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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Karosseriebauteil für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein seitlicher Schweller, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Derartige Karosseriebauteile bzw. Schweller dienen als seitliche, an Bodengruppen angebundene Längsträger und sind demzufolge sehr biegesteif in Hochrichtung auszulegen; ferner sollen sie im Falle eines Seitencrashs des Kraftfahrzeugs möglichst effizient Aufprallenergie absorbieren. Auch aus Leichtbaugründen sind deshalb bekannte Karosseriebauteile bzw. Schweller aus dünnwandigen, hochfesten Stahlblechen hergestellt und als Hohlprofile mit integrierten Verstärkungseinlagen versehen, die ein gezieltes Belastungsprofil ermöglichen.
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Insbesondere in der Serienfertigung solcher Karosseriebauteile und bei deren Zusammenbau können sich bedingt durch Fertigungstoleranzen Probleme beim Fügen (zum Beispiel Punktschweißen) ergeben, denen man dadurch begegnen kann, dass die Verstärkungseinlagen innerhalb des Bauteilhohlraums nur als Einleger mit Freiräumen zum Ausgleichen von Toleranzen verbaut sind.
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Aus der
DE 10 2007 041 698 A1 ist ein gattungsgemäßes Karosseriebauteil bekannt, das ein geschlossenes Hohlprofil aufweist. In dem Hohlprofil ist eine Verstärkungseinlage angeordnet, die an gegenüberliegenden Wandabschnitten des Karosseriebauteils angeschweißt ist. Ein derartiges Karosseriebauteil ist auch aus der
DE 10 2011 115 040 A1 , aus der
DE 100 03 878 A1 und aus der
DE 10 2005 043 698 A1 bekannt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, Karosseriebauteile der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, die aufgrund ihres Fügeprozesses und bei einem verringerten Fertigungsaufwand eine erhöhte Bauteilfestigkeit und eine gezielte Energieaufnahme bei Seitenkollisionen aufweisen.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Verstärkungseinlagen an gegenüberliegenden Wandabschnitten zumindest einer Blechschale bündig bzw. spielfrei anliegen und mittels Punktschweißverbindungen mit diesen verschweißt sind. Mit dieser Maßnahme wird fertigungstechnisch einfach erreicht, dass die Verstärkungseinlagen einen in sich festen Verbund mit den Blechschalen bilden und somit die Widerstandsfähigkeit bei einer unverändert gewichtsgünstigen Konstruktion wesentlich erhöhen.
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Erfindungsgemäß sind die Verstärkungseinlagen durch zwei kreuzförmig verbundene Doppel-T-Profile gebildet, die mit jeweils gegenüberliegenden Wandabschnitten der Blechschalen in Quer- und Hochrichtung verschweißt sind. Damit können bei geringem konstruktiven und baulichen Aufwand die Biegesteifigkeit und die Quersteifigkeit des Karosseriebauteils gezielt erhöht werden.
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Bei stehend ausgerichteter Verstärkungseinlage können deren Kontaktflächen bzw. Seitenwände innerhalb einer der Blechschalen positioniert und mit außerhalb deren Randflansche liegenden Wandabschnitten verschweißt sein. Damit ist eine besonders einfache Fixierung der Verstärkungseinlagen in einem Vorfertigungsschritt gegeben, wobei die zweite Blechschale anschließend gefügt wird.
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Des Weiteren können über die Länge des Karosseriebauteils bzw. Schwellers mehrere, in ihrer Ausrichtung alternierend stehend und liegend ausgeführte Abschnitte einer in Quer- und Hochrichtung wirkenden, kombinierten Verstärkungseinlage eingeschweißt sein, wobei hier die gegebenenfalls auftretenden Verformungskräfte im Crashfall und die auftretenden Biegemomente im Fahrzeugbetrieb entsprechend berücksichtigt werden können.
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Zur Auslegung der erforderlichen Belastungsprofile kann es auch vorteilhaft sein, wenn in den Verstärkungseinlagen örtlich verteilt gewichtsvermindernde Ausnehmungen vorgesehen sind, die vornehmlich in den in Hochrichtung wirkenden Abschnitten der Verstärkungseinlagen und in Bereichen geringerer Biegebelastung ausgebildet sind.
