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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Überrollschutzsystem für Kraftfahrzeuge gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Holmes für ein Überrollschutzsystem gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 13.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Holms für ein Überrollschutzsystem gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 14.
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Aus dem Stand der Technik sind für Kraftfahrzeuge Überrollschutzsysteme bekannt, die im Falle eines Überrollens des Kraftfahrzeugs bzw. eines Überschlags die Insassen vor Kopfverletzungen, insbesondere die Insassen vor Kopfverletzungen schützen. Bei einem geschlossenen Kraftfahrzeug wird ein Fahrgastinnenraum derart stabilisiert, dass ein eventuell eindrückendes Dach nicht in den Kopfbereich der Fahrzeuginsassen vordringen kann. Im Falle eines Cabriolets sind die Überrollschutzsysteme zumeist hinter den Sitzen derart angeordnet, dass im Falle eines Überrollens bzw. Überschlagens des Cabriolets ein genügender Abstand zur Bodenfläche, auf die das Fahrzeug überrollt, verbleibt und auch hier ebenfalls insbesondere der Kopfbereich der Fahrzeuginsassen geschützt wird.
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Beispielsweise ist aus der
DE 43 42 400 A1 ein Überrollschutzsystem bekannt, bei dem ein U-förmiger Überrollbügel in einer Kassette angeordnet ist, wobei die Überrollbügel über eine Druckfeder vorgespannt sind, wobei in einem Überschlagsfall der Überrollbügel aus der Kassette ausfährt.
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Ferner ist aus der
EP 1 288 079 B1 ein Überrollschutzsystem bekannt, bei dem ein Längsprofil in einer Kassette vorgespannt ist, wobei bei Detektierung eines bevorstehenden Überschlags des Kraftfahrzeugs das Überrollschutzsystem ausfährt und in verschiedenen Positionen verrastet.
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Vorgenannte Überrollschutzsysteme sind in Kraftfahrzeugen im nicht aktivierten Zustand nicht sichtbar angeordnet, weshalb diesen sekundäre Anforderungen bezüglich der ästhetischen Wirkung zukommen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Überrollschutzsystem für Kraftfahrzeuge bereit zu stellen, das gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Überrollschutzsystemen kostengünstiger produzierbar ist und ein geringes Eigengewicht aufweist bei gleichzeitiger Erhöhung der Steifigkeitseigenschaften des Überrollschutzsystems.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Überrollschutzsystem für Kraftfahrzeuge gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst.
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Der verfahrenstechnische Teil der Erfindung wird weiterhin mit einem Verfahren zur Herstellung eines Holmes für ein Überrollschutzsystem gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 13 gelöst.
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Ferner wird der verfahrenstechnische Teil durch ein alternatives Verfahren gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 14 gelöst.
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Vorteilhafte Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung sind Bestandteil der abhängigen Patentansprüche.
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Das erfindungsgemäße Überrollschutzsystem für Kraftfahrzeuge, aufweisend eine Haltevorrichtung und einen in Vertikalrichtung aus der Haltevorrichtung ausfahrenden Holm, wobei die Ausfahrbewegung des Holms bei einem bevorstehenden Crashfall eingeleitet wird und der Holm in wenigstens einer Ausfahrposition arretierbar ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Holm als Hohlprofil aus einem Stahlwerkstoff ausgebildet ist und in einem Rastbereich lokal gehärtet ist.
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Der Holm ist in einer Ruheposition überwiegend, bevorzugt vollständig, in der Haltevorrichtung versenkt angeordnet. Wird ein bestehender Crashfall und/oder Überschlag detektiert, wird der Holm aktiviert und fährt sodann aus der Haltevorrichtung aus. Die Ausfahrbewegung kann über einen Aktuator und/oder ein Federelement erfolgen. Dabei ist es vorstellbar, dass der Holm in der Haltevorrichtung unter Eingliederung einer vorgespannten Feder in der Ruheposition versenkt gehalten ist, wobei bei Aktivierung aufgrund der Federkraft der Holm ausfährt. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, über einen pyrotechnischen, über einen pneumatischen oder aber auch über einen elektromechanischen Aktuator den Holm auszufahren.
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Die Ausfahrbewegung des Holms wird maßgeblich in Kraftfahrzeug Z-Richtung und/oder in einem geringen Winkel zur Kraftfahrzeug Z-Richtung erfolgen. Somit fährt der Holm maßgeblich über die Köpfe der Fahrzeuginsassen aus und bildet zusammen mit dem Windschutzscheibenrahmen eine Überschlagssicherung. Ist der Holm in mindestens der ersten Ausfahrposition arretiert, so liegt ein Rastbereich bezogen auf die Z-Richtung des Holms in der Haltevorrichtung und geringfügig, insbesondere 1, bevorzugt 2 und ganz besonders bevorzugt bis zu 5 cm über die Haltevorrichtung hinaus. Der Rastbereich erstreckt sich dann in negativer Kraftfahrzeug Z-Richtung von einer oberen Kante der Haltevorrichtung bis hin zu der letzten Ausfahrposition des Holms, insbesondere bis zu wenigen cm darunter, insbesondere bis zu 2 cm, ganz besonders bevorzugt bis zu 4 cm und vorzugsweise bis zu 10 cm unterhalb der unteren Ausfahrposition.
