-
Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeugbauteil gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Anspruch 1.
-
Vor dem Hintergrund steigender Crash- und Leichtbauanforderungen kommen im Automobilbau hochfeste Stähle in dünnen Blechdicken zum Einsatz, insbesondere zur Steigerung der Energieeffizienz sowie zur Erhöhung der passiven Sicherheit bei gleichzeitiger Ressourcenschonung. Den Festigkeitsvorteilen von hochfesten Stahlwerkstoffen auf der einen Seite stehen neue Herausforderungen unter anderem im Bereich der Crashperformance auf der anderen Seite gegenüber.
-
Durch die
DE 20 2020 105 963 U1 zählt ein Kraftfahrzeugbauteil zum Stand der Technik. Dieses weist einen Bauteilkörper aus einem Stahlblech auf, der einen mit Löchern versehenen Flächenabschnitt besitzt. Durch das Lochmuster wird eine Deformationseinflusszone gebildet und die Fähigkeit des Kraftfahrzeugbauteils zur Aufnahme und Umwandlung von kinetischer Energie gesteigert. Dies ist ein innovativer Ansatz. Die durch das Lochmuster gebildete Deformationseinflusszone im Bauteilkörper kann jedoch die Bauteilintegrität gefährden. Bei komplexen Belastungen kann es zu einer Überlagerung von Biege- und Zugbeanspruchungen mit der Folge einer Dehnungslokalisierung kommen. Diese kann zu einer Rissbildung mit anschließender unkontrollierter Rissausbreitung im Bauteilkörper bis hin zu einem Durchreißen des Bauteilkörpers führen.
-
Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahrzeugbauteil mit einer verbesserten Crashperformance zu schaffen.
-
Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einem Kraftfahrzeugbauteil gemäß Anspruch 1.
-
Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugbauteils sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Das Kraftfahrzeugbauteil besitzt einen Bauteilkörper aus Stahlblech. Der Bauteilkörper weist eine aus mehreren Löchern gebildete Perforationslinie auf. Erfindungsgemäß ist die Perforationslinie dazu bestimmt und ausgebildet, die Rissausbreitung eines unter Crashbelastung des Bauteilkörpers entstehenden Risses zu steuern.
-
Durch die Perforationslinie wird ein Anfangsriss in einem auf Biegung beanspruchten Bauteilbereich so gelenkt, dass der Zugverbund des Bauteilkörpers nicht komplett zerstört wird. Es erfolgt eine Umlenkung des Risses in einen risikoarmen Bauteilbereich, so dass ein Komplettversagen des Bauteils verhindert werden kann.
-
Insbesondere wird ein Riss von einer Querrichtung des Bauteilkörpers in eine Längsrichtung des Bauteilkörpers umgelenkt, so dass eine rissbedingte Reduktion des Flächenträgheitsmoments eines Bauteilquerschnitts gegen Biegung vermindert oder sogar weitestgehend verhindert wird.
-
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeugbauteil weist eine bessere Crashperformance auf. Dies kommt durch gezielt veränderte Risspfade sowie eine größere Energieaufnahme zum Ausdruck.
-
Alternativ ist es auch möglich, dass ein Riss von einer Längsrichtung des Bauteilkörpers in eine Querrichtung des Bauteilkörpers umgelenkt wird. Dies kann beispielsweise benachbart zu einem Koppelbereich mit einem anderen Bauteil vorteilhaft sein, etwa bei einem in Querrichtung ausgerichteten Anbauteil.
-
Bei Kraftfahrzeugbauteilen der erfindungsgemäßen Art handelt es sich insbesondere um Karosserie- oder Strukturbauteile von Kraftfahrzeugen wie A-, B- oder C-Säulen, Schweller, Stoßfänger, Querträger (Bumper) oder Seitenaufprallträger und ähnliche crashrelevante Formbauteile. Die Kraftfahrzeugbauteile weisen einen aus einem Stahlblech geformten Bauteilkörper auf. Der Bauteilkörper ist warmgeformt und formgehärtet oder besteht aus einem kaltgeformten Stahlblech. Die Kraftfahrzeugbauteile unterliegen höchsten Anforderungen im Hinblick auf die Festigkeit und tragen zur passiven Sicherheit eines Kraftfahrzeugs bei. Sie bestehen daher aus hoch- und höchstfesten Stählen, beispielsweise aus Mangan-Bor-Stählen.
-
Insbesondere ist der Bauteilkörper zumindest partiell formgehärtet. Das Formhärten wird auch als Presshärten bezeichnet. Der Bauteilkörper weist eine Zugfestigkeit Rm von über 1.200 MPa auf. Insbesondere liegt die Zugfestigkeit im Bereich von 1.300 MPa bis zu 2.100 MPa.
