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Die Erfindung betrifft ein Mehrkammerhohlprofil für ein Fahrzeug gemäß der Gattung des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 sowie einen Karosserieträger gemäß Anspruch 10.
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Der Einsatz von Aluminiumstrangpressprofilen im Fahrzeugleichtbau für Crash Strukturen von Fahrzeugen ist aus dem Stand der Technik in zahlreichen Variationen bekannt. Je nach den erforderlichen Eigenschaften und Leistungsfähigkeiten im Crashfall werden unterschiedliche Profilquerschnitte verwendet. So können beispielsweise Aluminiumhohlprofile mit einer Kammer oder mehreren Kammern wegen ihrer guten Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften insbesondere im Fahrzeugleichtbau als Karosserieträger eingesetzt werden. Weitere Vorteile ergeben sich durch die mögliche Realisierung von Wanddickenvariationen im Querschnitt als auch durch eine freie Flanschgestaltung. In der Regel werden solche Hohlprofile im Fahrzeugbau weiteren Umformoperationen, wie beispielsweise Biegen, Prägen oder Innenhochdruckumformen (IHU) unterzogen. Insbesondere bei Mehrkammerprofilen ist eine aus Package- und Funktionsanforderungen resultierende Einbringung von Nebenformen, welche beispielsweise als Sicken, Verprägungen, Stauchungen oder Querschnittsänderungen in der Längsrichtung und/oder Querrichtung des Mehrkammerprofils ausgeführt sind, fertigungstechnisch sehr schwierig, da bei solchen plastischen Verformungen der Innensteg bzw. die Innenstege des Mehrkammerhohlprofils beschädigt oder zerstört werden können. Die Nebenformen werden in der Regel in das Mehrkammerprofil eingebracht, um bei einem Aufprall den Verformungsverlauf des Mehrkammerprofils zu beeinflussen und/oder um Freiräume für andere Fahrzeugbauteile zu schaffen.
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Aus der
DE 10 2014 004 183 A1 ist ein Mehrkammerhohlprofil für ein Fahrzeug bekannt, welches als Karosserielängsträger ausgeführt ist. Das Mehrkammerprofil umfasst wenigstens einen an diametral gegenüberliegenden Profilseitenwänden angebundenen Innensteg, welcher in wenigstens einem Bereich einen bogenförmigen Stegabschnitt aufweist, welcher endseitig geradlinig ausgebildete Verbindungsabschnitte mit den gegenüberliegenden Profilseitenwänden verbunden ist. Zudem weist das Mehrkammerprofil Nebenformen auf, welche den Verformungsablauf des als Mehrkammerprofil ausgeführten Karosserielängsträger bei einem Aufprall beeinflussen und das Faltenbeulen des Karosserielängsträgers bewirken.
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Aus der
DE 10 2013 008 918 A1 ist ein Hohlprofil für eine Trägerstruktur eines Fahrzeugs bekannt, welches aus einem Grundprofil durch dessen abschnittsweises Umformen gebildet ist. Das Grundprofil weist wenigstens einen zwischen gegenüberliegenden Stegseitenwänden verlaufenden Innensteg auf. Der Innensteg ist als Teilsteg mit einem Unterbrechungsabschnitt derart ausgebildet, dass der Teilsteg beim Umformen eines Abschnitts des Grundprofils unter Schließen des Unterbrechungsabschnitts die gegenüberliegenden Stegseitenwände formschlüssig verbindet. Alternativ ist der Innensteg als Teilsteg mit einem Unterbrechungsabschnitt derart ausgebildet, dass der Teilsteg beim Umformen eines Abschnitts des Grundprofils den Unterbrechungsabschnitt teilweise schließt. Alternativ ist der Innensteg als Teilsteg mit einem Sollbruchabschnitt derart ausgebildet, dass der Teilsteg beim Umformen eines Abschnitts des Grundprofils unter Bruch des Sollbruchabschnitts die gegenüberliegenden Stegseitenwände formschlüssig verbindet. Dadurch soll das entstehende Hohlprofil eine maximale seitliche, in Richtung des Innenstegs wirkende Abstützung bieten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Mehrkammerhohlprofil für ein Fahrzeug mit mindestens einem Innensteg und mindestens einer Nebenform bereitzustellen, welches bei gleicher Funktionalität ein verbessertes Umformverhalten während der Herstellung aufweist.