DE102009041703A1 - Body component e.g. B-column, for motor vehicle, has lower and upper regions made of two different materials and formed below and above section point, respectively, where material of lower region has higher rigidity and/or ductility - Google Patents

Body component e.g. B-column, for motor vehicle, has lower and upper regions made of two different materials and formed below and above section point, respectively, where material of lower region has higher rigidity and/or ductility Download PDF

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    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
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Abstract

The component (10) has lower and upper regions (12, 14) made of two different materials and formed below and above a section point (16) i.e. separation plane, respectively. The material i.e. steel or aluminum alloy, of the lower region has higher rigidity and/or ductility and/or density than the material i.e. light metal alloy such as aluminum- or magnesium alloy, of the upper region. The lower and upper regions are connected with each other along the section point by beam welding or friction stir welding.

Description

Die Erfindung betrifft ein Karosseriebauteil nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie eine Karosserie eines Kraftwagens mit einem solchen Karosseriebauteil.The The invention relates to a body component according to the preamble of Claim 1 and a body of a motor vehicle with a such body component.

Es ist bekannt, Bauteile für Kraftwagenkarosserien aus so genannten Tailored Blanks zu fertigen. Hierbei handelt es sich um Blechbauteile, deren Materialeigenschaften sich abschnittsweise ändern. Eine Türsäule mit einem Verstärkungsrohr aus einem derartigen TailoredBlank ist beispielsweise aus der DE 10 2008 049 783 A1 bekannt. Die Eigenschaft des Bleches für das Verstärkungsrohr, die in diesem Fall geändert wird, ist die Wandstärke. Hierdurch soll eine Anpassung der Steifigkeit des Verstärkungsrohrs an lokale Belastungen über den gekrümmten Verlauf der A-Säule hinweg erzielt werden. Während eine solche lokale Anpassung von Bauteilen an die jeweils zu erwartenden Belastungen zu Gewichtseinsparungen führen kann, werden die möglichen Leichtbaupotenziale noch nicht vollständig ausgereizt.It is known to manufacture components for motor vehicle bodies from so-called tailored blanks. These are sheet metal components whose material properties change in sections. A door pillar with a reinforcing tube of such TailoredBlank is for example from DE 10 2008 049 783 A1 known. The characteristic of the sheet metal for the reinforcement tube, which in this case is changed, is the wall thickness. This is intended to achieve adaptation of the rigidity of the reinforcing tube to local loads over the curved course of the A-pillar. While such a local adaptation of components to the expected loads can lead to weight savings, the potential for lightweight construction has not yet been fully exploited.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, ein Karosseriebauteil nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie eine Karosserie mit einem solchen Bauteil bereitzustellen, die besonders hohe Festigkeit mit einem besonders geringen Gewicht kombiniert. Diese Aufgabe wird durch ein Karosseriebauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Karosserie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst.Of the The present invention is therefore based on the object, a body part according to the preamble of claim 1 and a body to provide with such a component, the particularly high strength combined with a particularly low weight. This task will by a body component with the features of the claim 1 and by a body with the features of the claim 5 solved.