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Der Holm ist erfindungsgemäß aus einem Hohlprofil aus Stahlwerkstoff ausgebildet. Aufgrund des Hohlprofils wird dem Holm bereits eine hinreichende Steifigkeit gegen Verbiegung, Torsion und Stauchung gegeben. Besonders kritisch sind bei einem Aufschlag des Holms auf eine Oberfläche unter Einwirkung des Kraftfahrzeuggewichts zwei Bereiche zu sehen. Zum einen ist dies der obere Kopfbereich des Holms, zum anderen ist dies der Bereich auf Höhe der oberen Kante der Haltevorrichtung. Im oberen Kopfbereich des Holms wird dieser insbesondere derart gestaucht, dass eine Initialkraft während des ersten Aufschlags auf die Oberfläche auf den Holm auftritt. Hierbei gilt es, die erste auftreffende Initialkraft zu dämpfen, so dass die Insassenbelastung auf ein unterkritisches Niveau gesenkt wird.
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Im Rahmen der Erfindung ist der Holm insbesondere aus einem DP600 Stahlwerkstoff ausgebildet, der nachfolgend aufgeführte Legierungsbestandteile ausgedrückt in Gewichtsprozent aufweist:
| Kohlenstoff | (C) | max. 0,12 |
| Aluminium | (Al) | max. 0,08 |
| Mangan | (Mn) | max. 1,50 |
| Silizium | (Si) | max. 0,80 |
| Chrom | (Cr) + Molybdän (Mo) | max. 1,00 |
| Phosphor | (P) | max. 0,06 |
| Bor | (B) | max. 0,005 |
| Schwefel | (S) | max. 0,01 |
| Niob | (Nb) + Titan (Ti) | max. 0,15 |
| Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen |
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante ist der Holm insbesondere aus einem Stahlwerkstoff CP 800 ausgebildet, der nachfolgend aufgeführte Legierungsbestandteile ausgedrückt in Gewichtsprozent aufweist:
| Kohlenstoff | (C) | max. 0,12 |
| Mangan | (Mn) | max. 2,20 |
| Silizium | (Si) | max. 0,80 |
| Phosphor | (P) | max. 0,04 |
| Chrom | (Cr) + Molybdän (Mo) | max. 1,0 |
| Schwefel | (S) | max. 0,015 |
| Niob | (Nb) + Titan (Ti) | max. 0,15 |
| Aluminium | (Al) | max. 1,20 |
| Vanadium | (V) | max. 0,20 |
| Bor | (B) | max. 0,005 |
| Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen. |
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In dem Bereich des Holms, der auf Höhe der oberen Kante der Haltevorrichtung liegt, besteht ferner die Gefahr, dass der Holm bei einem Überrollen bzw. Überschlag eines Kraftfahrzeugs eine Auftreffrichtung aufweist, die in einem Winkel zu der Ausfahrrichtung des Holms liegt. Hierdurch ist es möglich, dass der Holm gegenüber der Haltevorrichtung, insbesondere im Bereich der oberen Kante der Haltevorrichtung, abknickt und dadurch seine Steifigkeitseigenschaften verliert. Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, bei dem Holm die Wandstärke derart zu optimieren, dass sie in weniger kritisch belasteten Bereichen reduziert wird, wodurch das Eigengewicht des Holms und somit des Gewicht des Überrollschutzes sinkt. Erfindungsgemäß ist der Holm in einem Rastbereich lokal gehärtet. Hierdurch wird trotz Wandstärkenoptimierung mindestens das gleiche Festigkeitsniveau gehalten, als es bei einem entsprechend massiveren und somit schwerer ausgeführten Bauteil der Fall wäre. Zudem erlaubt besonders die Erhöhung der Wandstärke im Rastbereich eine solidere Grundlage zur Koppelung mit weiteren Anbauteilen. Insbesondere bei einem thermischen Fügen besteht durch die höhere Wandstärke in dem Rastbereich nicht die Gefahr eines Ausbrechens oder eines Durchbrechens der Schweißnaht bzw. der Fügezone und somit eine für das Deformationsverhalten nachteilige Beeinflussung des Rastbereiches.
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In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist der Holm in Abhängigkeit der zur Verfügung stehenden Ausfahrzeit in verschiedenen Ausfahrpositionen arretierbar. Hierzu wird bei der Detektierung eines bevorstehenden Überrollens bzw. Überschlagens des Kraftfahrzeugs die Ausfahrbewegung des Holms initiiert. Der Holm fährt somit aufgrund des Aktuators aus der Haltevorrichtung aus. Zwischen der Initiierung der Ausfahrbewegung und dem Auftreffen der Kopfseite des Holms auf einen Untergrund entsteht nun eine Zeitspanne, wobei der Holm in Abhängigkeit der zur Verfügung stehenden Zeitspanne in verschiedenen Positionen aus, über eine entsprechende Länge ausfährt und dabei in verschiedenen, aufeinander folgenden Positionen jeweils arretiert.
