DE10236161C1 - Hohlprofilträger einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hohlprofilträger, der in Karosserien von Kraftfahrzeugen eingesetzt wird und der - in seiner Längserstreckung gesehen - wenigstens zwei hintereinander mit Abstand zueinander liegende behandelte Wandabschnitte aufweist, welche eine höhere Festigkeit besitzen als der zwischen den behandelten Wandabschnitten liegende Verformungsabschnitt. DOLLAR A Um die Energieaufnahme des Hohlprofilträgers (5) zu erhöhen, wird die Trägerwandung (13) durch bereichweises Härten so behandelt, dass sich bei dessen Deformierung durch Faltenbeulen die Anzahl der aufgeworfenen Falten (18) erhöht.

Description

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Hohlprofilträger einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein gattungsbildender Hohlprofilträger ist der DE 26 36 655 A1 zu entnehmen. In Richtung seiner Längserstreckung besitzt der bekannte Hohlprofilträger hintereinander mit Abstand zueinander angeordnete Wandabschnitte, die durch Behandlung gehärtet sind und mithin eine höhere Festigkeit besitzen als ein zwischen zwei behandelten Wandabschnitten liegender Verformungsabschnitt der Trägerwandung. Bei einer Krafteinleitung in seiner Längserstreckungsrichtung wird der Hohlprofilträger durch das sog. Faltenbeulen verformt. Dabei wird Energie absorbiert. Beim Faltenbeulen können innerhalb des Verformungsabschnitts mehrere Falten entstehen, weil die Länge des Verformungsabschnitts entsprechend ausgeführt ist. In den gehärteten Wandabschnitten soll jedoch keine oder nur eine geringe Verformung stattfinden. In den gehärteten Wandabschnitten wird demnach keine oder nur eine geringe Energiemenge absorbiert.

Aus der DE 24 59 519 B2 und der DE 195 40 384 A1 sind Hohlprofilträger mit behandelten Wandabschnitten bekannt, wobei die Behandlung als Einkerbungen bzw. Sicken in den Eckbereichen ausgeführt ist. Diese Materialverformungen bilden Schwächungsstellen mit reduzierter Steifigkeit und dienen so als Startstellen für einen beginnenden Verformungsvorgang, wodurch sich die Faltenlagen am Träger vorgeben lassen. Gegenüber den gehärteten Wandabschnitten nach DE 26 36 655 A1 führen diese Einkerbungen bzw. Sicken insgesamt zu einem verminderten Energieabsorptionsvermögen des Trägers.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Hohlprofilträger der eingangs genannten Art zu schaffen, der ein verbessertes Energieabsorptionsvermögen aufweist.

Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Hohlprofilträger, der die in Anspruch 1 genannten Merkmale besitzt. Weitere, die Erfindung ausgestaltende Merkmale sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die mit der Erfindung hauptsächlich erzielten Vorteile sind darin zu sehen, dass durch die erfindungsgemäße Anordnung und Bemessung der behandelten Wandabschnitte und der Verformungsabschnitte bei gleicher Länge des Hohlprofilträgers gegenüber einem Träger des Standes der Technik eine erhöhte Anzahl von Umformvorgängen, also Faltenbildungen, stattfinden können, was die Energieabsorption erhöht. Beim Beginn des Faltenlegens wird in einem der Verformungsabschnitte eine erste Faltlinie ausgebildet, da der Verformungsabschnitt wegen seiner geringeren Festigkeit früher verformt wird als der behandelte Wandabschnitt. Eine zweite Faltlinie wird in einem nachfolgenden Verformungsabschnitt auftreten, wobei durch die erfindungsgemäße Längenwahl des behandelten Wandabschnitts zwischen diesen beiden Faltlinien die Länge der Falte und auch der Abstand zwischen zwei Falten geringer ausfällt als bei einem Träger des Standes der Technik. Die Faltenlänge einer Falte wird also reduziert, so dass die Anzahl der Falten bei gleicher Trägerlänge gegenüber einem bekannten Träger erhöht ist und damit höhere Energiemengen kontrolliert umgewandelt werden, da bei der Bildung jeder Falte Energie absorbiert wird. Um die entsprechende, erfindungsgemäße Länge der Wandabschnitte und des Verformungsabschnitts ermitteln zu können, kann ein unbehandelter Träger mit demselben Querschnitt durch Faltenbeulen verformt und die dabei entstehende, natürliche Faltenlänge bestimmt werden; die Länge des zu behandelnden Wandabschnitts wird kürzer gewählt als der Abstand zwischen zwei natürlichen Falten, wobei die Länge des Verformungsabschnitts kürzer als die des Wandabschnitts festgelegt wird. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass alternativ die natürliche Faltenlänge bei Hohlprofilträgern mit eckiger Querschnittsgeometrie in Abhängigkeit der Flankenlänge der Trägerwandung bestimmt werden kann. So kann zumindest näherungsweise die natürliche Faltenlänge mit der Flankenlänge des Querschnitts gleichgesetzt werden, wenn als Faltenlänge die Länge eines von zwei Faltlinien begrenzten Faltenabschnitts angenommen wird.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn nach Anspruch 2 die Länge jedes behandelten Wandabschnitts bis zu 2/3 der natürlichen Faltenlänge beträgt. Damit können bei vorgegebener Hohlprofilträgerlänge etwa 30 bis 35% mehr Umformvorgänge, also Falten, ausgebildet werden, so dass das Energieabsorptionsvermögen des Trägers entsprechend ansteigt.