Ein solches Karosseriebauteil, insbesondere eine Säule oder eine Seitenwand für eine Karosserie eines Kraftwagens verläuft in Fahrzeughochrichtung der Karosserie. Das Karosseriebauteil weist wenigstens zwei Bereiche aus unterschiedlichen Materialien auf. Zur Herstellung eines solchen Bauteils wird also ein so genanntes Tailored Blank, eine maßgeschneiderte Platine verwendet. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der erste Bereich des Karosseriebauteils unterhalb einer Trennstelle, insbesondere einer Trennebene, aus dem ersten Material und der zweite Bereich des Karosseriebauteils oberhalb der Trennstelle, insbesondere der Trennebene, aus dem zweiten Material ausgebildet ist. Hierdurch ist es möglich, ein Karosseriebauteil zu schaffen, das an höhenabhängig unterschiedliche Belastungen optimal angepasst ist. Insbesondere ist üblicherweise der untere Bereich der Karosserie, besonders der von den Seitenschwellern und zugeordneten Querträger gebildete Rahmen des Bodens der Karosserie, besonders hohen Ansprüchen ausgesetzt. Dies gilt sowohl bzgl. der Verwindung im normalen Fahrbetrieb, als auch im besonderen Maße für unfallbedingte Krafteinleitungen. Daher ist besonders vorteilhaft, das erste Material so zu wählen, dass es eine höhere Festigkeit und/oder Duktilität und/oder Dichte aufweist als das zweite Material. So kann beispielsweise eine Karosserie geschaffen werden, die in einem unteren Bereich vollständig aus Stahl und in einem oberen Bereich aus einer Leichtmetalllegierung, insbesondere einer Aluminium- oder Magnesiumlegierung besteht. Durch die Verwendung von erfindungsgemäßen Hybridenkarosseriebauteilen ist es dabei möglich, die Trennungsebenen zwischen Stahl- und Leichtmetall im Bereich der Karosserie in beliebiger Höhe der Karosserie belastungsoptimiert wählen. Dies ist bei bekannten Stahl-Leichtmetall-Karosserien nicht möglich, da hier die Trennebene zwischen Stahl und Leichtmetall immer auf Höhe einer Fügestelle liegen muss. Alternativ zur Kombination aus Stahl und Leichtmetalllegierungen kann mit den beschriebenen Karosseriebauteilen auch eine vollständige Leichtmetallkarosserie ausgebildet werden. In diesem Fall ist das erste Material, aus dem der untere Bereich der Karosserie gebildet ist, eine Aluminiumlegierung und das zweite Material für den oberen Bereich der Karosserie eine Magnesiumlegierung, die leichter aber weniger beanspruchbar ist.One Such body component, in particular a column or a side wall for a body of a motor vehicle runs in vehicle vertical direction of the body. The body component points at least two areas of different materials. For the production of such a component so called Tailored Blank, a custom board used. According to the invention, it is provided that the first Area of the body component below a separation point, in particular a parting plane, from the first material and the second area the body component above the separation point, in particular the Parting plane is formed from the second material. hereby is it possible to create a body component that at height-dependent different loads optimally adapted. In particular, is usually the lower part of the body, especially the side sills and associated cross member formed frame of the floor the body exposed to particularly high standards. This applies both with respect to the distortion in normal driving, as also to a special extent for accidental force transmission. Therefore, it is particularly advantageous to choose the first material so that there is a higher strength and / or ductility and / or density than the second material. So, for example A bodywork will be created in a lower area completely made of steel and in an upper area of one Light metal alloy, in particular an aluminum or magnesium alloy consists. By the use of inventive Hybrid body components, it is possible, the separation levels between steel and light metal in the bodywork in any Choose the height of the body optimized for load. This is not possible with known steel light-metal bodies, because here the dividing plane between steel and light metal always on Height of a joint must lie. alternative to combine steel and light metal alloys can with the body components described also a complete Alloy body are formed. In this case that is first material from which formed the lower part of the body is an aluminum alloy and the second material for The upper area of the bodywork is a magnesium alloy that is lighter but less durable.

Die Ausgestaltung einer solchen Karosserie erschöpft sich nicht in der Verwendung der geschilderten Karosseriebauteile. Neben den vertikal verlaufenden Karosseriebauteilen, die bevorzugt in der oben geschilderten Art ausgebildet sind, können auch weitere Bauteile, die oberhalb einer Trennungsebene zwischen dem unteren und dem oberen Bereich angeordnet sind, angepasst werden, in dem diese Bauteile vollständig aus dem zweiten Material ausgebildet sind. Unterhalb der Trennstelle angeordnete Bauteile dagegen können vollständig aus dem ersten Material ausgebildet werden. Damit wird die gesamte Karosserie so gestaltet, dass sie eine gemeinsame Trennebene zwischen einem ersten und einem zweiten Werkstoff aufweist. Beispielsweise besteht der gesamte untere Bereich einschließlich der Seitenschweller und der Querträger der Karosserie, also der gesamte Boden, bevorzugt aus einem hochfestem Materialen wie Stahl, während ab einer gewissen Höhe eine Leichtmetalllegierung verwendet wird. Die Seitenwände und Säulen sind dabei als Hybridbauteile ausgebildet, die eine gemeinsame Trennebene aufweisen, oberhalb derer der Leichtmetallbereich der Hybridbauteile angeordnet ist.The Design of such a body is not exhausted in the use of the described body parts. In addition to the vertically extending body panels, which are preferred in the above are formed type, can also more Components above a plane of separation between the lower and the upper area are arranged, in which these Components completely formed of the second material are. By contrast, components arranged below the separation point can completely formed from the first material. Thus, the entire body is designed so that they have a common Dividing plane between a first and a second material. For example, the entire lower area including the Side skirts and the cross member of the body, so the entire floor, preferably made of a high-strength materials such as Steel, while at a certain height a light metal alloy is used. The side walls and pillars are in this case designed as hybrid components having a common parting plane have, above which the light metal region of the hybrid components is arranged.

