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Die Erfindung betrifft einen Karosserielängsträger, der Nebenformen aufweist, die bei einem Aufprall den Verformungsverlauf des Karosserielängsträgers beeinflussen. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Karosserielängsträgers.
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Die Verwendung von Mehrkammerhohlprofilen als Längs- oder Querträger zur Herstellung von Fahrzeugkarosserien ist bekannt.
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So werden Aluminiumhohlprofile mit einer Kammer oder mehreren Kammern als Träger insbesondere im Fahrzeugleichtbau wegen ihrer guten Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften eingesetzt. Weitere Vorteile ergeben sich durch die mögliche Realisierung von Wanddickenvariationen im Querschnitt als auch durch eine freie Flanschgestaltung. In der Regel werden solche Hohlprofile weiteren Umformoperationen, wie beispielsweise Biegen, Prägen oder Innenhochdruckumformen (IHU) unterzogen. Insbesondere bei der Weiterverarbeitung von Mehrkammerprofilen treten Probleme hinsichtlich der Einbringung von Nebenformen, die bei einem Aufprall den Verformungsverlauf des Karosserielängsträgers beeinflussen, wie z. B. Sicken, Verprägungen, Stauchungen oder Querschnittsänderungen in der Längs- als auch Querrichtung des Profils auf, da bei solchen plastischen Verformungen der Innensteg bzw. die Innenstege des Mehrkammerhohlprofils beschädigt oder zerstört werden und dadurch die Steifigkeit und Festigkeit des Trägers in diesem Bereich vermindert wird.
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Eine solche Situation zeigt 8, die einen aus einem Mehrkammerhohlprofil hergestellten Karosserielängsträger 20 zeigt, der Nebenformen 22, 23 aufweist, die bei einem Aufprall das Faltenbeulen des Karosserielängsträgers bewirken. Hierbei weist der Karosserielängsträger einen rechteckförmigen Querschnitt mit jeweils zwei gegenüberliegenden Profilseitenwänden 20a und 20b auf, wobei zur Bildung von zwei Innenkammern ein Innensteg 21, welcher parallel zu den beiden Profilseitenwänden 20b verläuft, vorgesehen ist. In diesem Karosserielängsträger 20 sind durch plastisches Verformen zwei äußere Verprägungen bzw. Sicken 22 und 23 quer zur Längsrichtung des Trägers 20 eingebracht, so dass dadurch auch der Innensteg 21 verformt und dadurch beschädigt bzw. zerstört werden kann.
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Ein Verfahren zum Einbringen von Nebenformen wie Sicken oder Verprägungen in ein Einkammerhohlprofil ist aus der
DE 103 09 625 B4 bekannt. Bei Verwendung von solchen Einkammerhohlprofilen treten jedoch die oben genannten Probleme wegen eines fehlenden Innensteges nicht auf.
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Aus der
EP 0 733 539 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlprofils für eine Tragstruktur eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei dem das Hohlprofil zumindest eine Zwischenwand aufweist. Dieses Hohlprofil wird aus einem als Strangpressprofil ausgebildeten Ausgangsteil hergestellt, in welchem ein vorprofilierter Innensteg oder mehrere vorprofilierte Innenstege in ihrer Länge und Lage derart angeordnet ist bzw. sind, dass dieser bzw. diese beim Aufweiten des Ausgangsteils im Innenhochdruck-Umformverfahren in eine gestreckte Endstellung überführt wird bzw. werden, um die wenigstens eine Zwischenwand des Mehrkammerhohlprofils zu bilden. Mit einem gemäß diesem bekannten Verfahren hergestellten Karosserieträgers sollen in dessen Längsrichtung unterschiedliche Querschnitte realisierbar sein, so dass ein solches Hohlprofil im Bereich von Anbauteilen, wie Türscharnieren, Schlossbolzen oder Gurtbefestigungen eine ausreichende Festigkeit aufweist, ohne dass hierzu nachträglich Verstärkungen erforderlich sein sollen.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung einen Karosserielängsträger mit wenigstens einem durchgehenden in Längsrichtung verlaufenden Innensteg aufzuzeigen, der von außen angebrachte Nebenformen aufweist, die zum Abbau von Aufprallenergie ein Faltenbeulen ermöglichen. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung ein zuverlässiges Verfahren zur Herstellung eines solchen Karosserielängsträgers aufzuzeigen.
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Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst durch einen Karosserielängsträger mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Ein solcher Karosserielängsträger, mit Nebenformen und Innensteg zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass der durchgehende Innensteg bereichsweise bogenförmigen Stegabschnitt aufweist, welche über endseitig geradlinig ausgebildete Verbindungsabschnitte mit den gegenüberliegenden Profilseitenwänden verbunden ist.
