DE102011052153A1

DE102011052153A1 - Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeug-Biegeträgers und Kraftfahrzeug-Biegeträger

Info

Publication number: DE102011052153A1
Application number: DE102011052153A
Authority: DE
Inventors: Franz-Ulrich Brockhoff; Stefan Schmitz; Stefan Grottke; Holger Diersmann
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2011-07-26
Filing date: 2011-07-26
Publication date: 2013-01-31
Also published as: US20130187396A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeug-Biegeträgers 1 und einen Kraftfahrzeug-Biegeträger 1, beispielsweise eines Türaufprallträgers oder eines Seitenaufprallträgers. Aus einer Metallplatine wird zunächst ein Doppel-U-Profil 2 geformt. Das Doppel-U-Profil 2 weist zwei U-förmige Längsabschnitte 3, 4 auf, die durch einen Steg 5 verbunden sind. Die äußeren Schenkel 6, 7 des Doppel-U-Profils 2 sind länger als die über den Steg 5 verbundenen inneren Schenkel 8, 9. Die äußeren Schenkel 6, 7 werden in einem weiteren Umformschritt unter Ausbildung von Hohlkammern 10, 11 eingeformt und anschließend mit dem Biegeträger 1 vorzugsweise im Übergangsbereich der inneren Schenkel 8, 9 zum Steg 5 gefügt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeug-Biegeträgers, beispielsweise eines Türaufprallträgers oder eines Stoßfängerquerträgers, aus einer Metallplatine sowie einen Kraftfahrzeug-Biegeträger, wobei der Kraftfahrzeug-Biegeträger ein Doppel-Hohlkammer-Profil besitzt mit zwei sich in einer Längsrichtung erstreckenden äußeren Hohlkammern, die durch einen Steg verbunden sind.
Kraftfahrzeug-Biegeträger sind in unterschiedlichster geometrischer Ausgestaltung bekannt, und zwar sowohl in ein- als auch in mehrteiliger Form aus Stahl und aus Aluminium.
Die EP 0 788 849 B1 beschreibt die Herstellung eines Rohrs aus einer Metallplatine und dessen Verwendung als Kraftfahrzeugbauteil.
Die DE 103 21 581 A1 beschreibt in einer Ausführungsform einen Tür- bzw. Seitenaufprallträger, der im Querschnitt ein Doppel-U-Profil aufweist. Gleiches gilt für die DE 10 2005 030 507 A1 .
Zum Stand der Technik zählt des Weiteren durch die WO 2008/051968 A2 ein B-förmiger Biegeträger. Dieser weist zwei sich in seiner Längsrichtung erstreckende Hohlkammern auf, die durch einen Steg verbunden sind, wobei der Steg doppellagig ausgeführt ist. Dieser Kraftfahrzeug-Biegeträger bringt sowohl herstellungstechnisch als auch gewichtsmäßig nicht die besten Voraussetzungen mit sich.
Bekannt sind auch Biegeträger aus Rollform- und Extrusionsprofilen. Nachteilig hieran sind die zusätzlich separat durchzuführenden Schritte des Sägens bzw. Fräsens oder Drückens sowie Lochens der Endabschnitte.
Der Erfindung liegt, ausgehend vom Stand der Technik, die Aufgabe zugrunde, ein rationelles Verfahren zur Herstellung eines gewichtsmäßig verbesserten Biegeträgers mit einem Doppel-Hohlkammerprofil aufzuzeigen sowie einen anwendungstechnisch, insbesondere gewichtsmäßig, verbesserten Kraftfahrzeug-Biegeträger zu schaffen.
Der verfahrensgemäße Teil der Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
Die Lösung des gegenständlichen Teils der Aufgabe besteht in einem Kraftfahrzeug-Biegeträger gemäß Anspruch 7.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildung der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß wird eine Metallplatine zunächst zu einem Doppel-U-Profil geformt, welches zwei U-förmige Längsabschnitte aufweist, die durch einen Steg verbunden sind. Anschließend werden die äußeren Schenkel der U-förmigen Längenabschnitte unter Ausbildung einer Hohlkammer eingeformt und mit dem Biegeträger gefügt. Hierzu werden die äußeren Längskanten der umgeformten Schenkel im Stoßbereich zumindest partiell mit dem Biegeträger, insbesondere mit dem Steg oder im Bereich des Stegs, gefügt, vorzugsweise kann dies schweiß- oder klebetechnisch erfolgen.
