DE102011008860A1 - Weightless bumper system for motor vehicle, has cross beam comprising two trench-shaped reinforcement structures running into base area and frame partially and beyond production-specific necessary bending radii - Google Patents

Weightless bumper system for motor vehicle, has cross beam comprising two trench-shaped reinforcement structures running into base area and frame partially and beyond production-specific necessary bending radii

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DE102011008860A1
DE102011008860A1 DE201110008860 DE102011008860A DE102011008860A1 DE 102011008860 A1 DE102011008860 A1 DE 102011008860A1 DE 201110008860 DE201110008860 DE 201110008860 DE 102011008860 A DE102011008860 A DE 102011008860A DE 102011008860 A1 DE102011008860 A1 DE 102011008860A1
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Michael Roll
Dariusz Straznikiewicz
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Abstract

The system (S) has two deformation elements (D) for receiving and conversion of collision energy of a motor vehicle. A one-piece cross beam is provided with two frames (Z) extending away from two longitudinal edges of a base area (B). A flange region is connected to each frame and has a channel for enabling a frictional connection i.e. screw connection, of the deformation element and a longitudinal beam. The cross beam has two trench-shaped reinforcement structures (V) running into the base area and the frame partially and beyond production-specific necessary bending radii. The cross beam is designed as a U-profile or a hat profile in its cross-section. An independent claim is also included for a method for manufacturing a bumper system.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stoßfängersystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The present invention relates to a bumper system in accordance with the preamble of claim 1.
  • Gewichtsreduzierte Stoßfängersysteme bei Fahrzeugen sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt. Reduced weight bumper systems for vehicles are well known in the art.
  • Die The DE42018339A1 DE42018339A1 beschreibt ein Stoßfängersystem umfassend einen U-förmig profilierten Querträger aus Leichtmetall. describes a bumper system comprising a U-shaped profiled cross-member of light metal. Des Weiteren sind im Bereich des Steges Ausformungen, sogenannte Prallhörner vorgesehen, die zur formgenauen Anbringung einer elastischen Fahrzeugabdeckung dienen. Further are provided protrusions, so-called impact projections in the region of the web which are used to form precise attachment of an elastic vehicle cover. Die Ausformungen, welche in etwa senkrecht zur Längsachse des Querträgers verlaufen, werden dabei in einem Tiefziehschritt des Querträgerprofils hergestellt und stehen von der restlichen Stegfläche im Wesentlichen erhaben hervor. The formations which extend in approximately perpendicular to the longitudinal axis of the cross member are thereby produced in a deep-drawing step of the beam profile and project from the remaining web face substantially sublime out.
  • US-A-5,785,387 US-A-5,785,387 zeigt ein Stoßfängersystem mit U-förmigen Querträger und damit schweißtechnisch verbunden Deformationselementen zwischen Längsträger und Querträger. shows a bumper system with U-shaped cross-member and connected by welding deformation elements between longitudinal beams and cross beams.
  • DE10057311A1 DE10057311A1 schließlich zeigt ein Hutprofilförmigen Querträger eines Stoßfängersystems, welches mit Deformationselementen im Bereich der Zargen und des Steges des Querträgers verschweißt ist. finally shows a Hutprofilförmigen cross member of a bumper system, which is welded to the deformation elements in the region of the ribs and the web of the cross member. Durch praktische Versuche und rechnergestützter Simulation hat sich bei vorgenannten Ausführungen als nachteilig herausgestellt, dass im Falle eines frontseitigen Anpralls ungewollte bis unvorhersehbare Deformationen wesentlicher Teile des Querträgers auftreten können. By practical tests and computer-based simulation has been found in the aforementioned statements to be disadvantageous that in the event of a frontal Anpralls can occur unwanted to unpredictable deformations essential parts of the cross member.