Vorzugsweise werden die behandelten Wandabschnitte zur Erhöhung der Festigkeit durch Wärmeeintrag in die Trägerwandung gehärtet, wie dies in Anspruch 3 angegeben ist. Die Wärme kann beispielsweise durch Laserlicht oder elektrisch durch Induktionsspulen erzeugt werden. Das Laserhärten wird jedoch bevorzugt, da damit die zu behandelnden Wandabschnitte lokal gut begrenzt werden können. Die Härte der Wandabschnitte wird dabei derart gesteigert, dass diese Abschnitte im Wesentlichen nicht mehr frei deformierbar sind. Vorzugsweise bleiben die Verformungsabschnitte nach Anspruch 4 unbehandelt, wodurch die Grundfestigkeit des Trägers nicht geschwächt wird. Dennoch wird in den unbehandelten Verformungsabschnitten der Faltenbeginn genau vorgegeben.

Bevorzugt werden entsprechend Anspruch 7 eckige Geometrien des Hohlprofilquerschnitts, da diese gegenüber kreisförmigen oder ovalen Querschnitten beim Verformen nicht zum Ineinanderschieben bzw. Ineinanderstülpen der Trägerwandung führen. Grundsätzlich lassen sich kreisförmige oder ovale Profile jedoch auch für den erfindungsgemäßen Träger verwenden.

Sind eckige Hohlprofilquerschnittsformen gemäß Anspruch 7 vorgesehen, werden die Längen der behandelten Wandabschnitte gemäß Anspruch 9 kürzer als die in Umfangsrichtung des eckigen Hohlprofilträgers gemessenen Flankenlängen ausgeführt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ausschnittweise eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs,

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Hohlprofilträgers,

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Hohlprofilträgers,

Fig. 4 den Hohlprofilträger der Fig. 3 nach einer Verformung durch Faltenbeulen und

Fig. 5 einen unbehandelten Hohlprofilträger zur Darstellung der natürlichen Faltenlänge.

Von einem Kraftfahrzeug 1, insbesondere Personenwagen, ist in Fig. 1 eine Karosserie 2 ersichtlich, die eine teilweise dargestellte Karosserietragstruktur 3 und eine Karosserieaußenhaut 4 umfasst. Die Tragstruktur 3 kann mehrere Hohlprofilträger 5 besitzen, die mit Knoten 6 entsprechend aneinander befestigt bzw. zusammengesetzt sind. Die Hohlprofilträger 5 können Seitenschweller 7, Längsträger 8 im Fahrzeugfront- und/oder -heckbereich, Querträger 9 und/oder Säulen 10 der Tragstruktur 3 bilden. Bevorzugt werden die Hohlprofilträger als Längsträger 8 eingesetzt, die bei einem Fahrzeugaufprall als Deformationselemente dienen.

Anhand der Fig. 2, 3 und 4 werden nachfolgend die Hohlprofilträger 5 in zwei Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Bei der ersten Ausführungsvariante gemäß Fig. 2 ist der Hohlprofilträger 5 aus geformten Blech-Schalenteilen 10 und 11 zusammengesetzt, die an abkragenden Flanschen 12 miteinander verbunden sind, beispielsweise durch Schweißen. Das zweite Ausführungsbeispiel eines Hohlprofilträgers 5 nach Fig. 3 bzw. 4 hingegen ist einstückig ausgebildet, beispielsweise als ein durch Innenhochdruck umgeformtes Blechteil.

Die in den Fig. 2 und 3 bzw. 4 gezeigten Hohlprofilträger 5 besitzen eine eckige Hohlprofilquerschnittsform QF, wobei der Hohlprofilträger 5 gemäß Fig. 2 eine sechseckige und der Hohlprofilträger 5 gemäß Fig. 3 eine viereckige Querschnittsgeometrie QF aufweisen. Somit besitzt die Hohlprofilträgerwand 13 Ecken bzw. in Längserstreckung LE verlaufende Kanten 14 und sich zwischen den Kanten 14 erstreckende Flanken 15. Selbstverständlich sind auch andere regelmäßige oder unregelmäßige Querschnittsformen, ggf. auch kreisförmige oder ovale, verwendbar.

