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Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugtür nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Türaufprallträgers nach dem Patentanspruch 8.
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In den Türen eines Fahrzeugs können zum Schutz der Fahrzeuginsassen Türaufprallträger verbaut sein, mit denen im Seitencrashfall die Aufprallenergie über die Tür in die Karosseriestruktureinleitbar ist.
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Aus der
DE 43 00 898 C1 ist eine gattungsgemäße Fahrzeugtür für eine Karosserie-Seitenstruktur eines Fahrzeugs bekannt, bei dem ein solcher Türaufprallträger in einem Türrahmen der Fahrzeugtür verbaubar ist. Der Türaufprallträger hat im Hinblick auf eine erhöhte Steifigkeit einen in etwa U-förmigen Profilaufbau mit einem, in der Fahrzeugquerrichtung nach außen offenen Profilraum. An einer, im Seitencrashfall hochbelasteten Stelle ist das Basisblechteil durch ein Verstärkungsblechteil lokal verstärkt. Das Verstärkungsblechteil ist in der
DE 43 00 898 C1 als ein Deckblech ausgebildet, das den Profilraum unter Bildung geschlossener Profilkammern überdeckt und in Schweißverbindung mit dem Basisblechteil ist.
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In der
DE 43 00 898 C1 weist der Bauteilverbund bestehend aus dem Basisblechteil und dem Verstärkungsblechteil ein hohes Bauteilgewicht auf. Zudem wird an den Schweißverbindungsstellen zwischen dem Basisblechteil und dem Verstärkungsblechteil die Gefügestruktur der Blechteile verändert, wodurch das Crashverhalten des Türaufprallträgers beeinträchtigt wird.
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Beim Einsatz von pressgehärteten Stählen kann beim Basisblechteil dessen Wandstärke und somit dessen Bauteilgewicht reduziert werden. Die reduzierte Wandstärke kann jedoch im Seitencrashfall lokale Instabilitäten ergeben. Diese führen im zugbeaufschlagten Bereich des Türaufprallträgers zuerst zu hohen plastischen Dehnungen und anschließend, aufgrund der geringen Duktilität von pressgehärteten Stählen, zu einer erhöhten Rissgefahr.
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Aus der
DE 100 49 660 B4 ist ein Verfahren zur Herstellung eines aus einem Basisblech und einem kleineren, lokal angeordneten Verstärkungsblech aufgebauten Strukturteils bekannt. Das Basisblech und das Verstärkungsblech werden in einem noch unvollständig umgeformten Vorformungszustand in eine Patch-Verbindung gebracht. Anschließend erfolgt eine Warmumformung, bei der der Bauteilverbund zunächst wärmebehandelt und anschließend in einer Tiefziehpresse warmumgeformt wird.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Fahrzeugtür für eine Karosserie-Seitenstruktur eines Fahrzeugs sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Türaufprallträgers bereitzustellen, bei dem im Türaufprallträger im Seitencrashfall die Rissgefahr trotz eines reduzierten Bauteilgewichts verringert ist.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 oder 8 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Die Erfindung beruht auf dem Sachverhalt, dass bei einem pressgehärteten Türaufprallträger eine reduzierte Wandstärke zu einer erhöhten Rissgefahr führt, wodurch der im Seitencrashfall vom Türaufprallträger bereitgestellte Lastpfad im Crashverlauf vorzeitig ausfällt. Vor diesem Hintergrund ist gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 das Verstärkungsblechteil nicht mehr als ein aus dem Stand der Technik bekanntes Deckblech am Basisblechteil schweißverbunden, sondern vielmehr gewichtsreduzierend als ein sogenannter Patch durchgängig vollflächig mit dem Basisblechteil verbunden, und zwar in einer sogenannten Tailored-Blank-Verbindung.
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Auf diese Weise kann an der im Seitencrashfall hochbelasteten Stelle des Türaufprallträgers eine Reduzierung der plastischen Dehnungen im crashabgewandten Zugbereich des Türaufprallträgers durch die folgenden zwei unterschiedlichen Effekte bewirkt werden: Zum einen ergibt das Verstärkungsblechteil (Patch) eine Materialdoppelung im zugkraftbeanspruchten (crashabgewandten) Bereich des Türaufprallträgers, wodurch die Zugspannungen und damit auch plastische Dehnungen reduzierbar sind. Zum anderen kann durch eine weitere Materialdoppelung im druckbeaufschlagten (crashzugewandten) Bereich die Stabilität des Türaufprallträger-Querschnittes erhöht werden. Dadurch werden die Folgen lokaler Instabilität (das heißt lokal hohe plastische Dehnungen im zugbeaufschlagten Türaufprallträger-Bereich im Seitencrashfall) nicht mehr auf einen kleinen Bereich konzentriert, sondern flächenmäßig ausgedehnt.
