DE102014112882A1

DE102014112882A1 - Fahrzeugkarosserie und Verfahren zur Herstellung einer solchen

Info

Publication number: DE102014112882A1
Application number: DE102014112882.6A
Authority: DE
Inventors: Philipp Kellner; Stanislaw Klimek
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2014-09-08
Filing date: 2014-09-08
Publication date: 2016-03-10
Anticipated expiration: 2034-09-09
Also published as: DE102014112882B4

Abstract

Die Erfindung stellt eine Fahrzeugkarosserie mit einem Schweller (10) bereit, der zumindest in wesentlichen Teilen aus einem Aluminium-Strangpressprofil besteht, und einer A-Säule, die vorrangig aus dünnwandigen Blechbauteilen aufgebaut ist, wobei ein innerer unterer A-Säulenteil (14) der A-Säule das Aluminium-Strangpressprofil des Schwellers (10) auf einer Innenseite des Schwellers (10) zumindest teilweise umgreift und mit diesem direkt oder indirekt verbunden ist, ein äußerer A-Säulenteil (16) der A-Säule das Aluminium-Strangpressprofil des Schwellers (10) auf einer Außenseite des Schwellers (10) zumindest teilweise umgreift und mit diesem direkt oder indirekt verbunden ist und sich zwischen dem inneren unteren A-Säulenteil (14) und dem äußeren A-Säulenteil (16) ein im Wesentlichen parallel zu einer Wankachse und zu einer Gierachse der Fahrzeugkarosserie ausgerichtetes Stegblech (18) befindet, welches an einem vorderen und/oder hinteren Ende mit dem inneren unteren A-Säulenteil (14) und/oder dem äußeren A-Säulenteil (16) verbunden ist und an einem unteren Ende mit dem Aluminium-Strangpressprofil des Schwellers (10) verbunden ist. Die Erfindung stellt ferner ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen einer Fahrzeugkarosserie bereit.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugkarosserie. Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen einer Fahrzeugkarosserie.
Schweller aus Aluminium sind bekanntermaßen leichter als solche aus Stahl. Zur Herstellung gattungsgemäßer Schweller gelten Aluminium-Strangpressprofile daher als besonders geeignet. Insbesondere ihre Fähigkeit zur Aufnahme hoher Drucklasten erweist sich beim Aufprall auf seitlich versetzte Hindernisse als besonders wichtig.
Traditionell werden beim Einsatz von Aluminium-Strangpressprofilen für Schweller diese meist durch eine untere innere und äußere A-Säule aus Aluminiumguss umfasst, sodass gleichsam ein steifer Knoten zwischen A-Säule und Schweller entsteht. Im Hinblick auf einen möglichen Frontalcrash mit geringer Überdeckung, wie er im Testszenario „Small Overlap“ des amerikanischen Insurance Institute for Highway Safety (IIHS) normiert ist, wird die A-Säule zunehmend aus Stahlblech aufgebaut. Für diesen Lastfall ist Aluminiumguss aufgrund seiner geringen Bruchdehnung nur begrenzt als Werkstoff geeignet.
Angesichts des besagten Crashlastfalls wurde vorgeschlagen, den vorderen Bereich der unteren A-Säule nachgiebig beziehungsweise weich auszuführen. Bei einem Fahrzeugüberschlag jedoch muss die A-Säule den notwendigen Überlebensraum für die Passagiere sichern. Dazu muss die A-Säule nicht nur im oberen Bereich sehr stabil ausgeführt sein, was zumeist durch die Verwendung hochfester Rohre erreicht wird. Vielmehr muss insbesondere die Anbindung der unteren A-Säule an den Schweller beziehungsweise der erwähnte A-Säulen-Schweller-Knoten extrem steif und formstabil ausgeführt werden, da schon kleine Deformationen im A-Säulenfuß zu großen Intrusionen der oberen A-Säule in den Fahrzeuginnenraum führen würden. Beispielhaft genannt seien hier die EP 2 298 628 und die DE 43 94 609 .