Vollständig oberhalb der Trennebene angeordnete Bauteile, wie beispielsweise der Dachrahmen oder dergleichen können dagegen vollständig aus Aluminium oder Magnesium ausgebildet sein.Completely above the parting plane arranged components, such as the roof frame or the like, however, can be completely off Aluminum or magnesium be formed.

Im Folgenden soll die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen:in the Following is the invention and its embodiments will be explained in more detail with reference to the drawings. Hereby show:

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Karosseriebauteils. 1 a schematic representation of an embodiment of a Ka according to the invention rosseriebauteils.

2 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten B-Säule für einen Kraftwagen und 2 a perspective view of an inventively designed B-pillar for a motor vehicle and

3 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten Seitenwandteils für einen Kraftwagen. 3 a perspective view of an inventively designed side wall part for a motor vehicle.

Im Ganzen mit 10 bezeichnetes Karosseriebauteil für einen Kraftwagen umfasst einen ersten Bereich 12, der im gezeigten Beispiel aus Stahl ausgebildet ist und einen zweiten Bereich 14, der aus einer Leichtmetalllegierung ausgebildet ist. Es handelt sich also bei dem Grundkörper für das Karosseriebauteil 10 um ein so genanntes Tailored Blank. Die Bauteilbereiche 12, 14 sind entlang einer Trennungsebene 16 miteinander verbunden. Dies kann beispielsweise durch Strahlschweißen oder Reibrührschweißen geschehen. Besonders gute Verbindungseigenschaften werden dabei durch das Reibrührschweißen erzielt.In the whole with 10 designated body component for a motor vehicle includes a first area 12 , which in the example shown is made of steel and a second area 14 which is formed of a light metal alloy. It is therefore in the body for the body component 10 around a so-called tailored blank. The component areas 12 . 14 are along a separation plane 16 connected with each other. This can be done for example by beam welding or friction stir welding. Particularly good connection properties are achieved by the friction stir welding.

Im konkreten Ausführungsbeispiel kann ein derartiges Bauteil als B-Säule für einen Kraftwagen ausgebildet werden. Die in 2 dargestellte im Ganzen mit 18 bezeichnete B-Säule umfasst eine Außenschale 20 und einen Innenschale 22. Sowohl die Außenschale 20 als auch die Innenschale 22 weisen jeweils einen unteren Bauteilbereich 12 aus Stahl aus, an dem sich ein oberer Bauteilbereich 14 aus Aluminium anschließt. Die Bereiche 12, 14 sind, wie bereits in 1 schematisch dargestellt entlang der Trennungsebene 16 getrennt. Derartige Schalen 20, 22 für eine B-Säule 18 können beispielsweise durch Tiefziehen eines Tailored Blanks erzeugt werden.In the specific embodiment, such a component can be formed as a B-pillar for a motor vehicle. In the 2 pictured as a whole 18 designated B-pillar comprises an outer shell 20 and an inner shell 22 , Both the outer shell 20 as well as the inner shell 22 each have a lower component area 12 Made of steel, on which an upper component area 14 made of aluminum. The areas 12 . 14 are, as already in 1 shown schematically along the separation plane 16 separated. Such bowls 20 . 22 for a B-pillar 18 can be generated for example by deep drawing a tailored blanks.

