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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Unterbodenblech eines Kraftfahrzeuges gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Anspruch 1.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Kraftfahrzeugkarosserien als sogenannte selbst-tragende Karosserien herzustellen. Solche Kraftfahrzeuge werden von Verbrennungsmotoren, zunehmend mehr jedoch auch von Elektromotoren angetrieben.
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Eine selbst tragende Kraftfahrzeugkarosserie besteht aus einzelnen Karosseriekomponenten, beispielsweise eine A-Säule, B-Säule, C-Säule, einen Kraftfahrzeugschweller, verschiedenen Quer- oder Längsträgern an einem Scheibenrahmen, jedoch beispielsweise auch an Bodenblechen. Hierzu werden einzelne Bauteile umformtechnisch bearbeitet und im Anschluss miteinander gefügt, insbesondere verschweißt. Hierdurch entsteht eine selbst tragende Kraftfahrzeugkarosserie.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend vom Stand der Technik, ein Unterboden einer selbst tragenden Kraftfahrzeugkarosserie gegenüber dem Stand der Technik in seinem Herstellungsverfahren kostengünstiger und mit geometrisch höherer Präzision herzustellen, wobei gleichzeitig spezifische Steifigkeits- bzw. Crasheigenschaften sowie Steinschlag und Aerodynamik eingestellt werden können.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Unterbodenblech eines Kraftfahrzeuges gemäß den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Unterbodenblech eines Kraftfahrzeuges, welches einen flächigen Boden sowie an zwei in Kraftfahrzeugquerrichtung sich gegenüberliegenden Längsseiten jeweils eine Umformung in Form zumindest eines Flansches aufweist. Das Unterbodenblech erstreckt sich an einer Kraftfahrzeugkarosserie zwischen einer Vorderachse und einer Hinterachse, bildet somit im Wesentlichen den gesamten Boden zumindest des Fahrgastraumes des Kraftfahrzeuges. Somit kann auch von einem Kraftfahrzeugunterboden selbst gesprochen werden.
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Es ist somit auch eine Unterbodenblechanordnung im Sinne der Erfindung zu verstehen. Somit sind mindestens Kraftfahrzeugschweller, ein Fußbodenblech bzw. Bodenblech und optional oder alternativ zum Fußbodenblech, eine Batteriewanne angeordnet auf die Kraftfahrzeugvertikalrichtung bezogen, unterhalb dieser Teile ist dann das Unterbodenblech als Unterfahrschutzblech und Schutzblech angeordnet. Mindestens ein weiteres der vorgenannten Bauteile kann warmumgeformt und pressgehärtet sein und ebenfalls Bereiche voneinander verschiedener Zugfestigkeit Rm und/oder verschiedener Wanddicke aufweisen.
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Erfindungsgemäß zeichnet sich das Unterbodenblech dadurch aus, dass es als einteiliges Blechumformbauteil in einem Pressenhub warmumgeformt und pressgehärtet ist, wobei Bereiche mit voneinander verschiedener Zugfestigkeit Rm ausgebildet sind. Alternativ oder ergänzend können auch Bereiche voneinander verschiedener Wandstärke ausgebildet sein.
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Alternativ oder ergänzend ist dann ein Flansch vorhanden, der Schraublöcher als Anschraubpunkte an einer Kraftfahrzeugkarosserie aufweist. Mithin wird das Unterbodenblech von unten unterhalb der Kraftfahrzeugkarosserie, beispielsweise eines Bodenbleches einer Kraftfahrzeugkarosserie bzw. unterhalb eines Batterieträgers an die Kraftfahrzeugkarosserie angeschraubt.
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Wiederum alternativ oder ergänzend ist das Unterbodenblech dann unterhalb des Kraftfahrzeugkarosseriefußbodens angeordnet.
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Das Unterbodenblech zeichnet sich somit durch eine einfache Herstellung aufgrund einer Großformatpresse aus, mit welcher es hergestellt wird. Hierdurch wird gleichzeitig eine hohe Gesamtpräzision des Unterbodenbleches selbst gewährleistet. Unter einteilig ist im Sinne der Erfindung die Herstellung aus einem Blechrohling zu verstehen. Der Blechrohling selbst ist bevorzugt als Tailored Welded Blank hergestellt. Mithin sind einzelne Blechtafeln zu einer großen Blechplatine zusammengeschweißt. Hier kann ein Stumpfstoßschweißen erfolgen, welches bevorzugt ist. Es kann jedoch ein Überlappschweißen erfolgen zur Herstellung des Blechrohlings als Tailored Welded Blank. Dieser Tailored Welded Blank wird dann in einem Pressenhub in einer Umformpresse hergestellt. Durch Einsatz der Warm- und Presshärtetechnologie werden Bereiche mit voneinander verschiedener Zugfestigkeit während des Warm- und Presshärtevorgangs eingestellt. Somit kann bewusst Steifigkeitsanforderungen, jedoch auch Crasheigenschaften an dem Unterbodenblech eingestellt werden.
