DE102014200144A1

DE102014200144A1 - Aus einem Tailored Blank hergestelltes Karosseriebauteil zur Aufnahme einer Crash-Belastung und Fahrzeugkarosserie mit solchem Karosseriebauteil

Info

Publication number: DE102014200144A1
Application number: DE102014200144.7A
Authority: DE
Inventors: Florian Schauppel; Ulrich Wiedemann; Jan Danneberg; Ralf Grünn; Franz-Xaver Neumeier; Markus Pfestorf
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2014-01-08
Filing date: 2014-01-08
Publication date: 2015-07-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Karosseriebauteil (140) zur Aufnahme einer Crash-Belastung bei einem Fahrzeugunfall, wobei dieses entlang eines vorgegebenen Lastpfades (L) auf Zug belastet wird. Dieses Karosseriebauteil (140) ist ein Blechformteil, welches durch Umformung eines geschweißten Tailored Blank hergestellt ist und wenigstens eine den Lastpfad (L) durchquerende Schweißnaht (143) aufweist, wobei die Schweißnaht (143) schräg zum Lastpfad (L) verläuft. Die Erfindung betrifft ferner eine Fahrzeugkarosserie, insbesondere für einen Personenkraftwagen, die wenigstens ein solches Karosseriebauteil (140) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Karosseriebauteil zur Aufnahme einer Crash-Belastung bei einem Fahrzeugunfall bzw. Crash.
Die Erfindung betrifft ferner eine Fahrzeugkarosserie, die wenigstens ein solches Karosseriebauteil aufweist.
Aus der DE 196 27 913 A1 ist ein Karosseriebauteil zur Aufnahme einer Crash-Belastung bekannt, das aus mehreren Blechformteilen gebildet ist, die entlang wenigstens einer im Wesentlichen in der Belastungsrichtung verlaufenden Schweißnaht gefügt sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gewichts- und belastungsoptimiertes Karosseriebauteil zur Aufnahme einer Crash-Belastung anzugeben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein erfindungsgemäßes Karosseriebauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Mit einem nebengeordneten Anspruch erstreckt sich die Lösung der Aufgabe auch auf eine erfindungsgemäße Fahrzeugkarosserie, die wenigstens ein erfindungsgemäßes Karosseriebauteil aufweist und bei der insbesondere die Seitenschweller als erfindungsgemäße Karosseriebauteile ausgebildet sind.
Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich analog für beide Erfindungsgegenstände sowohl aus den abhängigen Patentansprüchen als auch aus den nachfolgenden Erläuterungen.
Ein erfindungsgemäßes Karosseriebauteil zur Aufnahme einer Crash-Belastung, insbesondere durch die gezielte Aufnahme von kinetischer Energie, bei einem Fahrzeugunfall bzw. Crash, wobei bzw. währenddessen dieses entlang eines vorgegebenen Lastpfades auf Zug belastet wird, zeichnet sich dadurch aus, dass es sich um ein Blechformteil handelt, welches durch Umformung eines geschweißten Tailored Blank hergestellt ist und wenigstens eine den Lastpfad durchquerende Schweißnaht aufweist, wobei die Schweißnaht schräg zum Lastpfad verläuft.
Das erfindungsgemäße Karosseriebauteil ist ein einteiliges, durch Kalt- oder Warmumformung eines einzelnen Tailored Blank hergestelltes Blechformteil. Ein so genanntes Tailored Blank (maßgeschneiderte Platine) ist eine aus mehreren miteinander verschweißten Teilplatinen bzw. Blechstücken gebildete Blechplatine, die durch Umformen, insbesondere Tiefziehen, zu einem Blechformteil umgeformt wird. Derartige Blechplatinen können auch als „Tailored Welded Blanks” bezeichnet werden. Bevorzugt weisen wenigstens zwei der miteinander verschweißten Blechstücke verschiedene Werkstoffgüten auf und/oder können sogar aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen. Ferner können wenigstens zwei der miteinander verschweißten Blechstücke auch unterschiedliche Blechdicken aufweisen. Dadurch gelingt eine belastungs- und gewichtsoptimierte Herstellung des Blechformteils. Wegen der miteinander verschweißten Blechstücke weist das aus einem Tailored Blank hergestellte Blechformteil wenigstens eine (vor dem Umformen erzeugte) Schweißnaht auf. Tailored Blanks, deren Herstellung und deren umformtechnische Handhabung sind aus dem Stand der Technik bekannt, wozu auf die Patentschriften DE 10 2011 078 032 A1 , DE 10 2011 101 586 A1 und DE 10 2009 053 534 A1 hingewiesen wird.
Aufgrund einer belastungs- und gewichtsoptimierten Auslegung kann die Erfordernis bestehen, dass die Schweißnaht bzw. der Schweißnahtverlauf am Blechformteil (also nach dem Umformen) den Lastpfad durchquert. Wird ein solches Karosseriebauteil bzw. Blechformteil im Crashfall bestimmungsgemäß beansprucht, so wird die Schweißnaht hoch belastet. Die Erfindung sieht daher vor, dass die Schweißnaht schräg zum vorgegebenen Lastpfad verläuft, zumindest im Kreuzungspunkt bzw. Kreuzungsbereich.
