DE102010041863B4 - Motor vehicle with a sheet metal component - Google Patents

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Kraftfahrzeug mit einem Blechbauteil (1) aus einem Stahlblech, das mit einem Verstärkungsbauteil (2) aus einem Stahlblech über mehrere Schweißstellen (3) verbunden ist, wobei das Verstärkungsbauteil (2) eine geringere Duktilität als das Blechbauteil (1) aufweist, und wobei das Blechbauteil (1) zusammen mit dem Verstärkungsbauteil (2) bei einem Unfall auf Zug beansprucht wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsbauteil (2) zumindest eine Welle (4) zwischen zumindest zwei Schweißstellen (3) aufweist, deren Längserstreckung (L) im Wesentlichen senkrecht oder schräg zur Richtung der Zugbeanspruchung (Z) beim Unfall verläuft.Motor vehicle with a sheet metal component (1) made of a steel sheet, which is connected to a reinforcing member (2) made of a steel sheet over a plurality of welds (3), wherein the reinforcing member (2) has a lower ductility than the sheet metal component (1), and wherein Sheet metal component (1) together with the reinforcing member (2) is claimed in an accident to train, characterized in that the reinforcing member (2) at least one shaft (4) between at least two welds (3) whose longitudinal extent (L) substantially perpendicular or oblique to the direction of tensile stress (Z) in the accident runs.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Blechbauteil nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a motor vehicle with a sheet metal component according to the preamble of patent claim 1.

Aus der DE 10 2004 050 933 A1 ist ein Aluminiumdach eines Kraftfahrzeugs bekannt, das mit einer Karosserie aus Stahl verbunden ist. Das Aluminiumdach weist mindestens einen Wulst auf, um die unterschiedlichen Wärmeausdehnungen zwischen dem Aluminiumdach und der Karosserie aus Stahl ausgleichen zu können.From the DE 10 2004 050 933 A1 For example, an aluminum roof of a motor vehicle is known, which is connected to a steel body. The aluminum roof has at least one bead in order to compensate for the different thermal expansions between the aluminum roof and the steel body.

Aus der DE 21 17 001 C3 ist eine Punktschweißverbindung bekannt, wobei in den Flanschen beider zu verbindender Bleche jeweils zwischen den vorgesehenen Schweißpunkten gegenüberliegende sickenartige Verformungen ausgebildet sind.From the DE 21 17 001 C3 a spot welding connection is known, wherein opposing bead-like deformations are respectively formed in the flanges of both sheets to be joined between the welds provided.

Aus der DE 199 38 082 A1 ist ein Verfahren zum Laserstrahlschweißen zweier Bleche bekannt, wobei längs der Laserschweißnaht ein Freiraum zum Entweichen von Schweißdämpfen vorgesehen ist.From the DE 199 38 082 A1 a method for laser beam welding of two sheets is known, wherein along the laser weld a space for the escape of welding fumes is provided.

Aus der DE 103 46 264 A1 ist ein Schweißverfahren bekannt, wobei die zwei zu verschweißenden Bleche voneinander beabstandet sind, damit Schweißdämpfe entweichen können. An den Schweißstellen werden vorab Sicken eingebracht, auf die der Schweißkopf beim Verschweißen positioniert wird.From the DE 103 46 264 A1 a welding method is known, wherein the two sheets to be welded are spaced from each other, so that welding fumes can escape. At the welds beads are introduced in advance, on which the welding head is positioned during welding.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kraftfahrzeug mit einem Blechbauteil zu schaffen, das insbesondere bei einer Zugbeanspruchung im Falle eines Unfalls eine hohe Reißfestigkeit aufweist.The object of the invention is to provide a motor vehicle with a sheet metal component, which has a high tensile strength, especially in a tensile stress in the event of an accident.

Diese Aufgabe wird mit einem Kraftfahrzeug mit einem Blechbauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved with a motor vehicle with a sheet metal component having the features of patent claim 1.

Erfindungsgemäß ist ein Blechbauteil eines Kraftfahrzeugs mit einem Verstärkungsbauteil aus einem Stahlblech verstärkt, das eine geringere Duktilität als das Blechbauteil aufweist. Das Blechbauteil ist mit dem Verstärkungsbauteil über mehrere Schweißstellen verbunden. Zusammen werden sie bei einem Unfall auf Zug beansprucht. Das Verstärkungsbauteil weist zumindest eine Welle zwischen zumindest zwei Schweißstellen auf, deren Längserstreckung im Wesentlichen senkrecht oder schräg zur Richtung der Zugbeanspruchung beim Unfall verläuft.According to the invention, a sheet metal component of a motor vehicle is reinforced with a reinforcing component made of a sheet steel, which has a lower ductility than the sheet metal component. The sheet metal component is connected to the reinforcing member via a plurality of welds. Together they are claimed in an accident on train. The reinforcing member has at least one shaft between at least two welds whose longitudinal extent is substantially perpendicular or oblique to the direction of tensile stress in the accident.