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Fertigungstechnisch besonders bevorzugt können ferner die gegenüberliegenden Punktschweißverbindungen zwischen den Blechschalen und den Verstärkungseinlagen mittels einer beidseitig angreifenden Punktschweißzange hergestellt sein. Dies setzt allerdings eine entsprechende Zugänglichkeit der zu fügenden Bereiche der Bauteile voraus.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können außen liegend weitere, ein Hohlprofil bildende Verstärkungsbleche und/oder Außenhautbleche vorgesehen sein, die einheitlich mit den Punktschweißverbindungen an den Randflanschen der Blechschalen und/oder den Punktschweißverbindungen an den Verstärkungseinlagen gefügt sind. Neben der damit erzielbaren, weiteren Aussteifung des Karosseriebauteils bzw. Schwellers kann zum Beispiel das Außenhautblech innenliegende Punktschweißverbindungen zwischen der außen liegenden Blechschale und den Verstärkungseinlagen vorteilhaft verdecken.
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Schließlich können fertigungstechnisch günstig bei Bedarf an den Verstärkungseinlagen Mittel zum Fixieren der Verstärkungseinlagen an der einen Blechschale vor deren Fügen vorgesehen sein. Die Mittel können insbesondere an die Verstärkungseinlagen angeformte, einfache Laschen oder dergl. sein, die lediglich der Fixierung dienen und weiter keinen Einfluss auf die Bauteilfestigkeit haben.
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Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der beigefügten, schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen Querschnitt durch ein Karosseriebauteil bzw. einen Schweller eines ein nicht von der Erfindung umfasstes Vergleichsbeispiel mit einem Personenkraftfahrzeugs, der sich aus zwei Blechschalen, einer integrierten Verstärkungseinlage mit einem geschlossenem Hohlprofil, einem Außenhautblech und einem weiteren, aufgesetzten Verstärkungsblech zusammensetzt;
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2 ein nicht von der Erfindung umfasstes Vergleichsbeispiel mit einem einen Querschnitt gemäß 1, wobei die Verstärkungseinlage durch zwei alternierend stehend oder liegend angeordnete, rechteckförmige Hohlprofile gebildet ist;
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3 eine raumbildliche, skizzenhafte Darstellung der kombinierten Verstärkungseinlage nach 2;
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4 ein nicht von der Erfindung umfasstes Vergleichsbeispiel mit einem Schweller nach 1, bei dem die Verstärkungseinlage als offenes Doppel-T-Profil in liegender Anordnung ausgebildet ist;
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5 den Schweller nach 4 mit einem erfindungsgemäßen kreuzförmigen Doppel-T-Profil als Verstärkungseinlage; und
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6 abschnittsweise die Verstärkungseinlage gemäß 5 in raumbildlicher Darstellung mit gewichtsvermindernden Ausnehmungen.
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In der 1 ist in einem Querschnitt ein längsträgerartiges Karosseriebauteil bzw. ein Schweller 1 eines Personenkraftfahrzeugs dargestellt, der sich im Wesentlichen aus einer inneren, hutförmigen Blechschale 2, einer äußeren, hutförmigen Blechschale 3, einem Außenhautblech 4, einem auf die innere Blechschale 2 aufgesetzten Verstärkungsblech 5 und schließlich aus einer in die Blechschalen 2, 3 integrierten Verstärkungseinlage 6 zusammensetzt.
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Die einen im Wesentlichen rechteckigen Hohlraum 7 einschließenden Blechschalen 2, 3 weisen jeweils ein etwa vertikal ausgerichtetes Basisblech 2a, 3a, obere und untere, ungefähr horizontal ausgerichtete Wandabschnitte 2b, 3b und dazu abgewinkelte, parallele Randflansche 2c, 3c auf.
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Der Schweller 1 ist in nicht ersichtlicher Weise zum Beispiel unter anderem an eine vordere A-Säule, eine B-Säule und gegebenenfalls eine hintere C-Säule des Kraftfahrzeugs sowie der jeweiligen Fahrzeugmitte zu an eine Bodengruppe 8 (nur angedeutet) angeschlossen.