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Besteht beispielsweise von dem Zeitpunkt der Initiierung der Ausfahrbewegung bis zu dem Auftreffen der Kopfseite des Holms auf einen Untergrund eine nur kurze Zeitspanne, so sollte die Ausfahrbewegung derart bemessen sein, dass der Holm in dieser Zeitspanne zumindest die erste Arretierposition erreicht. Steht nun ein dem gegenüber längerer Zeitraum zur Durchführung der Ausfahrbewegung zur Verfügung, kann der Holm in aufeinander folgenden Arretierpositionen ausfahren oder nahezu über die mögliche Gesamtausfahrlänge vollständig ausfahren und in der letzten zur Verfügung stehenden Arretierposition einrasten.
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Hierdurch wird in Abhängigkeit der zur Verfügung stehenden Ausfahrzeit zumindest ein minimaler Schutz der Insassen sichergestellt, wobei bei zunehmendem Zeitraum von Initiierung der Ausfahrbewegung bis zum Auftreffen der Kopfseite des Holms auf einen Untergrund ein optimaler Schutz einstellbar ist. Durch die erfindungsgemäße lokale Härtung des Holms in einem Rastbereich wird gleichzeitig ein geringes Bauteilgewicht des Holms selbst bei hoher Steifigkeit und dadurch verbundenem hohen Schutzvermögen realisiert.
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Weiterhin bevorzugt weist der Holm Verstärkungsbereiche in dem Rastbereich auf, wobei die Verstärkungsbereiche sich in Längsrichtung des Holms erstrecken. Insbesondere sind die Verstärkungsbereiche als längliche Bereiche, insbesondere als Verstärkungslinien, ausgebildet, wobei die Verstärkungsbereiche bevorzugt eine Breite zwischen 2 und 20 mm und insbesondere eine Breite zwischen 3 und 15 mm aufweisen. Die Verstärkungsbereiche sind weiterhin bevorzugt einstückig und werkstoffeinheitlich in dem Holm selbst ausgebildet. Hierzu sind die Verstärkungsbereiche insbesondere durch ein Laserhärtverfahren in dem Stahlwerkstoff des Holms ausgebildet. Es ist hierdurch möglich, zum einen den Holm kostengünstig und mit hoher Bauteilgenauigkeit zu produzieren, zum anderen stehen die einstückig und werkstoffeinheitlich ausgebildeten Verstärkungsbereiche nicht in einen Innenraum des Holms oder aber außen gegenüber dem Holm über, so dass die Ausfahrbewegung des Holms in der Haltevorrichtung nicht durch Verstärkungspatches oder ähnliche Ausführungsvarianten behindert wird.
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Weiterhin bevorzugt sind mehrere Verstärkungsbereiche nebeneinander angeordnet, insbesondere sind die Verstärkungsbereiche parallel nebeneinander angeordnet. Im Rahmen der Erfindung erstrecken sich die Verstärkungsbereiche in Einbauposition des Überrollschutzsystems insbesondere in Kraftfahrzeug Z-Richtung oder in einem geringen Winkel hierzu. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Verstärkungsbereiche bei ausgefahrenem und arretiertem Holm im Rastbereich, insbesondere im Bereich der oberen Kante der Haltevorrichtung, über diese überstehen und eine hinreichende Versteifung des Holms an dem möglichen Knickpunkt der oberen Kante der Haltevorrichtung realisieren.
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Im Rahmen der Erfindung ist es ferner möglich, mehrere Verstärkungsbereiche mit verschiedenen geometrischen Verläufen nebeneinander auszubilden. Beispielsweise ist es möglich, die Verstärkungsbereiche wellenförmig, insbesondere sinusförmig auszubilden. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, die Verstärkungsbereiche länglich oder X-, V-förmig und wellenförmig und/oder in einer Mischform der zuvor genannten Linienverläufe auszubilden. Insbesondere die Laserhärtung ermöglicht hier einen hohen Freiheitsgrad der Formgebung der Verstärkungsbereiche. Im Rahmen der Erfindung ist es insbesondere möglich, nur einen Laser einzusetzen, der dann durch eine vorgeschaltete Optik mehrere Lichtbündel insbesondere wiederum beweglich erzeugt. Es ist mithin die Anschaffung nur eines Lasers zur Aufstellung einer Produktionslinie notwendig. Im Rahmen der Erfindung können jedoch auch 2, 3 oder mehr Laser eingesetzt werden, was wiederum abhängig von der Produktionszeit und der Intensität der Laserbehandlung gewählt wird.
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Im Rahmen der Erfindung weist der Holm im Falle eines Stahlwerkstoffes aus einem DP600 Stahl eine Streckgrenze Rp 0,2 zwischen 300 und 550 MPa, insbesondere zwischen 300 und 400 MPa und besonders bevorzugt eine Streckgrenze Rp 0,2 von ca. 350 MPa auf. Im Falle eines eingesetzten Stahlwerkstoffes CP 800 weist der Holm insbesondere eine Streckgrenze Rp 0,2 zwischen 400 und 800 MPa, insbesondere zwischen 450 und 700 MPa auf. In dem Verstärkungsbereich, der im Rahmen der Erfindung insbesondere durch Laserhärten ausgebildet ist, weist der Holm im Falle eines DP 600 Werkstoffes insbesondere eine Streckgrenze Rp 0,2 zwischen 800 und 1200 MPa, insbesondere zwischen 900 und 1100 MPa auf. Ebenfalls bei einem Stahlwerkstoff CP 800 weist der Holm in den Verstärkungsbereichen des Rastbereiches insbesondere eine Streckgrenze Rp 0,2 zwischen 900 und 1100 MPa auf.
