DE102010062083A1

DE102010062083A1 - Profilanordnung mit einem geschlossenen Profilträger

Info

Publication number: DE102010062083A1
Application number: DE102010062083A
Authority: DE
Inventors: Ari Garo Canton Caliskan; Michael M. Livonia Azzouz
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2009-12-03
Filing date: 2010-11-29
Publication date: 2011-06-16
Also published as: US20110133519A1; US8292357B2; CN201998936U

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Profilanordnung mit einem geschlossenen Profilträger, insbesondere für eine Kraftfahrzeugstruktur, und ein Verfahren zu seiner Herstellung. Der Profilträger weist ein erstes Loch auf einer ersten Seite und ein zweites Loch auf einer zweiten Seite, die der ersten Seite gegenüberliegt, auf.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Verstärkungsteil im ersten Loch und im zweiten Loch des Profilträgers angeordnet und mit diesem verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Profilanordnung mit einem geschlossenen Profilträger, insbesondere für eine Kraftfahrzeugstruktur, und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Bei gegenwärtigen Fahrzeugstrukturen ist es zu einer Herausforderung geworden, Raum im Fahrzeug zu gewinnen, um Komponenten, die während eines Fahrzeugzusammenpralls erzeugte Aufprallenergie absorbieren, zu implementieren. Herkömmliche Ausführungen zum Absorbieren von Aufprallen mit hoher Energie, wie zum Beispiel in der US-PS 3 931 997 von Myers beschrieben, enthalten in der Regel Strukturen, die aus hochfesten Materialien, wie zum Beispiel verschiedenen hochfesten Stählen, hergestellt sind. Diese röhrenförmigen Strukturen können als Fahrzeugträger ausgeführt sein, oder sie können getrennt in Längsrichtung des Fahrzeugs positioniert sein, um die Energie einer Längskollision zu absorbieren. Solche Ausführungen neigen jedoch dazu, lateral zu knicken, wenn die Last versetzt ist, das heißt, wenn die Last nicht konzentrisch zum Rohr ist. Aufgrund des begrenzten Raums, der im Fahrzeug zur Verfügung steht, und der begrenzt zulässigen Rahmenwahl, wird jedoch bei Verbesserung der axialen Festigkeit solcher Strukturen tendenziell der Grad lateraler Instabilität der Rohre erhöht.
Andere herkömmliche Ausführungen enthalten Quetschdosen oder Quetschrohre (crash cans, crash tubes, crush cans, crush tubes), die mit einem Ende eines Trägers und einem Fahrzeugstoßfänger verschweißt oder mechanisch daran befestigt sind, wie zum Beispiel in der US-PS 5 876 078 gezeigt. Die Quetschdosen oder Quetschrohre, die, wie oben angeführt, implementiert sind, neigen dazu, lateral zu knicken, wenn die Last nicht konzentrisch zum Rohr ist.
Wie in den 1 und 2 zusammen gezeigt, wird eine Quetschrohranordnung 110 nach dem Stand der Technik des '593-Patents gezeigt. Die Quetschrohranordnung 110 enthält ein Rohr 118, das in einer tiefgezogenen Längsprofil 116 angeordnet ist, die darunter liegende Struktur aber nicht verlängert. Das Rohr 118 wird in das Längsprofil 116 geschweißt, und dann wird anschließend ein tiefgezogenes Schließprofil mit dem Längsprofil 116 verbunden, um ein geschlossenen Längsträger 120 zu erzeugen. Die Quetschrohranordnung 110 der Ausführung nach dem Stand der Technik erfordert eine zweiteilige, tiefgezogene Profilträger 120, der allgemein schwerer und teurer ist. Des Weiteren führt solch eine Ausführung zu einer längeren Montage- oder Fertigungszeit.
Wie gezeigt können auch andere Systeme verwendet werden, um Aufprallenergie zu absorbieren, durch Einschluss einer völligen Neugestaltung einer Kraftfahrzeugaufbaustruktur, wie zum Beispiel der die in der US-PS 6 312 038 beschriebenen Fahrzeugaufbaustruktur. Solche Ausführungen können Verlängerungen des Fahrzeugstrukturrahmens in Längsrichtung enthalten, um ein oder mehrere Energie absorbierende Glieder aufzunehmen.
Solche Neugestaltungen sind jedoch hinsichtlich der Entwicklung teurer und sind mit derzeit hergestellten Kraftfahrzeugen nicht kompatibel, und zwar unabhängig von dem Bereich des Fahrzeugs, in dem erhöhte Energieabsorption gewünscht wird. Insbesondere weisen derzeit hergestellte Kraftfahrzeuge möglicherweise nicht den erforderlichen Packungsraum zur Aufnahme einer größeren Anzahl von absorbierenden Gliedern oder Rohren auf.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine Profilanordnung zu schaffen, die einfach herzustellen ist und die mit wenig Gewicht und hoher Festigkeit ausgeführt sein kann.