Die Umformung der Metallplatine erfolgt in einem Pressformwerkzeug in nur zwei Schritten bzw. zwei Werkzeugstufen.
Gegenüber rollgeformten oder pressgeformten Doppel-U-Profilen erhöht sich bei einem erfindungsgemäßen geschlossenen Doppel-O-Biegeträger die Lastaufnahmefähigkeit in einem plastisch deformierten Bereich.
Besonders vorteilhaft wird in dem ersten Schritt der Umformung ein Doppel-U-Profil geformt, bei dem die äußeren Schenkel länger sind als die über den Steg verbundenen inneren Schenkel. Die längeren Außenschenkel werden dann in einem weiteren Umformschritt eingerollt bzw. umgeformt und zu den Hohlkammern konfiguriert, wonach die Fügung an den Stoß- bzw. Längskanten der Schenkel mit dem Profil erfolgt. Beim Einrollen bzw. Einformen der Außenschenkel können diese kontrolliert abgestützt werden, beispielsweise mittels eines Abstützdorns.
Als vorteilhaft sowohl herstellungstechnisch als auch hinsichtlich der Bauteileigenschaften wird ein Biegeträger angesehen, der im Querschnitt einen Doppel-U-Profil aufweist.
Nach einem Aspekt der Erfindung werden die Hohlkammern mit einem in Längsrichtung variierenden Querschnitt ausgebildet. Auf diese Weise kann sowohl Bauraumvorgaben als auch den gestellten Anforderungen hinsichtlich Festigkeit und Biegesteifigkeit eines Biegeträgers Rechnung getragen werden. Zudem kann dadurch Gewicht reduziert werden.
Zweckmäßiger Weise wird die Metallplatine vor der Umformung endkonturnah beschnitten und/oder gelocht, vorzugsweise entspricht die bereit gestellte Metallplatine der Abwicklung des herzustellenden Biegeträgers. Vor der Umformung können bereits Stanzungen, Lochungen, Prägungen und/oder Durchzüge an der ebenen Metallplatine durchgeführt werden, bevor diese auf dem erfindungsgemäßen Weg zum Biegeträger geformt und gefügt wird. Bei der Metallplatine kann es sich auch um ein Tailored Blank handeln, also eine maßgeschneiderte Blechplatine, welche aus verschiedenen Werkstoffgüten oder Blechdicken zusammengesetzt ist bzw. diese aufweist. In der Praxis ist insbesondere an die Verwendung von Tailored Rolled Blanks mit unterschiedlichen Blechdicken gedacht. Natürlich kann auch vorgesehen werden, die zwei Hohlkammern in Längsrichtung mit voneinander verschiedenen Querschnitten auszuformen und das Bauteil an verschiedene Belastungssituationen optimal anzupassen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht bei einem Biegeträger in Form eines Stoßfängerquerträgers vor, dass der Querträger eine im Längsverlauf des Bauteils variierende Höhe in Fahrzeughochrichtung aufweist. Dabei verläuft die untere Hohlkammer entsprechend zur Querträgermitte hin nach oben verschoben, so dass sich gegenüber der Höhe im Endbereich bzw. Anbindungsbereich des Querträgers im mittleren Längenabschnitt eine niedrigere Höhe ergibt. Dieser Verlauf ermöglicht eine optimale Anpassung auf Aufprallszenarien, in welchen ein Höhenversatz zwischen Anbindungsebene des Stoßfängerquerträgers auf der einen und der Barriere auf der anderen Seite vorhanden ist.
