DE102013113552A1

DE102013113552A1 - Trägerteil für eine KFZ-Karosserie in Schalenbauweise

Info

Publication number: DE102013113552A1
Application number: DE102013113552.8A
Authority: DE
Inventors: Philipp Kellner
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2013-12-05
Filing date: 2013-12-05
Publication date: 2015-06-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Trägerteil für eine KFZ-Karosserie (4) in Schalenbauweise, insbesondere ein Dachquerträgerteil (6, 8), wobei ein Oberschalenbauteil (16), ein Unterschalenbauteil (18) sowie mindestens ein dazwischen angeordnetes Verstärkungsbauteil (20) vorgesehen sind, wobei das Oberschalenbauteil (16) und das Unterschalenbauteil (18) aus Aluminiumblech ausgebildet sind und das Verstärkungsbauteil (20) aus einem Aluminiumblech der 2er- oder 7er-Serie hergestellt ist, das zumindest mittels eines mechanischen oder thermischen Fügeverfahrens mit einem der beiden Schalenbauteile (16, 18) verbunden ist. Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Trägerteils beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Trägerteil für eine KFZ-Karosserie in Schalenbauweisen, insbesondere ein Dachquerträgerteil, wobei ein Oberschalenbauteil, ein Unterschalenbauteil sowie mindestens ein dazwischen angeordnetes Verstärkungsbauteil vorgesehen sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Trägerteils.
Ein derartiges Trägerteil ist beispielsweise aus der DE 10 2012 000 458 A1 bekannt. Hierbei sind ein Oberschalenbauteil und ein Unterschalenbauteil aus Stahlblech vorgesehen, bei denen mindestens ein Verstärkungsteil aus einem Faserverbundwerkstoff angeordnet ist. Das oder die Verstärkungsteile weisen dann noch eine bestimmte Formgebung auf, um dem Trägerteil die nötige Steifigkeit in Bezug auf mögliche Crash-Ereignisse zu verleihen. Im Falle der Verwendung eines einzigen Verstärkungsteiles ist hier das Verstärkungsteil mit einer sehr großen Dicke gegenüber den Schalenbauteilen ausgestattet. Dies ist insbesondere nachteilig bei der Herstellung und der damit verbundenen Verformung des Verstärkungsteiles und bringt zudem noch Probleme bei der Montage des gesamten Trägerteiles, da die Ausnutzung eines Hohlraums, eingegrenzt durch das Oberschalenbauteil und das Unterschalenbauteil, erschwert ist. In einer weiteren Ausführungsform wird ein Trägerteil offenbart, in dem mehrere wiederum untereinander verbundene Verstärkungsteile zwischen Oberschalenbauteil und Unterschalbauteil vorgesehen sind. Auch diese Ausführungsform weist Nachteile hinsichtlich des Herstellungsaufwandes und des Montageaufwandes auf.
Darüber hinaus ist es aus der DE 10 2011 053 257 A1 bekannt ein Trägerteil aus zwei Hohlprofilen aufzubauen, wobei das innere Hohlprofil eine höhere Festigkeit besitzt als das äußere Profil und das äußere Profil eine bessere Verformbarkeit als das innere Profil besitzt. Dabei ist insbesondere das innere Profil aus einem Aluminium-Strangpressprofil der 7er- oder 2er-Serie hergestellt. Derartige Hohlprofile sind während der Montage sehr schwer zu verformen. Darüber hinaus besitzt auch ein derartiges Trägerteil den Nachteil einer sehr komplizierten und aufwendigen Herstellung.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Trägerteil einer KFZ-Karosserie in Schalenbauweise herzustellen, das die oben genannten Nachteile vermeidet.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Oberschalenbauteil und das Unterschalenbauteil aus Aluminiumblech ausgebildet sind und das Verstärkungsbauteil aus einem Aluminiumblech der 2er- oder 7er-Serie hergestellt ist, das zumindest mittels eines mechanischen oder thermischen Fügeverfahrens mit einem der beiden Schalenbauteile verbunden ist. Hierdurch ist möglich, ein Trägerteil zu schaffen, dass bei einem sehr geringen Gewicht und einem sehr einfachen Aufbau eine sehr hohe Steifigkeit aufweist und somit eine verbesserste Crash-Performance besitzt.
In vorteilhafter Weise ist jeweils das Oberschalenbauteil und das Unterschalenbauteil aus einem Aluminiumblech der 5er- oder 6er-Serie hergestellt. Diese Aluminiumbleche eignen sich insbesondere für mechanische Fügeverfahren.
Das Verstärkungsteil kann in vorteilhafter Weise mit dem Oberschalenbauteil oder dem Unterschalenbauteil mittels des mechanischen oder thermischen Fügeverfahrens verbunden sein, derart dass eine Unterbaugruppe hergestellt ist, die mit den jeweiligen Oberschalenbauteil bzw. Unterschalenbauteil fügetechnisch verbunden ist. Hierbei kann die Unterbaugruppe durch ein stoffschlüssiges Fügeverfahren, beispielsweise Kleben oder Schweißen, über das Verstärkungsteil mit dem jeweiligen Oberschalenbauteil bzw. Unterschalenbauteil verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich können das Oberschalenbauteil und das Unterschalenbauteil im Bereich korrespondierender Flansche mittels eines mechanischen oder thermischen Fügeverfahrens verbunden sein.
