-
Die Erfindung betrifft gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 4 eine Bauteilanordnung für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens zwei Blechbauteilen, die mit Fügeflanschen ausgebildet und an den Fügeflanschen durch eine Vielzahl von Fügepunkten dauerhaft miteinander gefügt sind.
-
Aus der nächstliegenden
EP 1 975 216 A1 ist eine Verbindungsstruktur mit zwei Bauteilen (shell 1 und panel 2) bekannt. Bei dem in
3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eines der Bauteile (shell 1) im Verbindungsbereich mit Vertiefungen (recess portions 1b) ausgebildet und weist daher im Verbindungsbereich eine variierende Dicke auf. In den Taschen befindet sich Klebstoff (adhesive agent 4). Die Zwischenbereiche neben den Taschen sind als Schweißbereiche (welding portions 5), insbesondere mit Schweißpunkten, ausgebildet.
-
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Bauteilanordnung betreffender Art anzugeben.
-
Diese Aufgabe wird gelöst von einer erfindungsgemäßen Bauteilanordnung entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und entsprechend den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs. Bevorzugte Weiterbildung und Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Bauteilanordnung ergeben sich sowohl aus den abhängigen Patentansprüchen als auch aus den nachfolgenden Erläuterungen.
-
Die mit dem Patentanspruch 1 beanspruchte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bauteilanordnung umfasst wenigstens zwei Blechbauteile, die mit Fügeflanschen ausgebildet und an den Fügeflanschen durch eine Vielzahl von Fügepunkten bzw. mittels einer Vielzahl von Fügepunkten dauerhaft miteinander gefügt sind. Es ist vorgesehen, dass der Fügeflansch wenigstens eines Blechbauteils mit einer variierenden Flanschdicke bzw. Blechdicke ausgebildet ist, derart, dass dieser Fügeflansch in den Zwischenräumen zwischen den Fügepunkten zumindest bereichsweise eine geringere Flanschdicke bzw. Blechdicke als an den Fügepunkten aufweist. Außerdem ist vorgesehen, dass sich die Bereiche mit geringerer Flanschdicke ausgehend vom Flanschaußenrand nur über maximal 20 % der Flanschbreite erstrecken und durch Verprägung des Blechmaterials gebildet sind, wobei die durch Verprägung gebildeten Bereiche eine innenverrundete Kontur aufweisen.
-
Die erfindungsgemäße Bauteilanordnung weist mehrere Fügepunkte auf, die zueinander beabstandet bzw. mit Zwischenräumen entlang der Fügeflansche angeordnet sind. Bei den Fügepunkten kann es sich um Nietpunkte (unter Verwendung geeigneter Nietelemente, bspw. Stanznieten), Schraubpunkte (unter Verwendung geeigneter Schrauben, bspw. FDS-Schrauben), Schweißpunkte, Lötpunkte oder dergleichen handeln. Bevorzugt handelt es sich um Schweißpunkte.
-
Die Bereiche mit geringerer Flansch- bzw. Blechdicke sind durch Verprägung des Blechmaterials gebildet. An den Fügepunkten weist der Fügeflansch daher im Wesentlichen eine Ausgangsblechdicke auf. Das Verprägen kann bspw. in einem dem Fügeprozess vorausgehenden Umformprozess erfolgen.
-
In den Bereichen mit geringerer Flanschdicke kann die Blechdicke um bis zu 10 %, bevorzugt um bis 20 %, besonders bevorzugt um bis zu 40 % und insbesondere um mehr als 50 % reduziert sein. Die %-Werte beziehen sich insbesondere auf die Ausgangsblechdicke an den Fügepunkten.
-
Die Bereiche mit geringerer Flanschdicke (in den Zwischenräumen) erstrecken sich ausgehend von einem insbesondere gerade ausgebildeten Flanschaußenrand nur maximal über 20 % und insbesondere maximal 10 % der Flanschbreite.
-
Bei der erfindungsgemäßen Bauteilanordnung kommt es im Belastungsfall und insbesondere bei Zugbelastung zwischen den Fügepunkten zu einer gezielten Dehnungslokalisierung. Dadurch wird ein Versagen an den Fügepunkten und insbesondere auch in den die Fügepunkte gegebenenfalls umgebenden Wärmeeinflusszonen vermieden. Die Dehnung wird quasi von den Fügepunkten in die Zwischenräume umgeleitet. Die erfindungsgemäße Bauteilanordnung verfügt daher über ein sehr hohes Energieabsorptionsvermögen, was insbesondere bei einer Crash-Belastung vorteilig ist.