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Im Rahmen der Erfindung ist der Holm bevorzugt selbst als reguläres Umformbauteil ausgebildet, d. h. der Stahlwerkstoff wird geformt und abgelängt oder aber abgelängt und geformt, wobei das Formen insbesondere als Kaltverformung durchgeführt wird. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, den Holm selbst zu vergüten, wobei insbesondere die Verstärkungsbereiche durch ein Laserhärtverfahren entsprechend behandelt werden. Hierdurch ergibt sich insgesamt eine sehr günstige Produzierbarkeit des Holms bei gleichzeitig geringem Eigengewicht und mindestens gleich bleibendem, insbesondere erhöhten Festigkeitseigenschaften.
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Ferner ist der Holm insbesondere als geschlossenes oder als offenes Hohlprofil ausgebildet. Je nach Anwendungsbereich bietet es sich an, den Holm als geschlossenes Hohlprofil oder aber als offenes Hohlprofil auszubilden. Soll beispielsweise die Haltevorrichtung auch in den Innenbereich des Holms eingreifen und diesen hierdurch führen, bietet sich ein offenes Hohlprofil an. Soll die Haltevorrichtung den Holm ausschließlich außen umgreifen und hierdurch führen, so bietet sich ein geschlossenes Hohlprofil an. Im Rahmen der Erfindung ist das geschlossene Hohlprofil insbesondere viereckig, ganz besonders bevorzugt rechteckig ausgebildet. Der Holm selbst kann dabei zusätzlich Sicken oder sonstige Verstärkungsgeometrien aufweisen, insbesondere Sicken, die sich in Längsrichtung des Holms erstrecken. Gleiches gilt für ein offenes Hohlprofil, wobei der Holm hierzu im Querschnitt vorzugsweise U-förmig bzw. hutförmig oder aber auch C-förmig konfiguriert ist.
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Weiterhin weist der Holm in einem Kopfbereich einen Kopfverstärkungsbereich auf, wobei sich der Kopfverstärkungsbereich insbesondere in Querrichtung des Holms erstreckt und insbesondere eine Festigkeit mit einer Streckgrenze Rp 0,2 von 400 bis 800 MPa, insbesondere zwischen 400 und 600 MPA aufweist. Im Falle eines Werkstoffes CP 800 weist der Kopfverstärkungsbereich insbesondere eine Streckgrenze Rp 0,2 zwischen 450 und 700 MPa auf. Der Kopfverstärkungsbereich ist wiederum besonders bevorzugt einstückig und werkstoffeinheitlich in dem Holm selbst ausgebildet, wobei insbesondere der Kopfverstärkungsbereich ebenfalls durch ein Laserhärtverfahren hergestellt ist. Der Kopfverstärkungsbereich ist insbesondere derart ausgebildet, dass er in einem Bereich zwischen 1 und 10 cm, insbesondere zwischen 2 und 7 cm und ganz besonders bevorzugt zwischen 3 und 5 cm unterhalb der oberen Kante des Holms ausgebildet ist. Hierdurch wird eine Sollfaltstelle geschaffen, die zum Abbau einer ersten Initialkraft während des ersten Auftreffens des oberen Kopfbereichs des Holms auf den Untergrund auftritt. Ebenfalls weist der Kopfverstärkungsbereich insbesondere eine Breite zwischen 2 und 22 mm und ganz besonders bevorzugt zwischen 3 und 15 mm auf.
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Im Rahmen der Erfindung sind weiterhin durch den Kopfverstärkungsbereich zwei verschiedene Anwendungsfälle bevorzugt. Zum einen ist dies die Ausführung des Kopfverstärkungsbereichs knapp unterhalb der oberen Kante des Holmes, so dass ein Initialdeformationsraum verbleibt, der weicher bzw. duktiler ist als der Kopfverstärkungsbereich selber. Hierdurch werden Risse an der Kassette und/oder an dem Rastbereich bzw. an dem Kopfbereich vermieden, da eine erste Kraftspitze beim erstmaligen Auftreffen auf einen Untergrund durch die Initialdeformation abgebaut wird. Ferner wird durch den Kopfverstärkungsbereich verhindert, dass das Profil nicht von oben einreißt. Hierdurch wird eine saubere Faltenbildung ermöglicht.
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In einem zweiten Anwendungsfall ist es vorstellbar den Kopfverstärkungsbereich bis an die oberste Kante des Holmes auszubilden, so dass zwar keine Initialdeformation hervorgerufen wird, der Kopfverstärkungsbereich jedoch höchste Festigkeitseigenschaften aufweist und ein Maximum an Verformungsresistenz besitzt, so dass die Insassen bestmöglich geschützt werden. Auch hierbei wird durch die hohe Festigkeitseigenschaft des Kopfverstärkungsbereiches ein Einreißen bzw. ein Riss des Holmes im Kopfbereich vermieden und eine hohe Steifigkeit des Überrollschutzsystems hervorgerufen.