Ein erfindungsgemäßer Kraftfahrzeug-Biegeträger zeichnet sich durch seine rationelle Herstellungsweise und insbesondere durch ein geringes Gewicht aus. Der Kraftfahrzeug-Biegeträger ist einlagig ausgeführt. Einlagig bedeutet erfindungsgemäß, dass der Biegeträger ohne eine Materialdoppelung, in der Wandabschnitte flächig aneinander liegen, ausgeführt ist. Nur im Stoßbereich entlang der Längskanten der umgeformten Schenkel stoßen diese auf die Metallplatine und sind hier gefügt.
Wie bereits erwähnt, besitzen die Hohlkammern bei einer vorteilhaften Ausgestaltung einen in Längsrichtung variierenden Querschnitt. Vorzugsweise verjüngen sich die Endabschnitte einer oder jeder Hohlkammer gegenüber einen mittleren Längenabschnitt der jeweiligen Hohlkammer.
Herstellungs- und anwendungstechnisch vorteilhaft erweist sich, im Steg Montageflächen vorzusehen. Montageflächen dienen zur Festlegung des Kraftfahrzeug-Biegeträgers innerhalb der Kraftfahrzeugstruktur und/oder zur Kopplung des Biegeträgers mit anderen oder weiteren Bauteilkomponenten.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:
1 in einer schematischen Darstellungsweise die Herstellung eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Biegeträgers;
2 und 3 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Biegeträgers mit der Darstellung einer Zwischenform (2) und der Endform (3);
4 und 5 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Biegeträgers mit der Darstellung einer Zwischenform (4) und der Endform (5);
6 in perspektivischer Darstellungsweise einen erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Biegeträger in Form eines Stoßfängerquerträgers;
7 den vergrößerten Ausschnitt des in Bildebene rechten Endabschnitts des Kraftfahrzeug-Biegeträgers gemäß der Darstellung von 6 und
8 in perspektivischer Darstellungsweise eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Biegeträgers in Form eines Stoßfängerquerträgers.
In den 1 bis 8 sind einander entsprechende Bauteile bzw. Bauteilkomponenten mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die 1 zeigt schematisch den Ablauf bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Biegeträgers 1.
Zur Herstellung eines Kraftfahrzeug-Biegeträgers 1 wird eine Metallplatine bereitgestellt, welche vorzugsweise bereits der Abwicklung des herzustellenden Kraftfahrzeug-Biegeträgers 1 entspricht. Die Metallplatine wird in einer Presse in einem ersten Werkzeug W1 in einem ersten Umform- bzw. Pressenschritt I zu einem Doppel-U-Profil 2 geformt. Das Doppel-U-Profil 2 weist zwei U-förmige Längenabschnitte 3, 4 auf, die durch einen Steg 5 verbunden sind. Man erkennt, dass das Doppel-U-Profil 2 symmetrisch zu seiner Mittellängsachse ausgebildet ist. Die äußeren Schenkel 6, 7 des Doppel-U-Profils 2 sind länger als die inneren Schenkel 8, 9, welche über den Steg 5 verbunden sind.
Nachdem das Doppel-U-Profil 2 geformt ist, werden in einer Presse in einem zweiten Werkzeug W2 in einem weiteren Umformschritt II die äußeren Schenkel 6, 7 der U-förmigen Längenabschnitte 3, 4 unter Ausbildung von Hohlkammern 10, 11 eingeformt bzw. umgeformt. Dabei stoßen die Längskanten 12, 13 der umgeformten äußeren Schenkel 6, 7 mit der Metallplatine im Bereich des Steges 5 aneinander und werden im Stoßbereich gefügt, vorzugsweise schweiß- oder klebetechnisch.
Die Fügung kann über die gesamte Länge der Längskante 12, 13 oder auch nur partiell abschnittsweise ausgeführt werden.
Die 2 und 4 zeigen Ausgestaltungen eines bei der Herstellung eines Kraftfahrzeug-Biegeträgers 1a, 1b erzeugten Zwischenprodukts in Form eines Doppel-U-Profils 2a, 2b. Das Doppel-U-Profil 2b gemäß der Darstellung von 4 ist aus einer endkonturnah beschnittenen und gelochten Metallplatine erzeugt worden.
