DE10301464A1

DE10301464A1 - Verfahren zur Herstellung eines Bauelements und durch dieses Verfahren hergestellte Element

Info

Publication number: DE10301464A1
Application number: DE10301464A
Authority: DE
Inventors: Tore Tryland
Original assignee: Norsk Hydro ASA
Current assignee: Norsk Hydro ASA
Priority date: 2002-01-16
Filing date: 2003-01-16
Publication date: 2003-07-24
Also published as: US20030131645A1; NO20020234D0; FR2834922A1; NO20020234L; US6964096B2; FR2834922B1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Bauelements mit einem Körperabschnitt (4) und zumindest einem Flansch-Abschlussabschnitt, welches Verfahren die Schritte beinhaltet, ein Profil zu extrudieren und eine oder mehrere längs verlaufende Trennausnehmungen in einem Ende des Profils herzustellen, um zumindest einen faltartig verformbaren Abschnitt zu erhalten. Der Abschnitt wird faltartig in eine Position verformt, durch die sich der Flansch-Abschlussabschnitt ergibt. DOLLAR A Bauelement mit einem Körperabschnitt und zumindest einem Flansch-Abschlussabschnitt, welches Bauelement ein Extrusionsprofil mit einer oder mehreren längs verlaufenden Trennausnehmungen in einem Ende des Profils aufweist und bei dem zumindest ein faltartig verformbarer Abschnitt in eine Position verformt ist, durch die sich ein Flansch-Abschlussabschnitt ergibt.

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelements, insbesondere eines Elements eines Fahrzeugaufbaus, das zur Absorption von Kollisionsenergie und -kräften bei direkten oder indirekten Kollisionsstößen dient. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein durch das Verfahren hergestelltes Element.

Zum Schutz von Personen in motorisierten Fahrzeugen gegen Verletzungen infolge von Zusammenstößen des Motorfahrzeugs mit einem Objekt oder mit einem anderen Motorfahrzeug werden üblicherweise Stoßabsorptionselemente zwischen der Stoßstange des Fahrzeugs und dem Fahrzeugfahrgestell oder -rahmen vorgesehen.

Bei einem Unfall mit einem Zusammenstoß wird allgemein angestrebt und als vorteilhaft angesehen, dass das Fahrzeug während des gesamten Kollisionsvorgangs seine Geschwindigkeit verringert, um die Gefahr für Personen innerhalb des Fahrzeugs zu minimieren. In anderen Worten: Der Vorgang der Stoßabsorption sollte über den gesamten Kollisionsvorgang im Wesentlichen kontinuierlich verlaufen. Dies bedeutet, dass der Verformungswiderstand vom Beginn der Kollision an so hoch wie möglich sein sollte, so dass vom Einsetzen der Kollision an eine möglichst große Verformungsarbeit benötigt wird.

Dies bedeutet wiederum, dass der Kraft der Kollision eine im Wesentlichen konstante Widerstandskraft entgegengesetzt werden sollte, und das zwischen die Stoßstange und das Fahrgestell zwischengesetzte Stoßabsorptionselement erfüllt diese Funktion zum Teil. Es gibt verschiedene Stoßstangenhalterungen, die, zum Teil infolge ihrer Verformungsarbeit, zur Aufrechterhaltung einer konstanten Kraft dienen.

Konventionelle Stoßabsorptionselemente, z. B. "Crash-Boxen" (Zusammenprall-Kästen), können aus verschiedenen Materialien und Formen und nach einer Anzahl verschiedener Konstruktionsmodelle hergestellt werden. Aufgrund ihres geringen Gewichts, ihrer hohen Duktilität und Verformbarkeit sind Leichtmetalle wie Aluminium geeignete Materialien bei der Konstruktion von Stoßabsorptionselementen für Fahrzeuge.

Stoßabsorptionselemente können extrudierte Teile aufweisen. Ihre Produktion kann ein komplizierter Vorgang sein. Die WO 98/14285 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Bauelementen, etwa Crash-Boxen. Ausgehend von einem vorextrudierten Metallrohling oder -profil wird ein Verfahren zum Schneiden und Biegen des Rohlings zu einem Kollisionsstoßabsorptionselement beschrieben.