  • Aufgabenstellung task
  • Aufgabe der Erfindung ist ausgehend vom eingangs beschriebenen Stand der Technik die Schaffung eines gewichtsreduzierten und zugleich belastungsoptimierten Stoßfängersystems für Kraftfahrzeuge. The object of the invention is, starting from the described prior art, the creation of a weight-reduced and at the same time load optimized bumper system for motor vehicles. Des Weiteren soll ein Verfahren zur Schaffung eines derartigen Stoßfängersystems vorgeschlagen werden. Furthermore, a method of providing such a bumper system should be proposed.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Stoßfängersystem nach den Merkmalen des Anspruchs 1 beziehungsweise mit dessen Herstellverfahren nach den Ansprüchen 9 oder 10 gelöst. This object is achieved by a bumper system according to the features of claim 1 and with the manufacturing method according to claims 9 or 10 degrees. Es wird ein Stoßfängersystem mit U- oder Hut-förmigen Querträger und damit verbundenen Deformationselementen vorgeschlagen, wobei die Querträger wiederum den Querträger mit den Längsträgern eines Fahrzeuges verbinden. It is proposed a bumper system with U-shaped or hat-shaped cross member and associated deformation elements, again using the cross members connecting the cross member to the longitudinal members of a vehicle. Der Querträger wird gebildet im Wesentlichen aus einem Steg und zwei davon winkelig abstehenden Zargen. The cross member is formed essentially from a web and two thereof protruding angled sides. Kern der Erfindung sind in den Querträger integrierte Verstärkungsstrukturen, welche grabenförmig ausgebildet sind und von einem Stegbereich des Querträgers ausgehend über einen Übergangsradius in einen an den Steg angrenzenden Zargenbereich zumindest teilweise hinein verlaufen. Essence of the invention are in the cross-member integrated reinforcement structures formed grave shaped and extending from a web portion of the cross member on the basis of a transition radius in an area adjacent to the web frame area at least partially inside. Die Verstärkungsstruktur ist dabei derart beschaffen, dass die grabenförmige Vertiefung eine Vergrößerung der Biegesteifigkeit in der vertikalen Querschnittsebene des Querträgers bei Stoßbelastung auf den Stegbereich insbesondere durch einen Fahrzeuganprall, wie er mit dem Pendel Test nach The reinforcement structure is arranged such that the grave shaped recess increasing the bending stiffness in the vertical cross-sectional plane of the cross member when impact load on the web portion in particular by a vehicle impact, as by the pendulum test nachgestellt werden kann, bewirkt. can be reset causes.
  • Vorteilhaft ist dabei die Verstärkungsstruktur im Stegbereich durchgehend ausgeführt. the reinforcement structure in the web area it is advantageous continuous. Besonders vorteilhaft führt die grabenförmige Vertiefung der Verstärkungsstruktur von einer Zarge über den Steg hin zu der zweiten Zarge, wobei die Biegeradien dabei gleichartig mit ausgeformt sind. Particularly advantageously, the grave-shaped depression of the reinforcing structure leading from a frame via the web toward the second edge, wherein the bending radius thereby are similar with molded. Diese Gestaltung ermöglicht eine optimale Steifigkeitserhöhung in der vertikalen Querschnittsebene des Querträgers. This design allows for optimal stiffness increase in the vertical cross-sectional plane of the cross member.
  • Eine zweite Ausführungsvariante sieht eine angewandelte Versteifungsstruktur derart vor, dass anstelle einer durchgehenden grabenförmig ausgeformten Vertiefung zwei voneinander in Längs- und Querrichtung beabstandete Vertiefungen positioniert sind. A second variant embodiment provides a stiffening structure is changed before such a way that two mutually spaced in longitudinal and transverse grooves are positioned instead of a continuous grave shaped molded recess. Dies hat bei besonders leichten Querträgern mit schmalem Zargen zur Folge, dass die grabenförmige Vertiefung keine unzulässig Hohe Schwächung der Biegesteifigkeit in horizontaler Querschnittebene. This has in very light cross beams with narrow frames result, the grave-shaped depression no unacceptably high attenuation of the flexural rigidity in the horizontal cross-sectional plane.
  • Zweiter Teil der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung erfindungsgemäßen Stoßfängersystems, wobei zwei Verfahrensvarianten im Folgenden beschrieben werden sollen. Second part of the invention is a method for producing the bumper system of the invention, two process variants are described in the following.