-
Die mit dem nebengeordneten Patentanspruch beanspruchte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bauteilanordnung umfasst ebenfalls wenigstens zwei Blechbauteile, die mit Fügeflanschen ausgebildet und an den Fügeflanschen durch eine Vielzahl von Fügepunkten dauerhaft miteinander gefügt sind, wobei der Fügeflansch wenigstens eines Blechbauteils mit einer variierenden Flanschbreite ausgebildet ist, derart, dass dieser Fügeflansch an den Fügepunkten zwischen 10 % und 20 % breiter ausgebildet ist als in den Zwischenräumen zwischen den Fügepunkten. Außerdem ist vorgesehen, dass der Fügeflansch (des betreffenden Blechbauteils) in den Zwischenräumen durch Beschneiden des Flanschaußenrands mit einer innenverrundeten Beschnittkontur hergestellte Zwischenbereiche aufweist.
-
Analog zu den obenstehenden Erläuterungen kommt es im Belastungsfall und insbesondere bei Zugbelastung zwischen den Fügepunkten ebenfalls zu einer gezielten Dehnungslokalisierung. Eine die beiden Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Bauteilanordnung verbindende Idee ist die methodische Querschnittsreduktion des Fügeflanschs in den Zwischenräumen zwischen den Fügepunkten (an wenigstens einem der Blechbauteile), um im Belastungsfall eine gezielte Dehnungslokalisierung bzw. Dehnungskonzentration in diesen Zwischenräumen herbeizuführen. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen führen ohne nennenswertes Mehrgewicht zu einer erheblichen Steigerung der Belastbarkeit und/oder des Energieabsorptionsvermögens. Die Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführungsformen sind auch miteinander kombinierbar.
-
Bevorzugt ist der Fügeflansch des betreffenden Blechbauteils nur lokal um die Fügepunkte herum verbreitert ausgebildet und weist zwischen den Fügepunkten (möglichst) lange gerade Randabschnitte auf. Die von den Fügepunkten in die Zwischenräume um- bzw. abgeleitete Dehnung verteilt sich gleichmäßig innerhalb der Zwischenräume, wodurch insgesamt sogar eine Verbesserung der Gesamtduktilität und des Energieabsorptionsvermögens erreicht werden kann. Bevorzugt sind am Flanschaußenrand die Übergänge zwischen den Fügepunkten und den geraden Randabschnitte in den Zwischenräumen verrundet und somit knickfrei ausgebildet. Die Kontur des Flanschaußenrands kann durch Stanzen bzw. Beschneiden des Flanschaußenrands hergestellt sein (häufig müssen die Blechbauteile ohnehin nach dem Umformen beschnitten werden, so dass kein Mehraufwand entsteht).
-
Der Fügeflansch wenigstens eines mit einem entsprechenden Fügeflansch ausgebildeten Blechbauteils kann zwischen den Fügepunkten eine höhere Duktilität als an den Fügepunkten aufweisen. Unter Duktilität wird die Fähigkeit des Werkstoffs zu plastischen Formänderungen verstanden. Ein solcher Fügeflansch mit unterschiedlichen Duktilitätszonen bzw. -abschnitten kann bspw. durch eine lokal unterschiedliche Wärmebehandlung des Fügeflanschs hergestellt werden (bspw. beim Warmumformen des Blechmaterials mit entsprechend ausgebildeten temperierten Werkzeugen oder durch eine nach der Blechumformung durchgeführte lokale Wärmebehandlung). Durch diese zusätzliche Maßnahme kann die oben erläuterte Dehnungslokalisierung in den Zwischenräumen zwischen den Fügepunkten verstärkt werden.
-
Die eine erfindungsgemäße Bauteilanordnung bildenden Blechbauteile können an den Fügeflanschen zusätzlich flächig (im Sinne von nicht punktuell) und insbesondere vollflächig verklebt sein. Bei dem verwendeten Klebstoff handelt es sich insbesondere um einen so genannten Strukturklebstoff. Durch das Verkleben kann eine erhebliche Steigerung der Belastbarkeit und/oder des Energieabsorptionsvermögens, insbesondere bei Crash-Belastung, erreicht werden. Ferner wird der oben beschriebene Lokalisierungseffekt der Dehnung in den Zwischenräumen zwischen den Fügepunkten verstärkt, da der verwendete Strukturklebstoff um einen Fügepunkt herum verdrängt wird bzw. bei einem wärmeeinbringenden Verfahren verdampft, während der Strukturklebstoff die Flanschabschnitte bzw. -bereiche zwischen den Fügepunkten signifikant verstärkt.