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Die Blechschalen 2, 3 sind mit ihren aneinander anliegenden Randflanschen 2c, 3c durch Punktschweißverbindungen stoffschlüssig fest zusammengefügt.
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Das mit einem definierten Abstand zur äußeren Blechschale 3 angeordnete Außenhautblech 4 weist ebenfalls einen oberen Randflansch 4a auf, der gegebenenfalls in einem einheitlichen Schweißvorgang mit den Randflanschen 2c, 3c der Blechschalen 2, 3 fest verbunden ist. Über einen unteren Randflansch 4b ist das Außenhautblech 4 mit der Blechschale 3 bzw. dessen Basisblech 3a verschweißt.
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Ferner dient das auf die Blechschale 2 ebenfalls durch Punktschweißverbindungen fest aufgesetzte Verstärkungsblech 5 zu einer gezielt erhöhten Biegesteifigkeit und Seitenbelastbarkeit des Schwellers 1 und gegebenenfalls zur Anbindung zum Beispiel von Sitzschienen, etc. im Innenraum des Kraftfahrzeugs.
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Die Verstärkungseinlage 6 ist im Querschnitt als rechteckförmiges, geschlossenes Hohlprofil ausgeführt und maßlich so bemessen, dass dessen kürzere Seitenwände 6a bündig bzw. spielfrei an den Basisblechen 2a, 3a der Blechschalen 2, 3 anliegen. Durch die liegende Anordnung bzw. die horizontale Ausrichtung der längeren Basiswände 6b ist eine erhöhte Aufnahme von Verformungsenergie in Fahrzeugquerrichtung bzw. eine erhöhte Seitenstabilität gegeben.
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Die Verstärkungseinlage 6 wird vor der Montage des Außenhautblechs 4 mittels einer nur angedeuteten Punktschweißzange 9 durch Punktschweißverbindungen zwischen den Seitenwänden 6a und den Basisblechen 2a, 3a der Blechschalen 2, 3 fest verschweißt.
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Anschließend können die Randflansche 2a, 3a, 4a der Blechschalen 2, 3 und des Außenhautblechs 4 wie vorbeschrieben gefügt werden.
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Durch die stoffschlüssig feste Verbindung der Verstärkungseinlage 6 mit den Blechschalen 2, 3 ist ein in sich fester Trägerverbund geschaffen, der eine hohe Biegesteifigkeit und im Ausführungsbeispiel 1 eine hohe Quersteifigkeit schafft. Davon abweichend könnte auch eine stehende Anordnung eines rechteckförmigen Hohlraumprofils 6 gewählt sein, um insbesondere die Biegesteifigkeit des Schwellers 1 in Hochrichtung zu verstärken.
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Die 2 und 3 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schwellers 1, zu dem zur Vermeidung von Wiederholungen nur die wesentliche Unterschiede beschrieben sind. Funktionell gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Gemäß den 2 und 3 ist innerhalb der Blechschalen 2, 3 eine kombinierte Verstärkungseinlage 10 vorgesehen, die sich aus einem (oder mehreren) liegend angeordneten Abschnitt 10a und zwei (oder mehreren) stehend angeordneten Abschnitten 10b zusammensetzt.
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Die jeweils geschlossenen, rechteckförmigen Hohlprofile 10a, 10b sind maßlich so ausgeführt, dass deren jeweils kürzere Seitenflächen 10c bündig an den Basisblechen 2a, 3a bzw. an den oberen und unteren Wandabschnitten 2b anliegen und mit diesen über Punktschweißverbindungen stoffschlüssig fest verbunden sind.
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Wie in der 2 angedeutet kann dies wiederum mittels einer Punktschweißzange 9 durchgeführt werden, die an den dargestellten Bereichen entsprechend angesetzt wird. Die Montagefolge kann wie vorbeschrieben sein, wobei mit dem Verschweißen des oberen Wandabschnitts 2b mit der zugewandten Seitenwand 10c der Verstärkungseinlage 10 zugleich der Randflansch 5a des Verstärkungsblechs 5 mitverschweißt werden kann.