-
Die Perforationslinie kann in Längsrichtung zumindest abschnittsweise einen gekrümmten und/oder einen geradlinigen Verlauf besitzen.
-
Für die Praxis vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn die Löcher der Perforationslinie einen Lochradius im Wertebereich von dem Zweifachen bis zu dem Vierfachen der Dicke des Stahlblechs besitzen. Insbesondere besitzen die Löcher der Perforationslinie einen Lochradius zwischen 3,0 mm und 6,0 mm.
-
Zwei in Längsrichtung der Perforationslinie benachbarte Löcher sind in einer Entfernung zueinander angeordnet, welcher zwischen dem Zweifachen bis Vierfachen des Lochradius bemessen ist. Die Entfernung ist die kürzeste Distanz bzw. die kürzeste Linie von benachbarten Lochrändern und entspricht der Stegbreite zwischen zwei Perforationslinien.
-
Eine Perforationslinie ist aus mindestens zwei Löchern, insbesondere drei Löchern gebildet. Die einzelnen Löcher können unterschiedliche Lochdurchmesser besitzen.
-
Eine Ausführungsform sieht vor, dass zumindest zwei in Längsrichtung der Perforationslinie aufeinander folgende Löcher seitlich versetzt zueinander angeordnet sind. Die Perforationslinie muss nicht geradlinig verlaufen. Vorteilhaft kann eine gekrümmte Perforationslinie sein. Die Krümmung der Perforationslinie muss nicht konstant sein. Die Krümmung der Perforationslinie kann variieren.
-
Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass die Perforationslinie bezogen auf ein dreidimensionales Kraftfahrzeug-Koordinatensystem in zumindest zwei Achsrichtungen verläuft. Ein Kraftfahrzeug-Koordinatensystem ist ein dreidimensionales kartesisches Koordinatensystem, um die Achsen innerhalb eines Kraftfahrzeugs zu kennzeichnen. Die x- und y-Achsen liegen in einer Horizontalebene, die der Fahrbahnebene entspricht. Die x-Achse (Fahrzeuglängsachse) zeigt in Fahrtrichtung. Die y-Achse (Fahrzeugquerachse) steht senkrecht auf der Fahrzeugmittellängsebene und zeigt quer zur Bewegungsrichtung des Fahrzeugs. Die z-Achse (Fahrzeughochachse) steht senkrecht auf der x-y-Ebene des Fahrzeugs und zeigt mit ihrer positiven Richtung nach oben.
-
Die Perforationslinie kann sich in Richtung der x-Achse, der y-Achse und/oder der z-Achse erstrecken.
-
Der dreidimensional geformte Bauteilkörper weist Kanten mit Biegeradien auf. Die Risslenkung wird vorteilhaft umgesetzt und unterstützt, wenn die Perforationslinie mit Abstand zu den Kanten außerhalb der Biegeradien verläuft.
-
Vorzugsweise ist der Abstand zu einer Kante größer oder gleich dem 0,5-fachen des Biegeradius der Kante bemessen.
-
Zwischen einzelnen Perforationslinien und/oder zwischen einer Perforationslinie und einer Durchbrechung im Bauteilkörper ist eine Distanz von mindestens 20,0 mm vorgesehen. Bevorzugt beträgt die Distanz mindestens 25,0 mm, besonders bevorzugt ist die Distanz mindestens 30,0 mm groß. Die Distanz ist die kürzeste Verbindung bzw. der kürzeste Abstand zwischen den Rändern von Löchern zweier Perforationslinien oder die kürzeste Entfernung zwischen dem Außenrand einer Durchbrechung und dem Rand des nächstliegenden Loches einer Perforationslinie.
-
Der Bauteilkörper weist einen Längenabschnitt mit einem hut- oder U-förmigen oder wellenförmigen Querschnitt auf, wobei die Perforationslinie in dem hut- oder U-förmigen oder wellenförmigen Längenabschnitt angeordnet ist. Insbesondere ist der Bauteilkörper zumindest in dem Längenabschnitt partiell formgehärtet.