-
Bevorzugt ist das mit einem entsprechend Fügeflansch ausgebildete Blechbauteil aus einem höherfesten Stahlblechmaterial und insbesondere aus einem warmumgeformten oder pressgehärteten Stahlblechmaterial gebildet. Durch die im Belastungsfall bewirkte Dehnungsumleitung in die Zwischenräume wird ein sehr guter Kompromiss zwischen Festigkeit und Energieabsorptionsvermögen erzielt.
-
Der Fügeflansch wenigstens eines Blechbauteils der erfindungsgemäßen Bauteilanordnung kann mit einer konstanten Flanschbreite ausgebildet sein. Bevorzugt entspricht die Flanschbreite dieses Blechbauteils wenigstens der maximalen Flanschbreite des anderen, insbesondere mit nicht konstanter bzw. variierender Flanschbreite ausgebildeten Blechbauteils, wodurch sich am Flanschverbund eine gerade Außenkante ergibt, was bspw. für das Befestigen einer Dichtung (z. B. einer Türdichtung oder dergleichen) vorteilig ist.
-
Bevorzugt sind alle Blechbauteile der erfindungsgemäßen Bauteilanordnung aus einem Eisenwerkstoff gebildet. Wenigstens ein Blechbauteil kann auch aus einem Nicht-EisenWerkstoff gebildet sein (bspw. Aluminium oder auch CFK oder GFK). Als Schweißpunkte ausgeführte Fügepunkte können durch Verwendung von Widerstandsschweißelementen erzeugt sein.
-
Eine erfindungsgemäße Bauteilanordnung kann mehr als zwei Blechbauteile oder blechartige Bauteile (dies können bspw. auch flächige CFK- oder GFK-Bauteile sein) umfassen, die jeweils mit wenigstens einem Fügeflansch ausgebildet und an wenigstens einem Flanschverbund dauerhaft miteinander gefügt sind. Bevorzugt handelt es sich um eine 3-Blech-Verbindung.
-
Bei einer erfindungsgemäßen Bauteilanordnung bzw. einem erfindungsgemäßen Bauteilverbund handelt es sich insbesondere um ein crashrelevantes Karosseriestrukturbauteil für eine Kraftfahrzeugkarosserie, das insbesondere auch Bestandteil einer Fahrzeugkarosserie sein kann. Beispielsweise handelt es sich um eine B-Säule oder einen Seitenschweller.
-
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft und in nicht einschränkender Weise mit Bezug auf die schematischen und nicht maßstabsgerechten Figuren näher erläutert.
- 1 zeigt ausschnittsweise in einer Draufsicht und in einer Schnittansicht ein erstes Ausführungsbeispiel.
- 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel.
- 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel.
- 4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel.
-
1a zeigt ausschnittsweise die Fügeflansche 11 und 21 von zwei Blechbauteilen 10 und 20 einer erfindungsgemäßen Bauteilanordnung 100, die an diesen Fügeflanschen 11 und 21 mittels flächiger Verklebung und Punktverschweißung (oder sonstigen Punktfügeverbindungen) dauerhaft miteinander gefügt sind. Die gleichmäßig oder gegebenenfalls auch ungleichmäßig zueinander beabstandeten Schweißpunkte (oder sonstige Fügepunkte) sind mit 30 bezeichnet. Die Fügeflansche 11 und 21 weisen eine Längsrichtung auf, wie mit dem Doppelpfeil I veranschaulicht. Mit dem Pfeil b ist die sich quer zur Längserrichtung I erstreckende Breitenrichtung (Flanschbreite) veranschaulicht. Der mit geradem Flanschaußenrand 22 ausgebildete Fügeflansch 21 des zweiten unteren Blechbauteils 20 überragt beispielhaft den Fügeflansch 11 des ersten oberen Blechbauteils 10, wobei die Fügeflansche 11 und 21 auch die gleiche maximale Breite (in Breitenrichtung b) aufweisen können.
-
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Fügeflansch 11 des Blechbauteils 10 mit einer variierenden Flanschdicke ausgebildet ist, derart, dass dieser Fügeflansch 11 in den Zwischenräumen zwischen den Schweißpunkten 30 Bereiche 13 mit einer geringeren Flanschdicke als an den Fügepunkten 30 aufweist. Der Fügeflansch 11 weist also in den Zwischenräumen zwischen den Schweißpunkten 30 begrenzte Bereiche 13 mit einer geringeren bzw. reduzierten Flanschdicke bzw. Blechdicke auf. Die insbesondere symmetrisch ausgebildeten Bereiche 13 sind durch lokale Verprägung des Blechmaterials gebildet und erstrecken sich ausgehend vom Flanschaußenrand 12 nur über maximal 20 % der Flanschbreite.