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Durch die kombinierte Anordnung (liegend-stehend, liegend bevorzugt im Mittelabschnitt des Schwellers 1, vergleiche 3) kann die Biegesteifigkeit und die Quersteifigkeit des Schwellers 1 gezielt auf ein vorgegebenes Belastungsprofil bei geringeren Materialkosten und vermindertem Fertigungsaufwand eingestellt werden. Die Abschnitte 10a, 10b können bevorzugt durch Winkelbleche 10d miteinander fest verbunden sein (nur angedeutet).
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Die 4 zeigt eine Verstärkungseinlage 11, die als offenes Doppel-T-Profil zum Beispiel als Strangpressteil aus Stahl oder Leichtmetall hergestellt ist und die liegend mit einem horizontalen Basisabschnitt 11a und mit vertikal ausgerichteten Seitenwänden 11b angeordnet ist.
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Die Verstärkungseinlage 11 ist wiederum maßlich so ausgeführt, dass deren Seitenwände 11b bündig bzw. spielfrei an den Basisblechen 2a, 3a der Blechschalen 2, 3 anliegen und über Punktschweißverbindungen stoffschlüssig mit den Basisblechen 2a, 3a verbindbar sind.
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An der Verstärkungseinlage 11 können zudem Laschen 11c angeformt oder angebracht sein, mittels denen die Verstärkungseinlage 11 in einem ersten Schweißvorgang mit der Blechschale 2 (oder 3) fixiert werden kann (Punktschweißzange 9 im unteren Zeichnungsabschnitt).
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In einem zweiten Schweißvorgang kann dann die Verstärkungseinlage 11 in der fixierten Anordnung innerhalb des Schwellers 1 befestigt bzw. mit den Blechschalen 2, 3 verschweißt werden.
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Die 5 und 6 zeigen eine alternative Gestaltung einer Verstärkungseinlage 12, die wie ersichtlich ist kreuzförmig mit zwei Doppel-T-Profilen 12a, 12b ausgeführt ist, die liegend und stehend innerhalb des Schwellers 1 ausgerichtet sind.
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Dabei sind die sich kreuzenden Basisabschnitte 12c horizontal und vertikal verlaufend, während die Seitenwände 12d jeweils an den Basisblechen 2a, 3a bzw. an den Wandabschnitten 2b der Blechschale 2 bündig anliegen und mit diesen über die Punktschweißverbindungen stoffschlüssig fest verbunden sind.
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Insbesondere in dem vertikal verlaufenden Basisabschnitt 12c (6) der Verstärkungseinlage 12 sind ferner zum Beispiel kreisförmige Ausnehmungen 12e vorgesehen, die insbesondere zur Gewichtsverminderung des Schwellers 1 beitragen, die aber auch die Biegesteifigkeit oder die Querstabilität des Schwellers 1 gezielt beeinflussen können.
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In den Ausführungsvarianten gemäß den 2 und 6 sind die Verstärkungseinlagen 10 bzw. 12 mit Bezug zu den stehend ausgerichteten Abschnitten 10b bzw. 12b so angeordnet, dass deren Seitenwände 10c bzw. 12d innerhalb der Randflansche 2c der Blechschale 2 an den Wandabschnitten 2b anliegen bzw. mit diesen verschweißbar sind. Dies hat den Vorteil, dass die Verstärkungseinlagen 10 bzw. 12 ohne Vorfixierung innerhalb der Blechschale 2 präzise festgelegt werden können und anschließend die weiteren Schweißverbindungen durchführbar sind.
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Die Blechschalen 2, 3 können dabei wie dargestellt unsymmetrisch bezüglich ihrer Wandabschnitte 2b, 3b und Randflansche 2c, 3c hergestellt sein. Des Weiteren kann die lokale Positionierung der Verstärkungseinlagen 6, 10, 11, 12 innerhalb des Schwellers 1 bzw. des Hohlraums 7 auch anders als dargestellt sein, wobei eine im Wesentlichen mittig des Hohlraums 7 liegende Positionierung insbesondere der stehenden Verstärkungseinlagen zu bevorzugen ist.