Eine Herausforderung besteht somit darin, eine hochsteife und extrem formstabile Anbindung der A-Säule in Blechschalenbauweise an einen Schweller in Profilbauweise zu erzeugen und dabei – insbesondere für ein offenes Fahrzeug – die Anforderungen eines möglichen Frontalcrashs mit seitlichem Versatz mit jenen eines denkbaren Überschlags des resultierenden Fahrzeuges in Einklang zu bringen.
Die Erfindung stellt eine Fahrzeugkarosserie sowie ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen einer Fahrzeugkarosserie gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereit.
Ein Vorzug dieser Lösung liegt in der ermöglichten Gewichtsreduktion der Fahrzeugkarosserie bei höchster Druckstabilität für seitlich versetzte Frontalcrashs im Schweller durch die Verwendung eines Aluminium-Strangpressprofils.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. So verleiht eine auf fließlochformenden sogenannten FDS- Schrauben basierende Fügetechnik der Verbindung des Stegblechs mit dem Aluminium- Strangpressprofil des Schwellers eine besonders hohe Festigkeit. Diese Fügeverbindung lässt sich ohne nennenswerte Gewichtszunahme der Karosserie durch ein zusätzliches Verkleben des Stegblechs und des Aluminium-Strangpressprofils stoffschlüssig verstärken.
Besonders gut kann sich das Stegblech nach hinten auf dem Aluminium-Strangpressprofil des Schwellers abstützen, wenn an dessen unterem Ende ein nahezu waagerechter, vorrangig parallel zur Wankachse und Nickachse der Fahrzeugkarosserie orientierter oder leicht schräger, zu einer Hauptausdehnung des Stegblechs stark abgewinkelter Winkelflansch den Grundkörper des Schwellers parallel zur Wankachse nach hinten überragt, sodass der Winkelflansch großflächig an dem Aluminium-Strangpressprofil anliegt.
Als vorteilhaft erweist sich zudem ein Stegblech, welches einerseits einen höchstfest aus warmumgeformtem, pressgehärtetem Stahlblech bestehenden hinteren Bereich, andererseits jedoch einen hochduktilen vorderen Bereich besitzt, wie er insbesondere durch die Verwendung geeigneter Tailor Welded Blanks oder eine – beispielsweise als „Tailored Tempering“ vermarkteten – partiellen Wärmebehandlung gebildet werden kann. Eine derartige Verteilung der mechanischen Eigenschaften verleiht dem vorderen und äußeren Teil der A-Säule eine besondere Weichheit und Nachgiebigkeit zur Erfüllung der einschlägigen „Small Overlap“-Testkriterien ohne nennenswerte Bodenscherung.
Ein Knoten höchster Festigkeit und Steifigkeit zwischen A-Säule und Schweller schließlich resultiert aus der Verbindung einer A-Säule, deren innerer unterer A-Säulenteil und äußerer A-Säulenteil aus Stahlblech bestehen, mit einem aus dem Aluminium- Strangpressprofil bestehenden äußeren Schwellerteil, sofern der äußere Schwellerteil zumindest teilweise vom inneren unteren A-Säulenteil und vom äußeren A-Säulenteil umfasst wird und ein zwischen innerer und äußerer A-Säule angeordnetes Stegblech mit seinem vorderen und/oder hinteren Ende mit dem Aluminium-Strangpressprofil verbunden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
1 ist ein perspektivischer Schnitt der A-Säule quer zur Gierachse einer Fahrzeugkarosserie gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2 ist ein 1 entsprechender Schnitt unter Ausblendung des inneren unteren A-Säulenteils quer zur Gierachse.
3 ist ein Schnitt der A-Säule quer zur Wankachse aus einer der Fahrtrichtung entgegengesetzten Blickrichtung.