  • Es wird eine erste Verfahrensvariante vorgeschlagen, welche im Wesentlichen folgende Bearbeitungsschritte zur Erzeugung des eine Verstärkungsstruktur aufweisenden Querträgers umfasst: It is proposed a first variant of the process, which essentially comprises the following processing steps for the production of a reinforcing structure having cross member:
    Bereitstellen einer Blechplatine aus Stahl, Aluminium(-legierung) oder Magnesium(-legierung), Umformen der Platine zu einem in seiner Längsausdehnung Hut- oder U-förmig ausgebildeten Profil in ein oder mehreren Umformschritten, Verbringen des Hut- oder U-förmig ausgebildeten Halbzeuges in ein weiteres Formwerkzeug, Ausformung der Verstärkungsstruktur in einem Formwerkzeug und erforderlichenfalls Beschichtung des endgeformten Querträgers. Providing a sheet metal blank of steel, aluminum (alloy) or magnesium (alloy), forming the blank into a formed in its longitudinal extent hat- or U-shaped profile formed in one or more shaping steps, bringing the hat or U-shaped semifinished in another mold, shaping of the reinforcing structure in a molding tool and, if necessary coating of the finally shaped cross member.
  • Es wird im Folgenden eine zweite Verfahrensvariante vorgeschlagen, welche im Wesentlichen folgende Bearbeitungsschritte zur Erzeugung des eine Verstärkungsstruktur aufweisenden Querträgers umfasst: a second process variant, it is proposed in the following, which essentially comprises the following processing steps for the production of a reinforcing structure having cross member:
    Bereitstellen eines Hut- oder U-förmig ausgebildeten Profils aus Stahl, und/oder Aluminium(-legierung) und/oder Magnesium(-legierung), Erwärmen des Hut- oder U-förmig ausgebildeten Profils auf eine Temperatur innerhalb des Bereiches zwischen der Liquidus-Linie im ZTU-Schaubild des Ausgangsmaterials bzw. der Ausgangslegierung Plus oder Minus 50°C zwecks Erhöhung der Umformbarkeit und/oder zur Gefügeumwandlung für eine anschließende Härtung, Verbringen des Hut- oder U-förmig ausgebildeten Halbzeuges in ein Warmformwerkzeug, Ausformen der Verstärkungsstruktur im Wesentlichen unter Beibehaltung der restlichen Ausgangsform, Abkühlen des endgeformten Bauteils in einem gekühlten Formwerkzeug unter Aufrechterhaltung eines Mindestdrucks zur Rücksprungprävention oder außerhalb des Werkzeuges und erforderlichenfalls Reinigung und Beschichtung des endgeformten Bauteils. Providing a hat- or U-shaped profile of steel and / or aluminum (alloy) and / or magnesium (alloy), heating the hat- or U-shaped profile to a temperature within the range between the liquidus line in the TTT diagram of the starting material or the starting alloy plus or minus 50 ° C in order to increase the formability and / or structural transformation for subsequent curing, placing the hat- or U-shaped semi-finished product in a thermoforming mold, forming the reinforcing structure substantially while maintaining the remaining original shape, cooling the finally shaped member in a cooled mold, while maintaining a minimum pressure to the return prevention or outside of the tool and, if necessary, cleaning and coating of the finally shaped component.
  • Nachfolgend wird die Erfindung in zweier Ausführungsvarianten an Hand von Zeichnungen erläutert: The invention in two embodiments with reference to drawings will be explained:
  • 1 1 : Ein Ausschnitt auf erfindungsgemäßes Stoßfängersystem mit Verstärkungsstruktur in perspektivischer Darstellung : A section on inventive bumper system with reinforcement structure in perspective
  • 2a 2a : Eine Schnittdarstellung durch das Querträgerprofil nach dem Stand der Technik nach einem Anprall A sectional view through the cross member profile according to the prior art after an impact
  • 2b 2 B : Eine Schnittdarstellung durch das Querträgerprofil des erfindungsgemäßen Stoßfängersystems nach einem Anprall A sectional view through the beam profile of the bumper system of the invention by an impact
  • 3 3 : Eine perspektivische Ansicht auf eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stoßfängersystems : A perspective view of an alternative embodiment of the bumper system of the invention
  • In In 1 1 wird eine erste Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Stoßfängersystems (S) dargestellt. a first variant embodiment of the bumper system of the invention (S) is illustrated. Das System wird gebildet aus einem quer zur Fahrzeuglängsrichtung positionierten Querträger (Q), welcher über andeutungsweise dargestellte Deformationselemente (D) mit einem Fahrzeuglängsträger (nicht dargestellt) verbunden werden kann. The system is formed of a transversely positioned to the longitudinal direction of cross members (Q), which on deformation elements indicated in the illustration (D) can be connected (not shown) with a longitudinal beam.