Nach dem gleichen Prinzip kann auch, wie in 3 dargestellt, eine vollständige Seitenwand 24 für einen Kraftwagen hergestellt werden. Auch hier ist ein unterer Bereich 12 aus Stahl vorgesehen, der sich bis in einen Höhenbereich oberhalb einer A- Säulenwurzel 26 erstreckt. Der oberhalb der Säulenwurzel 26 gelegene Bereich der A-Säule 28 der Seitenwand 24 ist wiederum aus Aluminium ausgebildet. Gleiches gilt für den oberen Bereich 16 der Türsäule 30 der Seitenwand 24. Sowohl A-Säule 28 als auch Türsäule 30 weisen wieder eine gemeinsame Trennungsebene 16 zwischen dem Stahlbereich 12 und dem Aluminiumbereich 14 auf. An Stelle von Stahl oder Aluminium sind selbstverständlich auch andere Materialkombinationen denkbar. Der untere Bereich 12 sollte dabei jedoch immer aus einem dichteren, festeren und duktileren Material bestehen als der obere Bereich, da der untere Bereich einer Kraftwagenkarosserie generell größeren Beanspruchung unterliegt. Der untere Bereich 12 kann beispielsweise aus Stahl gebildet sein während der obere Bereich 14 aus einer Aluminiumlegierung gebildet ist. Um eine vollständig aus Leichtmetall bestehende Karosserie zu schaffen, kann der untere Bereich 12 jedoch aus Aluminium gefertigt sein, während der obere Bereich 14 aus einer Magnesiumlegierung besteht. Auch die Kombination unterschiedlicher Aluminiumlegierungen mit jeweils unterschiedlichen Festigkeiten und Duktilitäten ist möglich.By the same principle can also, as in 3 shown, a full sidewall 24 be made for a motor vehicle. Again, this is a lower area 12 made of steel, extending to a height range above an A-pillar root 26 extends. The above the column root 26 located area of the A-pillar 28 the side wall 24 is again formed of aluminum. The same applies to the upper area 16 the door pillar 30 the side wall 24 , Both A-pillar 28 as well as door pillar 30 again have a common level of separation 16 between the steel area 12 and the aluminum area 14 on. Of course, other material combinations are conceivable instead of steel or aluminum. The lower area 12 However, it should always consist of a denser, firmer and more ductile material than the upper region, since the lower part of a motor vehicle body is generally subject to greater stress. The lower area 12 may be formed of steel, for example, during the upper area 14 is formed of an aluminum alloy. To create a body made entirely of light metal, the lower section can 12 however, be made of aluminum, while the upper portion 14 consists of a magnesium alloy. The combination of different aluminum alloys, each with different strengths and ductilities is possible.

Durch das höhere spezifische Gewicht des Materials des unteren Bereichs 12 der gezeigten Bauteile wird der Schwerpunkt des Kraftwagens mit einer solchen Karosserie nach unten verlagert, wodurch sich ein besonders stabiles Fahrverhalten ergibt. Auf Grund der hohen Festigkeit des Materials im unteren Bereich 12 der Karosseriebauteile wird ein besonders gutes Verwindungs- und Crashverhalten der Karosserie erzielt. Gleichzeitig wird durch das geringe spezifische Gewicht des Materials der Bereiche 14 eine besonders große Gewichtsreduktion beim Bau der Karosserie sichergestellt.Due to the higher specific gravity of the material of the lower area 12 the components shown, the focus of the motor vehicle is shifted with such a body down, resulting in a particularly stable handling. Due to the high strength of the material in the lower area 12 the bodywork components a particularly good torsional and crash behavior of the body is achieved. At the same time, due to the low specific weight of the material of the areas 14 ensured a particularly large weight reduction in the construction of the body.

Insgesamt sollten alle Bauteile der Karosserie eine Trennungsebene 16 zwischen den Bereichen 12 und 14 aufweisen, die auf der gleichen Höhe liegt. Bauteile die sich nicht über diese Trennungsebene hinweg erstrecken, müssen nicht als Hybridbauteile ausgeführt werden. Bauteile die unterhalb der Trennungsebene 16 der Karosserie angeordnet sind, können dabei aus dem gleichen Material wie der Bereich 12 der Hybridbauteile 10 bestehen. Dabei handelt es sich beispielsweise um die gesamte Bodengruppe mit Schwellern, Längsträgern, Querträgern und dergleichen. Bauteile, die vollständig oberhalb der Trennungsebene 16 angeordnet sind, wie beispielsweise der Cockpitquerträger, der Dachrahmen und dergleichen, müssen ebenfalls nicht Hybrid ausgebildet sein. Sie können vollständig aus dem gleichen Material bestehen, wie die Bereiche 14 der Hybridbauteile 10. Im zuerst genannten Ausführungsbeispiel würde es sich hierbei also um vollständig aus Aluminium gefertigte Bauteile handeln.Overall, all body parts should have a separation plane 16 between the areas 12 and 14 that is at the same height. Components that do not extend beyond this separation level do not need to be designed as hybrid components. Components below the separation level 16 The bodywork can be made of the same material as the area 12 the hybrid components 10 consist. These are, for example, the entire floor assembly with sills, side rails, cross members and the like. Components completely above the separation plane 16 are arranged, such as the cockpit cross member, the roof frame and the like, also must not be designed hybrid. They can be made entirely of the same material as the areas 14 the hybrid components 10 , In the first-mentioned embodiment, this would therefore be completely made of aluminum components.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (8)