Ausführungsformen der Erfindung
1 illustriert die strukturellen Merkmale einer Fahrzeugkarosserie gemäß einer Ausführungsform der Erfindung für ein offenes Fahrzeug anhand einer Schnittdarstellung dessen vorrangig aus dünnwandigen Stahlblechbauteilen aufgebauter A-Säule. Ein innerer unterer A-Säulenteil 14 umgreift dabei zumindest teilweise das Aluminium-Strangpressprofil eines Schwellers 10 auf dessen Innenseite. Ein äußerer A-Säulenteil 16 dagegen umgreift das Aluminium-Strangpressprofil auf der Außenseite des Schwellers 10 zumindest teilweise. Zwischen dem inneren unteren A-Säulenteil 14 und dem aus duktilem, kalt umgeformten Stahlblech bestehenden äußeren A-Säulenteil 16 befindet sich ein im Wesentlichen parallel zur Wankachse x und zur Gierachse z der Fahrzeugkarosserie ausgerichtetes Stegblech 18 in Form eines weiteren hochfesten, pressgehärteten Stahlbleches. Dieses Stegblech 18 ist am vorderen und hinteren Ende mit dem inneren unteren A-Säulenteil 14 und dem äußeren A-Säulenteil 16 im Wege eines einschlägigen Stahl-Punktschweißverfahrens verschweißt und zusätzlich verklebt.
Das Stegblech 18 bildet in seinem unteren Bereich einen hinteren Verbindungsflansch 32 sowie einen vorderen Verbindungsflansch 34, die parallel zu dem nach oben ragenden, seinerseits parallel zur Wankachse x verlaufenden, in 1 jedoch weitgehend durch den inneren unteren A-Säulenteil 14 verdeckten Türeinstiegsflansch 30 des Aluminium-Strangpressprofils ausgerichtet sind.
2, welche auf die zeichnerische Wiedergabe des inneren unteren A-Säulenteils 14 verzichtet und so den Blick auf die darunter liegenden Bestandteile der Fahrzeugkarosserie freigibt, lässt diese Einzelheit deutlicher erkennen. Sichtbar ist nunmehr der parallel zum Verbindungsflansch 26 des Stegblechs 18 ausgerichtete Türeinstiegsflansch 30 des Schwellers 10, an dessen Innenseite der Verbindungsflansch 26 unmittelbar anliegend vorzugsweise FDS-verschraubt und verklebt ist. Darüber hinaus lässt das Stegblech 18 hier an seinem unteren Ende einen leicht schrägen, im Wesentlichen jedoch parallel zur Wankachse x und Nickachse y der Fahrzeugkarosserie orientierten und somit zur Hauptausdehnung des Stegblechs 18 rechtwinklig ausgerichteten Winkelflansch 28 erkennen, der – parallel zur oberseitigen Gegenfläche des Aluminium-Strangpressprofils 12 des Schwellers 10 ausgerichtet – ebenfalls direkt an dem Aluminium-Strangpressprofil 12 anliegend mit diesem FDS-verschraubt und verklebt ist. Der Winkelflansch 28 ragt dabei parallel zur Wankachse nach hinten derart über den Grundkörper des Stegblechs 18 hinaus (35), dass der Winkelflansch 28 großflächig an dem Aluminium-Strangpressprofil 12 anliegt.
2 lässt auch den vorteilhaften Aufbau des in Form eines Tailor Welded Blank (nicht dargestellt) oder partiell vergütet (dargestellt) ausgeführten Stegblechs 18 erkennen. Insofern teilt sich das Stegblech 18 in einen höchstfest aus warmumgeformtem, pressgehärtetem Stahlblech bestehenden hinteren Bereich 20 und einen hochduktilen vorderen Bereich 24, die durch einen Übergangsbereich 22 verbunden sind.