Die 3 und 5 zeigen die erfindungsgemäß hergestellten Kraftfahrzeug-Biegeträger 1a, 1b. Diese besitzen ein Doppel-Hohlkammer-Profil mit zwei äußeren Hohlkammern 10, 11, welche durch einen Steg 5 verbunden sind. Das Doppel-Hohlkammer-Profil ist einlagig ausgeführt. Eine Materialdoppelung, insbesondere eine Materialdoppelung im Bereich des Steges 5 durch eine flächige Anlage von Längenabschnitten des Doppel-Hohlkammerprofils, gibt es nicht. Lediglich im Stoßbereich der Längskante 12, 13 der umgeformten äußeren Schenkel 6, 7 mit dem Grundkörper des Biegeträgers 1a, 1b berühren diese einander und sind hier gefügt.
Ein Kraftfahrzeug-Biegeträger 1c in Form eines Stoßfängerquerträgers zeigen die 6 und 7. Der Kraftfahrzeug-Biegeträger 1c weist ein einlagiges Doppel-Hohlkammer-Profil auf mit zwei äußeren Hohlkammern 10, 11, welche durch einen Steg 5 verbunden sind. Man erkennt, dass die Hohlkammern 10, 11 einen in Längsrichtung variierenden Querschnitt besitzen. Die sich in Längsrichtung über die gesamte Länge des Biegeträgers 1c erstreckenden Hohlkammern 10, 11 weisen einen mittleren Längenabschnitt 14 auf, der in Richtungen zu seinen beiden Enden hin über einen sich kontinuierlich verjüngenden Übergangsabschnitt 15, 16 in Endabschnitte 17, 18 übergeht. Die Hohlkammern 10, 11 des mittleren Längenabschnitts 14 weisen jeweils eine Querschnittsfläche QF1 auf, die größer ist als die Querschnittsfläche QF2 in den Endabschnitten 17, 18. Die Übergangsabschnitte 15, 16 ändern ihre Querschnittsform bzw. Querschnittsfläche von der Querschnittsfläche QF1 zur Querschnittsfläche QF2 kontinuierlich.
Das Verhältnis der Verschnittsfläche QF1 im mittleren Längenabschnitt 14 zu der Querschnittsfläche QF2 in den Endabschnitten 17, 18 beträgt 3:1. Vorteilhaft ist auch ein Querschnittsverhältnis von 2:1 und 1,5:1.
Die Ausführungsformen gemäß der 4 und 5 sowie 6 und 7 zeigen, dass im Steg 5 des Kraftfahrzeug-Biegeträgers 1b, 1c Montageflächen 19, 20 vorgesehen sind. Im Biegeträger 1b in der Ausführungsform gemäß der 4 und 5 sind Durchbrüche 21 eingebracht. Diese sind durch Lochung der Metallplatine vor dem Umformen insbesondere während des Platinenzuschnitts hergestellt. Die Durchbrüche 21 dienen zur Festlegung des Biegeträgers 1b innerhalb der Türstruktur eines Kraftfahrzeugs.
Die Montagefläche 20, wie bei dem Kraftfahrzeug-Biegeträger 1c gemäß den 6 und 7 ersichtlich, dienen zur Kopplung des Kraftfahrzeug-Biegeträgers 1c mit Crashboxen 23. Weiterhin ist eine Montagehülse 22 integriert zur Aufnahme bzw. Kopplung einer Abschleppöse.
8 schließlich zeigt einen Kraftfahrzeug-Biegeträger 1d in Form eines weiteren Stoßfängerquerträgers. Der Kraftfahrzeug-Biegeträger 1d unterscheidet sich von dem Biegeträger 1c gemäß den 6 und 7 dadurch, dass der Biegeträger 1c bzw. das Doppel-Hohlkammer-Profil eine im Längsverlauf des Bauteils variierende Höhe in Fahrzeughochrichtung Z aufweist. Dabei verläuft die untere Hohlkammer 11 zur Biegeträgermitte hin in positive Z-Richtung verschoben, so dass sich gegenüber der Höhe H2 in den Endbereichen des Biegeträgers 1d eine niedrigere Höhe H1 ergibt. Dieser Verlauf ermöglicht eine optimale Anpassung an Aufprallszenarien, in welchen ein Höhenversatz zwischen Anbindungsebene AB des Stoßfängerquerträgers auf der einen und der Barriere auf der anderen Seite vorhanden ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Anbindungsebene AB des Stoßfängerquerträgers 1d in Teilbereichen niedriger als die Barriere, so dass durch die in Z-Richtung nach oben verlaufende Hohlkammer 11 der Stoßfängerquerträger 1d an der Lastaufnahme vollständig beteiligt werden kann.