Der in der Veröffentlichung beschriebene Rohling besteht aus einem die Abschlussplatte bildenden Kragen und einem oder mehreren Beinabschnitten. Die Beinabschnitte sind teilweise von der Abschlussplatte frei geschnitten und bilden daher freie Flächen. Diese freien Flächen werden dann gebogen, um einen hohlen Kasten (Box) zu bilden. Die Kanten der gebogenen Flächen treffen sich und können danach aneinander befestigt werden.

Mit diesem Verfahren ist es möglich, die Wanddicke in der Crash-Box längs einzustellen, jedoch sind die Möglichkeiten des Einbaus von Rippen oder anderer Variationen des Querschnitts der Box durch die Extrusionsrichtung und die Tatsache begrenzt, dass die Beinabschnitte gebogen werden müssen, um das fertige Bauelement zu bilden. Ferner ist die Länge der Beinabschnitte begrenzt durch die Größe des Extrusionswerkzeugs, was die Länge der Crash-Box begrenzt.

Ferner kann es Begrenzungen der Energieabsorptionsfähigkeit der Crash-Box geben, weil die Belastungen durch den Boxabschnitt senkrecht zu der Abschlussplatte gelenkt werden. Dies kann zu hohen Belastungskonzentrationen in dem Kontaktbereich zwischen dem Boxabschnitt und der Abschlussplatte führen, was zu einem unerwünschten Verformungsverhalten in der Übergangszone zwischen der Crash-Box und dem Fahrzeugrahmen führen kann.

Die DE 197 51 513 A1 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines Stoßabsorptionselements aus einem längsgeschweißten Hohlprofil. Eine Crash-Box nach diesem Verfahren weist die gleichen Begrenzungen in der Belastungsführung auf wie gemäß der beschriebenen Veröffentlichung.

Eine Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein flexibleres Verfahren zur Herstellung eines Bauelements, z. B. einer als Stoßabsorptionselement ausgebildeten Crash-Box, anzugeben. Das Verfahren ermöglicht eine Veränderung der Länge des Elements und den Einbau z. B. von zusätzlichen Innenwänden, Rippen oder Flanschen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Stoßabsorptionselement mit verbesserten Eigenschaften bezüglich der Belastungsführung durch das Stoßabsorptionselement und weiterhin in das Fahrzeug anzugeben.