3 beleuchtet die Fügeverbindungen zwischen A-Säule, Schweller 10 und Stegblech 18 anhand einer weiteren, quer zur Wankachse geschnittenen Darstellung. Hier besteht der Schweller 10 insbesondere aus einen Aluminium-Strangpressprofil 12, das zumindest teilweise vom inneren unteren A-Säulenteil 14 und vom äußeren A-Säulenteil 16 umfasst wird. Als Werkstoff des inneren unteren A-Säulenteils 14 kommt zu diesem Zweck ein hochfester, borlegierter, warmumgeformter Stahl in Form eines weiteren Tailor Welded Blanks oder partiell vergütetem/gehärtetem Teils zum Einsatz, das in seinem weniger festen vorderen Bereich 14 mechanisch mit Aluminium (z.B. der Stirnwand) und zusätzlich im hochfesten gehärteten Bereich durch Vorlochen insbesondere mittels FDS-Schrauben 38 an dem Aluminium-Strangpressprofil 12 gefügt werden kann. Weitere FDS-Schrauben 36 dienen zur Anbindung des äußeren A-Säulenteils 16 an den Schweller 10 und sind – wie auch im Fall der Schraubverbindung 38 – im vorliegenden Ausführungsbeispiel im Stahlteil vorgelocht und durch Kleben verstärkt. Es versteht sich, dass in einer alternativen Ausführungsform anstelle der FDS-Schrauben etwa Bolzen gesetzt sein mögen, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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

EP 2298628 [0004]
DE 4394609 [0004]

Claims

Fahrzeugkarosserie, mit einem Schweller (10), der zumindest in wesentlichen Teilen aus einem Aluminium-Strangpressprofil (12) besteht, und einer A-Säule, die vorrangig aus dünnwandigen Blechbauteilen aufgebaut ist, wobei ein innerer unterer A-Säulenteil (14) der A-Säule das Aluminium-Strangpressprofil (12) des Schwellers (10) auf einer Innenseite des Schwellers (10) zumindest teilweise umgreift und mit diesem direkt oder indirekt verbunden ist und ein äußerer A-Säulenteil (16) der A-Säule das Aluminium-Strangpressprofil (12) des Schwellers (10) auf einer Außenseite des Schwellers (10) zumindest teilweise umgreift und mit diesem direkt oder indirekt verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen dem inneren unteren A-Säulenteil (14) und dem äußeren A-Säulenteil (16) ein im Wesentlichen parallel zu einer Wankachse und zu einer Gierachse der Fahrzeugkarosserie ausgerichtetes Stegblech (18) befindet, welches an einem vorderen und/oder hinteren Ende mit dem inneren unteren A-Säulenteil (14) und/oder dem äußeren A-Säulenteil (16) verbunden ist und an einem unteren Ende mit dem Aluminium-Strangpressprofil (12) des Schwellers (10) verbunden ist.
Fahrzeugkarosserie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminium-Strangpressprofil (12) des Schwellers (10) an einem oberen Ende einen nach oben ragenden, parallel zur Wankachse verlaufenden Türeinstiegsflansch (30) besitzt.
Fahrzeugkarosserie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stegblech (18) im unteren Bereich einen Verbindungsflansch (26) bildet, der parallel zu dem Türeinstiegsflansch (30) ausgerichtet ist, vorzugsweise auf der Innenseite des Schwellers (10) direkt am Türeinstiegsflansch (30) anliegt und insbesondere mit diesem FDS-verschraubt und/oder verklebt ist.
Fahrzeugkarosserie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stegblech (18) am unteren Ende einen nahezu waagerechten, vorrangig parallel zu der Wankachse und einer Nickachse der Fahrzeugkarosserie orientierten oder leicht schrägen, zu einer Hauptausdehnung des Stegblechs (18) stark abgewinkelten Winkelflansch (28) besitzt, der parallel zu einer oberseitigen Gegenfläche des Aluminium-Strangpressprofils (12) des Schwellers (10) ausgerichtet ist, direkt an dem Aluminium-Strangpressprofil (12) anliegt und mit diesem FDS-verschraubt und/oder verklebt ist.
Fahrzeugkarosserie nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Stegblech (18) oberhalb des Winkelflansches einen Grundkörper aufweist, über den der Winkelflansch (28) parallel zur Wankachse nach hinten hinausragt (35), sodass der Winkelflansch (28) großflächig an dem Aluminium-Strangpressprofil (12) anliegt.
Fahrzeugkarosserie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Stegblech (18) am vorderen und/oder hinteren Ende mit dem inneren unteren A-Säulenteil (14) und/oder dem äußeren A-Säulenteil (16) verschweißt ist.