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch Bereitstellung eines Mehrkammerhohlprofils für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Um ein Mehrkammerhohlprofil für ein Fahrzeug mit mindestens einem Innensteg und mindestens einer Nebenform, welche als lokale Querschnittsänderung in Querrichtung des Mehrkammerprofils im Bereich des mindestens einen Innenstegs von außen in eine Profilwand eingebracht ist, bereitzustellen, welches bei gleicher Funktionalität ein verbessertes Umformverhalten während der Herstellung aufweist, weist der mindestens eine Innensteg mindestens eine partielle Verdickung und im Bereich der mindestens einen Nebenform mindestens einen bogenförmigen Stegabschnitt auf, so dass ein definierter geometrischer Verlauf des mindestens einen Innenstegs vorgegeben ist. Dort wo beim Einbringen der mindestens einen Nebenform Kräfte auf den mindestens einen Innensteg einwirken, kann dieser durch die mindestens eine partielle Verdickung im Bereich der Nebenform gezielt deformiert bzw. umgeformt werden, ohne zerstört zu werden. Durch die partielle Verdickung ist der Innensteg in diesem Bereich steifer, so dass der mindestens eine Innensteg durch die wirkenden Kräfte außerhalb der partiellen Verdickungen gezielt deformiert bzw. umgeformt wird. Dadurch kann die Herstellung des gewünschten geometrischen Verlaufs des Innenstegs unterstützt werden. Gleichzeitig kann die Qualität und das Crashverhalten des Mehrkammerhohlprofils insgesamt verbessert werden, so dass das Mehrkammerhohlprofil eine geforderte Crashfunktionalität erfüllt bzw. verbessert.
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Zudem wird ein Karosserieträger vorgeschlagen, welcher in einem Strangpressverfahren als erfindungsgemäßes Mehrkammerhohlprofil ausgeführt ist.
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Vorzugsweise wird als Umformverfahren eine mechanische Umformung eingesetzt. Bei diesem Herstellverfahren wird das Mehrkammerhohlprofil in einem Umformwerkzeug ohne Einsatz eines flüssigen Druckmediums auf konventionellen Pressen angefertigt. Gleichzeitig können im Innenbereich des Mehrkammerhohlprofils verschiedene Werkzeugdorne, insbesondere Stahldorne, verwendet werden, um die Außengeometrie zu beeinflussen. Durch diese Werkzeugdorne können beispielsweise Einfälle oder Faltenbildungen im Außenbereich des Mehrkammerhohlprofils vermieden werden.
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Ausführungsformen des Mehrkammerhohlprofils ermöglichen durch die variabel gestaltete Wandstärke des mindestens einen Innenstegs, dass nicht nur die Außengeometrie, sondern auch die Innengeometrie des umgeformten Mehrkammerprofils, welche die Crashfunktionalität und die Herstellbarkeit beeinflusst, gezielt umgeformt werden kann. Zusätzlich zu der variabel gestaltbaren Wandstärke des mindestens einen Innenstegs können speziell ausgeführte Werkzeugdorne die gezielte Umformung des mindestens einen Innenstegs bei der Einbringung der mindestens einen Nebenform unterstützen.