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Im Rahmen der Erfindung bietet insbesondere der Kopfverstärkungsbereich, der nicht bis ganz an die obere Kante reicht die Möglichkeit, dass bei einer lokalen Härtung mittels Laserhärten ein Bereich zum Wärmeabführen verbleibt. Hierdruch ist eine Laserhärtung möglich. Andernfalls könnte die Gefahr bestehen, dass ein oberer Bereich durch das Laserhärten selber aufschmilzt.
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Weiterhin besonders bevorzugt ist der Holm selbst als rollgeformtes Hohlprofil hergestellt oder der Holm ist als pressgeformtes Hohlprofil hergestellt. Besonders bevorzugt weist der Holm eine rechteckige Querschnittskonfiguration auf, wobei sich der jeweils längere Schenkel des Rechtecks bevorzugt in Kraftfahrzeug Y-Richtung erstreckt und der kürzere Schenkel in Kraftfahrzeug X-Richtung erstreckt. Eine geringe Abweichung der Richtung aufgrund eines Winkels von bis zu 20 Grad, insbesondere bis zu 10 Grad ist ebenfalls Bestandteil der Erfindung. Somit steht der Holm leicht quer zur X- bzw. Y-Richtung.
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Weiterhin besonders bevorzugt sind die Verstärkungsbereiche, auf die Kraftfahrzeug X-Richtung bezogen, an einem vorderen und/oder einem hinteren Schenkel des Holms ausgebildet, insbesondere sind die Verstärkungsbereiche an den längeren Schenkeln ausgebildet. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, dass die Verstärkungsbereiche an den seitlichen Schenkeln, mithin den kürzeren Schenkeln, ausgebildet sind. In einer weiteren Ausführungsvariante ergeben sich insbesondere bei einem im Querschnitt rechteckig konfigurierten Holm vier Längskanten, die sich maßgeblich über die gesamte Länge des Holmes erstrecken. Im Rahmen der Erfindung sind weiterhin besonders bevorzugt die Längskanten ebenfalls zumindest partiell mittels Laserhärten gehärtet und weisen hierdurch höhere Festigkeitseigenschaften auf, gegenüber den anderen Bereichen des Holmes.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird weiterhin mit einem Verfahren zur Herstellung eines Holms für ein Überrollschutzsystem, welches gekennzeichnet ist durch folgende Verfahrensschritte
- – Bereitstellen eines Langmaterials aus einer Stahllegierung, vorzugsweise aus einem Coil,
- – Lokales Laserhärten des Langmaterials an den Stellen der Verstärkungsbereiche,
- – Rollformen des Langmaterials zu einem Hohlprofil,
- – Beschneiden des Hohlprofils zu einzelnen Holmen
gelöst.
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Ferner wird der verfahrenstechnische Teil der vorliegenden Erfindung mit einem Verfahren zur Herstellung eines Holms für ein Überrollschutzsystem in einer alternativen Ausführungsvariante gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte
- – Bereitstellen eines Langmaterials aus einer Stahllegierung, vorzugsweise auf einem Coil,
- – optionales Beschneiden des Langmaterials zu einzelnen Blechstreifen,
- – Lokales Laserhärten des Langmaterials oder der Blechstreifen an den Stellen der Verstärkungsbereiche,
- – Pressumformen des Blechstreifens zu einer Hohlprofilhalbschale,
- – Koppeln zweier Hohlprofilhalbschalen zu einem geschlossenen Holm.
gelöst.
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Insbesondere zeichnet die Verfahren aus, dass das Bauteil kalt umgeformt wird. Anschließend oder bereits während der Umformung werden die erfindungsgemäßen Verstärkungsbereiche durch einen Laserhärtvorgang ausgebildet. Dadurch, dass sich die Verstärkungsbereiche in Längsrichtung des herzustellenden Profilbauteils selbst erstrecken, ergibt sich ferner der Vorteil, dass sich die Verstärkungsbereiche nicht nachteilig auf die Umformoperation auswirken. So wird beispielsweise der Einsatz erhöhter Umformkräfte aufgrund eines bereits vorgehärteten Bauteils vermieden. Ferner ist es möglich, durch entsprechende Optik oder Steuerung des Laserstrahls während des Härtens eine Wellenkontur und/oder eine Breite des Verstärkungsbereichs zu erzeugen. Insbesondere werden die Verstärkungsbereiche in dem Bauteil durchgehärtet, so dass der Verstärkungsbereich sich über die gesamte Wandstärke des Holms selbst erstreckt.