Fahrzeugkarosserie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der innere untere A-Säulenteil (14), der äußere A-Säulenteil (16) und das Stegblech (18) aus Aluminiumblech oder Stahlblech, vorzugsweise aus Stahlblech bestehen.
Fahrzeugkarosserie nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere A-Säulenteil (16) aus duktilem, kalt umgeformtem Stahlblech besteht.
Fahrzeugkarosserie nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Stegblech (18) vorzugsweise aus hochfestem oder warmumgeformtem, pressgehärtetem Stahlblech besteht.
Fahrzeugkarosserie nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Stegblech (18) einen höchstfest aus warmumgeformtem, pressgehärtetem Stahlblech bestehenden hinteren Bereich (20) und einen hochduktilen vorderen Bereich (24) besitzt und vorzugsweise tailor-welded oder tailor-tempered ist.
Fahrzeugkarosserie nach Anspruch 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der innere untere A-Säulenteil (14) im Wesentlichen aus hochfestem, borlegiertem, warmumgeformtem Stahl besteht und so tailor-welded und/oder tailor-tempered ist, dass er in einem weniger festen vorzugsweise vorderen Bereich (24) mechanisch mit Aluminium gefügt werden kann.
Fahrzeugkarosserie nach einem der Ansprüche 1 bis 11 für ein geschlossenes oder offenes Fahrzeug, insbesondere für ein offenes Fahrzeug.
Verfahren zum Herstellen einer Fahrzeugkarosserie, dadurch gekennzeichnet, dass ein im Wesentlichen parallel zu einer Wankachse und zu einer Gierachse der Fahrzeugkarosserie ausgerichtetes Stegblech (18) so an einem vorderen und/oder hinteren Ende mit einem inneren unteren A-Säulenteil (14) und/oder einem äußeren A-Säulenteil (16) einer vorrangig aus dünnwandigen Blechbauteilen aufgebauten A-Säule und an einem unteren Ende mit einem Aluminium-Strangpressprofil (12) eines Schwellers (10) verbunden wird, dass der innere untere A-Säulenteil (14) das Aluminium-Strangpressprofil (12) des Schwellers (10) auf einer Innenseite des Schwellers (10) zumindest teilweise umgreift und mit diesem direkt oder indirekt verbunden wird und der äußere A-Säulenteil (16) das Aluminium-Strangpressprofil (12) des Schwellers (10) auf einer Außenseite des Schwellers (10) zumindest teilweise umgreift und mit diesem direkt oder indirekt verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der innere untere A-Säulenteil (14) mittels FDS-Schrauben beziehungsweise Bolzensetzen jeweils in Kombination mit Kleben an das Aluminium-Strangpressprofil (12) gefügt wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere A-Säulenteil (16) mittels FDS-Schrauben beziehungsweise Bolzensetzen jeweils in Kombination mit Kleben an das Aluminium-Strangpressprofil (12) gefügt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein im unteren Bereich durch das Stegblech (18) gebildeter Verbindungsflansch (26) parallel zu einem an einem oberen Ende des Schwellers (10) nach oben ragenden, parallel zur Wankachse verlaufenden Türeinstiegsflansch (30) des Aluminium-Strangpressprofils (12) ausgerichtet, auf der Innenseite des Schwellers (10) direkt an den Türeinstiegsflansch (30) angelegt und mit diesem FDS-verschraubt und verklebt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkelflansch (28) am unteren Ende des Stegblechs (18) nahezu waagerecht, vorrangig parallel zu der Wankachse und einer Nickachse der Fahrzeugkarosserie oder leicht schräg, zu einer Hauptausdehnung des Stegblechs (18) stark abgewinkelt parallel zu einer oberseitigen Gegenfläche des Aluminium-Strangpressprofils (12) des Schwellers (10) ausgerichtet, direkt an das Aluminium-Strangpressprofil (12) angelegt und mit diesem FDS-verschraubt und verklebt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Stegblech (18) am vorderen und hinteren Ende mit dem inneren unteren A-Säulenteil (14) und dem äußeren A-Säulenteil (16) mittels Stahl-Punktschweißen vorzugsweise in Kombination mit Kleben verbunden wird.