Duktilität ist die Eigenschaft eines Werkstoffs, sich bei Überbelastung plastisch zu verformen, bevor er versagt. Beispielsweise bricht Glas ohne erkennbare Verformungen. Stahl hingegen kann sich je nach Stahlsorte um bis zu ca. 25% plastisch verformen, bevor er reißt. Werkstoffe mit zumindest etwas Duktilität sind in der Automobilindustrie erforderlich, da sich ein Kraftfahrzeug im Falle eines Unfalls plastisch verformen und nicht auseinanderreißen soll.Ductility is the property of a material to plastically deform when overloaded before it fails. For example, glass breaks without noticeable deformation. Steel, on the other hand, can plastically deform up to around 25%, depending on the type of steel, before it breaks. Materials with at least some ductility are required in the automotive industry, since a motor vehicle should deform plastically in the event of an accident and should not tear apart.

Das Verstärkungsbauteil weist aufgrund seiner geringeren Duktilität einen geringeren Umformgrad als das Blechbauteil auf. Wenn dieser Umformgrad überschritten wird, kann das Verstärkungsbauteil reißen. Wenn nun das Blechbauteil mit dem Verstärkungsbauteil bei einem Unfall hohen Zugkräften ausgesetzt wird, wird der maximal mögliche Umformgrad, und damit die maximal mögliche Dehnung des Verstärkungsbauteils deutlich eher erreicht als beim Blechbauteil. Dies würde dazu führen, dass das Verstärkungsbauteil bei entsprechend hohen Zugkräften reißt, während das Blechbauteil sich noch dehnen kann. Bei einem Unfall könnte dies zu einem schlagartigen Abfall der Festigkeit des mit dem Verstärkungsbauteil verstärkten Blechbauteils führen. Um dies zu vermeiden, weist das Verstärkungsbauteil die zumindest eine Welle auf. Die Längserstreckung der Welle verläuft im Wesentlichen senkrecht oder schräg zur Richtung der Zugbeanspruchung. Bei entsprechend hohen Zugbeanspruchungen, wie sie bei einem Unfall entstehen können, wird so zunächst die Welle gerade gezogen, bevor das Verstärkungsbauteil reißt. Dies erhöht den zur Verfügung stehenden Verformungsweg. Bevorzugt wird bei einem Unfall aufgrund der Zugbeanspruchung die Welle im Verstärkungsbauteil so deformiert, dass sich die Höhe der Welle gegenüber den umgebenden Bereichen des Verstärkungsbauteils verringert.Due to its lower ductility, the reinforcing component has a lower degree of deformation than the sheet metal component. If this degree of deformation is exceeded, the reinforcing member may crack. Now, if the sheet metal component is exposed to the reinforcing member in an accident high tensile forces, the maximum possible degree of deformation, and thus the maximum possible elongation of the reinforcing member is achieved much earlier than the sheet metal component. This would lead to the reinforcing member tearing at correspondingly high tensile forces, while the sheet metal component can still stretch. In the event of an accident, this could lead to a sudden drop in the strength of the reinforced with the reinforcing member sheet metal component. To avoid this, the reinforcing member has the at least one shaft. The longitudinal extension of the shaft is substantially perpendicular or oblique to the direction of tensile stress. At correspondingly high tensile stresses, such as may occur in an accident, so first the shaft is pulled straight before the reinforcing member breaks. This increases the available deformation path. Preferably, in an accident due to the tensile stress, the shaft in the reinforcing member is deformed so that the height of the shaft relative to the surrounding areas of the reinforcing member is reduced.

Auf diese Weise kann der geringere Umformgrad des Verstärkungsbauteil aus einem Stahlblech gegenüber dem Blechbauteil kompensiert werden, sodass keine Gefahr mehr besteht, dass das Verstärkungsbauteil frühzeitig reißt, und es so zu einem unerwünschten schlagartigen Abfall der Festigkeit des mit dem Verstärkungsbauteil verstärkten Blechbauteils kommen kann.In this way, the lower degree of deformation of the reinforcing member made of a steel sheet relative to the sheet metal component can be compensated, so that there is no longer a risk that the reinforcing member breaks early, and it can lead to an undesirable abrupt drop in the strength of reinforced with the reinforcing member sheet metal component.

