weiterer Abwärtsbewegung des Stempels erreicht die mehrkantige Schneidkante des ersten Bereichs die gegenüberliegende Mantelwandung des Cockpitquerträgers und bringt schließlich ein Mehrkantloch in diese ein, bis der Stempel schließlich vom Gegenhalter aufgehalten wird. So kann auf einfachste Weise eine Doppellochung mit zwei unterschiedlichen Lochgeometrien erzeugt werden, ohne dass hierzu eine Neupositionierung des Werkstückes oder die Verwendung zweier verschiedener Werkzeuge notwendig wäre.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ein Verbindungselement verwendet, welches einen ersten Bereich, welcher zur Geometrie der ersten Lochung komplementär ist, und einen zweiten Bereich, welcher zur Geometrie der zweiten Lochung komplementär ist, aufweist. Dies garantiert auf einfachste Weise eine seitenrichtige Anbindung des Cockpitquerträgers.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird in einem zusätzlichen Verfahrensschritt ein Aufnahmeelement in einem Innenraum des Cockpitquerträgers im Bereich der ersten und zweiten Lochung eingebracht. Als Aufnahmeelement wird bevorzugt eine selbststanzende Gewindebuchse, eine selbstspannende Gewindebuchse, eine selbststanzende Mutter, eine Schweißmutter oder dergleichen verwendet. Dies ermöglicht die einfache Verbindung des Cockpitquerträgers mit dem kraftwagenkarosserieseitigen Bauteil über ein Verbindungselement, welches ein komplementäres Gewinde zum Aufnahmeelement aufweist. Die Verbindung erfolgt damit auf einfachste Weise durch Verschrauben. Neben den allgemeinen Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird so eine reversible Verbindung zwischen Cockpitquerträger und kraftwagenkarosserieseitigem Bauteil gewährleistet, so dass im Falle von Beschädigungen, beispielsweise nach einem Unfall, die Verbindung problemlos gelöst und beschädigte Bauteile ausgetauscht werden können.
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Es ist hierbei möglich, das Aufnahmeelement als selbstschneidendes bzw. selbststanzendes Element auszubilden, so dass auf ein separates Stanzen der Lochung verzichtet werden kann. Das Aufnahmeelement kann weiterhin bereits während eines vorhergehenden Innenhochdruckumformprozesses zur Profilgestaltung des Cockpitquerträgers eingebracht werden. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn das Aufnahmeelement als selbststanzendes Aufnahmeelement ausgebildet ist, so dass es im Rahmen des Innenhochdruckumformens durch Hydrostanznieten oder dergleichen eingebracht werden kann. Damit entfällt ein separater Arbeitsschritt sowie die Verwendung zusätzlicher Werkzeuge, was das Verfahren noch schneller und kostengünstiger macht. Bei der Verwendung selbstschneidender oder selbststanzender Aufnahmeelemente muss anschließend noch der Stanzrest entfernt werden. Eine zusätzliche Lagesicherung des Aufnahmeelementes kann durch mechanisches Umbördeln des Aufnahmeelementes gewährleistet werden.
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Im Folgenden sollen die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnungen näher erläutert werden.
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Dabei zeigen:
- 1A - 1F Verfahrensschritte einer Herstellung einer doppelten Lochung mit unterschiedlicher Lochgeometrie für ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Cockpitquerträgers;
- 2A - 2D Verfahrensschritte der Herstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Cockpitquerträgers mit selbststanzender Gewindebuchse;
- 3A - 3D Verfahrensschritte der Herstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Cockpitquerträgers mit selbstspannender Gewindebuchse; und
- 4A - 4C Verfahrensschritte der Herstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Cockpitquerträgers mit selbststanzender Mutter beziehungsweise Einnietmutter;
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1 zeigt Verfahrensschritte einer Herstellung eines Cockpitträgers 10. Der in 1A gezeigte Cockpitquerträger 10 für eine Kraftwagenkarosserie ist als Innenhochdruckumformteil ausgebildet. Zusätzlich kann das IHU-umgeformte Hohlprofil des Cockpitquerträgers 10 bereichsweise mit Kunststoff umspritzt sein, um so Konsolen, Halter, Versteifungsrippen und Flansche für Anbauteile bereitzustellen. Der Anbindungsbereich 12 des Cockpitquerträgers 10 dient der Anbindung an ein weiteres Karosserieteil, beispielsweise eine A-Säule oder eine Kotflügelbank der Kraftwagenkarosserie. In dem in 1A gezeigten Zustand ist der Cockpitquerträger 10 noch nicht für diese Anbindung vorbereitet. Die Anbindung des Cockpitquerträgers 10 erfolgt über eine Lochung in der Mantelfläche 14 des Cockpitquerträgers 10. In 1 wird gezeigt, wie diese Lochung durch ein Stanzverfahren hergestellt werden kann.