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In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Mehrkammerhohlprofils kann die mindestens eine partielle Verdickung an einem Endabschnitt und/oder einem Mittelabschnitt des mindestens einen Innenstegs ausgebildet werden. In Abhängigkeit von der Positionierung und den Abmessungen der mindestens einen Verdickung können in vorteilhafter Weise verschiedene Ausführungsformen für den bogenförmigen Stegabschnitt umgesetzt werden. Die Form des bogenförmigen Stegabschnitts kann auf die geforderte Crashfunktionalität abgestimmt werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Mehrkammerhohlprofils kann der mindestens eine Innensteg außerhalb des Bereichs der mindestens einen Nebenform im Wesentlichen senkrecht zu den gegenüberliegenden Profilwänden stehen, an welche der mindestens eine Innensteg angebunden ist.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Mehrkammerhohlprofils können die Endabschnitte des mindestens einen Innenstegs im Bereich der mindestens einen Nebenform im jeweiligen Anbindungsbereich unter einem definierten Winkel zur korrespondierenden Profilwand stehen. So können die Endabschnitte des mindestens einen Innenstegs im jeweiligen Anbindungsbereich beispielsweise im Wesentlichen senkrecht zur korrespondierenden Profilwand stehen. Dadurch kann das Trägheitsmoment des Mehrkammerhohlprofils im Bereich der Nebenform so stark angehoben werden, dass ein Ausknicken im Crashfall verhindert werden kann.
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Zudem kann der mindestens eine Innensteg im Bereich der mindestens einen Nebenform spiegelsymmetrisch zu einer Mittelquerebene ausgeführt werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Mehrkammerhohlprofils kann der mindestens eine Innensteg jeweils an den Endabschnitten eine partielle Verdickung aufweisen, zwischen welchen ein einziger bogenförmiger Stegabschnitt angeordnet ist. Alternativ kann der mindestens eine Innensteg im Mittelabschnitt und jeweils an den Endabschnitten eine partielle Verdickung aufweisen. Hierbei kann zwischen einer am Endabschnitt ausgebildeten ersten partiellen Verdickung und der im Mittelabschnitt ausgebildeten partiellen Verdickung ein erster bogenförmiger Stegabschnitt angeordnet werden, und zwischen der im Mittelabschnitt ausgebildeten partiellen Verdickung und einer am Endabschnitt ausgebildeten zweiten partiellen Verdickung kann ein zweiter bogenförmiger Stegabschnitt angeordnet werden. Als weitere Alternative kann der mindestens eine Innensteg im Mittelabschnitt eine einzige partielle Verdickung und einen einzigen bogenförmigen Stegabschnitt aufweisen. Durch die verschiedenen Ausführungsformen des Innenstegs kann das Mehrkammerhohlprofil an verschiedene Crashfunktionalitäten angepasst werden.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.
- 1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Mehrkammerhohlprofils für ein Fahrzeug,
- 2 eine schematische Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Mehrkammerhohlprofils aus 1 vor dem Einbringen einer Nebenform,
- 3 eine schematische Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Mehrkammerhohlprofils aus 1 nach dem Einbringen der Nebenform mit einem ersten Ausführungsbeispiel eines Innenstegs,
- 4 eine schematische Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Innenstegs für das erfindungsgemäße Mehrkammerhohlprofil aus 1,
- 5 eine schematische Schnittdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines Innenstegs für das erfindungsgemäße Mehrkammerhohlprofil aus 1,
- 6 eine schematische Schnittdarstellung eines vierten Ausführungsbeispiels eines Innenstegs für das erfindungsgemäße Mehrkammerhohlprofil aus 1, und
- 7 eine schematische Schnittdarstellung eines fünften Ausführungsbeispiels eines Innenstegs für das erfindungsgemäße Mehrkammerhohlprofil aus 1.
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Wie aus 1 bis 3 ersichtlich ist, weist das dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Mehrkammerhohlprofils 1 für ein Fahrzeug mindestens einen an gegenüberliegenden Profilwänden 1A angebundenen Innensteg 10 und mindestens eine Nebenform 3 auf, welche im Bereich des mindestens einen Innenstegs 10 in eine Profilwand 1A eingebracht ist. Erfindungsgemäß weist der mindestens eine Innensteg 10 mindestens eine partielle Verdickung 12, 14 auf, welche im Bereich der mindestens einen Nebenform 3 einen definierten geometrischen Verlauf des mindestens einen Innenstegs 10 mit mindestens einem bogenförmigen Stegabschnitt 17 ermöglicht.