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Mit solchen bogenförmigen Abschnitten wird verhindert, dass in den Karosserielängsträger eingebrachte äußere Nebenformen den Innensteg beschädigen, weil erfindungsgemäß durch den bogenförmigen Stegabschnitt ausreichend Material zur Verfügung steht, um sich diesen äußeren plastischen Verformungen „zerstörungsfrei” anpassen zu können. An den Stellen an denen keine Nebenformen eingebracht wurden, bleibt die ursprüngliche Bogenform des Innensteges erhalten. In der Umgebung der Nebenform ist die Bogenform des Innenstegs verändert.
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Ferner ist eine fertigungs- und funktionsgerechte Auslegung der Innengeometrie hinsichtlich der Kontur eines Innensteges oder mehrerer Innenstege möglich, wodurch in einem anschließenden Umformungsprozess konventionelle Umformungsmethoden einsetzbar sind, ohne dass vorab vorgeschaltete Prozesse, wie bspw. Lösungsglühen und anschließendem Abschrecken (nur bei Verwendung von Aluminium) oder Warmumformungen (gilt für alle Werkstoffe) erforderlich wären.
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Ein solcher erfindungsgemäße Karosserielängsträger mit mehreren Kammern und Nebenformen, mit dem das Faltenbeulen möglich ist, kann kostengünstig aus einem Strangpressprofil hergestellt werden.
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Für das Mehrkammerhohlprofil kann die Dimensionierung zwischen dem Stegabschnitt und den Verbindungsabschnitten unterschiedlich gewählt werden. So kann der Innensteg nur mit kurzen Verbindungsabschnitten ausgebildet werden, so dass der bogenförmige Stegabschnitt nahezu bis an die Profilseitenwände reicht. Umgekehrt ist es auch möglich, die Verbindungsabschnitte des Innensteges lang gegenüber dem Stegabschnitt auszubilden, so dass der bogenförmige Stegabschnitt kurz gegenüber den Verbindungsabschnitten ist. Werden danach die Nebenformen eingebracht entsteht ein Karosserielängsträger, der einen durchgehenden, unbeschädigten Stegverlauf aufweist. Dort wo beim Einbringen der Nebenform Kräfte auf den Innensteg einwirken, wird sich dieser verändern aber nicht zerstört. Die Form des Bogens kann auf die Krafteinwirkung beim Einbringen der Nebenform abgestimmt werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Innensteg hinsichtlich der durch dessen Anbindungsstellen mit den Profilseitenwänden gebildeten Stegebene mit einem zum bogenförmigen Stegabschnitt spiegelsymmetrisch verlaufenden weiteren bogenförmigen Stegabschnitt ausgebildet. Die beiden Stegabschnitte bilden damit zusammen einen weiteren Hohlraum, so dass selbst bei großflächen, äußeren plastischen Verformungen des Mehrkammerhohlprofils eine Beschädigung des Innensteges vermieden wird und dadurch ein zuverlässiger Karosserielängsträger hergestellt werden kann, der einerseits einen steife und torsionsfesten Tragstruktur gewährleistet und andererseits bei einem Aufprall das gewünschte Verformungsverhalten zeigt.
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Besonders vorteilhaft ist es gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, wenn ein weiterer Innensteg vorgesehen ist, derart dass die bogenförmigen Abschnitte einen konvexen Verlauf hinsichtlich des jeweils anderen Stegabschnittes aufweisen. Damit lassen sich plastische Verformungen des Mehrkammerhohlprofils, insbesondere Querschnittsverformungen in jeglicher Richtung in Bezug auf die Profilträgerrichtung ohne die Gefahr einer Beschädigung der Innenstege realisieren.
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Vorzugsweise bietet es sich an, dass sich der bogenförmige Stegabschnitt in der Mitte zwischen den an den gegenüberliegenden Profilseitenwänden liegenden Anbindungsstellen des Innensteges befindet.
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Die zweitgenannte Aufgabe wird gelöst durch ein Bearbeitungsverfahren für ein Mehrkammerhohlprofil zu einem Karosserielängsträger mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5.
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Ein solches Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Karosserielängsträgers zeichnet sich dadurch aus, dass von außen Nebenformen, die den Verformungsverlauf beeinflussen, in das Mehrkammerhohlprofil durch Biegen oder Prägen eingebracht werden.