Gelöst wird diese Aufgabe, indem bei einer Profilanordnung, mit einem geschlossenen Profilträger, der ein erstes Loch auf einer ersten Seite und ein zweites Loch auf einer zweiten Seite, die der ersten Seite gegenüberliegt, aufweist, ein Verstärkungsteil im ersten Loch und im zweiten Loch des Profilträgers angeordnet ist.
Durch Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszahlen ähnlichen, wenn auch vielleicht nicht identischen, Komponenten entsprechen, werden Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung offensichtlich. Der Kürze halber werden Bezugszahlen oder Merkmale, die eine zuvor beschriebene Funktion haben, im Zusammenhang mit anderen Zeichnungen, in denen sie vorkommen, gegebenenfalls nicht beschrieben.
1 ist eine perspektivische Teilansicht einer offenen Aufbaustruktur mit einem Verstärkungsteil nach dem Stand der Technik.
2 ist eine perspektivische Teilansicht einer geschlossenen Aufbaustruktur mit einem Verstärkungsteil nach dem Stand der Technik.
3 ist eine perspektivische Teilansicht eines geschlossenen Profilträgers mit Löchern und dem entsprechenden Anti-Quetsch-Rohr.
4 ist eine als Querschnitt ausgeführte Teilansicht eines geschlossenen Profilträgers mit dem in den Löchern des geschlossenen Profilträgers von 1 installierten Anti-Quetsch-Rohr.
5 ist eine vergrößerte, als Querschnitt ausgeführte Teilansicht eines geschlossenen Profilträgers mit dem in den Löchern des geschlossenen Profilträgers installierten Anti-Quetsch-Rohr.
6 ist eine vergrößerte, als Querschnitt ausgeführte Teilansicht eines geschlossenen Profilträgers mit einer Mutter und einer Schraube und dem in den Löchern des geschlossenen Profilträgers installierten Anti-Quetsch-Rohr.
7 ist eine als Querschnitt ausgeführte Teilansicht eines geschlossenen Profilträgers mit dem unter Verwendung eines Buckelschweißprozesses in den Löchern des geschlossenen Profilträgers installierten Anti-Quetsch-Rohr.
8 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer verstärkten geschlossenen Profilanordnung darstellt.
Die vorliegende Offenbarung stellt eine effektive Struktur und ein effektives Verfahren zum Einbau eines Verstärkungsteils in eine geschlossene Profilstruktur bereit.
Nunmehr auf 3 Bezug nehmend, wird eine Ausführungsform der verstärkten geschlossenen Profilanordnung 10 gezeigt. Es versteht sich, dass der geschlossene Profilträger 14 durch die verschiedensten Mittel hergestellt werden kann, wie zum Beispiel Hydroformen und/oder Extrudieren, aber nicht darauf beschränkt. Die Profilanordnung 10 enthält einen geschlossenen Profilträger 14. Geschlossen meint hier, das der Profilträger im Querschnitt einstückig ausgeführt ist, also ein umlaufendes Profil aufweist, im Gegensatz zu Trägern, aus zwei- oder mehrteiligen Teilschalen bestehen und dann nachträglich gefügt werden.
Der Profilträger weise ein erstes Loch oder eine erste Öffnung 16 auf einer ersten Seite 18 und ein zweites Loch oder eine zweite Öffnung 20 auf einer der ersten Seite 18 gegenüber liegenden zweiten Seite 22 auf. Wie in den 3 und 5 gezeigt, können die im Profilträger 14 erzeugten Löcher oder Öffnungen 16, 20 so ausgebildet sein, dass die Außenseite 24 des geschlossenen Profilträgers 14 nach innen geneigt ist. Diese Konfiguration gestattet eine glatte Außenseite 24 und erleichtert weiter die Installation eines Verstärkungsteils 12. Das geneigte Außenteil 26 kann das Verstärkungsteil 12 in Position führen.
Das Verstärkungsteil 12 kann eine Innenfläche 62 und eine Außenfläche 62 aufweisen. Das Verstärkungsteil 12 kann so im ersten und zweiten Loch 16, 20 des geschlossenen Profilträgers 14 angeordnet sein, dass das Verstärkungsteil 12 durch das erste oder zweite Loch 16, 20 des Profilträgers 14 eingeführt wird.