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Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, bei dem Pressumformen anstelle einer Hohlprofilhalbschale ein offenes Hohlprofil auszubilden, das dann nicht noch mit einer weiteren Hohlprofilhalbschale gekoppelt wird. Das Laserhärten kann dann bereits an dem Blechstreifen erfolgen oder aber auch erst nach dem Pressumformen. Insbesondere wird jedoch auch hier ein Kaltumformen eingesetzt, das zu günstigen Produktionskosten mit dem nachgeschalteten Laserhärten führt.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird weiterhin mit einem Überrollschutzsystem für Kraftfahrzeuge, aufweisend eine Haltevorrichtung und einen in Vertikalrichtung aus der Haltevorrichtung ausfahrenden Holm, wobei die Ausfahrbewegung des Holmes bei einem bevorstehenden Crashfall eingeleitet wird und der Holm in wenigstens einer Ausfahrposition arretierbar ist, dadurch gelöst, dass der Holm als Hohlprofil aus einem Stahlwerkstoff ausgebildet ist, wobei der Holm in seiner Längsrichtung zumindest abschnittsweise voneinander verschiedene Wandstärken aufweist.
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Im Rahmen der Erfindung wird auch bei dieser Ausführungsvariante die Ausfahrbewegung des Holms durch ein Precrashsystem, beispielsweise eine Kamera oder aber sonstige im Kraftfahrzeug bereits befindliche oder vorzusehende Sensorik, eingeleitet. Die Ausfahrbewegung selbst wird durch insbesondere einen pyrotechnischen Stellaktuator oder aber beispielsweise auch durch einen elektromechanischen Stellaktuator ausgelöst. Der Holm fährt sodann aus einer Haltevorrichtung, insbesondere aus einer Haltekassette, aus und rastet in mindestens einer Position ein. Auch bei dieser Ausführungsvariante rastet der Holm insbesondere in mehreren Ausfahrpositionen ein, wobei die Ausfahrpositionen insbesondere in Abhängigkeit der bis zu einem Überschlag zur Verfügung stehenden Ausfahrzeit gewählt werden. So wird eine unterste Ausfahrposition nach kürzester Zeit erreicht, die dann einen Mindestschutz vorsieht. Im Rahmen der Erfindung fährt der Holm weiter aus der Haltevorrichtung aus, je mehr Zeit bis zum Auftreffen eines Kopfbereichs des Holms auf einen Untergrund zur Verfügung steht. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, dass der Holm nur in eine Ausfahrposition ausfährt.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Holm in seiner Längsrichtung, also maßgeblich in Kraftfahrzeug Z-Richtung, orientiert voneinander verschiedene Wandstärken aufweist. Insbesondere lässt sich dieses dadurch realisieren, dass ein tailored rolled oder aber tailored welded Ausgangsmaterial eingesetzt wird. Im Falle eines tailored rolled Ausgangsmaterials wird entweder ein Blechplatinenzuschnitt auf voneinander verschiedene Wandstärken gewalzt und/oder durch ein Pressumformverfahren mit voneinander verschiedenen Wandstärken versehen. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, ein Endlosmaterial mit voneinander verschiedenen Wandstärken herzustellen und dann aus dem tailored rolled Endlosmaterial einzelne Blechzuschnitte zu fertigen, die dann wiederum zu dem Holm umgeformt werden. Eine weitere Möglichkeit sieht ein erfindungsgemäßes Verfahren vor, bei dem ein tailored rolled Material einem Rollformprozess zugeführt wird oder aber die voneinander verschiedenen Wandstärken während des Rollformprozesses selbst erzeugt werden.
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Durch die voneinander verschiedenen Wandstärken weist der Holm bei einem einstückigen und werkstoffeinheitlichen Material aufgrund der Wandstärke selbst voneinander verschiedene Festigkeitseigenschaften auf. Insbesondere wird in einem Rastbereich, mithin in einem Bereich, der bei ausgefahrenem Holm auf Höhe der Haltevorrichtung ausgebildet ist, eine höhere Wandstärke gewählt, so dass hier ein erhöhtes Steifigkeitsverhalten des Holmes sichergestellt ist. Der obere Bereich weist dann zu dem Haltebereich verschiedene, insbesondere geringere Wandstärken auf, die entsprechend einem gewünschten Deformationsverhalten bzw. Stauchverhalten gewählt werden. Ein vorteiliger Effekt hierbei ist, dass der Holm in seiner Wandstärke derart optimiert wird, dass eine hinreichende Festigkeit erzeugt wird, zugleich jedoch aufgrund der unterschiedlichen Wandstärken Gewichtseinsparungen erfolgen und auch Materialeinsparungen erfolgen, was wiederum die Produktionskosten senkt.
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In einer weiteren Ausführungsvariante ist es möglich, den Holm aus einem tailored welded Ausgangsmaterial herzustellen. Hierbei können einzelne Blechplatinenzuschnitte mit voneinander verschiedenen Wandstärken und/oder aus verschiedenen Werkstoffen, wobei die Werkstoffe vorzugsweise miteinander schweißbar sind, hergestellt werden. Das so hergestellte tailored welded Ausgangsmaterial weist im Rahmen der Erfindung entweder bereits einen Rohteilzuschnitt auf, der dann dazu eingesetzt wird, durch ein anschließendes Umformverfahren direkt zu dem Holm hergestellt zu werden. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch vorstellbar, dass das tailored welded Ausgangsmaterial zunächst großflächig hergestellt wird und sodann einzelne Ausschnitte bzw. Blechplatinenzuschnitte hieraus erzeugt werden, wobei die Blechplatinenzuschnitte dann wiederum zu dem Holm hergestellt werden. Im Rahmen der Erfindung wird insbesondere an dem später an dem Holm ausgebildeten Rastbereich ein Material eingesetzt, das eine höhere Festigkeit aufweist und/oder eine gegenüber den restlichen Bereichen erhöhte Wandstärke besitzt.