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Das dargestellte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Mehrkammerhohlprofils 10 kann beispielsweise in einem Strangpressverfahren aus Aluminium hergestellt werden. Ein solches Aluminiummehrkammerhohlprofil kann aufgrund seiner guten Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften in vorteilhafter Weise im Fahrzeugleichtbau als Karosserieträger eingesetzt werden. Wie aus 1 bis 3 weiter ersichtlich ist, weist das Mehrkammerhohlprofil 10 im dargestellten Ausführungsbeispiel einen rechteckigen Querschnitt mit jeweils zwei gegenüberliegenden Profilwänden 1A, 1B und zwei Kammern auf, welche von einem durchgehenden in Längsrichtung parallel zu den seitlichen Profilwänden 1B verlaufenden Innensteg 10 getrennt sind.
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Wie aus 1 und 3 weiter ersichtlich ist, weist das Mehrkammerhohlprofil 10 in einer oberen Profilwand 1A eine von außen als Verprägung eingebrachte Nebenform 3 auf, welche die Crashfunktionalität und somit den Verformungsverlauf des Mehrkammerprofils bei einem Aufprall beeinflusst und/oder einen Freiraum für ein anderes Fahrzeugbauteil schafft. Alternativ kann die Nebenform 3 beispielsweise als Sicke, Stauchung oder Querschnittsänderung in der Längsrichtung oder Querrichtung in das Mehrkammerhohlprofil 10 eingebracht werden. Wie aus 1 weiter ersichtlich ist, steht der dargestellte Innensteg 10 außerhalb des Bereichs der mindestens einen Nebenform 3 im Wesentlichen senkrecht zu den gegenüberliegenden Profilwänden 1A, an welche der mindestens eine Innensteg 10 angebunden ist.
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Wie aus 3 bis 7 weiter ersichtlich ist, weisen die dargestellten Ausführungsbeispiele des Innenstegs 10, 10A, 10B, 10C, 10D für das Mehrkammerhohlprofil 10 aus 1 zur Verbesserung der Crashfunktionalität und der Herstellbarkeit mindestens eine partielle Verdickung 12, 12A, 12B, 12D, 14, 14A, 14B, 14D, 16C, 16D auf, welche an einem Endabschnitt und/oder einem Mittelabschnitt des Innenstegs 10, 10A, 10B, 10C, 10D ausgebildet ist. Durch die mindestens eine partielle Verdickung 12, 12A, 12B, 12D, 14, 14A, 14B, 14D, 16C, 16D kann der Innensteg 10, 10A, 10B, 10C, 10D des Mehrkammerhohlprofils 10 beim Einbringen der Nebenform 3 gezielt deformiert bzw. umgeformt und somit die Crashfunktionalität des Mehrkammerhohlprofils 10 erfüllt bzw. verbessert werden, wobei die Qualität des Mehrkammerhohlprofils 10 gleichzeitig verbessert wird. Durch die partielle Verdickung 12, 12A, 12B, 12D, 14, 14A, 14B, 14D, 16C, 16D ist der Innensteg 10, 10A, 10B, 10C, 10D in diesem Bereich steifer, so dass der korrespondierende Innensteg 10, 10A, 10B, 10C, 10D durch die wirkenden Kräfte außerhalb der partiellen Verdickungen, d.h. an Abschnitten mit einer dünneren Wandstärke, gezielt deformiert bzw. umgeformt wird. Die Länge der einzelnen partiellen Verdickungen 12, 12A, 12B, 12D, 14, 14A, 14B, 14D, 16C, 16D kann in Abhängigkeit von dem gewünschten geometrischen Verlauf des korrespondierenden Innenstegs 10, 10A, 10B, 10C, 10D und den Abmessungen des Mehrkammerhohlprofils 1 im Bereich von 5 bis 35% der Gesamtlänge des nicht umgeformten Innenstegs 10, 10A, 10B, 10C, 10D variieren.