Wie in 3 gezeigt, kann sich das Verstärkungsteil 12 entlang der Höhe oder Breite des Profilträgers 14 erstrecken. Das nicht einschränkende Beispiel von 3 zeigt das Verstärkungsteil 12 als ein Rohr 12', wobei das Rohr 12' einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Es versteht sich jedoch, dass das Verstärkungsteil 12 auch eine unterschiedliche Konfiguration aufweisen kann, so dass es eine quadratische Konfiguration oder eine anders geformte Konfiguration (eine ovale usw.) aufweist. Obgleich das Verstärkungsteil 12 in 3 ein geschlossenes Profil (ein kreisförmiges Rohr) ist, kann das Verstärkungsteil 12 auch ein offenes Profil aufweisen, wie zum Beispiel einen oder mehrere (nicht gezeigte) Halter, die sich von der ersten Öffnung 16 bis zur zweiten Öffnung 20 erstrecken können.
Nunmehr auf 5 Bezug nehmend, kann das Verstärkungsteil 12 einen Abschnitt 28 des Verstärkungsteils 12 aufweisen, der sich über eine Außenseite 24 des Profilträgers 14 hinaus erstreckt, um einen ausreichenden strukturellen Unterbau zum Verschweißen des Verstärkungsteils 12 mit dem Profilträger 14 zu gestatten. Als Alternative dazu kann sich das Verstärkungsteil 12 auf der ersten Seite 18 sowie auf der zweiten Seite 22 bis zu der Außenseite 24 des Profilträgers 14 erstrecken, wie in 4 gezeigt.
In einem nicht einschränkenden Beispiel kann das Verstärkungsteil 12 an der ersten Öffnung 16 und der zweiten Öffnung 18 über einen Buckelschweißprozess oder anderen Schweißprozess (Punktschweißen usw.) am Profilträger 14 befestigt sein. Das Verstärkungsteil 12 kann durch Verwendung von mechanischen Befestigungselementen (60 in 6) oder Klebstoffen am Profilträger 14 befestigt sein. Es können zusätzliche (nicht gezeigte) Verstärkungskomponenten vorhanden sein, die an der ersten Öffnung 16 und/oder zweiten Öffnung 20 befestigt sind, um das Verstärkungsteil 12 ordnungsgemäß am Profilträger 14 anzubringen.
Nunmehr auf 6 Bezug nehmend, wird ein Beispiel für ein mechanisches Befestigungselement 60 gezeigt. Eine Gewindeschraube 34 kann mit einer Unterlegscheibe oder Verstärkung 48 verwendet werden. Dann kann eine Schraube 50 durch das Verstärkungsteil 12, die erste Öffnung 16 und die zweite Öffnung 20 eingeführt werden. Eine zusätzliche Verstärkung 52 kann an der zweiten Öffnung mit einer Mutter 54 implementiert werden, die zur Befestigung der Schraube 50 und der Verstärkungen 48, 52 in ihrer Position verwendet wird. Unabhängig davon, ob zusätzliche mechanische Verstärkungskomponenten implementiert sind, kann das Verstärkungsteil 12 derart wirkkonfiguriert sein, dass das Verstärkungsteil 12 die erste Öffnung 16 (oder das erste Loch) und die zweite Öffnung 20 (oder das zweite Loch) des Profilträgers 14 in Eingriff nimmt.
Erneut auf die 3–7 Bezug nehmend, kann der Profilträger 14 in vielerlei Weise als Fahrzeugstruktur ausgeführt sein, wie zum Beispiel als Chassisträger 14', als (nicht gezeigter) Dachträger, als (nicht gezeigte) B-Säule, als (nicht gezeigter) vorderer Dachquerträger usw. Der Profilträger 14 und das Verstärkungsteil können aus dem gleichen Material, wie zum Beispiel Aluminium, aber nicht darauf beschränkt, hergestellt sein. Wie in 5 gezeigt, kann die Längsachse 32 des Verstärkungsteils 12 im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse 30 des Profilträgers 14 verlaufen. Es versteht sich, dass diese Konfiguration gestattet, dass die gesamte verstärkte geschlossene Profilanordnung 10 im Falle eines Zusammenpralls oder einer Kollision Energie besser absorbiert.
Auf 7 Bezug nehmend, kann das Verstärkungsteil 12 (unter Verwendung eines Buckelschweißgeräts 68) in den Profilträger 14 buckelgeschweißt sein. Des Weiteren versteht sich, dass das Verstärkungsteil 12 durch WIG-/MIG-Schweißen oder Punktschweißen in Position gebracht sein kann. Mit Bezug auf Buckelschweißen und 7 kann das Verstärkungsteil 12 an der ersten Öffnung 16 und der zweiten Öffnung 20 buckelgeschweißt sein, wie in 7 gezeigt. Des Weiteren kann bei dieser beispielhaften Ausführungsform das Verstärkungsteil 12 seiner Innenfläche 62 eine Gewinde 60 aufweisen, wodurch es möglich ist, dass eine (nicht gezeigte) Schraube direkt in die Profilanordnung 10 geschraubt wird. Demgemäß kann die (in 7 nicht gezeigte) Schraube über das Gewinde 60 in der Profilanordnung verankert sein und muss sich, da zur Verbindung keine Mutter notwendig ist, gegebenenfalls nicht vollständig durch das Verstärkungsteil 12 erstrecken.