Mit anderen Worten formuliert, handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen crashrelevanten Karosseriebauteil um ein aus einem Tailored Blank hergestelltes Blechformteil, wobei die die einzelnen Blechstücke (des Tailored Blank) verbindende Schweißnaht am Blechformteil bzw. am Karosseriebauteil (nach der Umformung) einen zur Crash-Kraftflussrichtung schrägen Schweißnahtverlauf aufweist.
Die Schweißnaht verläuft somit nicht senkrecht zum Lastpfad bzw. den beim Crash entlang des Lastpfads gegebenen Kraftfluss, sondern schräg zum Lastpfad. Durch den erfindungsgemäßen Schweißnahtverlauf erfolgt bei einem Unfall bzw. Crash die Belastung nicht nur quer zur Schweißnaht, sondern in einem Winkel dazu (bevorzugte Winkelbereiche werden nachfolgend noch genannt). Dadurch wird der Kraftfluss in der Schweißnaht homogener verteilt, wodurch bspw. ein Einreißen der Schweißnaht verhindert werden kann. Indem die Schweißnaht erfindungsgemäß schräg zum vorgegebenen Lastpfad verläuft, kann insbesondere auch ein Steifigkeitssprung an der Schweißnaht zwischen den miteinander verschweißten Blechstücken homogenisiert werden. Die Crash-Eigenschaften werden verbessert und die Crashstabilität wird erhöht, wobei die Schweißnaht durchaus auch in einem kritischen Bauteilbereich verlaufen kann.
Die Erfindung ermöglicht die Bereitstellung eines gewichts- und belastungsoptimierten Karosseriebauteils zur Aufnahme einer Crash-Belastung und insbesondere für die gezielte Aufnahme von kinetischer Energie bei einem Fahrzeugunfall und schafft zudem neue Freiheitsgrade für die Entwicklung sicherheitsrelevanter Karosseriebauteile.
Ein erfindungsgemäßes Karosseriebauteil kann mehrere die Blechstücke (des ursprünglichen Tailored Blank) verbindende Schweißnähte aufweisen, wobei wenigstens eine Schweißnaht schräg zum Lastpfad verläuft, wie vorausgehend erläutert. Eine solche Schweißnaht kann als Hauptschweißnaht bezeichnet werden.
Bevorzugt handelt es sich bei der Schweißnaht um eine Laserschweißnaht, die ohne und insbesondere mit einem als Schweißzusatzwerkstoff dienenden Zusatzdraht ausgeführt bzw. hergestellt sein kann. Besonders bevorzugt ist die Schweißnaht und insbesondere die Laserschweißnaht eine Stumpfnaht (bspw. I-Naht oder V-Naht). Die an der Schweißnaht gefügten Blechstücke können eine identische oder eine unterschiedliche Blechdicke aufweisen. Bevorzugt sind die Blechstücke aus Stahl blechmaterialien gebildet. Bevorzugt ist das erfindungsgemäße Karosseriebauteil ein Stahlblechbauteil und insbesondere ein pressgehärtetes Stahlblechbauteil, wie nachfolgend noch näher erläutert.
Bevorzugt schneidet die Schweißnaht den Lastpfad unter einem Winkel zwischen 15° und 75°, besonders bevorzugt unter einem Winkel zwischen 20° und 50° und insbesondere unter einem Winkel von circa 30°. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Schweißnaht einen wellenförmigen Verlauf oder ähnliches aufweist. Beides wird nachfolgend unter Bezug auf die Figuren noch näher erläutert.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass es sich bei dem erfindungsgemäßen Karosseriebauteil um ein warmumgeformtes und insbesondere pressgehärtetes Blechformteil handelt. Das Karosseriebauteil ist also durch Warmumformen und insbesondere durch Presshärten eines Tailored Blank hergestellt. Ein warmumgeformtes Blechformteil wurde durch Umformung des Blechmaterials oberhalb der Rekristallisationstemperatur hergestellt, wodurch bspw. hohe Formänderungsgrade erzielbar sind. Ein pressgehärtetes Blechformteil wurde durch eine Abschreckkühlung nach dem Umformen oder beim Umformen hergestellt, wodurch bei einem Stahlblechmaterial Bauteilfestigkeiten von bis zu 1650 MPa und mehr erreicht werden können. Gegebenenfalls handelt es sich um ein partiell pressgehärtetes oder bereichsweise unterschiedlich pressgehärtetes Blechformteil.
Für das Presshärten sind aus dem Stand der Technik verschiedene Verfahrensweisen bekannt. Beim direkten Presshärten wird die Blechplatine auf eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur erwärmt, dann umgeformt und zugleich durch Abschreckkühlung gehärtet. Beim indirekten Presshärten wird zunächst durch Kaltumformen ein Vorformteil hergestellt, dass nachfolgend auf eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur erwärmt und dann in einem Presshärtewerkzeug durch Abschreckkühlung gehärtet wird. Im Weiteren wird zum Stand der Technik bspw. auf die DE 10 2006 020 623 B4 und DE 20 2012 000 616 U1 hingewiesen.