Anhand von Fig. 5 wird beschrieben, wie sich ein unbehandelter Hohlprofilträger UHT verformt, wenn in Richtung seiner Längserstreckung eine Deformationskraft DK einwirkt, wobei die Falten und Faltlinien idealisiert sind. An einer Stelle beginnt sich eine erste Falte 18 in der Trägerwandung 13 auszubilden, wodurch sich der Träger UHT verkürzt und dabei Energie absorbiert. Bei weiterer Deformierung folgen der ersten Falte 18 weitere Falten 18, die in Längserstreckung hintereinander liegen. Die Falten 18 bilden sich in jeder Flanke 15 und Kante 14 aus, wobei Falten 18a mit nach innen und Flanken 18b mit nach außen gerichteter Wölbung entstehen, die in einer Flanke 15 abwechselnd auftreten. Gemäß Definition im Zuge dieser Anmeldung weist jede Falte 18 eine erste Faltlinie 19 auf. Mit Abstand davor bzw. dahinter verläuft dazu eine zweite Faltlinie 20, die zwei in einer Flanke 15 liegende benachbarte Falten 18 begrenzt. Jede Falte 18 umfasst demnach zwei Faltenabschnitte 21 und 22, die aneinander gereiht und durch die erste Faltlinie 19 begrenzt sind. Die Länge NL einer natürlichen Falte 18 ergibt sich mithin aus der in Längserstreckung LE gemessenen Länge eines Faltenabschnitts 21 oder 22 bzw. aus dem Abstand zweier aufeinander folgenden Faltlinien 19 und 20 einer Falte 18 in einer Flanke 15. Die Länge NL einer Falte 18 entspricht etwa der Länge KL der Flanke 15.

Der behandelte Hohlprofilträger 5 entsprechend den Ausführungsbeispielen (Fig. 2 und 3 bzw. 4) der Erfindung weist in seiner Längserstreckung LE gesehen hintereinander angeordnete, behandelte Wandabschnitte 16, insbesondere Trägerkanten, der Trägerwandung 13 auf, wobei zwischen zwei direkt aufeinander folgenden Wandabschnitten 16 ein Abstand AB vorliegt, so dass eine Zwischenfläche der Trägerwandung 13 besteht, welche Zwischenfläche einen Verformungsabschnitt 17 darstellt. In den Verformungsabschnitten 17 bilden sich die Faltlinien 19 und 20 aus, da der Wandabschnitt 16 gegenüber den unbehandelten Bereichen der Trägerwand 13 und insbesondere gegenüber den unbehandelten Verformungsabschnitten 17 eine wesentlich höhere Festigkeit aufweist, die durch lokal begrenzte Härtung der Trägerwand 13 in den Wandabschnitten 16 hergestellt wird. Die Härtung erfolgt mittels Wärmeeintrag beispielsweise durch fokussiertes Laserlicht. Die Länge LW jedes behandelten Wandabschnitts 16 ist so gewählt, dass beim Faltenbeulen (Fig. 4) des Hohlprofilträgers 5 eine Faltenlänge LF auftritt, die - in Abhängigkeit der jeweiligen Länge KL der Flanken 15 betrachtet - beim behandelten Träger 5 kürzer ist als die natürliche Faltenlänge NL beim unbehandelten Träger UHT. Zwischen zwei Faltlinien 19 und 20 und demgemäß in jedem Faltabschnitt 21 bzw. 22 liegt ein behandelter Wandabschnitt 16.

Die Länge LW jedes behandelten Wandabschnitts 16 ist größer als die Länge LV jedes Verformungsabschnitts 17 oder auch umgekehrt. Die Länge LV des Verformungsabschnitts 17 beträgt bis zu 2/3 der natürlichen Faltenlänge NL. Die Längen LW, NL, LV und LF sind in Längserstreckungsrichtung LE des Trägers gemessen, wohingegen die Länge LL der Flanken 15 in Umfangsrichtung UR des Trägers bestimmt ist.