-
Des Weiteren kann der Bauteilkörper eine Aussteifung und/oder einen Bereich mit einem Festigkeitssprung aufweisen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen ist, dass benachbart zur Aussteifung und/oder dem Bereich mit einem Steifigkeitssprung eine Perforationslinie angeordnet ist. Benachbart bedeutet, dass die Perforationslinie angrenzend oder mit einem Abstand zur Aussteifung oder dem Bereich mit einem Steifigkeitssprung vorgesehen ist. Ein Steifigkeitssprung ergibt sich beispielsweise durch angefügte Bauteile, also beispielsweise an einem Knotenabschnitt zwischen einem Schweller und der B-Säule. Die Anbindungslänge ist die Länge des Fügebereichs zwischen der B-Säule bzw. dem B-Säulenfuß und dem Schweller. Der Abstand zwischen dem ersten Loch der Perforationslinie und dem nächsten Punkt des Bereichs mit einem Steifigkeitssprung, also dem Beginn des Fügebereichs, beträgt maximal der halben Breite bzw. halben Länge des Fügebereichs.
-
Ein Steifigkeitssprung kann alternativ oder zusätzlich bei gepatchten Blechbauteilen oder bei Blechbauteilen mit verschieden dicken und/oder verschieden festen Blechabschnitten ausgebildet sein. Allerdings ist erfindungsgemäß bevorzugt die Verwendung bzw. der Einsatz eines monolithischen einheitlich dicken Blechmaterials bzw. eines Blechmaterials ohne entfestigte Blechabschnitte vorgesehen.
-
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine B-Säule nach dem Stand der Technik;
- 2 die B-Säule mit einem unter Crashbelastung entstandenen Riss;
- 3 eine erfindungsgemäß ausgestaltete B-Säule;
- 4 die B-Säule entsprechend der 3 mit einem unter Crashbelastung entstandenen Riss;
- 5 einen unteren schwellerseitigen Abschnitt einer B-Säule;
- 6 einen oberen dachseitigen Längenabschnitt einer B-Säule;
- 7 eine Ausführungsform einer Perforationslinie;
- 8 eine andere Ausführungsform einer Perforationslinie;
- 9 einen Querschnitt durch den Bauteilkörper eines Kraftfahrzeugbauteils;
- 10 einen Bumper in einer perspektivischen Darstellung,
- 11 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeugbauteil in Form eines Schwellers und
- 12 technisch schematisiert einen Ausschnitt aus einem Kraftfahrzeugbauteil.
-
In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile die gleichen Bezugszeichen verwendet, auch wenn aus Gründen der Vereinfachung auf eine wiederholte Beschreibung verzichtet wird.
-
Die 1 und 2 zeigen ein Kraftfahrzeugbauteil 1 in Form einer B-Säule nach dem Stand der Technik jeweils in einer Ansicht von vorne. 1 zeigt die B-Säule in einem unbeschädigten Einbauzustand. 2 zeigt die B-Säule nach einem Crash und mit einem unter Crashbelastung des Bauteilkörpers 2 entstandenen Riss 7. Der Riss 7 erstreckt sich ausgehend von einer Längsseite des Bauteilkörpers 2 in Querrichtung QR des Bauteilkörpers 2.
-
Die 3 zeigt ein Kraftfahrzeugbauteil 1 in Form einer B-Säule. Das Kraftfahrzeugbauteil 1 besitzt einen Bauteilkörper 2 aus Stahlblech, insbesondere aus einer Mangan-Bor-Stahllegierung. Der Bauteilkörper 2 weist eine aus mehreren Löchern 3 gebildete Perforationslinie 4 auf. Die Perforationslinie 4 erstreckt sich abschnittsweise geradlinig und abschnittsweise gekrümmt verlaufend neben dem Übergang von der Frontseite 5 des Bauteilkörpers 2 zur Seitenzarge 6. Bezogen auf ein dreidimensionales Kraftfahrzeug-Koordinatensystem verläuft die Perforationslinie 4 in x-z-Ebene.
-
Die Perforationslinie 4 ist dazu bestimmt und ausgebildet, die Rissausbreitung eines unter Crashbelastung des Bauteilkörpers 2 entstehenden Risses 7 zu steuern.
-
4 zeigt das Kraftfahrzeugbauteil 1 nach einem Crash und einem unter Crashbelastung des Bauteilkörpers 2 entstandenen Risses 7. Der Riss 7 ist ausgehend von der Seitenzarge 6 aus einer Querrichtung QR des Bauteilkörpers 2 in eine Längsrichtung LR des Bauteilkörpers 2 umgelenkt. Die Umlenkung des Risses 7 bewirkt, dass dieser in einen risikoarmen Bauteilbereich geführt wird, so dass ein Komplettversagen des Bauteilkörpers 2 verhindert werden kann. Insbesondere wird auf diese Weise einem kompletten Durchreißen des Bauteilkörpers 2 entgegengewirkt.