Die Aufgabe wird ebenfalls durch ein Verfahren eines derartigen Trägerteils gelöst, bei dem in einem ersten Schritt das Verstärkungsteil erwärmt, sodass ein deutlicher Festigkeitsverlust des Verstärkungsteils eintritt, das in einem zweiten Schritt das erwärmte Verstärkungsteil mit dem Oberschalenbauteil oder dem Unterschalenbauteil durch ein mechanisches oder thermischen Fügeverfahren, beispielsweise durch Halbhohlstanznieten oder Clinchen, zusammengefügt wird, sodass eine Unterbaugruppe geschaffen wird und das in einem dritten Schritt die Unterbaugruppe mit dem Oberschalenbauteil bzw. dem Unterschalenbauteil mittels eines Fügeverfahrens verbunden wird. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn im dritten Schritt die Unterbaugruppe über das Schalenteil mittels eines stoffflüssigen Fügeverfahrens, beispielsweise Kleben oder Schweißen, mit dem jeweiligen Oberschalenbauteil bzw. Unterschalenbauteil verbunden wird. Alternativ oder zusätzlich können des Weiteren im dritten Schritt das Oberschalenbauteil und das Unterschalenbauteil im Bereich korrespondierender Flansche mittels eines mechanischen oder thermischen Fügeverfahrens verbunden werden.
Durch das erfindungsgemäße Trägerteil und das erfindungsgemäße Verfahren kann zum einen eine erhebliche Gewichtsreduktion durch das Verstärkungsbauteil aus hochfestem Aluminiumblech der 2er- oder 7er-Serie erzielt werden. Ferner werden Korrosions- und Fügeprobleme gelöst, da das Verstärkungsbauteil immer im Inneren des Trägerteils liegt und nur in der Unterbaugruppe thermisch oder mechanisch gefügt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert, hierbei zeigt:
1 eine perspektivische Ansicht einer Fahrzeugkarosserie im Bereich einer Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeuges, und
2 eine perspektivische Explosivansicht eines erfindungsgemäßen Trägerteils, und
3 eine Schnittansicht des zusammengebauten Trägerteils aus 2.
1 zeigt ein Teil einer Fahrzeugkarosserie 2 eines Kraftfahrzeuges 4. Die Fahrzeugkarosserie 2 weist verschiedene Trägerteile 6, 8, 10, 12, 14 auf, von denen die Trägerteile 6 und 8 als Dachquerträgerteile ausgebildet sein. Es wird deutlich, dass den Dachquerträgerteilen 6, 8 in jeglicher Crash-Situation sowie in Situation, in denen eine Dacheindrückung stattfindet, eine besonders wichtige Bedeutung hinsichtlich der Steifigkeit zukommt. Diese hohe Steifigkeit soll aber insbesondere vor dem Hintergrund einer leichten Bauweise und einer einfachen und damit kostengünstigen Fertigung erreicht werden.
2 zeigt nun in einer Explosionsansicht ein erfindungsgemäßes Trägerteil 6, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Dachquerträgerteil 6 eingesetzt werden kann. Das Dachquerträgerteil 6 ist in einer Schalenbauweise aufgebaut und besitzt ein Oberschalenbauteil 16, ein Unterschalenbauteil 18 sowie ein dazwischen angeordnetes Verstärkungsbauteil 20.
Das Oberschalenbauteil 16 und das Unterschalenbauteil 18 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem Aluminiumblech der 5er- oder 6er-Serie hergestellt. Hierdurch sind diese Schalenbauteile 16, 18 insbesondere für mechanische Fügeverfahren, wie z. B. das Stanznieten geeignet. Das Verstärkungsteil 20 ist aus einem Aluminiumblech der 2er- oder 7er-Serie hergestellt und besitzt eine wesentlich höhere Streckgrenze und Zugfestigkeit gegenüber den Schalenbauteilen und verleiht hiermit dem Trägerteil die gewünschte Steifigkeit.
3 zeigt nun in einer Schnittansicht das zusammengefügte Trägerteil 6 aus 2. Dieses Dachquerträgerteil 6 wird wie folgt hergestellt: In einem ersten Schritt wird das Verstärkungsteil 20 erwärmt, sodass ein deutlicher Festigkeitsverlust des Verstärkungsteils 20 eintritt und dieses für ein mechanisches Fügeverfahren hier, das Hohlstanznieten, geeignet ist. In einem zweiten Schritt wird das Verstärkungsteil 20 durch Hohlstanznieten, Clinchen oder Schweißen mit dem Oberschalenbauteil 16 fügetechnisch verbunden. Hierdurch entsteht eine Unterbaugruppe, die zum Zwecke einer effizienten Fertigung auch vorgefertigt sein kann. In einem dritten Schritt wird die Unterbaugruppe bestehend aus Oberschalenbauteil 16 und Verstärkungsteil 20 mit dem Unterschalenbauteil 18 fügetechnisch verbunden, wobei in diesem Falle zunächst das Verstärkungsteil 20 mittels eines stoffschlüssigen Fügeverfahrens, hier Kleben, mit dem Unterschalenbauteil 18 verbunden wird und dann das Oberschalenbauteil 6 mittels eines mechanischen oder thermischen Fügeverfahrens, beispielsweise Stanznieten, mit dem Unterschalenbauteil 18 im Bereich korrespondierender Flansche verbunden wird.
Trotz dieser einfachen Bauweise wird ein Trägerbauteil hergestellt, das eine besonders hohe Steifigkeit und Festigkeit bei geringem Gewicht aufweist.
Es sollte deutlich sein, dass eine Vielzahl von unterschiedlichen Verbindungsmöglichkeiten der Schalenbauteile und des Verstärkungsteils möglich sind. So kann beispielsweise auf die Klebeverbindung zwischen dem Verstärkungsteil 20 und dem Unterschalenbauteil 18 hier verzichtet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012000458 A1 [0002]
DE 102011053257 A1 [0003]