Bei dem zum Warmumformen und/oder Presshärten verwendeten Stahlblech handelt es sich bspw. um einen 22MnB5-Werkstoff oder einen artverwandten Werkstoff, wobei das Stahlblech bzw. die das Tailored Blank bildenden Blechstücke blank (unbeschichtet) ist/sind oder alternativ eine metallische Korrosionsschutzbeschichtung (metallischer Überzug) aufweist/aufweisen. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das mit einer metallischen Korrosionsschutzbeschichtung versehene Stahlblech bzw. Tailored Blank mit dieser Korrosionsschutzbeschichtung warmumgeformt und/oder pressgehärtet wird, so dass das hergestellte Blechformteil eine mitumgeformte metallische Korrosionsschutzbeschichtung aufweist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der schematischen Figuren beispielhaft näher erläutert. Die in den Figuren gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, unabhängig von den konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein.
1 zeigt in einer Untersicht einen Ausschnitt einer zu einer Fahrzeugkarosserie gehörenden Bodengruppe.
2 zeigt in einer perspektivischen Darstellung einen Ausschnitt eines zur Bodengruppe der 1 gehörenden Seitenschwellers.
3 zeigt analog zu 2 eine andere Ausführungsmöglichkeit.
1 zeigt eine insgesamt mit 100 bezeichnete Bodengruppe einer Fahrzeugkarosserie von unten. Der Pfeil D gibt die Vorwärtsfahrtrichtung an. Die nur ausschnittsweise dargestellte Bodengruppe 100 umfasst mehrere insbesondere durch Punktschweißen gefügte Karosseriebauteile, wie bspw. einen Mitteltunnel 110, einen linksseitigen Längsträger 120, eine Tankmulde 130 und einen linksseitigen Seitenschweller 140. Bevorzugt handelt es sich um gefügte Blechformteile, Gussbauteile, Strangpressprofile und dergleichen, die insbesondere aus Stahl- oder Aluminiumwerkstoffen gebildet sind.
Der Seitenschweller 140 ist dazu ausgebildet, bei einem Fahrzeugunfall eine Crash-Belastung aufnehmen zu können. Insbesondere handelt es sich um ein pressgehärtetes Blechformteil. Eine typische Crash-Belastung ist bspw. ein Seitenaufprall auf einen Pfahl, der zu einer konzentrierten Belastung des Seitenschwellers 140 führt, wie mit dem Pfeil F veranschaulicht. Die Position und Richtung der Krafteinleitung kann selbsterklärend variieren.
Aufgrund seiner Verbausituation innerhalb der Fahrzeugkarosserie bzw. der Bodengruppe 100 wird der Seitenschweller 140 bei einem Seitenaufprall genannter Art entlang des strichliniert dargestellten Lastpfads L auf Zug belastet. D. h. entlang dieses Lastpfads L erfolgt bei einem Seitenaufprall der maßgebliche Kraftfluss durch den Seitenschweller 140, wobei in beabsichtigter Weise die aufgenommene kinetische Energie in Verformungsarbeit umgewandelt wird. Der Lastpfad L kann insofern auch als Kraftflusslinie bezeichnet werden. Der Lastpfad L verläuft im Wesentlichen parallel zur Fahrtrichtung D.
Erfindungsgemäß weist der einteilige Seitenschweller 140 eine belastungs- und gewichtsoptimierte Gestaltung auf, wozu dieser aus einem geschweißten Tailored Blank (beispielhaft handelte es sich um ein zweistückiges Tailored Blank) hergestellt ist und eine den Lastpfad L durchquerende Schweißnaht 143 aufweist, an der die beiden mit unterschiedlicher Blechdicke ausgebildeten Blechstücke 141 und 142 mittels Stumpfnaht miteinander verschweißt sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Schweißnaht 143 im Kreuzungsbereich mit dem Lastpfad L schräg zu diesem verläuft. Die Schweißnaht 143 verläuft dadurch auch schräg zur Fahrtrichtung D.
2 zeigt in einer perspektivischen Darstellung den Nahtverlauf der Schweißnaht 143. Die Schweißnaht 143 hat einen räumlichen Verlauf und schneidet den beispielhaft als Linie dargestellten Lastpfad L unter einem spitzen Winkel a von ca. 30°. Dies führt zu einer verringerten Crash-Belastung der Schweißnaht 143, wie obenstehend erläutert. Abweichend zu der in 2 gezeigten Ausführungsmöglichkeit kann die Schweißnaht 143 einen gekrümmten (bspw. bogenförmigen) Nahtverlauf aufweisen.
3 zeigt eine andere Ausführungsmöglichkeit, bei der die Schweißnaht 143 einen wellenförmigen Verlauf mit gleich oder unterschiedlich ausgebildeten Wellenbogen aufweist, was sich hinsichtlich der Crash-Belastbarkeit als vorteilig erweist. Mit 144 ist eine Ausgleichsgerade bezeichnet, anhand derer die Winkellage der Schweißnaht 143 bezüglich des Lastpfads L bestimmbar und festlegbar ist.
Bezugszeichenliste