Das Verstärkungsbauteil besteht bevorzugt aus einem hochfesten oder höchstfesten Stahlblech. Derartige hochfeste Stähle weisen eine Streckgrenze von 600 MPa oder höher auf. Idealerweise kann die Streckgrenze sogar 900 MPa oder noch mehr betragen. Verstärkungsbauteile aus einem solchen hochfesten Stahl lassen sich normalerweise nicht mehr kaltumformen. Geeignete Umformverfahren zur Herstellung der Verstärkungsbauteile sind daher Warmumformen oder Presshärten. Dabei kann zugleich die Welle in das Verstärkungsbauteil eingebracht werden. Das Verstärkungsbauteil hat dadurch im Bereich der Welle die gleichen Materialeigenschaften wie das übrige Bauteil.The reinforcing member is preferably made of a high-strength or high-strength steel sheet. Such high strength steels have a yield strength of 600 MPa or higher. Ideally, the yield strength may even be 900 MPa or even higher. Reinforcement components made from such a high-strength steel are normally no longer cold-workable. Suitable forming processes for producing the reinforcing members are therefore hot working or press hardening. At the same time, the shaft can be introduced into the reinforcing component. As a result, the reinforcing component has the same material properties in the region of the shaft as the rest of the component.

Auf den Einsatz von Verstärkungsbauteilen aus einem hochfesten Stahl kann im heutigen Automobilbau kaum mehr verzichtet werden. Die hochfesten Stähle leisten einen entscheidenden Beitrag zur Verringerung der Bauteilgewichte. Gegenüber konventionellen Stahlsorten ermöglichen die hochfesten Stähle eine Verringerung der Blechdicke bei gleichbleibender Strukturfestigkeit der Bauteile.The use of reinforcing components made of a high-strength steel can hardly be dispensed with in today's automotive industry. The high-strength steels make a decisive contribution to reducing component weights. Compared with conventional steel grades, the high-strength steels enable a reduction in the sheet thickness while maintaining the structural strength of the components.

Vorteilhafterweise weisen die Welle selber sowie die Übergangsbereiche zwischen der Welle und den umgebenden Bereichen des Verstärkungsbauteils ausschließlich Radien von mindestens zehn Millimeter auf. Die großen Radien stellen sicher, dass der zur Verfügung stehende maximale Umformgrad beim Geradeziehen der Welle nicht überschritten wird.Advantageously, the shaft itself and the transition areas between the shaft and the surrounding areas of the reinforcing member exclusively on radii of at least ten millimeters. The large radii ensure that the available maximum degree of deformation when straightening the shaft is not exceeded.

Die erfindungsgemäße Anbringung zumindest einer Welle in einem Verstärkungsbauteil aus einem Stahlblech ist besonders an den Stellen einer Kraftfahrzeugkarosserie von Vorteil, die bei einem Unfall einer hohen Zugbeanspruchung ausgesetzt sind. Deshalb eignet sich ein solches Verstärkungsbauteil mit zumindest einer Welle insbesondere zur Verstärkung zumindest einen Teil eines Seitenrahmens, einer Tunnelverstärkung oder eines Längsträgers.The attachment according to the invention of at least one shaft in a reinforcing component made of a steel sheet is particularly advantageous at the points of a motor vehicle bodywork which are exposed to high tensile stress in the event of an accident. Therefore, such a reinforcing member having at least one shaft, in particular for reinforcement, is suitable for at least a part of a side frame, a tunnel reinforcement or a longitudinal member.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.Further advantageous embodiments are the subject of dependent claims.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, anhand dessen die Erfindung im Folgenden näher beschrieben wird. Die einzige Figur zeigt in schematischer Darstellungsweise ein Blechbauteil einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs, das mit einem Verstärkungsbauteil verschweißt ist.In the drawing, an embodiment of the invention is shown, by which the invention will be described in more detail below. The single figure shows a schematic representation of a sheet metal part of a body of a motor vehicle, which is welded to a reinforcing member.

Das in der Figur gezeigte Blechbauteil 1 bildet einen Teil eines Dachseitenrahmens einer Karosserie eines Personenkraftfahrzeugs. Der Dachseitenrahmen bildet die seitliche Begrenzung des Fahrzeugdachs. Das Blechbauteil 1 besteht aus einer im Karosseriebau gängigen Stahlsorte mit einer Streckgrenze von 220 MPa. Eine solche Stahlsorte weist einen relativ hohen Umformgrad auf, sodass das Blechbauteil 1 gut tiefgezogen werden kann.The sheet metal component shown in the figure 1 forms part of a roof side frame of a body of a passenger vehicle. The roof side frame forms the lateral boundary of the vehicle roof. The sheet metal component 1 consists of a steel grade commonly used in body construction with a yield strength of 220 MPa. Such a steel grade has a relatively high degree of deformation, so that the sheet metal component 1 can be well deep-drawn.