Claims

Trägerteil für eine KFZ-Karosserie (4) in Schalenbauweise, insbesondere ein Dachquerträgerteil (6, 8), wobei ein Oberschalenbauteil (16), ein Unterschalenbauteil (18) sowie mindestens ein dazwischen angeordnetes Verstärkungsbauteil (20) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberschalenbauteil (16) und das Unterschalenbauteil (18) aus Aluminiumblech ausgebildet sind und das Verstärkungsbauteil (20) aus einem Aluminiumblech der 2er- oder 7er-Serie hergestellt ist, das zumindest mittels eines mechanischen oder thermischen Fügeverfahrens mit einem der beiden Schalenbauteile (16, 18) verbunden ist.
Trägerteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils das Oberschalenbauteil (16) und das Unterschalenbauteil (18) aus einem Aluminiumblech der 5er- oder 6er-Serie hergestellt ist.
Trägerteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsteil (20) mit dem Oberschalenbauteil (16) oder dem Unterschalenbauteil (18) mittels des mechanischen oder thermischen Fügeverfahrens verbunden ist, derart, dass eine Unterbaugruppe hergestellt ist, die mit dem jeweiligen Oberschalenbauteil (16) bzw. Unterschalenbauteil (18) fügetechnisch verbunden ist.
Trägerteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbaugruppe durch ein stoffschlüssiges Fügeverfahren, beispielsweise Kleben oder Schweißen, über das Verstärkungsteil (20) mit dem jeweiligen Oberschalenbauteil (16) bzw. Unterschalenbauteil (18) verbunden ist.
Trägerteil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberschalenbauteil (16) und das Unterschalenbauteil (18) im Bereich korrespondierender Flansche mittels eines mechanischen oder thermischen Fügeverfahrens verbunden sind.
Verfahren zum Herstellen eines Trägerteils nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt das Verstärkungsteil (20) erwärmt wird, so dass ein deutlicher Festigkeitsverlust des Verstärkungsteils (20) eintritt, dass in einem zweiten Schritt das erwärmte Verstärkungsteil (20) mit dem Oberschalenbauteil (16) oder dem Unterschalenbauteil (18) durch ein mechanisches oder thermischen Fügeverfahren, beispielsweise durch Halbhohlstanznieten oder Clinchen, zusammengefügt wird, so dass eine Unterbaugruppe geschaffen wird und dass in einem dritten Schritt die Unterbaugruppe mit dem Oberschalenbauteil (16) bzw. dem Unterschalenbauteil (18) mittels eines Fügeverfahrens verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im dritten Schritt die Unterbaugruppe über das Schalenteil (16, 18) mittels eines stoffschlüssigen Fügeverfahrens, beispielsweise Kleben oder Schweißen, mit dem jeweiligen Oberschalenbauteil (16) bzw. Unterschalenbauteil (18) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass im dritten Schritt das Oberschalenbauteil (16) und das Unterschalenbauteil (18) im Bereich korrespondierender Flansche mittels eines mechanischen oder thermischen Fügeverfahrens verbunden wird.
Kraftfahrzeug (4) mit einem Dachquerträgerteil (6, 8) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5.