-
Die 5 zeigt einen unteren Bereich eines Kraftfahrzeugbauteils 1. Es handelt sich um den Säulenfuß einer B-Säule. Dort sind zwei Perforationslinien 4a und 4b vorgesehen. Die Perforationslinie 4a ist in der Frontseite 5 des Bauteilkörpers 2 angeordnet. Die Perforationslinie 4b befindet sich in der Seitenzarge 6. Am Übergang von der Frontseite 5 zu den Seitenzargen 6 des Bauteilkörpers 2 weist dieser Kanten 8 mit Biegeradien R auf. Die Perforationslinien 4a, 4b sind mit Abstand a zu den Kanten 8 außerhalb der Biegeradien R vorgesehen (siehe hierzu auch 9). Der Abstand a ist größer oder gleich dem 0,5-fachen des Biegeradius R bemessen.
-
Die Löcher 3 einer Perforationslinie 4, 4a, 4b besitzen einen Lochradius R1 im Wertebereich von dem Zweifachen bis zu dem Vierfachen der Dicke des Stahlblechs. Insbesondere besitzen die Löcher 3 einer Perforationslinie 4, 4a, 4b einen Lochradius R1 zwischen 3,0 mm und 6,0 mm.
-
6 zeigt einen oberen Längenabschnitt eines Kraftfahrzeugbauteils 1. Auch hierbei handelt es sich um eine B-Säule. Zwei Perforationslinien 4a und 4b sind jeweils in einer Seitenzarge 6 des Bauteilkörpers 2 angeordnet.
-
Der Bauteilkörper 2 gemäß den Darstellungen der 3, 4, 5 und 6 weist einen Längenabschnitt 9 mit einem hutförmigen Querschnitt auf. Die Perforationslinien 4, 4a, 4b sind in dem Längenabschnitt 9 angeordnet.
-
Ausführungsbeispiele von Perforationslinien 4 sind in den 7 und 8 dargestellt. Die Perforationslinien 4 besitzen einen in der Längsrichtung LR orientierten Verlauf, wobei die einzelnen Löcher 3 seitlich versetzt zueinander angeordnet sind. Die Löcher 3 besitzen einen Lochradius R1 zwischen 3,0 mm und 6,0 mm. Zwei in Längsrichtung LR der Perforationslinie 4 benachbarte Löcher 3 sind in einer Entfernung e zueinander angeordnet, welcher zwischen dem zweifachen bis vierfachen des Lochradius R1 bemessen ist. Die Entfernung e ist die kürzeste Linie zwischen benachbarten Lochrändern und entspricht der Stegbreite zwischen zwei Löchern 3. Auch der Abstand x, gemessen zwischen den Mittelpunkte zweier benachbarter Löcher 3, kann zwischen dem Zweifachen bis Vierfachen des Lochradius R1 bemessen sein.
-
Die Perforationslinie 4, wie in der 7 dargestellt, besteht aus hintereinander und versetzt zueinander angeordneten Löchern 3, die sich bezogen auf die Mittellängsachse ML der Perforationslinie 4 nicht überschneiden.
-
Die Perforationslinie 4, wie in der 8 dargestellt, weist ebenfalls in Längsrichtung LR hintereinander und versetzt zueinander angeordnete Löcher 3 auf, wobei sich die Löcher 3 bezogen auf die Mittellängsachse ML überlappen bzw. überschneiden.
-
Bei dem in der 10 dargestellten Kraftfahrzeugbauteil 1 handelt es sich um einen Bumper. Der Bauteilkörper 2 besteht aus Stahlblech und weist auf dem überwiegenden Teil einen hut- bzw. U-förmigen Querschnitt auf. Im mittleren Längenbereich 10 des Bauteilkörpers 2 sind zwei Perforationslinien 4a, 4b vorgesehen. Diese sind, wie in der 10 zu erkennen, im oberen Schenkel 11 des mittleren Längenabschnitts 10 angeordnet. Auch im unteren in der 10 nicht zu erkennenden Schenkel können Perforationslinien vorgesehen sein. Weiterhin sind jeweils im Bereich vor den Crashboxenanbindungen 12 eine Perforationslinie 4a, 4b vorgesehen.
-
11 zeigt ein Kraftfahrzeugbauteil 1 in Form eines Seitenschwellers, der einen Bauteilkörper 2 aus Stahlblech besitzt. Dort sind zwei Perforationslinien 4, gebildet aus Löchern 3, angeordnet. Der Bauteilkörper 2 weist einen Bereich 13 mit einem Steifigkeitssprung auf. Dies ist der Bereich 13, in welchem der Säulenfuß einer B-Säule mit dem Bauteilkörper 2 gefügt ist. Die Perforationslinien 4 sind jeweils mit einem Abstand b zum Bereich 13 mit dem Steifigkeitssprung positioniert. Der Abstand b zwischen dem ersten Loch 3 der ersten Perforationslinie 4 und dem nächstgelegensten Punkt des Bereichs 13 mit dem Steifigkeitssprung entspricht maximal der halben Länge der Fügelänge L zwischen dem Säulenfuß und dem Seitenschweller.