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Als Umformverfahren wird hier die mechanische Umformung eingesetzt. Bei diesem Herstellverfahren wird das Mehrkammerhohlprofil 10 in einem Umformwerkzeug ohne Einsatz eines flüssigen Druckmediums auf konventionellen Pressen angefertigt. Gleichzeitig werden im Innenbereich des Mehrkammerhohlprofils 10 verschiedene Werkzeugdorne 5, 7 eingeschoben, welche vorzugsweise als Stahldorne ausgeführt sind, um die Außengeometrie zu beeinflussen. Durch diese Werkzeugdorne 5, 7 können Einfälle oder Faltenbildungen im Außenbereich des Mehrkammerhohlprofils 10 in vorteilhafter Weise vermieden werden. Zudem kann durch die Konturen der Werkzeugdorne 5, 7 die Ausbildung des gewünschten geometrische Verlaufs des Innenstegs 10, 10A, 10B, 10C, 10D unterstützt werden, welcher sich beim Einbringen der mindestens einen Nebenform 3 aufgrund der auf den Innensteg 10, 10A, 10B, 10C, 10D einwirkenden Kräfte ergibt.
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Wie aus 3 bis 7 ersichtlich ist, ermöglichen Ausführungsformen des Mehrkammerhohlprofils 1 durch die variabel gestaltete Wandstärke des mindestens einen Innenstegs 10, 10A, 10B, 10C, 10D, dass nicht nur die Außengeometrie, sondern auch die Innengeometrie des umgeformten Mehrkammerprofils 1, welche die Crashfunktionalität und die Herstellbarkeit beeinflusst, gezielt umgeformt werden kann. Zusätzlich zu der variabel gestaltbaren Wandstärke des mindestens einen Innenstegs 10, 10A, 10B, 10C, 10D können die speziell ausgeführte Werkzeugdorne 5, 7 die gezielte Umformung des mindestens einen Innenstegs 10, 10A, 10B, 10C, 10D bei der Einbringung der mindestens einen Nebenform 3 unterstützen.
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Wie aus 3 bis 7 weiter ersichtlich ist, stehen die Endabschnitte des jeweiligen Innenstegs 10, 10A, 10B, 10C, 10D im Bereich der mindestens einen Nebenform 3 im jeweiligen Anbindungsbereich unter einem definierten Winkel zur korrespondierenden Profilwand 1A.
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Wie aus 3 weiter ersichtlich ist, stehen die Endabschnitte des dargestellten Innenstegs 10 im Wesentlichen senkrecht zur korrespondierenden Profilwand 1A. Zudem weist der Innensteg 10 jeweils an den Endabschnitten eine partielle Verdickung 12, 14 auf, zwischen welchen ein einziger bogenförmiger Stegabschnitt 17 angeordnet ist. Durch die L-Kontur des linken Werkzeugdorns 5 und die senkrechte Kontur des rechten Werkzeugdorns 7 ergibt sich der dargestellte unsymmetrische Verlauf des bogenförmigen Stegabschnitts 17.
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Wie aus 4 weiter ersichtlich ist, stehen die Endabschnitte des dargestellten Innenstegs 10A analog zum vorherigen Ausführungsbeispiel im Wesentlichen senkrecht zur korrespondierenden Profilwand 1A. Zudem weist der Innensteg 10A jeweils an den Endabschnitten eine partielle Verdickung 12A, 14A auf, zwischen welchen ein einziger bogenförmiger Stegabschnitt 17A angeordnet ist. Durch eine U-Kontur eines nicht dargestellten linken Werkzeugdorns und eine senkrechte Kontur des rechten Werkzeugdorns 7 ergibt sich der dargestellte spiegelsymmetrische Verlauf des bogenförmigen Stegabschnitts 17A zu einer Mittelquerebene ME.