  • Der Querträger ist dabei zur Gewichtseinsparung als offenes Profil, genauer als Hutprofil ausgebildet, welches zwei im Wesentlichen senkrecht von einem Stegbereich (B) beanstandete Zargen (Z) aufweist, wobei die Zargen Näherungsweise parallel zueinander stehen und an deren Enden sich schmale, nach außen gerichtete Flansche (F) über die gesamte Länge des Querträgers anschließen, die parallel zum Stegbereich ausgebildet sind. The cross member is to save weight as an open profile, formed more specifically as a hat profile having two substantially perpendicularly from a web region (B) complained of frames having (Z), the sides approximation, are parallel to each other and to the ends of which narrow, outwardly directed flanges (F) to connect over the entire length of the cross member, which are formed parallel to the web area. Der Übergang zwischen Zarge und Steg ist fertigungsbedingt mit Biegeradien versehen, die aber beider weiteren Beschreibung der Erfindung keine Rolle spielen sollen. The transition between the frame and the web is provided with production-related bending radii, but which should not play a role of both a further description of the invention. Die Ebene (E) soll den Bereich Kennzeichen, welcher in The plane (E) to the section indicator, which in 2a 2a , . 2b 2 B als vertikale Querschnittebene für den Fall des Anpralls näher erläutert wird. is explained in detail as a vertical cross-sectional plane in the event of impact.
  • Die positive Verstärkungswirkung des erfindungsgemäßen Stoßfängersystems soll anhand der Unterscheidung zwischen The positive reinforcement effect of the bumper system according to the basis of the distinction between 2a 2a und and 2b 2 B erklärt werden. be explained. In In 2a 2a ist ein nach dem Stand der Technik ausgeführter Querträger (Q) eines Stoßfängersystems dargestellt, auf welchem eine Aufprallkraft eingewirkt hat. a running according to the prior art cross-member (Q) is represented of a bumper system, on which an impact force has acted. Diese führt zu einer Deformation des Stegbereiches und zu einem Aufbiegen der Zargen (Z). This leads to a deformation of the ridge portion and a bending of the sides (Z). In ungünstigsten Fall kann es in Folge dessen auch zum Versagen der Schraubverbindung zu einem nicht dargesteilten Deformationselement kommen. In the worst case, it may consequently also come to the failure of the screw to a non dargesteilten deformation element.
  • 2b 2 B dagegen stellt für den gleichen Belastungsfall und an der gleichen Position einen Schnitt durch erfindungsgemäßen Querträger dar. Zu erkennen ist im Wesentlichen ein unverformtes Querträgerprofil. however, provides for the same load case and at the same position a section through inventive cross member group. To see is essentially an undeformed beam profile. Das Hutprofil biegt nicht auf. The hat profile does not bend on.