Nunmehr auf 8 der vorliegenden Offenbarung Bezug nehmend, wird ein Ablaufdiagramm gezeigt, das ein Verfahren zur Herstellung einer Profilanordnung 10 darstellt. Das Verfahren umfasst den ersten Schritt des Hydroformens einer Fahrzeugaufbaustruktur (Schritt 36). Der zweite Schritt umfasst das Einbringen, z. B. durch Stanzen oder dergleichen, von Öffnungen 16, 20 in den Profilträger 10 (Schritt 38). Es versteht sich, dass das Einbringen der Öffnungen 16, 20 während des Hydroformprozesses oder danach erfolgen kann. Wie erwähnt, können die Öffnungen oder Löcher des Weiteren plastisch aufgeweitet werden. Der dritte Schritt umfasst Installieren eines Verstärkungsteils in den Öffnungen (in die erste Öffnung und die zweite Öffnung) der (Schritt 40). Dieser dritte Schritt des Installierens des Verstärkungsteils 12 in den Profilträger 14 kann auch Ineingriffbringen des Verstärkungsteils 12 mit dem Profilträger 14 umfassen. Der vierte Schritt umfasst Befestigen des Verstärkungsteils 12 im Profilträger 14 (Schritt 42).
Der Schritt des Befestigens des Verstärkungsteils 12 am Profilträger 14 kann weiterhin Buckelschweißen des Verstärkungsteils 12 an den Profilträger 14 umfassen. Bei noch einer anderen Ausführungsform kann der Schritt des Befestigens des Verstärkungsteils 12 am Profilträger 14 Implementieren mechanischer Befestigungselemente zur Befestigung des Verstärkungsteils 12 am Profilträger 14 umfassen.
Obgleich mehrere Ausführungsformen ausführlich beschrieben worden sind, versteht sich für den Fachmann, dass die offenbarten Ausführungsformen modifiziert werden können. Deshalb soll die vorhergehende Beschreibung als beispielhaft und nicht als einschränkend betrachtet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 3931997 [0002]
US 5876078 [0003]
US 6312038 [0005]

Claims

Profilanordnung, mit einem geschlossenen Profilträger, insbesondere für eine Kraftfahrzeugstruktur, wobei der Profilträger ein erstes Loch auf einer ersten Seite und ein zweites Loch auf einer zweiten Seite, die der ersten Seite gegenüberliegt, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verstärkungsteil im ersten Loch und im zweiten Loch des Profilträgers angeordnet ist.
Profilanordnung nach Anspruch 1, wobei das Verstärkungsteil über einen Buckelschweißprozess am geschlossenen Profilträger befestigt ist.
Profilanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verstärkungsteil ein hohles Rohr ist.
Profilanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Profilträger ein Chassisträger ist.
Profilanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Profilträger und das Verstärkungsteil aus Aluminium hergestellt sind.
Profilanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Verstärkungsteil ausgeformt ist, um mit dem ersten Loch und dem zweiten Loch in Eingriff zu gelangen.
Profilanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Längsachse des Verstärkungsteils im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse des Profilträgers verläuft.
Profilanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei sich ein Teil des Verstärkungsteils über eine Außenseite des Profilträgers hinaus erstreckt.
Profilanordnung einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Verstärkungsteil über einen MIG-Schweißprozess, einen WIG-Schweißprozess oder einen Punktschweißprozess am Profilträger befestigt ist.
Profilanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, soweit auf Anspruch 3 zurückbezogen, wobei das hohle Rohr an der Innenseite eine Gewinde aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer Profilanordnung, insbesondere einer Profilanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Extrudieren und/oder Hydroformen eines geschlossenen Profilträgers; Einbringen von Öffnungen in den Profilträger; Einfügen eines Verstärkungsteils in den Öffnungen des Profilträgers; und Verbinden des Verstärkungsteils mit dem Profilträger.
Verfahren zur Herstellung einer Profilanordnung nach Anspruch 11, wobei es sich bei dem Verstärkungsteil um ein Rohr handelt.
Verfahren zur Herstellung einer verstärkten geschlossenen Profilanordnung nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Öffnungen im Profilträger ausgeformt sind, um mit dem Verstärkungsteil in Eingriff zu gelangen.