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So lassen sich mit äußeren plastischen Verformungen aus einem Mehrkammerhohlprofil deformierbare Karosserielängsträger herstellen, ohne dass hierbei der Innensteg oder die Innenstege beschädigt oder zerstört werden. Insbesondere sind zur Herstellung dieser plastischen Verformungen konventionelle und übliche Umformungsmethoden geeignet. Ein solcher Karosserielängsträger kann dadurch gezielt mit Schwachstellen versehen werden, so dass sich der gewünschte Verformungsverlauf einstellen lässt ohne dass Beschädigungen des Innenstegs den Karosserielängsträge für den Fahrbetrieb schwächen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Karosserielängsträgers wird in ein Mehrkammerhohlprofil mit einem bogenförmigen Innensteg eine Verprägung, Stauchung oder Sicke von außen eingebracht.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:
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1 eine schematische und perspektivische Darstellung eines Mehrkammerhohlprofil vor Einbringung einer Nebenform bzw. eines Karosserielängsträgers, der in dem abgebildeten Bereich keine Nebenform aufweist
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2 eine Darstellung des Querschnittes eines Mehrkammerhohlprofils vor Einbringung einer Nebenform bzw. des Karosserielängsträgers nach 1, der im abgebildeten Bereich keine Nebenform aufweist
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3 bis 6 schematische Darstellungen von Querschnitten von Mehrkammerhohlprofilen/Karosserielängsträgern mit unterschiedlichen Innenstegen als weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung,
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7 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Karosserielängsträger gemäß 1.
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8 eine schematische Darstellung eines Karosserielängsträger gemäß Stand der Technik
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Der Karosserielängsträger 1 weist einen rechteckförmigen Querschnitt mit jeweils zwei gegenüberliegenden Profilseitenwänden 1a und 1b auf. Ferner ist ein Innensteg 2 vorgesehen, welcher über zwei Anbindungsstellen 4 mit den gegenüberliegenden Profilseitenwänden 1a verbunden ist. 2 zeigt eine Querschnittsdarstellung dieses Karosserielängsträgers 1.
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Dieser Innensteg 2 ist nicht entsprechend des Innensteges 21 des aus dem Stand der Technik bekannten Trägers 20 gemäß 8 eben ausgebildet, sondern weist einen bogenförmigen Stegabschnitt 2a auf, welcher über endseitig geradlinig ausgebildete Verbindungsabschnitte 2b mit den gegenüberliegenden Profilseitenwänden 1a in den Verbindungsstellen 4 der Profilseitenwänden 1a mit denselben verbunden ist. Bezüglich der von den beiden Verbindungsstellen 4 gebildeten Stegebene 5 weist der Stegabschnitt 2a einen konvexen Verlauf auf. Ferner ist der Stegabschnitt 2a bezüglich den beiden Verbindungsstellen 4 mittig angeordnet.
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Aus einem solchen Mehrkammerhohlprofil 1 gemäß den 1 und 2 lässt sich durch plastische Umformungsoperationen, wie zum Beispiel Stauchen, Biegen oder Prägen ein Karosserielängsträger 10 für ein Fahrzeug gemäß 7 herstellen. Zur Herstellung dieses Karosserielängsträgers 10 werden ausgehend von einem Mehrkammerhohlprofil 1 gemäß den 1 und 2 Abschnitte A und B dieses Trägers 1 mit verschiedenen Umformprozessen in die in 7 gezeigten Querschnittsformen umgeformt.
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Zunächst erfolgt eine Vorformung der Abschnitte A und B, bei dem die Querschnittsform unter Beibehaltung des Außenumfanges verändert wird, d. h. dass der Außenumfang über die Abschnitte A, B und C des Trägers 10 konstant bleibt. Die Vorformung des Abschnittes A erfolgt mit einer Querschnittsform, deren Profilseitenwände 1a gegenüber den entsprechenden Profilseitenwänden des Abschnittes C breiter sind. Um die Umfangskonstanz zu erhalten, sind die beiden anderen Profilseitenwände 1b entsprechend kürzer. Der Abschnitt B als Übergangsabschnitt zwischen den Abschnittten A und C gleicht die beiden unterschiedlichen Querschnittsgeometrien an. Bei der Vorformung des Abschnittes A wird gleichzeitig auch der Innensteg 2 mitverformt, ohne dass hierbei eine Schädigung oder Zerstörung dieses Innensteges 2 auftreten kann.
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Anschließend erfolgt mittels Innenhochdruckumformung eine Kalibrierung des Karosserielängsträgers 10, so dass dadurch die gewünschte Endform über die Abschnitte A, B und C erreicht wird, wie dies die 7 zeigt.