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Im Rahmen der Erfindung wird weiterhin der Holm aus einer einstückigen und werkstoffeinheitlichen Blechplatine gebildet, die dann wiederum als offenes oder geschlossenes Hohlprofil ausgebildet ist. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, den Holm aus zwei Blechplatinen herzustellen, wobei die Blechplatinen entweder als tailored rolled blank oder als tailored welded blank hergestellt sind und dann zu einem geschlossenen Hohlprofil miteinander verschweißt werden. Im Rahmen der Erfindung wird insbesondere die dabei entstehende Schweißnaht in Längsrichtung des Hohlprofils gebildet. Weiterhin bevorzugt sind die in Längsrichtung ausgebildeten Schweißnähte nach Herstellung vergütet. Beispielsweise kann die Vergütung durch ein Wärmebehandlungsverfahren hergestellt werden, wodurch dann in einem späteren, potentiell möglichen Crashfall ein auseinander Reißen bzw. auseinanderbrechen der zwei miteinander gefügten Hohlprofile vermieden wird. Insbesondere wird die Sprödheit im Bereich der Wärmeeinflusszone derart gesenkt, dass durch duktilere Eigenschaften eine Rissbildung vermieden ist.
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Im Rahmen der Erfindung ist der Holm insbesondere mit in Längsrichtung voneinander verschiedenen Wandstärken derart ausgebildet, dass er in einem Kopfbereich eine Wandstärke zwischen 1,5 mm und 1,9 mm aufweist und/oder in einem Rastbereich eine Wandstärke zwischen 2,0 mm und 2,6 mm aufweist und/oder in einem Mittelbereich eine Wandstärke zwischen 1,3 mm und 1,7 mm aufweist. Der Mittelbereich erstreckt sich dabei zwischen dem Kopfbereich und dem Rastbereich.
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Optional bzw. ergänzend ist der mit voneinander verschiedenen Wandstärken ausgebildete Holm partiell und/oder bereichsweise gehärtet. Das Härten kann dabei mit dem bereits zuvor beschriebenen Laserhärtverfahren hergestellt sein, so dass zum einen die höheren Wandstärken eine hohe Festigkeit, gleichzeitig mit einer hinreichenden Restduktilität bereit stellen und durch die zumindest partielle Härtung, insbesondere die Härtung in Längsrichtung, die Festigkeitseigenschaften weiter gesteigert werden und so in einem Überschlagsfall ein Abknicken und damit ein Versagen des Überrollschutzes vermieden wird.
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Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind Bestandteil der nachfolgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausführungsvarianten werden in den schematischen Figuren dargestellt. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung. Es zeigen.
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1 einen erfindungsgemäßen Holm in einer perspektivischen Ansicht,
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2 ein erfindungsgemäßes Überrollschutzsystem in ausgefahrenem Zustand,
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3a bis c einen erfindungsgemäßen Holm in einer Seitenansicht in drei verschiedenen Ausführungsvarianten,
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4 ein erfindungsgemäßes Überrollschutzsystem in ausgefahrenem Zustand nach einem Überschlag,
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5 ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren mittels Rollformen und
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6 ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren mittels Pressformen.
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In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
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1 zeigt einen erfindungsgemäßen Holm 1, der in ein nicht näher dargestelltes Überrollschutzsystem eingegliedert wird. Der Holm 1 ist im Querschnitt als offenes Hohlprofil, insbesondere als offenes, C-förmig konfiguriertes Hohlprofil ausgebildet. In Längsrichtung 2 des Holms 1 erstreckt sich eine Verstärkungssicke 3, wobei ferner eine Rastnut 4 in einem Rastbereich 5 vorgesehen ist. In einem Kopfbereich 6 ist ferner eine Ausnehmung 7 vorhanden, die beispielsweise dem Eingriff eines Sperrelements o. ä. dient.
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2 zeigt das Überrollschutzsystem 8, wobei der Holm 1 gegenüber einer Haltevorrichtung 9, hier dargestellt in Form einer Kassette, ausgefahren ist. Die Haltevorrichtung 9 weist eine obere Kante 10 sowie eine Rastvorrichtung 11 auf. Der Holm 1 fährt in Kraftfahrzeug Z-Richtung aus der Haltevorrichtung 9 aus. Ferner weist der Holm 1 in einem Rastbereich 5 sich in Längsrichtung 2 des Holms 1 erstreckende Verstärkungsbereiche 12 auf. Verstärkungsbereiche 12 stehen in der hier dargestellten Rastposition über die obere Kante 10 der Haltevorrichtung 9 über und erstrecken sich ferner in negativer Z-Richtung bis nahezu an ein Fußende 13 des Holms 1. Fährt der Holm 1 weiter in Z-Richtung aus, so verbleibt immer ein unterer Teil 14 des Rastbereichs 5 innerhalb der Haltevorrichtung 9, wobei ein oberer Teil 15 des Rastbereichs 5 gegenüber der Rastvorrichtung 11 überstehend ausgebildet ist.