-
Die Bauteilkörper 2 sind insbesondere vollständig formgehärtet und bestehen insbesondere aus einer Mangan-Bor-Stahllegierung.
-
Zwischen einzelnen Perforationslinien 4, 4a, 4b und/oder zwischen einer Perforationslinie 4, 4a, 4b und einer Durchbrechung 14 im Bauteilkörper 2 ist eine Distanz z von mindesten 30,0 mm vorgesehen.
-
12 zeigt technisch schematisiert einen Ausschnitt aus einem Kraftfahrzeugbauteil 1 bzw. dessen Bauteilkörpers 2.
-
12 a) zeigt den Bauteilkörper 2 in einem Querschnitt. Der Bauteilkörper 2 ist im Querschnitt hutförmig konfiguriert. 12 b) zeigt den Ausschnitt A des Bauteilkörpers 2 in vergrößerter Darstellung.
-
Die 12 c) zeigt den Ausschnitt A in einer Frontansicht.
-
Eine Perforationslinie 4 ist im unteren Schenkel 15 angeordnet. Ein beispielsweise im Bauteilrand 19 oder innerhalb des im Bild unteren Biegeradius R entstehender Riss kann durch die Perforationslinie 4 entlang selbiger von einer Querrichtung QR in eine Längsrichtung LR umgelenkt werden. Die Perforationslinie 4 weist einen Längenabschnitt 16 mit Löchern 3 auf. Der Längenabschnitt 16 erstreckt sich in Längsrichtung LR des Bauteilkörpers 2. Ein weiterer Längenabschnitt 17 der Perforationslinie 4 erstreckt sich quer zur Längsrichtung LR in Querrichtung QR des Bauteilkörpers 2. Der Längenabschnitt 17 erstreckt sich in z-Achse. Zwischen dem Längenabschnitt 16 und dem Längenabschnitt 17 ist ein schräg gerichteter Längenabschnitt 18 vorgesehen. Die Perforationslinie 4 ist dazu bestimmt und ausgebildet, eine Rissausbreitung eines unter Crashbelastung des Bauteilkörpers 2 entstehenden Risses zu steuern und umzulenken. Maßgeblich an der Risslenkung beteiligt ist die Anordnung der Längenabschnitte 16, 17, 18 der Perforationslinie 4 relativ zueinander. Zwischen dem Längenabschnitt 16 und dem Längenabschnitt 18 sowie zwischen dem Längenabschnitt 17 und dem Längenabschnitt 18 ist jeweils ein stumpfer Winkel α vorgesehen. Der stumpfe Winkel α liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 55° und 85°. Der stumpfe Winkel vereinfacht die Rissumlenkung von einem Längenabschnitt 16, 17, 18 zum nächsten.
-
Die Perforationslinie 4 ist angeordnet in dem unteren Schenkel 15 zwischen den sich in Längsrichtung LR des Bauteilkörpers 2 erstreckenden Kanten 8 bzw. Biegeradien R des Bauteilkörpers 2. Die Perforationslinie 4 ist außerhalb der Biegeradien R bzw. der Kanten 8 vorgesehen und weist einen Abstand a auf, der größer oder gleich dem des Lochradius R1 bemessen ist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Kraftfahrzeugbauteil
- 2
- Bauteilkörper
- 3
- Löcher
- 4
- Perforationslinie
- 5
- Frontseite
- 6
- Seitenzarge
- 7
- Riss
- 8
- Kante
- 9
- Längenabschnitt v. 2
- 10
- mittlerer Längenabschnitt v. 2
- 11
- Schenkel
- 12
- Crashboxanbindung
- 13
- Bereich
- 14
- Durchbrechung
- 15
- Schenkel
- 16
- Längenabschnitt
- 17
- Längenabschnitt
- 18
- Längenabschnitt
- 19
- Bauteilrand
- α
- Winkel
- a
- Abstand
- b
- Abstand
- e
- Entfernung
- L
- Fügelänge
- LR
- Längsrichtung
- ML
- Mittellängsachse
- QR
- Querrichtung
- R
- Biegeradius
- R1
- Lochradius
- x
- Abstand
- z
- Distanz
-
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 202020105963 U1 [0003]