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Bereiche mit hoher Festigkeit weisen eine Zugfestigkeit von mehr als 1000 MPa auf. Hochfeste Bereiche weisen eine Zugfestigkeit von mehr als 1350 MPa auf. Es können auch mehr als 1500 MPa, insbesondere mehr als 1800 MPa Zugfestigkeit Rm eingestellt werden.
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In Relation dazu sind weichere Bereiche, sogenannte Softzones ausgebildet. Diese weisen eine Zugfestigkeit kleiner 1000 MPa auf, vorzugsweise kleiner 850 MPa, insbesondere zwischen 550 und 850 MPa auf.
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Weiterhin besonders bevorzugt können die in Kraftfahrzeugquerrichtung äußeren Seiten des Unterbodenbleches als innere Schwellerschale ausgebildet sein. Hierzu sind dann Umformungen vorhanden und insbesondere Anbindungsflansche, so dass einteilig die innere Schwellerschale, also die innere Halbschale eines Schwellers durch eine äußere Seite des Unterbodenbleches ausgebildet ist. Es wird dann eine äußere Schale eines Schwellers angesetzt, wodurch im Querschnitt ein Hohlprofil und somit ein Seitenschweller eines Kraftfahrzeuges hergestellt ist.
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In einem äußeren Seitenbereich, bezogen auf die Kraftfahrzeugquerrichtung, ist ein weicher Längsstreifen ausgebildet. Dieser weiche Längsstreifen erstreckt sich dann in Kraftfahrzeuglängsrichtung selber. Somit kann eine initiale Crashdeformation in ihrer Intensität herabgesetzt werden. Dadurch, dass nur der Längsstreifen weich ausgebildet ist, vorzugsweise mit einer Zugfestigkeit Rm kleiner 1000 MPa, die im benachbarten Bereich, also im inneren Bereich des Unterbodenbleches sowie ein äußerer Bereich zusammen mit einem Kraftfahrzeugschweller, ist jedoch um eine hohe Steifigkeit bei einem Seitenaufprall, insbesondere bei einem Poletest gegeben.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltungsvariante erstreckt sich das Unterbodenblech in Kraftfahrzeuglängsrichtung bis unter mindestens einem mittleren Längsabschnitt der Vorderachse und/oder bis unter mindestens einem mittleren Längenabschnitt der Hinterachse. Vorzugsweise kann das Unterbodenblech sich auch über mindestens 75 % der jeweiligen Längserstreckung der jeweiligen Achse, mithin mindestens 75 % der Vorderachse und mindestens 75 % der Hinterachse in Längsrichtung abdecken. Das Unterbodenblech dient somit auch gleichzeitig als Schutzblech, beispielsweise im Falle eines Auffahrens auf ein Hindernis.
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Hierzu können insbesondere weiterhin Versteifungssicken eingeformt sein, beispielsweise Längs- und/oder Quersicken. Auch ist es im Sinne der Erfindung vorteilhaft, wenn X-förmige Versteifungssicken eingeformt sind, mithin den Versteifungssicken, die sich in ihrem Längsverlauf selbst kreuzen.
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Weiterhin sich flächige Bodenbereiche, insbesondere in Draufsicht mit abgerundeten Kanten bzw. ovalförmig als Softzones ausgebildet. Hierdurch wird ein Deformationsverhalten im Crashfall erreicht. Dadurch, dass diese Bereiche zwar als flächige, jedoch von harten Bereichen umrandete Bereiche ausgebildet sind, erstrecken sich bevorzugt weiterhin in Längs- und Querrichtung harte Längenbereiche bzw. Längenabschnitte. In dem Unterbodenblech ergibt sich wiederum in Kraftfahrzeuglängsrichtung, aber auch in Kraftfahrzeugquerrichtung eine hinreichende Steifigkeit auch im Crashfalle.