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Wie aus 5 weiter ersichtlich ist, stehen die Endabschnitte des dargestellten Innenstegs 10B analog zum vorherigen Ausführungsbeispiel im Wesentlichen senkrecht zur korrespondierenden Profilwand 1A. Zudem weist der Innensteg 10B jeweils an den Endabschnitten eine partielle Verdickung 12B, 14B auf, welche länger als die partiellen Verdickungen 12A, 14A des vorherigen Ausführungsbeispiels sind. Dadurch weist ein zwischen den partiellen Verdickungen 12B, 14B angeordneter einziger bogenförmiger Stegabschnitt 17B einen steileren Verlauf als der bogenförmige Stegabschnitt 17A des vorherigen Ausführungsbeispiels auf. Im Vergleich zum vorherigen Ausführungsbeispiel weist ein nicht dargestellter linker Werkzeugdorn eine schmalere und tiefere U-Kontur auf. Durch die U-Kontur des linken Werkzeugdorns und eine senkrechte Kontur des rechten Werkzeugdorns 7 ergibt sich der dargestellte spiegelsymmetrische Verlauf des bogenförmigen Stegabschnitts 17B zur Mittelquerebene ME.
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Wie aus 6 weiter ersichtlich ist, stehen die Endabschnitte des dargestellten Innenstegs 10C im Gegensatz zu den anderen Ausführungsbeispielen nicht senkrecht zur korrespondierenden Profilwand 1A. Zudem weist der Innensteg 10C im Unterschied zu den anderen Ausführungsbeispielen im Mittelabschnitt nur eine einzige partielle Verdickung 16C und einen einzigen bogenförmigen Stegabschnitt 17C auf. Durch eine trapezförmige Kontur eines nicht dargestellten linken Werkzeugdorns und eine senkrechte Kontur des rechten Werkzeugdorns 7 ergibt sich der dargestellte spiegelsymmetrische Verlauf des bogenförmigen Stegabschnitts 17C zur Mittelquerebene ME.
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Wie aus 7 weiter ersichtlich ist, stehen die Endabschnitte des dargestellten Innenstegs 10D im Gegensatz zum vorherigen Ausführungsbeispiel im Wesentlichen senkrecht zur korrespondierenden Profilwand 1A. Zudem weist der Innensteg 10D jeweils an den Endabschnitten und im Mittelabschnitt eine partielle Verdickung 12D, 14D, 16D auf. Wie aus 7 weiter ersichtlich ist, ist zwischen einer am Endabschnitt ausgebildeten ersten partiellen Verdickung 12D und der im Mittelabschnitt ausgebildeten partiellen Verdickung 16D ein erster bogenförmiger Stegabschnitt 18D angeordnet. Zwischen der im Mittelabschnitt ausgebildeten partiellen Verdickung 16D und einer am Endabschnitt ausgebildeten zweiten partiellen Verdickung 14D ist ein zweiter bogenförmiger Stegabschnitt 19D angeordnet. Durch eine W-Kontur eines nicht dargestellten linken Werkzeugdorns und eine senkrechte Kontur des rechten Werkzeugdorns 7 ergibt sich der dargestellte spiegelsymmetrische Verlauf des bogenförmigen Stegabschnitts 17D zur Mittelquerebene ME.
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Selbstverständlich können die Innenstege auch eine andere Anzahl und Anordnung von partiellen Verdickungen aufweisen, um mit anderen Werkzeugdornen andere geeignete geometrischen Verläufe der Innenstege zu erzeugen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Mehrkammerhohlprofil
- 1A, 1B
- Profilwand
- 3
- Nebenform (partielle Verformung)
- 5
- erster Werkzeugdorn
- 7
- zweiter Werkzeugdorn
- 10, 10A, 10B, 10C, 10D
- Innensteg
- 12, 12A, 12B, 12D
- erste partielle Verdickung
- 14, 14A, 14B, 14D
- zweite partielle Verdickung
- 16C, 16D
- dritte partielle Verdickung
- 17, 17A, 17B, 17C
- bogenförmiger Stegabschnitt
- 18D, 19D
- bogenförmiger Stegabschnitt
- ME
- Mittelquerebene