Karosseriebauteil (10, 18, 24), insbesondere Säule (18) oder Seitenwand (24), für eine Karosserie eines Kraftwagens, welches in Fahrzeughochrichtung der Karosserie verläuft und wenigstens zwei Bereiche (12, 14) aus unterschiedlichen Materialien aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (12) des Karosseriebauteils (10, 18, 24) unterhalb einer Trennstelle (16), insbesondere einer Trennebene, aus dem ersten Material und der zweite Bereich des Karosseriebauteils oberhalb der Trennstelle (16), insbesondere der Trennebene, aus dem zweiten Material ausgebildet ist.Body component ( 10 . 18 . 24 ), in particular column ( 18 ) or side wall ( 24 ), for a body of a motor vehicle, which runs in the vehicle vertical direction of the body and at least two areas ( 12 . 14 ) of different materials, characterized in that the first region ( 12 ) of the body component ( 10 . 18 . 24 ) below a separation point ( 16 ), in particular a separating plane, of the first material and the second region of the body component above the separating point ( 16 ), in particular the parting plane, is formed of the second material. Karosseriebauteil (10, 18, 24) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material eine höhere Festigkeit und/oder Duktilität und/oder Dichte aufweist als das zweite Material.Body component ( 10 . 18 . 24 ) according to claim 1, characterized in that the first material has a higher strength and / or ductility and / or density than the second material. Karosseriebauteil (10, 18, 24) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material Stahl und das zweite Material eine Leichtmetalllegierung, insbesondere eine Aluminium- oder Magnesiumlegierung ist.Body component ( 10 . 18 . 24 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the first material is steel and the second material is a light metal alloy, in particular an aluminum or magnesium alloy. Karosseriebauteil (10, 18, 24) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material eine Aluminiumlegierung und das zweite Material eine Magnesiumlegierung ist.Body component ( 10 . 18 . 24 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the first material is an aluminum alloy and the second material is a magnesium alloy. Karosserie eines Kraftwagens mit wenigstens einem Karosseriebauteil (10, 18, 24) nach einem der Ansprüche 1 bis 4.Body of a motor vehicle with at least one body component ( 10 . 18 . 24 ) according to one of claims 1 to 4. Karosserie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Mehrzahl weiterer, unterhalb der Trennstelle (16), insbesondere der Trennebene, zwischen dem unteren (12) und oberen Bereich (14) angeordneter Karosseriebauteile (10, 18, 24) ebenfalls aus dem ersten Material ausgebildet sind.Body according to claim 5, characterized in that at least a plurality of further, below the separation point ( 16 ), in particular the dividing plane, between the lower ( 12 ) and upper area ( 14 ) arranged body components ( 10 . 18 . 24 ) are also formed from the first material. Karosserie nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Mehrzahl weiterer, oberhalb einer Trennungsebene (16) zwischen dem unteren (12) und oberen Bereich (14) angeordneter Karosseriebauteile (10, 18, 24) ebenfalls aus dem zweiten Material ausgebildet sind.Body according to one of claims 5 or 6, characterized in that at least a plurality of further, above a separation plane ( 16 ) between the lower ( 12 ) and upper area ( 14 ) arranged body components ( 10 . 18 . 24 ) are also formed from the second material. Karosserie nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennstellen (16), insbesondere der Trennebenen, einer Mehrzahl von Karosseriebauteile (10, 18, 24) auf zumindest annähernd einer Höhe verlaufen.Body according to one of claims 5 to 7, characterized in that the separation points ( 16 ), in particular the parting planes, of a plurality of body components ( 10 . 18 . 24 ) extend at least approximately at a height.
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