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Weiterhin besonders bevorzugt ist im Querschnitt ein nach außen in Kraftfahrzeugquerrichtung abstehender Flansch ausgebildet. Insbesondere ist dieser abstehende Flansch weich ausgebildet.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltungsvariante kann an einer Innenseite der umgeformten Kante ein Hohlprofil eingesetzt werden. Dieses Hohlprofil kann zur Versteifung der Kraftfahrzeugkarosserie dienen. Das Hohlprofil selbst kann beispielsweise aus einem Leichtmetallwerkstoff ausgebildet sein. Das Hohlprofil kann zur Anbindung eines Batterieträgers vorgesehen sein.
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Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausgestaltungsvarianten werden in schematischen Figuren dargestellt. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung. Es zeigen:
- 1 ein Unterbodenblech zum Einsatz in einer Kraftfahrzeugkarosserie,
- 2 eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie II-II der 1,
- 3 eine alternative Ausgestaltungsvariante,
- 4a und b eine Draufsicht sowie eine Querschnittsansicht.
- 5a und b eine alternative Draufsicht sowie Querschnittsansicht,
- 6a und b eine alternative Draufsicht sowie Querschnittsansicht,
- 7a und b eine alternative Draufsicht sowie Querschnittsansicht,
- 8a und b eine alternative Draufsicht sowie Querschnittsansicht und
- 9a und b eine alternative Draufsicht sowie Querschnittsansicht.
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In den Figuren sind für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
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1 zeigt einen Unterbodenblech 1 zum Einsatz in einer Kraftfahrzeugkarosserie. Dieses Unterbodenblech 1 weist einen flächigen Boden 2 auf sowie bezogen auf die Kraftfahrzeugquerrichtung Y an zwei sich gegenüberliegenden Seiten, jeweils eine Umformung 3 in Form einer Art umlaufenden Wand. Ferner können später beschriebene Flansche oder ähnliches ausgebildet sind. An einer Vorderseite 4, bezogen auf die Kraftfahrzeuglängsrichtung X kann ebenfalls eine Umformung 3 vorhanden sein, genauso wie an der Rückseite 5, wobei die Rückseite 5 ebenfalls bezogen ist auf die Kraftfahrzeuglängsrichtung X. Das Unterbodenblech 1 weist bevorzugt in Draufsicht eine Erstreckung größer als 150 x 100 cm auf, mithin in Kraftfahrzeuglängsrichtung X und Kraftfahrzeugquerrichtung Y.
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2 zeigt eine erste Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie II-II aus 1. Das Unterbodenblech 1 ist angesetzt unterhalb einer Batteriewanne 6. An einer Innenseite 7 ist jeweils ein im Querschnitt Hohlprofil 8 angeordnet. An den jeweils gegenüberliegenden Seiten ist eine Umformung 3 einer ausgestellten Wand 9 sowie ein in Kraftfahrzeugquerrichtung Y abstehender Flansch 10 ausgebildet. An den Flansch 10 ist beispielsweise ein Kraftfahrzeugschweller 11 angebunden.
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3 zeigt eine alternative Ausgestaltungsvariante. An der Seite des Unterbodenbleches 1 bildet die Wand 9 gleichsam den inneren Teil einer Schwellerschale aus. Hier wird ein äußeres Schwellerblech 12 angeschweißt, so dass im Querschnitt ein Kraftfahrzeugschweller bereitgestellt ist. Dies spart wiederum Ersatzteile und erhöht gleichsam die geometrische Präzision. Das Unterbodenblech 1 kann beispielsweise in eine Batteriewanne 6 eingesetzt sein.
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4 a und b zeigen eine Draufsicht sowie eine Querschnittsansicht. Zu sehen ist, dass die seitliche Wand 9 an den gegenüberliegenden Seiten in Kraftfahrzeugquerrichtung Y jeweils umgebogen sind und zusätzlich nochmals mit einem umgestellten Flansch 10 nach oben ausgebildet sind.
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Gemäß der Variante 5a und b ist ein jeweiliger Längsstreifen als Softzones ausgebildet. Dieser Längsstreifen erstreckt sich in Kraftfahrzeuglängsrichtung X über die gesamte Länge des Unterbodenbleches 1. Der Längsstreifen weist eine verringerte Festigkeit auf. Beispielsweise von 550 bis 800 MPa. Der flächige Bereich sowie auch der Flansch 10 ist bevorzugt pressgehärtet und weist eine Zugfestigkeit Rm von über 1000 MPa auf.
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6a und b zeigen eine analoge Ausgestaltungsvariante, wobei hier der Flansch 10 als Softzones ausgebildet ist, wobei die Softzone oder ein Übergangsbereich zum hochfesten Bereich sich auch in den Randbereich hinein erstrecken kann. Hier kann beispielsweise durch die Anbindung mit einem weiteren Schweißbauteil dann im Crashfall ein Abreißen vermieden werden.