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Abschließend können in den Karosserielängsträger 10 noch Nebenformen in Form von Stauchungen, Verprägungen bzw. Sicken 11 und 12 eingeformt werden. Die Nebenform 11 im Abschnitt A des Karosserielängsträgers 10 erstreckt sich über die gesamte, der Profilseitenwand 1a entsprechenden Breite und führt damit auch zu einer Verformung des Innensteges 2, ohne jedoch diesen zu beschädigen oder zu zerstören. In den Abschnitt C ist eine weitere Nebenform 12 eingeformt, die ebenso quer zur Profilrichtung verläuft und ebenso den Innensteg 2 trifft, ohne diesen jedoch zu beschädigen oder zu zerstören. Bevorzugt werden die Nebenformen im Eckbereich an den Kanten des Mehrkammerhohlprofils eingebracht, so dass hier bei einem Aufprall das Faltenbeulen initiiert werden kann.
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Ein solcher Träger 10 entsprechend 7 kann als Front- oder Hecklängsträger in der Knautschzone einer Fahrzeugkarosserie verwendet werden. Zur Erzielung der unterschiedlichen Eigenschaften kann auf weitere Prozesse, wie beispielsweise Lösungsglühen oder eine Warmumformung verzichtet werden. Durch die großzügige Bemaßung es Innenstegs können von außen großflächige Nebenformen eingebracht werden, mit denen das Verformungsverhalten des Karosserielängsträgers beeinflusst werden kann.
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Die 3 bis 6 zeigen alternative Formen des Innensteges 2 gemäß den 1 und 2.
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So zeigt 3 einen Karosserielängsträger 1 mit einem Innensteg 2, der im Wesentlichen der Struktur des Innensteges 2 gemäß 2 entspricht. Der Unterschied liegt darin, dass in 2 die Verbindungsabschnitte 2b sehr kurz sind, so dass der Stegabschnitt 2a nahezu an die beiden Profilseitenwände 1a heranreicht, während der Innensteg 2 gemäß 3 wesentlich längere Verbindungsabschnitte 2b im Vergleich zu dem Stegabschnitt 2a aufweist. Die Innensteggeometrie des Mehrkammerhohlprofils wird sich zum einen nach der Geometrie der einzubringenden Nebenform als auch nach der Steifigkeitsanforderung des Karosserielängsträgers richten.
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Der Karosserielängsträger 1 gemäß 4 entspricht im Wesentlichen demjenigen nach 3, wobei zusätzlich zu dem Stegabschnitt 2a spiegelsymmetrisch zur Stegebene 5 des Innensteges 2 ein weiterer Stegabschnitt 2c an diesen Innensteg 2 angeformt ist, so dass diese beiden Stegabschnitte 2a und 2c einen ovalen Querschnitt bildenden, wodurch eine weitere Hohlkammer entsteht. Ein solches Mehrkammerhohlprofil wird durch Bildung zusätzlicher Kammern, wie in 4, 5 und 6 dargestellt nochmals versteift.
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Der Karosserielängsträger 1 gemäß 5 weist neben einem Innensteg 2 entsprechend des Karosserielängsträgers 1 gemäß 2 einen weiteren Innensteg 3 auf. Diese beiden Innenstege 2 und 3 sind derart angeordnet, dass deren Stegebenen 5 mit geringem Abstand parallelverlaufen und die bogenförmigen Stegabschnitte 2a und 2b konvex gegeneinander verlaufen, so dass sie zusammen eine weitere Hohlkammer des Karosserielängsträgers 1 bilden. Entsprechend des Karosserielängsträgers 1 nach 2 sind die Verbindungsabschnitte 2b und 3b der beiden Innenstege 2 und 3 derart kurz ausgebildet, dass die beiden Stegabschnitte 2a und 3a im wesentlichen der Breite der Profilseitenwände 1b entsprechen.
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Der Karosserielängsträger 1 gemäß 6 mit zwei Innenstegen 2 und 3 ist mit einer dem Karosserielängsträger 1 nach 5 entsprechenden Querschnittsstruktur ausgebildet. Der Unterschied des Karosserielängsträgers 1 nach 6 gegenüber demjenigen nach 5 besteht darin, dass die Anbindungsabschnitte 2b und 3b der beiden Innenstege 2 und 3 wesentlich länger sind, insbesondere gegenüber den Stegabschnitten 2a und 2b. Auch bei diesem Karosserielängsträger 1 entsteht zwischen diesen beiden Innenstegen 2 und 3 eine weitere Hohlkammer.