  • 3 3 stellt eine abgewandelte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Stoßfängersystems (S) dar, wobei die grabenförmige Verstärkungsstruktur (V) hier an einem Ende der Querträgers (Q) aus zwei Teilabschnitten (V') besteht. represents a modified embodiment of the bumper system of the invention (S), wherein the grave shaped reinforcing structure (V) here at one end of the cross-member (Q) comprises two sections (V ') is composed. Die Teilbereiche der Verstärkungsstruktur sind voneinander beabstandet und von der Längsachse des Querträgers aus betrachtet versetzt ausgebildet. The portions of the reinforcing structure are spaced apart and formed offset from the longitudinal axis of the cross member of view. Die Teilabschnitte sind im Wesentlichen jeweils zwischen einer Zarge und dem damit verbundenen Steg ausgeformt, wobei die Verstärkungsstruktur im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Querträgens verläuft. The partial portions are substantially in each case formed between a frame and the associated web, wherein said reinforcing structure is substantially perpendicular to the longitudinal axis of the Querträgens.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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  • Zitierte Nicht-Patentliteratur Cited non-patent literature
    • ECE R42 & US Part581 [0007] ECE R42 & US Part581 [0007]

Claims (10)

  1. Stoßfängersystem (S) eines Kraftfahrzeuges bestehend im Wesentlichen aus einem einteilig gebildeten quer zur Fahrzeuglängsrichtung angeordnetem Querträger (Q), zwei Deformationselementen (D) zur Aufnahme und Umwandlung von Energie infolge eines Anpralls bzw. Aufpralls auf ein Hindernis, wobei der Querträger in seinem Querschnitt im Wesentlichen als U-Profil oder Hutprofil ausgebildet ist, mit einem Stegbereich (B) und zwei von den zwei Längskanten des Stegbereiches winkelig abstehenden Zargen (Z), wobei sich einer Zarge jeweils ein Flanschbereich anschließen kann, der über Durchgänge (L) zur kraftschlüssigen Verbindung, insbesondere Schraubverbindung, von Deformationselement und Längsträger verfügen kann, dadurch gekennzeichnet , dass der Querträger über wenigstens zwei grabenförmig ausgebildete Verstärkungsstrukturen (V, V') verfügt, wobei diese jeweils zumindest teilweise und über die fertigungstechnisch notwendige Biegeradien hinaus in die Bereiche des Steges (B) A bumper system (S) of a motor vehicle consisting essentially of an integrally formed arranged transversely to the vehicle longitudinal direction transverse beam (Q), two deformation elements (D) for receiving and conversion of energy as a result of an impact or collision with an obstacle, wherein the cross member in its cross section is essentially formed as a U-profile or hat profile, having a web portion (B) and two of the two longitudinal edges of the ridge portion angularly projecting frames (Z), whereby a frame may be followed by a flange in each case, the through passages (L) for non-positive connection can have, in particular screwed, by deformation element and the longitudinal carrier, characterized in that the cross member has at least two grave-shaped reinforcement structures (V, V '), which in each case at least partially and out (in the areas of the web on the production technology necessary bending radii B ) und wenigstens einer Zarge (Z) hinein verlaufen. and at least one frame (Z) extend into it.
  2. Stoßfängersystem (S) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Verstärkungsstrukturen ausgebildet sind, und diese jeweils über die gesamte Breite des Steges (B) sowie wenigstens teilweise und über den fertigungstechnisch notwendigen Biegeradius hinaus in den Bereich beider Zargen (Z) hinein verlaufen. A bumper system (S) according to claim 1, characterized in that reinforcing structures are formed, and this over the entire width of the web (B) and at least partly and in the region of the two door frames (Z) on the production technology required bend radius extending into it.
  3. Stoßfängersystem (S) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet dass die Grabentiefe der Verstärkungsstruktur im Bereich vom 1,5 bis 3-fachen der Materialstärke des Querträgers entspricht. A bumper system (S) according to claim 1 or 2, characterized in that the grave depth of the reinforcement structure corresponds to in the range from 1.5 to 3 times the material thickness of the cross member.
  4. Stoßfängersystem (S) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet dass die Grabenbreite der Verstärkungsstruktur einschließlich fertigungstechnisch notweniger Biegeradien dem 2- bis 5-fache der Grabentiefe des der Verstärkungsstruktur entspricht. A bumper system (S) according to claim 1 to 3, characterized in that the grave width of the reinforcement structure including production-technically notweniger bending radius corresponds to the 2- to 5-fold of the grave depth of the reinforcing structure.