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7a und b zeigen eine weitere Austaltungsvariante. Hier sind ovale weiche Bereiche 14 als sogenannte Softzones im flächigen Bereich des Unterbodenblechs 1 mit ausgebildet. Vorteil dieser lokalen Softzones ist, das sowohl Durchschlagschutz gegenüber Steinschlag von der Fahrbahn als auch Aufsetzschutz besonders gut gewährleistet sind, ohne dass eine Rissgefahr in hochfesten Anbindungsbereichen (an Schraubpunkten) zur Karosserie besteht. Diese ovalen Bereiche 14 weisen dann eine Zugfestigkeit von bevorzugt weniger als 1000 MPa auf. Hierdurch können lokale Softzones innerhalb des Unterbodenbleches 1 ausgebildet werden. Dazwischen ergeben sich dann in Kraftfahrzeugquerrichtung Y sowie in Kraftfahrzeuglängsrichtung X quer- und längsträgerartige Abschnitte aus einer Zugfestigkeit größer 1000 MPa, so dass eine hinreichende Steifigkeit gegeben ist.
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8a und b zeigen eine analoge Ausführungsvariante zur 7a und b, wobei hier die ovalen Bereiche deutlich größer ausgebildet sind, so dass zwei Bereiche ausgebildet sind. Für ein viel zu tiefes Kraftfahrzeug ist somit in Kraftfahrzeuglängsrichtung X für die beiden Vordersitze sowie die Rücksitzbank jeweils ein weicher Bereich ausgebildet. Im Falle von 7a sind jeweils für die beiden Vordersitzbereiche verschiedene Weichbereiche ausgebildet sowie für den Bereich der beiden Hintersitze. Beispielsweise kann im Falle einer Anbindung mit Sitzschienen hier ein weicher Bereich im Crashfall ein Abreißen der Sitzschienen vermeiden.
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9a und b zeigen eine weitere Ausgestaltungsvariante des erfindungsgemäßen Unterbodenbleches 1. Dieses erstreckt sich in Kraftfahrzeuglängsrichtung X gerade im Bereich einer Vorderseite 4 des Unterbodenbleches 1 sowie einer Rückseite 5 über einen Längenbereich, der nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugachse, beispielsweise ein Achshilfsrahmen, bezogen auf die Kraftfahrzeugvertikalrichtung Z von unten geschützt werden. Ferner sind in dem Unterbodenblech 1 Versteifungssicken 15 ausgebildet. Diese Versteifungssicken 15 erstrecken sich dann in Kraftfahrzeugquerrichtung Y sowie Kraftfahrzeuglängsrichtung X. Die Versteifungssicken 15 können jedoch auch X-förmig ausgebildet sein und sich selber in ihrem Verlauf schneiden. So ist es beispielsweise, bezogen auf die Bildebene links und rechts dargestellt, im Bereich einer jeweiligen Kraftfahrzeugachse.
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Die zuvor beschriebenen einzelnen Ausführungsbeispiele können ihren einzelnen Merkmalen beliebig untereinander kombiniert werden mit den dann jeweils einhergehenden Vorteilen, ohne dabei den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die verwendeten Stahlsorten können nachfolgend exemplarisch zum Einsatz kommen und für alle Varianten dieser Erfindung eingesetzt werden können. Insbesondere können verschiedene Stahlsorten miteinander kombiniert werden in einer Tailored Welded Blank. Entsprechende Festigkeitsbereiche zu harten bzw. weichen Bereichen bzw. festen oder duktilen Bereichen können der Tabelle entnommen werden. Alle Legierungsbestandteile sind angegeben in Gew.-%, wobei zu der jeweiligen härtbaren Stahllegierung dann Rest Eisen sowie erschmelzungsbedingte Verunreinigungen hinzukommen.
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Bezugszeichen:
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- 1
- Unterbodenblech
- 2
- flächiger Boden
- 3
- Längsseite
- 4
- Vorderseite
- 5
- Rückseite
- 6
- Batteriewanne
- 7
- Innenseite
- 8
- Hohlprofil
- 9
- Wand
- 10
- Flansch
- 11
- Schweller
- 12
- Schwellerblech
- 13
- Längsdreher
- 14
- ovaler Bereich
- 15
- Sicke oder Versteifungssicke
- X
- Kraftfahrzeuglängsrichtung
- Y
- Kraftfahrzeugquerrichtung
- Z
- Kraftfahrzeugvertikalrichtung