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Hierzu wird ein Gegenhalter 16 unterhalb des Cockpitquerträgers 10 positioniert. Der Gegenhalter 16 ist plattenförmig und weist eine erste Vierkantlochung 18 auf. In den Hohlraum 20 des Cockpitquerträgers 10 wird eine Matrize 22 eingeschoben. Die Matrize 22 umfasst eine Matrizenlochung 24, welche in einem unteren Bereich 26 der Matrize 22 als vierkantig und in einem oberen Bereich 28 rund ausgebildet ist. Nachdem, wie in 1B gezeigt, die Matrize 22 in den Hohlraum 20 des Cockpitquerträgers 10 eingeschoben ist, wird, wie in 1C dargestellt, ein abgesetzter Stanzstempel 30 angesetzt. Der Stanzstempel 30 umfasst zwei Schneidbereiche 32, 34, wobei der erste Schneidbereich 32 vierkantig und der zweite Schneidbereich 34 rund ausgebildet ist.
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Zunächst wird durch den Stanzstempel 30 mittels des ersten Schneidbereichs 32 eine als Vierkantloch ausgebildete erste Lochung 40 in die obere Fläche 36 der Mantelwand 14 gestanzt. Bei weiterem Vorschieben des Stanzstempels 30 wird durch den ersten Schneidbereich 32 ein weiteres Vierkantloch, und somit eine zweite Lochung 42, durch die untere Oberfläche 38 der Mantelwand 14 gestanzt, während der zweite Schneidbereich 34 aus der als Vierkantloch ausgebildeten ersten Lochung 40 eine nun als Rundloch ausgebildete erste Lochung 40 in die obere Fläche 36 der Mantelwand 14 einbringt. Der Stanzstempel 30 wird dabei durch die Matrize 22 geführt. Nach Entfernen von Stanzstempel 30, Matrize 22 und Gegenhalter 16 verbleibt, wie in 1F zu erkennen, ein Cockpitquerträger 10, in dessen Mantelwand 14 im Anbindungsbereich 12, welcher zur Anbindung an die A-Säule bzw. die Kotflügelbank dient, eine erste und eine zweite Lochung 40, 42 eingebracht sind. Auf der Oberseite 36 des Cockpitquerträgers 10 ist die erste Lochung 40 als ein Rundlochin die Mantelwand 14 gestanzt, auf der unteren Oberfläche 38 der Mantelwand 14 die zweite Lochung 42 als ein Vierkantloch.
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2 zeigt die Herstellung einer alternativen Ausführungsform des Cockpitquerträgers 10. Hierzu wird als Aufnahmeelement eine Gewindebuchse, insbesondere eine selbststanzende Gewindebuchse 43, verwendet, welche in 2A dargestellt ist. Die selbststanzende Gewindebuchse 43 weist zwei Schneidkanten 44 auf, welche geeignet sind, jeweils ein Rundloch in die Mantelwand 14 des Cockpitquerträgers 10 zu. Die Gewindebuchse 43 weist einen inneren Hohlraum 46 auf, welcher die Gewindebuchse 43 über die ganze Länge durchzieht und mit einem, in der 2 nicht sichtbaren Innengewinde, versehen ist. Zur Herstellung des Anbindungsbereichs des Cockpitquerträgers 10 wird die selbststanzende Gewindebuchse 43 zunächst in den Hohlraum 20 des Cockpitquerträgers 10 eingeschoben, so dass sie im Anbindungsbereich 12 zu liegen kommt. Der Hohlraum 20 wird durch Pressen des Anbindungsbereichs 12 in Richtung der Pfeile 48 verkleinert, so dass die Schneidkanten 44 der selbststanzenden Gewindebuchse 43 durch die Mantelwand 14 des Cockpitquerträgers 10 stanzen. Wie in 2C dargestellt, wird im folgenden Bearbeitungsschritt ein Werkzeug 50 eingesetzt, um Stanzreste an den so entstandenen Öffnungen 52, welche in der Ausführungsform der 2 die erfindungsgemäßen Lochungen 40, 42 darstellen, in der Mantelwand 14 des Cockpitquerträgers 10 zu entfernen und die Schneidkanten 44 der selbststanzenden Gewindebuchse 43 mechanisch zu bördeln. Die selbststanzenden Gewindebuchse 43 ist somit fest im Innenraum 20 des Cockpitquerträgers 10 verklemmt und kann über die Öffnungen 52 eine Schraube 64 aufnehmen, welche den Cockpitquerträger 10 mit weiteren Karosseriebauteilen verbindet. Der fertige Zustand des so gebildeten Cockpitquerträgers 10 ist in 2D gezeigt.