Bei einem Unfall ist das Blechbauteil hohen Zugkräften in Richtung (Z) ausgesetzt. Daher ist das Blechbauteil 1 mit einem Verstärkungsbauteil 2 aus einem hochfesten Stahlblech verstärkt. Das Blechbauteil 1 und das Verstärkungsbauteil 2 sind über zahlreiche Schweißpunkte 3 miteinander verbunden. Durch den Einsatz einer hochfesten Stahlsorte für das Verstärkungsbauteil 2 kann das Gewicht niedrig gehalten werden, während die Steifigkeit des Verstärkungsbauteils 2 trotzdem sehr hoch ist. In diesem Fall besteht das Verstärkungsbauteil 2 aus einem Mangan-Bor-Stahl 22MnB5, der eine Streckgrenze von über 900 MPa aufweist. Allerdings lassen sich Stahlbleche aus einem solchen hochfesten Stahl nur mehr schwer umformen, da er nur einen geringen Umformgrad aufweist. Deshalb wurde das Verstärkungsbauteil 2 in einem Warmumformprozess hergestellt. Dabei wurde auch eine Welle 4 in das Verstärkungsbauteil 2 eingebracht, die sich nach dem Anschweißen des Verstärkungsbauteils 2 an das Blechbauteil 1 zwischen zwei Schweißpunkten 3 befindet. Durch das Einbringen der Welle 4 während des Warmumformprozesses weist das Verstärkungsbauteil 2 in allen Bereichen die gleichen Materialeigenschaften auf. Die Welle 4 erstreckt sich mit seiner Längserstreckung L über die gesamte Breite des Verstärkungsbauteils 2. Sie verläuft senkrecht zur Richtung der Zugbeanspruchung Z, der das Blechbauteil 1 mit dem Verstärkungsbauteil 2 bei einem Unfall ausgesetzt ist.In the event of an accident, the sheet metal component is subject to high tensile forces in the direction ( Z ) exposed. Therefore, the sheet metal component 1 with a reinforcing member 2 reinforced from a high-strength sheet steel. The sheet metal component 1 and the reinforcing member 2 are over numerous welds 3 connected with each other. By using a high-strength steel grade for the reinforcing component 2 The weight can be kept low while the stiffness of the reinforcing member 2 still very high. In this case, there is the reinforcing member 2 made of a manganese-boron steel 22MnB5, which has a yield strength of over 900 MPa. However, steel sheets made of such a high-strength steel are more difficult to reshape because it has only a low degree of deformation. Therefore, the reinforcing member became 2 produced in a hot forming process. It also became a wave 4 in the reinforcing member 2 introduced after the welding of the reinforcing member 2 to the sheet metal component 1 between two welds 3 located. By introducing the shaft 4 during the hot forming process, the reinforcing member has 2 the same material properties in all areas. The wave 4 extends with its longitudinal extent L over the entire width of the reinforcing member 2 , It runs perpendicular to the direction of the tensile stress Z who made the sheet metal part 1 with the reinforcing member 2 is exposed in an accident.

Wenn nun bei einem Unfall das Blechbauteil 1 mit dem Verstärkungsbauteil 2 einer hohen Zugbeanspruchung Z ausgesetzt wird, kann sich das Blechbauteil 1 aufgrund seines relativ hohen Umformgrades in Richtung der Zugbeanspruchung Z dehnen. Das Verstärkungsbauteil 2 weist aufgrund seiner Materialeigenschaften einen deutlich geringeren Umformgrad auf und kann sich daher nicht in gleichem Maße dehnen. Es kann aber dennoch aufgrund der Welle 4 die Zugbeanspruchung Z aufnehmen ohne zu reißen, da sich die Welle 4 verformen kann. Diese wird durch die Zugbeanspruchung Z gerade gezogen, sodass die ursprüngliche Höhe h der Welle 4 gegenüber den umgebenden Bereichen des Verstärkungsbauteils 2 abnimmt. Somit kann durch die Welle 4, die bei einer Zugbeanspruchung Z gerade gezogen wird, der fehlende Umformgrad des Verstärkungsbauteils 2 kompensiert werden, sodass das Verstärkungsbauteil 2 nicht reißt.If now in an accident, the sheet metal component 1 with the reinforcing member 2 a high tensile stress Z is exposed, the sheet metal component can 1 due to its relatively high degree of deformation in the direction of the tensile stress Z stretch. The reinforcing member 2 Due to its material properties it has a much lower degree of deformation and therefore can not stretch to the same extent. It can, however, due to the wave 4 the tensile load Z record without tearing, as the wave 4 can deform. This is due to the tensile stress Z just pulled so that the original height h of the shaft 4 towards the surrounding areas of the reinforcing member 2 decreases. Thus, by the wave 4 that at a tensile load Z is just drawn, the lack of degree of deformation of the reinforcing member 2 be compensated, so that the reinforcing member 2 do not break.