Die verkürzte Faltenlänge LF und damit etwa die Länge LW des behandelten Wandabschnitts 16 einer Falte 18 beträgt im gezeigten Ausführungsbeispiel etwa 2/3 der natürlichen Faltenlänge NL des unbehandelten Hohlprofilträgers UHT mit gleicher Flankenlänge KL und damit auch etwa 2/3 der Flankenlänge KL. Die Länge LW kann ggf. auch weniger als 2/3 der Faltenlänge NL betragen. Um ein gleichmäßiges Faltenbeulen des Hohlprofilträgers 5 zu erreichen, sind vorzugsweise sämtliche Wandabschnitte 16 mit derselben Länge LW ausgeführt. Die behandelten Wandabschnitte 16 können eine beliebige Kontur aufweisen, wobei in den gezeigten Ausführungsbeispielen eckige (Fig. 2) und ovale Konturen (Fig. 3) vorgesehen sind. Vorzugsweise werden die Wandabschnitte 16 ausschließlich im Bereich der Kanten 14 örtlich begrenzt behandelt. Die Flanken 15 der Trägerwandung 13 sind im Wesentlichen unbehandelt. Um das in Fig. 4 dargestellte Faltenbeulen in Umfangsrichtung UR gleichmäßig einzuleiten, sind in Umfangsrichtung UR mit Abstand zueinander gesehen behandelte Wandabschnitte 16 vorgesehen, vorzugsweise - wie vorher erwähnt - in den Kanten 14, so dass mehrere auf einer Umfangslinie liegende Wandabschnitte 16 einer Falte 18 zugeordnet sind. Es könnten jedoch in Umfangsrichtung UR verlaufende Wandabschnitte 16 als durchgängige Streifen ausgebildet sein. Beim durch Faltenbeulen deformierten Träger 5 (Fig. 4) liegen die erste und zweite Faltlinie 19 und 20 in jeweils einem Verformungsabschnitt 17, wobei jeder Verformungsabschnitt 17 kürzer als die Länge LW des Wandabschnitts 16 ist. Die Länge LV der Verformungsabschnitte 17 ist somit geringer als eine Faltenlänge FL, so dass sich keine vollständigen Falten 18 in den Verformungsabschnitt 17 ausbilden können.

Claims (10)

1. Hohlprofilträger einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs, der die Merkmale umfasst:

• - in Richtung seiner Längserstreckung (LE) sind hintereinander mit Abstand (AB) zueinander in der Trägerwandung (13) liegende, behandelte Wandabschnitte (16) ausgebildet,
• - zwischen zwei behandelten Wandabschnitten (16) liegt ein Verformungsabschnitt (17) der Trägerwandung (13),
• - die behandelten Wandabschnitte (16) besitzen eine höhere Festigkeit als die Verformungsabschnitte (17), und
• - bei Einwirkung einer Deformationskraft (DK) in Richtung seiner Längserstreckung (LE) wird der Hohlprofilträger (5) durch das Faltenbeulen verformt, so dass sich Falten hintereinander in der Trägerwandung (13) ausbilden, wobei eine Falte (18) wenigstens eine erste Faltlinie (19) aufweist und zwei benachbart hintereinander liegende Falten (18) in einer zweiten Faltlinie (20) aneinander grenzen,

und dadurch gekennzeichnet ist,

• - dass die Länge (LW) jedes behandelten Wandabschnitts (16) kürzer als der Abstand zweier hintereinander ausbildbaren Faltenlinien (19, 20) eines durch natürlichen Faltenbeulen verformten, unbehandelten Hohlprofilträgers (UHT) ist,
• - dass die Faltlinien (19, 20) in den Verformungsabschnitten (17) liegen und
• - dass die Länge (LV) der Verformungsabschnitte (17) geringer als die Länge (LW) der Wandabschnitte (16) ist.

2. Hohlprofilträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (LW) eines behandelten Wandabschnitts (16) bis zu 2/3 der natürlichen Faltenlänge (NL) beträgt.

3. Hohlprofilträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die behandelten Wandabschnitte (16) zur Erhöhung der Festigkeit durch Wärmeeintrag in die Trägerwandung (13) gehärtet sind.

4. Hohlprofilträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verformungsabschnitt (17) ein unbehandelter Abschnitt der Trägerwandung (13) ist.

5. Hohlprofilträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche behandelten Wandabschnitte (16) dieselbe Länge (LW) aufweisen.

6. Hohlprofilträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - in Umfangsrichtung (UR) des Hohlprofilträgers (5) gesehen - mehrere Wandabschnitte (16) mit Abstand (AB) zueinander liegen, die zur Festigkeitserhöhung behandelt sind.

7. Hohlprofilträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlprofilquerschnittsform (QF) eckig ist.

8. Hohlprofilträger nach Anspruch 1, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die behandelten Wandabschnitte (16) ausschließlich in den Kanten (14) des Hohlprofilträgers (5) liegen.

9. Hohlprofilträger nach Anspruch 1, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die behandelten Wandabschnitte (16) in den Kanten (14) und Flanken (15) des Hohlprofilträgers (5) liegen.

10. Hohlprofilträger nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (LW) jedes behandelten Wandabschnitts (16) kürzer als die in Umfangsrichtung (UR) des eckigen Hohlprofilträgers (5) gemessene Flankenlänge (KI) ist.