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Die Karosserielängsträger 1 mit solchen Innenstegstrukturen gemäß den 3 bis 6 können ebenso plastischen Kaltumformungsoperationen, die von außen einwirken, wie zum Beispiel Stauchen der Prägen oder Innenhochdruckumformen unterzogen werden, ohne dass hierbei die Innenstege 2 beschädigt oder zerstört werden. Auch sind keine nachfolgenden Prozesse, wie zum Beispiel Lösungsglühen oder Warmumformungen erforderlich.
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Des Weiteren kann der erfindungsgemäße Karosserielängsträger 1 konventionell mittels einer Innenhochdruckumformung kalibriert werden.
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Der erfindungsgemäße Karosserielängsträger 1 kann aus Leichtmetallen, wie beispielsweise Aluminium oder Magnesium, als auch aus Stahl hergestellt werden.
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Abschließend sollen noch die gewählten Begriffe genauer definiert werden:
- – Unter Karosserielängsträger sind alle Längsträger im Front- und/oder im Heckbereich zu verstehen, deren Länge bei einem Aufprall durch Faltenbeulen oder eine vergleichbare andere gezielte Energieumwandung verkürzt werden. Hierbei kann es sich auch um Längsträger von Hilfsrahmen handeln, die als Halterung für weitere Fahrzeugkomponenten dienen. Der Karosserielängsträger kann einen eckigen, runden oder ovalen Querschnitt aufweisen. Er besteht aus einem Metall oder Leichtmetall und weist mehrere Kammern auf. Der Karosserielängsträger wird aus einem Mehrkammerhohlprofil hergestellt, das durch Strangpressen, Walzen, Gießen oder Biegen hergestellt wurde.
- – Unter den Profilseitenwänden sind die Außenwände des Karosserielängsträgers zu verstehen.
- – Unter dem Innensteg ist eine durchgehende Trennwand im Innern des Karosserielängsträgers zu verstehen, die vertikal oder horizontal im Mehrkammerhohlprofil angeordnet ist und von zwei Profilseitenwänden begrenzt wird. Diese Trennwand weist aber, wie vorab mehrmals beschrieben, einen bogenförmigen Bauch auf. Dieser dient als Materialanhäufung, um zu verhindern, dass beim Einbringen der Nebenform die Trennwand abreißt.
- – Unter Nebenformen sind Verformungen des Karosserielängsträger zu verstehen, die außen auf den Profilseitenwänden sichtbar sind und die durch eine von außen einwirkende Kaltverformung gezielt erzeugt werden. Diese Nebenformen haben die Aufgabe eine gezielte Materialschwächung herbeizuführen, die eine gezielte Verformung an dieser Stelle bewirken. Dadurch kann z. B. der Karosserieträger gezielt gefaltet und gebeult werden, wodurch eine hohe Menge der Aufprallenergie in Verformungsenergie umgewandelt werden kann. Die Nebenformen können beispielsweise durch Stauchen oder Prägen eingebracht werden und sich ganz oder teilweise über eine oder mehrere Profilseitenwände erstrecken.
- – Beim Verformungsverhalten ist das vorhersehbare Verhalten, wie das gezielte Umwandeln von Aufprallenergie in Verformungsenergie zu verstehen, wie es beispielsweise beim Faltenbeulen der Fall ist. Ein zufälliges, ungewolltes Verbiegen, Versagen oder Abbrechen des Karosserieträgers ist kein Verformungsverhalten im Sinne der Erfindung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Karosserielängsträger/Mehrkammerhohlprofil
- 1a
- Profilseitenwand des Karosserielängsträgers/Mehrkammerhohlprofils 1
- 1b
- Profilseitenwand des Karosserielängsträgers/Mehrkammerhohlprofils 1
- 2
- Innensteg
- 2a
- bogenförmiger Stegabschnitt des Innensteges 2
- 2b
- Verbindungsabschnitt des Innensteges 2
- 2c
- weiterer Stegabschnitt des Innensteges 2
- 3
- weiterer Innensteg
- 3a
- bogenförmiger Stegabschnitt des Innensteges 3
- 3a
- Verbindungsabschnitt des Innensteges 3
- 4
- Anbindungsstelle
- 5
- Stegebene
- 10
- Karosserielängsträger
- 11
- Nebenform
- 12
- Nebenform
- 20
- Träger gemäß Stand der Technik
- 21
- Innensteg des Trägers 20
- 22
- Nebenform
- 23
- Nebenform
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10309625 B4 [0005]
- EP 0733539 B1 [0006]