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Insgesamt sind – im Vergleich zum Stand der Technik – durch die erfindungsgemäße Patch-Verbindung die plastischen Dehnungen und damit die Rissgefahr im Türaufprallträger deutlich reduziert. Außerdem kann durch Anwendung einer solchen Patch-Verbindung eine gewichtsoptimierte Lösung auch mit einem 4-fach-Werkzeug realisiert werden.
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Nachfolgend sind weitere Erfindungsaspekte beschrieben, die insbesondere auf die Querschnitts-Geometrie des Türaufprallträgers im Bereich des Verstärkungsblechteils abzielen: So kann das Basisblechteil zumindest ein im Querschnitt hutförmiges oder U-profilförmiges Profil aufweisen. Das U-Profil kann aus einem crashabgewandten, fahrzeuginneren Profilboden sowie davon hochgezogenen Seitenflanken aufgebaut sein, die zusammen den Profilraum begrenzen. Mit dem U-Profil ergibt sich eine erhöhte Steifigkeit im Türaufprallträger.
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Das Verstärkungsblechteil kann dabei besonders bevorzugt konturangepasst sowie in vollflächiger Anlageverbindung mit dem U-Profil des Basisblechteils sein. Im Hinblick auf ein besonders günstiges Crashverhalten des Türaufprallträgers kann das Verstärkungsblechteil auf der crashzugewandten Seite des Basisblechteils angeordnet sein.
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Zur weiteren Erhöhung der Bauteil-Steifigkeit kann da U-Profil des Basisblechteils Bestandteil eines Wellenprofils sein, bei dem die Seitenflanken des U-Profils im weiteren Querschnittsverlauf jeweils in einen crashzugewandten, fahrzeugäußeren Profilboden übergehen. An dem crashzugewandten Profilboden können sich Seitenflanken anschließen, die jeweils an einem crashabgewandten, fahrzeuginneren Profilboden enden.
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Wie oben erwähnt, ist das Verstärkungsblechteil lediglich an einer, im Seitencrashfall hochbelasteten Position lokal auf dem Basisblechteil aufgeschweißt. Entsprechend schließt das Verstärkungsblechteil im Hinblick auf eine Gewichtsreduzierung mit größerem Abstand zu den Basisblechteil-Längskanten und zu den Basisblechteil-Stirnseiten ab.
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Im Hinblick auf eine konturangepasste Gestaltung kann das Verstärkungsblechteil einen crashabgewandten fahrzeuginneren Profilboden mit daran hochgezogenen Seitenflanken aufweisen. Sowohl der Profilboden als auch die Seitenflanken des Verstärkungsblechteils können bevorzugt vollflächig mit dem Profilboden sowie den Seitenflanken des Basisblechteils in Anlageverbindung sein.
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Das oben angedeutete Türaufprallträger-Wellenprofil weist zumindest einen crashzugewandten, fahrzeugäußeren Profilboden, der in etwa in einer zwischen der Fahrzeuglängsrichtung und der Fahrzeughochrichtung aufgespannten Ebene verläuft, sowie zumindest einen crashabgewandten, fahrzeuginneren Profilboden auf, der ebenfalls in einer zwischen der Fahrzeuglängsrichtung und der Fahrzeughochrichtung aufgespannten Ebene verläuft. Im Seitencrashfall bildet der crashzugewandte, fahrzeugäußere Profilboden einen mit Druckspannungen beaufschlagten Lastpfad, in dem die Druckspannungen in Fahrzeuglängsrichtung wirken. Demgegenüber bildet der crashabgewandte, fahrzeuginnere Profilboden einen zugkraftbeanspruchten Lastpfad, in dem die Zugspannungen in der Fahrzeuglängsrichtung wirken. Mit dem erfindungsgemäßen Patch (das heißt das Verstärkungsblechteil) kann zumindest im crashabgewandten, fahrzeuginneren Profilboden eine Materialdoppelung realisiert sein, wodurch die Zugspannungen und damit auch die plastischen Dehnungen im crashabgewandten Profilboden reduzierbar sind.