100: Bodengruppe (Fahrzeugkarosserie)
110: Mitteltunnel
120: Längsträger
130: Tankmulde
140: Seitenschweller
141: Blechstück
142: Blechstück
143: Schweißnaht
144: Ausgleichsgerade
D: Fahrtrichtung
F: Krafteinwirkung beim Crash
L: Lastpfad
a: Winkel

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 19627913 A1 [0003]
DE 102011078032 A1 [0009]
DE 102011101586 A1 [0009]
DE 102009053534 A1 [0009]
DE 102006020623 B4 [0018]
DE 202012000616 U1 [0018]

Claims

Karosseriebauteil (140) zur Aufnahme einer Crash-Belastung (F) bei einem Fahrzeugunfall, wobei dieses entlang eines vorgegebenen Lastpfades (L) auf Zug belastet wird, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um ein Blechformteil handelt, welches durch Umformung eines geschweißten Tailored Blank hergestellt ist und wenigstens eine den Lastpfad (L) durchquerende Schweißnaht (143) aufweist, wobei die Schweißnaht (143) schräg zum Lastpfad (L) verläuft.
Karosseriebauteil (140) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um ein warmumgeformtes und insbesondere pressgehärtetes Blechformteil handelt.
Karosseriebauteil (140) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißnaht (143) eine, insbesondere mit Zusatzdraht hergestellte, Laserschweißnaht ist.
Karosseriebauteil (140) nach einem der vorausgehenden Ansprüche und insbesondere nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißnaht (143) und insbesondere die Laserschweißnaht eine Stumpfnaht ist.
Karosseriebauteil (140) nach einem der vorausgehenden Ansprüche und insbesondere nach Anspruch 3 und/oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei an der Schweißnaht (143) und insbesondere an der Laserschweißnaht gefügte Blechstücke (141, 142) eine unterschiedliche Blechdicke aufweisen.
Karosseriebauteil (140) nach einem der vorausgehenden Ansprüche und insbesondere nach Anspruch 3, 4 und/oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei an der Schweißnaht (143) und insbesondere an der Laserschweißnaht gefügte Blechstücke (141, 142) aus verschiedenen Werkstoffgüten und/oder aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen.
Karosseriebauteil (140) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißnaht (143) den Lastpfad (L) unter einem Winkel (a) zwischen 20° und 75° und insbesondere unter einem Winkel (a) von circa 30° schneidet.
Karosseriebauteil (140) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißnaht (143) einen wellenförmigen Verlauf aufweist.
Fahrzeugkarosserie (100), insbesondere für einen Personenkraftwagen, umfassend wenigstens ein Karosseriebauteil (140) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche 1 bis 8.
Fahrzeugkarosserie (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenschweller (140) als Karosseriebauteile gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet sind.