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3 zeigt die Herstellung einer weiteren alternativen Ausführungsform des Cockpitquerträgers 10, bei welcher das Aufnahmeelement als eine selbstspannende Gewindebuchse 54 mit einer Mittenbohrung 58 ausgebildet ist. In die Mantelwand 14 des Cockpitquerträgers 10 werden bereits während des Innenhochdruckumformens durch IHU-Stanzen Öffnungen 56, welche in der Ausführungsform der 3 die erfindungsgemäßen Lochungen 40, 42 darstellen, eingebracht, und welche sich auf den gegenüberliegenden Flächen 36, 38 der Mantelwand 14 des Cockpitquerträgers 10 befinden. In den Hohlraum 20 des Cockpitquerträgers 10 wird die selbstspannende Gewindebuchse 54 eingeschoben, so dass die Mittenbohrung 58 in Überdeckung mit den Öffnungen 56 zu liegen kommt, wie in 3B dargestellt. Die selbstspannende Gewindebuchse 54 umfasst ein Oberteil 60 und ein Unterteil 62. Wird ein als eine Schraube 64 ausgebildetes Verbindungselement in die Mittenbohrung 58 der selbstspannenden Gewindebuchse 54 durch die Öffnungen 56 der Mantelfläche 14 des Cockpitquerträgers 10 eingeschraubt, so bewegen sich Oberteil 60 und Unterteil 62 unter Federvorspannung auseinander, so dass sie die selbstspannende Gewindebuchse 54, wie in 3D gezeigt, gegen die Innenflächen des Hohlraums 20 des Cockpitquerträgers 10 fest verspannen.
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4 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform eines Cockpitquerträgers 10. Auch hier wird beim Innenhochdruckumformen des Cockpitquerträgers 10 durch IHU-Stanzen eine Öffnung 52, welche in der Ausführungsform der 3 die erfindungsgemäße erste Lochung 40 darstellt, in die Mantelwand 14 auf deren Oberfläche 36 eingebracht. Die untere Fläche 38 der Mantelwand 14 des Cockpitquerträgers 10 bleibt hier jedoch ungelocht. Eine selbststanzende Mutter 66 mit einem Innengewinde 68 und einer Schneidkante 70 wird durch die Öffnung 52 in den Hohlraum 20 des Cockpitquerträgers 10 eingebracht, wie in 4B dargestellt. Durch einen nicht gezeigten Stempel wird Druck in Richtung des Pfeils 72 auf die selbststanzende Mutter 66 ausgeübt, so dass die Schneidkante 70 durch die untere Fläche 38 der Mantelwand 14 des Cockpitquerträgers 10 schneidet und dort eine weitere Öffnung erzeugt. Wie in 4C dargestellt, wird in der Folge durch ein weiteres Zusatzwerkzeug 74 die Schneidkante 70 der selbststanzenden Mutter 66 umbördelt und gleichzeitig Stanzreste entfernt, wodurch die selbststanzende Mutter 66 fest im Innenraum 20 des Anbindungsbereichs 12 des Cockpitquerträgers 10 festgelegt ist und mittels der Schraube 64 die Befestigung des Cockpitquerträgers 10 an einem benachbarten Bauteil, beziehungweise an ein weiteres Karosserieteil, erlaubt.