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Zusätzlich können die Verstärkungsblechteil-Seitenflanken jeweils mit einem abgewinkelten Randsteg verlängert sein. Dieser umgreift eine Übergangskante zwischen der Basisblechteil-Seitenflanke und dem crashzugewandten Basisblechteil-Profilboden und ist in Anlage mit dem crashzugewandten Basisblechteil-Profilboden. Auf diese Weise ist das Verstärkungsblechteil nicht nur im crashabgewandten Zugbereich, sondern vielmehr auch im crashzugewandten Druckbereich des Türaufprallträgers wirksam, wodurch eine Querschnitts-Stabilität des Türaufprallträgers im Seitencrashfall erhöht ist.
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Für eine weiteren Gewichtsreduzierung ist es bevorzugt, wenn das Verstärkungsblechteil nicht unmittelbar bis zu den Stirnseiten des Basisblechteils verlängert ist, sondern vielmehr um einen größeren Längsversatz von den Anbindungsstellen des Basisblechteils am Türrahmen beabstandet ist.
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Wie oben bereits angedeutet, ist die Erfindung insbesondere bei pressgehärteten Türaufprallträgern anwendbar. Zur Herstellung eines solchen Türaufprallträgers werden zunächst eine das Basisblechteil bildende Blechplatine und eine das Verstärkungsblechteil bildende Blechplatine bereitgestellt und zu einem Bauteilverbund miteinander verschweißt. Anschließend erfolgt eine Warmumformung, bei dem der Bauteilverbund zunächst in einem Ofen wärmebehandelt wird und anschließend in einer Tiefziehpresse warmumgeformt und zugleich abgeschreckt wird. Dadurch ergibt sich ein Bauteilverbund mit gleichmäßiger Materialgüte. Etwaige Beeinträchtigungen der Materialgüte aufgrund von Schweißverbindungsstellen, wie es in der obigen
DE 43 00 898 C1 der Fall ist, werden somit verhindert.
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Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
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Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 in einer Seitenansicht ein zweispuriges Kraftfahrzeug mit teilweisem Aufriss;
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2 einen Türaufprallträger in Alleinstellung;
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3 eine Schnittdarstellung entlang der Schnittebene A-A aus der 2;
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4 eine Ansicht, mit der ein Verfahren zur Herstellung des Türaufprallträgers veranschaulicht wird;
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5 in einer perspektivischen Teildarstellung den Türaufprallträger im Seitencrashfall; und
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6 eine Ansicht entsprechend der 3 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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In der 1 ist ein zweispuriges Fahrzeug in einer Seitenansicht gezeigt, dessen Karosserie-Seitenstruktur eine vordere A-Säule 1, eine mittlere B-Säule 3 sowie eine hintere C-Säule 5 aufweist. Zwischen der A-Säule 1 und der B-Säule 3 ist eine im teilweisen Aufriss gezeigte Fahrertür 5 positioniert. Wie aus dem teilweisen Aufriss hervorgeht, weist die Fahrertür 5 einen Türrahmen 7 auf, dessen in Fahrzeuglängsrichtung x voneinander beabstandeten Rahmenleisten über einen Türaufprallträger 9 kraftübertragend miteinander verbunden sind.
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In einem Seitencrash des Fahrzeugs gegen eine seitliche Crash-Barriere wird Aufprallenergie FA (5) in einer Fahrzeugquerrichtung y in den Türaufprallträger 9 eingeleitet, der die Aufprallenergie FA in die angrenzende Karosseriestruktur weiterleitet. Bei Erreichen eines kritischen Bruchlastniveaus bricht/reißt der Türaufprallträger 9 auseinander, wodurch der vom Türaufprallträger 9 gebildete Lastpfad in die seitliche angrenzende Karosseriestruktur ausfällt, was zu einer nachteiligen Intrusionsgefahr für den Fahrzeuginnenraum führen kann.
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In der 3 ist die Querschnittsgeometrie des Türaufprallträgers 9 gezeigt, mittels der das oben genannte kritische Bruchlastniveau des Türaufprallträgers 9 im Vergleich zum Stand der Technik erhöht ist. Demzufolge ist der Türaufprallträger 9 zweiteilig mit einem Basisblechteil 11 und einem Verstärkungsblechteil 13 aufgebaut, das in der 2 durch Schraffur hervorgehoben ist. Das Verstärkungsblechteil 13 ist in etwa im mittleren Bereich 14 (2) des Basisblechteils 11 vorgesehen, der im Seitencrashfall hochbelastet ist. Zur Erhöhung der Quersteifigkeit weist das Basisblechteil 11 ein Wellenprofil 15 auf, das in der 3 einen mittleren, crashabgewandten fahrzeuginneren Profilboden 17 aufweist, von dem Seitenflanken 19 nach fahrzeugaußen hochgezogen sind. Die Seitenflanken 19 begrenzen zusammen mit dem fahrzeuginneren Profilboden 17 einen nach fahrzeugaußen offenen Profilraum 21. Im weiteren Querschnittsverlauf gehen die beiden Seitenflanken 19 jeweils an abgerundeten Übergangskanten 23 in einen crashzugewandten, fahrzeugäußeren Profilboden 25 über. An den äußeren Profilboden 25 schließen sich weitere Seitenflanken 19 an, die sich wiederum zu fahrzeuginneren Profilböden 17 erstrecken, die durch Basisblechteil-Längskanten 29 begrenzt sind.