  5. Stoßfängersystem (S) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet dass die Verstärkungsstruktur vom Querträgermittelpunkt aus betrachtet jeweils zwischen Außenkante Bindungsbereich zum angrenzenden Deformationselement (D) liegt. A bumper system (S) according to claim 1 to 3, characterized in that the reinforcement structure viewed from the cross-member means each point between the outer edge binding region to the adjacent deformation element (D) is located.
  6. Stoßfängersystem (S) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet dass die Verstärkungsstruktur vom Querträgermittelpunkt aus betrachtet jeweils im Bereich des Deformationselementes positioniert ist. A bumper system (S) according to claim 1 to 3, characterized in that the reinforcement structure viewed from the cross-member means each point is positioned in the region of the deformation element.
  7. Stoßfängersystem (S) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass der Querträger zumindest abschnittsweise eine Hutprofilform aufweist, dessen Flansche und Zargen im Wesentlichen jeweils senkrecht zueinander stehen. A bumper system (S) according to any one of the preceding claims, characterized in that the cross member sections, has a hat profiles, at least, whose flanges are respectively and sides substantially perpendicular to each other.
  8. Stoßfängersystem (S) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Zargen und/oder der Flansche des Querträgers über dessen Längsausdehnung variieren. A bumper system (S) according to any one of the preceding claims, characterized in that the width of the frames and / or the flanges of the cross beam vary over the longitudinal extent thereof.
  9. Verfahren zur Herstellung eines Stoßfängersystems (S) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: • Bereitstellen einer Blechplatine aus Stahl, Aluminium(-legierung) oder Magnesium(-legierung) • Umformen der Platine zu einem in seiner Längsausdehnung Hut- oder U-förmig ausgebildeten Profil in ein oder mehreren Umformschritten • Verbringen des Hut- oder U-förmig ausgebildeten Halbzeuges in ein weiteres Formwerkzeug • Ausformung der Verstärkungsstruktur in einem Formwerkzeug • Erforderlichenfalls Beschichtung des endgeformten Querträgers A process for producing a bumper system (S) according to claim 1, characterized by the following process steps: • providing a sheet metal blank of steel, aluminum (alloy) or magnesium (alloy) • shaping the blank to a in its longitudinal extent hat- or U-shaped profile formed in one or several forming • bringing the hat or U-shaped semi-finished product in another mold • formation of the reinforcing structure in a molding tool • If necessary, coating of the finally shaped crossmember
  10. Verfahren zur Herstellung eines Stoßfängersystems (S) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Schritte: • Bereitstellen eines Hut- oder U-förmig ausgebildeten Profils aus Stahl, und/oder Aluminium(-legierung) und/oder Magnesium(-legierung) • Erwärmen des Hut- oder U-förmig ausgebildeten Profils auf eine Temperatur innerhalb des Bereiches zwischen der Liquidus-Linie im ZTU-Schaubild des Ausgangsmaterials bzw. der Ausgangslegierung Plus/Minus 50°C zwecks Erhöhung der Umformbarkeit und/oder zur Gefügeumwandlung für eine anschließende Härtung • Verbringen des Hut- oder U-förmig ausgebildeten Halbzeuges in ein Warmformwerkzeug • Ausformen der Verstärkungsstruktur im Wesentlichen unter Beibehaltung der restlichen Ausgangsform • Abkühlen des endgeformten Bauteils in einem gekühlten Formwerkzeug unter Aufrechterhaltung eines Mindestdrucks zur Rücksprungprävention oder außerhalb des Werkzeuges • Erforderlichenfalls Reinigung und Beschichtung des endgeformten A process for producing a bumper system (S) according to claim 1, characterized by the following steps: • providing a hat- or U-shaped profile of steel and / or aluminum (alloy) and / or magnesium (alloy) • heating the hat- or U-shaped profile to a temperature within the range between the liquidus line in the TTT diagram of the starting material or the starting alloy plus / minus 50 ° C in order to increase the formability and / or structural transformation for subsequent curing • Have of the top-hat or U-shaped semi-finished product in a thermoforming tool • forming the reinforcing structure while substantially retaining the remaining original shape • cooling the finally shaped member in a cooled mold, while maintaining a minimum pressure to the return prevention or outside the die • If necessary, cleaning and coating of the finally shaped Bauteils component
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