Selbstverständlich kann auch vorgesehen sein, dass beide Hohlkammern 10 und 11 einen in Z-Richtung variierenden Höhenverlauf in ihrer Längsrichtung aufweisen.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug-Biegeträger
1a: Kraftfahrzeug-Biegeträger
1b: Kraftfahrzeug-Biegeträger
1c: Kraftfahrzeug-Biegeträger
1d: Kraftfahrzeug-Biegeträger
2: Doppel-U-Profil
2a: Doppel-U-Profil
2b: Doppel-U-Profil
3: Längenabschnitt
4: Längenabschnitt
5: Steg
6: äußerer Schenkel
7: äußerer Schenkel
8: innerer Schenkel
9: innerer Schenkel
10: Hohlkammer
11: Hohlkammer
12: Längskante
13: Längskante
14: mittlerer Längenabschnitt
15: Übergangsabschnitt
16: Übergangsabschnitt
17: Endabschnitt
18: Endabschnitt
19: Montagefläche
20: Montagefläche
21: Durchbruch
22: Montagehülse
AB: Anbindungsebene
H1: Höhe
H2: Höhe
QF1: Querschnittsfläche v. 14
QF2: Querschnittsfläche v. 17, 18
W1: erstes Werkzeug
W2: zweites Werkzeug
Z: Fahrzeughochrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0788849 B1 [0003]
DE 10321581 A1 [0004]
DE 102005030507 A1 [0004]
WO 2008/051968 A2 [0005]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeug-Biegeträgers (1, 1a, 1b, 1c), beispielsweise eines Türaufprallträgers oder eines Stossfängerquerträgers, aus einer Metallplatine, wobei der Biegeträger (1, 1a, 1b, 1c) zwei sich in seiner Längsrichtung erstreckende Hohlkammern (10, 11) aufweist, die durch einen Steg (5) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallplatine zu einem Doppel-U-Profil (2) geformt wird, welches zwei U-förmige Längsabschnitte (3, 4) aufweist, die durch den Steg (5) verbunden sind, worauf die äußeren Schenkel (6, 7) der U-förmigen Längenabschnitte (3, 4) unter Ausbildung der Hohlkammern (10, 11) eingeformt und mit dem Biegeträger (1, 1a, 1b, 1c) gefügt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Doppel-U-Profil (2) geformt wird, bei dem die äußeren Schenkel (6, 7) länger sind als die über den Steg (5) verbundenen inneren Schenkel (8, 9).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Längskanten (12, 13) der äußeren Schenkel (6, 7) mit dem Biegeträger (1, 1a, 1b, 1c), vorzugsweise im Bereich des Stegs (5), gefügt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegeträger (1, 1a, 1b, 1c) im Querschnitt ein Doppel-O-Profil ausweist.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkammern (10, 11) mit einem in Längsrichtung variierendem Querschnitt ausgebildet werden.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallplatine vor der Umformung endkonturnah beschnitten und/oder gelocht wird.
Kraftfahrzeug-Biegeträger, welcher ein Doppel-Hohlkammer-Profil besitzt mit zwei äußeren Hohlkammern (10, 11), welche durch einen Steg (5) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Doppel-Hohlkammer-Profil einlagig ausgeführt ist.
Kraftfahrzeug-Biegeträger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkammern (10, 11) einen in Längsrichtung variierenden Querschnitt besitzen.
Kraftfahrzeug-Biegeträger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich Endabschnitte (17, 18) einer oder jeder Hohlkammer (10, 11) gegenüber einem mittleren Längenabschnitt (14) verjüngen.
Kraftfahrzeug-Biegeträger nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Steg (5) Montageflächen (19, 20) vorgesehen sind.