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Die Verstärkungsbereiche 12 verlaufen dabei im Wesentlichen immer über den gesamten Rastbereich 5, so dass immer ein Teil des Verstärkungsbereichs 12 in der Haltevorrichtung 9 angeordnet ist und ein weiterer Teil gegenüber der oberen Kante 10 der Haltevorrichtung 9 übersteht. Ferner weist der erfindungsgemäße Holm 1 in dem Kopfbereich 6 einen Kopfverstärkungsbereich 16 auf, wobei der Kopfverstärkungsbereich 16 sich quer zur Längsrichtung 2 des Holms 1 erstreckt. Gegenüber dem Kopfverstärkungsbereich 16 steht ein oberer Teil 17 des Kopfbereichs 6 über, so dass hier durch den Kopfverstärkungsbereich 16 eine Initialdeformierung eintreten kann.
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3a bis c zeigen drei mögliche verschiedene Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen Holms 1, wobei die dort dargestellten Holme 1 jeweils in dem Rastbereich 5 und in dem Kopfbereich 6 einen Verstärkungsbereich 12 bzw. Kopfverstärkungsbereich 16 aufweisen. Im Fall von 3a erstrecken sich die Verstärkungsbereiche 12 maßgeblich in Längsrichtung 2 des Holms 1 und sind parallel nebeneinander angeordnet.
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Bei 3b ist an einer äußeren Kante 18 des Holms 1 jeweils ein Verstärkungsbereich 12 in Längsrichtung 2 angeordnet, wobei in einem Innenbereich I zwei Verstärkungsbereiche 12 in Wellenform angeordnet sind. Eine mögliche Alternative zeigt 3c, bei der Verstärkungsbereiche 12 quer zur Längsrichtung 2 des Holms 1 angeordnet sind. Allen drei Ausführungsvarianten ist gemein, dass sie einen Kopfverstärkungsbereich 16 aufweisen, wobei gegenüber dem Kopfverstärkungsbereich 16 ein oberer Teil 17 des Kopfbereichs 6 übersteht.
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4 zeigt ein ausgefahrenes, ein aktiviertes Überrollschutzsystem 8 nach einem Überschlag. Dabei ist die Haltevorrichtung 9 im Wesentlichen in dem Kraftfahrzeug versenkt angeordnet, wobei der Holm 1 aufgrund des Überschlags deformiert ist. Der Holm 1 ist in dem Rastbereich 5 abgeknickt, wobei aufgrund der nicht näher dargestellten Verstärkungsbereiche ein gänzliches Umknicken und somit ein Versagen des Überrollschutzsystems 8 vermieden ist.
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Ferner dargestellt ist in 5 ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren zur Herstellung eines Holms 1 mittels Rollformen. Hierzu wird ein Stahlband 19 von einem Coil 20 abgewickelt und in der hier dargestellten Ausführungsvariante zunächst mittels eines Lasers 21 thermisch behandelt. Sodann folgt eine Rollformvorrichtung 22, in der das Stahlband 19 rollgeformt wird. An die Rollformvorrichtung 22 schließt sich eine Vereinzelungsvorrichtung 23 an, in der das rollgeformte und lasergehärtete Stahlband 19 vereinzelt wird. Der Laser 21 kann auch alternativ oder ergänzend in die Rollformvorrichtung 22 integriert sein.
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Eine alternative Ausführungsvariante zeigt 6, bei der ebenfalls ein Stahlband 19 von einem Coil 20 abgewickelt wird und in einer Vereinzelungsvorrichtung 23 vereinzelt wird. Im Anschluss daran erfolgt ein thermisches Behandeln mittels eines Lasers 21, wobei anschließend das laserbehandelte und vereinzelte Stahlband 19 einer Umformvorrichtung 24 zugeführt wird. In der Umformvorrichtung 24 wird das Stahlband 19 hier dargestellt zu einem U-förmigen Querschnittsprofil 25 umgeformt, wobei in einem weiteren optionalen Herstellungsschritt die Bauteile zu einem rechteckig geschlossenen Hohlprofil 26 zusammengefügt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Holm
- 2
- Längsrichtung zu 1
- 3
- Verstärkungssicke
- 4
- Rastnut
- 5
- Rastbereich
- 6
- Kopfbereich
- 7
- Ausnehmung
- 8
- Überrollschutzsystem
- 9
- Haltevorrichtung
- 10
- obere Kante zu 9
- 11
- Rastvorrichtung
- 12
- Verstärkungsbereich zu 5
- 13
- Fußende zu 1
- 14
- unterer Teil zu 5
- 15
- oberer Teil zu 5
- 16
- Kopfverstärkungsbereich
- 17
- oberer Teil zu 6
- 18
- Kante
- 19
- Stahlband
- 20
- Coil
- 21
- Laser
- 22
- Rollformvorrichtung
- 23
- Vereinzelungsvorrichtung
- 24
- Umformvorrichtung
- 25
- U-förmiges Querschnittsprofil
- 26
- geschlossenes Hohlprofil
- I
- Innenbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4342400 A1 [0005]
- EP 1288079 B1 [0006]