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Wie aus der 3 hervorgeht, ist das Wellenprofil 15 mit Bezug auf eine rechtwinklig zum Profilboden 17 ausgerichtete Mittelebene M spiegelbildlich ausgeführt.
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Der fahrzeuginnere Profilboden 17 sowie die daran anschließenden Seitenflanken 19 sind auf ihrer crashzugewandten Seite mit dem Verstärkungsblechteil 13 durchgängig vollflächig in Schweißverbindung, und zwar unter Bildung einer sogenannten Tailored-Blank-Verbindung. Das Verstärkungsblechteil 13 ist dabei konturangepasst ausgeführt, und zwar ebenfalls mit einem Profilboden 31 sowie daran anschließenden Seitenflanken 33, die jeweils vollflächig am Profilboden 17 und den Seitenflanken 19 des Basisblechteils 11 in Anlage sind.
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In der 5 ist ein Seitencrashfall angedeutet, bei dem der Türaufprallträger 9 in der Fahrzeugquerrichtung y mit Crashenergie FA beaufschlagt wird. Demzufolge bilden die crashzugewandten fahrzeugäußeren Profilböden 25 druckkraftbeaufschlagte Lastpfade FD, während die crashabgewandten, fahrzeuginneren Profilböden 17 zugkraftbeanspruchte Lastpfade FZ bilden und daher rissgefährdet sind. Bei der in der 5 gezeigten Konstellation verlagern sich im Seitencrashfall die oberen und unteren Basisblechteil-Längskanten 29 automatisch – unter Selbstentlastung – von der Zugzone FZ in Richtung auf die Druckzone FD, wie es durch die Pfeile angedeutet ist. Entsprechend verbleibt lediglich der mittlere fahrzeuginnere Profilboden 17 in der rissgefährdeten Zugzone FZ. Dieser ist mittels des Verstärkungsblechteils 13 zusätzlich ausgesteift, um die im Zugbereich FZ sehr hohe Rissgefahr zu reduzieren. Auf diese Weise steigt im fahrzeuginneren Profilboden 17 des Türaufprallträgers 9 das kritische Bruchlastniveau, bis zu dem der Türaufprallträger 9 belastbar ist, ohne auseinanderzureißen.
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Der Türaufprallträger 9 kann bevorzugt durch Warmumformung hergestellt werden. Hierfür werden gemäß der 4 zunächst eine das Basisblechteil 11 bildende Blechplatine 37 und eine das Verstärkungsblechteil 13 bildende Blechplatine 39 bereitgestellt. Die Blechplatinen 37, 39 werden miteinander zu einem Bauteilverbund verschweißt und einer Warmumformung unterworfen. In der Warmumformung wird der Bauteilverbund in zum Beispiel einem Mehrkammerofen wärmebehandelt und anschließend in einer Tiefziehpresse warmumgeformt und zugleich abgeschreckt.
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In der 6 ist ein Türaufprallträger 9 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Der Aufbau sowie die Wirkungsweise des darin verbauten Verstärkungsblechteils 13 ist identisch mit dem in den vorangegangenen Figuren angedeuteten Verstärkungsblechteil 13. Im Unterschied zu den 3 bis 5 sind die Seitenflanken 33 des Verstärkungsblechteils 13 nach oben und unten mit Randstegen 35 verlängert, die die Übergangskanten 23 des Basisblechteils 11 umgreifen und in Anlageverbindung mit den beiden fahrzeugäußeren Profilböden 25 des Basisblechteils 11 sind. Auf diese Weise erfolgt zusätzlich eine teilweise Materialdoppelung im Druckbereich, wodurch die Querschnittsstabilität des Türaufprallträgers 9 im Seitencrashfall erhöht ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4300898 C1 [0003, 0003, 0004, 0020]
- DE 10049660 B4 [0006]