-
1b zeigt einen Schnitt durch den Flanschverbund gemäß dem in 1a angegebenen Schnittverlauf A-A. Im Bereich der Verprägung 13 ist die Blechdicke bzw. Flanschdicke des ersten oberen Blechbauteils 10 um ca. 20 % bis 40 % reduziert.
-
Die Verprägungen 13 führen zu einer Querschnittsreduktion des Fügeflanschs 11 in den Zwischenräumen zwischen den Schweißpunkten 30, wodurch es im Belastungsfall zu einer gezielten Dehnungslokalisierung bzw. -konzentration in diesen Zwischenräumen kommt, wie obenstehend erläutert. Daraus resultieren eine deutliche Verbesserung der Gesamt-Deformationsfähigkeit und ein entsprechend erhöhtes Energieabsorptionsvermögen.
-
Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die Verprägungen 13 eine innenverrundete Kontur auf. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, bei dem die Verprägungen 13 mit einer nicht-erfindungsgemäßen trapezförmigen Kontur ausgebildet sind.
-
Der Werkstoff bzw. das Blechmaterial des Fügeflanschs 11 kann in den Zwischenräumen zwischen den Schweißpunkten 30 lokal eine höhere Duktilität und/oder eine niedrigere Festigkeit als an den Schweißpunkten 30 aufweisen. Die Abschnitte mit höherer Duktilität sind in 2 gestrichelt dargestellt und mit 18 bezeichnet. Solche Abschnitte mit höherer Duktilität können analog auch bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel vorgesehen sein.
-
Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Fügeflansch 11 des Blechbauteils 10 an den Schweißpunkten 30 bzw. um die Schweißpunkte 30 herum breiter ausgebildet als in den Zwischenräumen zwischen den Schweißpunkten 30. Der Fügeflansch 11 ist dabei nur lokal um die Schweißpunkte 30 herum verbreitert ausgebildet und weist in den Zwischenräumen lange gerade Randabschnitte mit innenverrundeten Übergängen auf. Der Fügeflansch 11 ist in den die Schweißpunkte 30 umgebenden Bereichen 14 in Breitenrichtung b um ca. 20 % breiter ausgebildet als in den Zwischenbereichen 15. Aufgrund der damit herbeigeführten Querschnittsreduktion des Fügeflanschs 11 in den Zwischenräumen zwischen den Schweißpunkten 30 kommt es im Belastungsfall, analog zu den Ausführungsbeispielen gemäß 1 und 2, zu einer gezielten Dehnungslokalisierung bzw. -konzentration in den Zwischenräumen. Die von den Schweißpunkten 30 in die Zwischenräume umgeleitete Dehnung verteilt sich gleichmäßig innerhalb der Zwischenbereiche 15.
-
Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Flanschaußenrand 12 in den Zwischenbereichen 15 eine innenverrundete Kontur bzw. Beschnittkontur auf. Bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Zwischenbereiche 15 durch eine lineare Beschnittkontur des Flanschaußenrands 12 (mit einer nicht erfindungsgemäßen trapezförmiger Gestalt) gebildet.
-
Analog zu dem Ausführungsbeispiel der 2 weist auch der Fügeflansch 11 des in 4 gezeigten Ausführungsbeispiels Abschnitte 18 mit höherer Duktilität und/oder niedrigerer Festigkeit auf. Solche Abschnitte können analog auch bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel vorgesehen sein.
-
Eine Dehnungslokalisierung bzw. -konzentration in den Zwischenräumen zwischen benachbarten Punktschweißstellen 14 bzw. Schweißpunkten 30 kann erfindungsgemäß also mittels Querschnittsreduktion durch Variation der Flanschdicke (1 und 2) oder der Flanschbreite (3 und 4) erreicht werden. Diese Maßnahmen können auch miteinander kombiniert werden. Optional kann auch eine gezielte Absenkung der Materialfestigkeit bzw. eine Anhebung der Werkstoffduktilität in den Zwischenräumen vorgesehen sein.
-
Bei den in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen ist nur der Fügeflansch 11 des ersten Blechbauteils 10 in der beschriebenen Weise ausgebildet. Der Fügeflansch 21 des anderen Blechbauteils 20 kann konventionell oder ebenfalls in einer erfindungsgemäßen Weise ausgebildet sein.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- erstes Blechbauteil
- 11
- Fügeflansch
- 12
- Flanschaußenrand
- 13
- Verprägung
- 14
- Punktschweißstelle
- 15
- Zwischenbereich
- 18
- Abschnitt mit höherer Duktilität
- 20
- zweites Blechbauteil
- 21
- Fügeflansch
- 22
- Flanschaußenrand
- 30
- Fügepunkt, Schweißpunkt
- 100
- Bauteilanordnung
- I
- Längsrichtung
- b
- Breitenrichtung