Die Radius R der eigentlichen Welle 4 sowie die Übergangsradien R' zwischen der Welle 4 und den angrenzenden Bereichen des Verstärkungsbauteils 2 sind mindestens zehn Millimeter groß. Auf diese Weise ist der erforderliche Umformgrad zum Gerade-ziehen der Welle 4 gering. Es besteht keine Gefahr, dass der maximal mögliche Umformgrad des Verstärkungsbauteils 2 dabei überschritten wird.The radius R of the actual shaft 4 as well as the transition radii R ' between the wave 4 and the adjacent areas of the reinforcing member 2 are at least ten millimeters in size. In this way, the required degree of deformation for straight-pull the shaft 4 low. There is no danger that the maximum possible degree of deformation of the reinforcing member 2 is exceeded.

Claims (9)

Kraftfahrzeug mit einem Blechbauteil (1) aus einem Stahlblech, das mit einem Verstärkungsbauteil (2) aus einem Stahlblech über mehrere Schweißstellen (3) verbunden ist, wobei das Verstärkungsbauteil (2) eine geringere Duktilität als das Blechbauteil (1) aufweist, und wobei das Blechbauteil (1) zusammen mit dem Verstärkungsbauteil (2) bei einem Unfall auf Zug beansprucht wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsbauteil (2) zumindest eine Welle (4) zwischen zumindest zwei Schweißstellen (3) aufweist, deren Längserstreckung (L) im Wesentlichen senkrecht oder schräg zur Richtung der Zugbeanspruchung (Z) beim Unfall verläuft.Motor vehicle with a sheet metal component (1) made of a steel sheet, which is connected to a reinforcing component (2) made of a steel sheet over a plurality of welds (3), wherein the reinforcing member (2) has a lower ductility than the sheet metal component (1), and wherein Sheet metal component (1) together with the reinforcing member (2) is claimed in an accident to train, characterized in that the reinforcing member (2) has at least one shaft (4) between at least two welds (3) whose longitudinal extent (L) in Essentially perpendicular or oblique to the direction of tensile stress (Z) in the accident runs. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Unfall aufgrund der Zugbeanspruchung die Welle (4) im Verstärkungsbauteil (2) so deformiert wird, dass die Höhe (h) der Welle (4) gegenüber den umgebenden Bereichen des Verstärkungsbauteils (2) sich verringert.Motor vehicle after Claim 1 , characterized in that in an accident due to the tensile stress, the shaft (4) in the reinforcing member (2) is deformed so that the height (h) of the shaft (4) relative to the surrounding areas of the reinforcing member (2) is reduced. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (4) selber sowie die Übergangsbereiche zwischen der Welle (4) und den umgebenden Bereichen des Verstärkungsbauteils (2) ausschließlich Radien (R, R') von mindestens zehn Millimeter aufweist.Motor vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that the shaft (4) itself and the transition regions between the shaft (4) and the surrounding regions of the reinforcing member (2) exclusively radii (R, R ') of at least ten millimeters. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechbauteil (1) zumindest einen Teil eines Seitenrahmens, einer Tunnelverstärkung oder eines Längsträgers bildet.Motor vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that the sheet metal component (1) forms at least part of a side frame, a tunnel reinforcement or a longitudinal member. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsbauteil (2) aus einem hochfesten oder höchstfesten Stahlblech besteht.Motor vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that the reinforcing member (2) consists of a high-strength or high-strength steel sheet. Kraftfahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsbauteil (2) eine Streckgrenze von 600 MPa oder höher aufweist.Motor vehicle after Claim 5 characterized in that the reinforcing member (2) has a yield strength of 600 MPa or higher. Kraftfahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsbauteil (2) eine Streckgrenze von 900 MPa oder höher aufweist.Motor vehicle after Claim 5 characterized in that the reinforcing member (2) has a yield strength of 900 MPa or higher. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsbauteil (2) durch Warmumformen oder Presshärten hergestellt wurde.Motor vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that the reinforcing member (2) has been produced by hot working or press hardening. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsbauteil (2) aus einem Mangan-Bor-Stahl besteht.Motor vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that the reinforcing member (2) consists of a manganese-boron steel.
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