Hierzu wird ein mit Längsflanschen versehener Metallrohling parallel zu der Achse der Länge der aus dem Metallrohling herzustellenden Box extrudiert. Ein vorberechneter Teil jedes der Längsflansche wird von dem Hauptkörper frei geschnitten und in eine gewünschte Form gebogen, um teilweise die Abschlussplatte zu bilden. Die Längsflansche können eine erhöhte Wandstärke zur Herstellung einer starken Übergangszone zwischen dem Crash-Box-Körper und dem Fahrzeugrahmen aufweisen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Beispielen und Zeichnungen beschrieben, wobei
Fig. 1 einen extrudierten Metallrohling zeigt;
Fig. 2 den Metallrohling nach einem ersten Schneidevorgang zeigt;
Fig. 3 den Metallrohling zeigt, wobei die Seitenwände freigeschnitten und Teile der Innenwände entfernt sind;
Fig. 4 den Metallrohling mit in ihre Endposition gebogenen Abschlussplatten und Befestigungsflanschen zeigt;
Fig. 5 den Metallrohling gemäß Fig. 4 mit Befestigungslöchern zeigt;
Fig. 6 den als erstes Ausführungsbeispiel für eine Crash-Box mit Endplatten und Befestigungsflanschen in ihrer Endposition ausgebildeten Metallrohling zeigt;
Fig. 7 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Crash-Box zeigt;
Fig. 8 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Crash-Box zeigt;
Fig. 9 ein viertes Ausführungsbeispiel einer Crash-Box zeigt.
Der Metallrohling 1 in Fig. 1 ist ein extrudiertes Profillängenstück. Der Metallrohling dieses Beispiel ist als Hohlprofil mit vier Längsflanschen geformt. Die Länge des Extrusionsprofils ist durch die Größe der Extrusionstablette (billet) vorgegeben und ist größer als zur Herstellung einer Crash-Box erforderlich. Das Extrusionsprofil wird daher in die zur Herstellung der fertigen Crash-Box erforderlichen Längen geschnitten.
Die Formen der Seitenwände 2, 2' und der Hauptwände 3, 3' bestimmen den Querschnitt des Körperabschnitts 4 entlang der Achse L der in Fig. 6 gezeigten fertigen Crash-Box. Wenn gewünscht, ist es möglich, zusätzliche Rippen oder andere Modifikationen des Querschnitts des Metallrohlings 1 bei dem Extrusionsprozess zu bilden. Solche Modifikationen des Querschnitts des Profils verlaufen normalerweise parallel zu der Extrusionsrichtung und daher zu der Achse L-L. Die Höhe der Hauptwände 3, 3', Hm, bestimmt die Breite der fertigen Abschlussplatte. Der Abstand D zwischen den beiden Hauptwänden 3, 3' und die Höhe zwischen den beiden Seitenwänden 2, 2', Hs, bestimmen das Volumen des Körperabschnitts 4 der Crash-Box. Dies ist auch in den Fig. 5 und 6 gezeigt.
Nach einem ersten Schneidevorgang hat der Metallrohling die in Fig. 2 gezeigte Form. Die Längsflansche 5, 5' an dem Metallrohling sind längsweise geschnitten, wobei ein vorberechneter Teil der Hauptwände 3, 3' entlang den Seitenwänden 2, 2' stehen gelassen wird. Die Flansche 5, 5' dienen zur Verstärkung der Crash-Box und bringen diese zu einer möglichst nahe zu einem vorbestimmten Verlauf ablaufenden Verformung.
Zur Herstellung der Abschlussfläche können später in dem Prozess Löcher angebracht werden, beispielsweise zur Befestigung der fertigen Crash-Box und für andere Bearbeitungsvorgänge. Dies ist erforderlich, um die fertige Crash-Box in ihre Umgebung in einem Fahrzeug einzupassen. Diese Löcher und Ausschnitte können die Konstruktion schwächen und dadurch ihre Stabilität und ihre Verformungsfähigkeit in einer kontrollierten Weise reduzieren. Daher sind die Flansche um die kritischen Zonen der Seitenwände 2, 2' ausgedehnt und bilden Überstände 6, 6'. Die Überstände 6, 6' stabilisieren die Abschlussfläche der Crash-Box. An dem entgegengesetzten Ende des Metallrohlings 1 werden die Abschnitte 7, 7' auf ihrer ursprünglichen Breite belassen. Die Abschnitte 7, 7' bilden später im Prozess den Flansch-Abschlussabschnitt 22 der Crash-Box.
In Fig. 3 wird gezeigt, wie in dem Metallrohling Trennausnehmungen bzw. Trennschnitte 8 vorgenommen werden, die die Abschnitte 7, 7' in einer freien Position belassen. Die Trennausnehmungen bzw. Trennschnitte 8 ermöglichen ein Verbiegen der beiden Abschnitte 7, 7' in die beiden Hälften, die die in Fig. 4 gezeigten Abschlussplatten 10, 10' bilden werden. Teile der Innenwände 2, 2' könnten diesen Formvorgang behindern. Diese Teile werden weggeschnitten, wobei Freiraum für die Herstellung des Flansch-Abschlussabschnitts 22 geschaffen wird.
Die ersten Schritte des Biegevorgangs sind in Fig. 4 gezeigt. Ein Teil der rückwärtigen Struktur der Crash-Box ist weggeschnitten, um die Flügel 12, 12' (Fig. 3) zu befreien, wonach eine Kante 11 an jeder Seite der Crash-Box gebildet wird.
Die Abschnitte 7, 7' (Fig. 3) des Metallrohlings 1 werden nach außen und dann senkrecht zu der Längsachse L des Metallrohlings gebogen, wodurch ein Flansch- Abschlussabschnitt 22 gebildet wird. Die Abschnitte 7, 7' bilden dadurch zusätzliche Überstände 9, 9'. Dies lässt die Zusammenstoßkräfte von den Hauptwänden 3, 3' durch die Abschlussplatten 10, 10' und weiter in die Fahrzeugstruktur laufen. Wenn Kräfte durch die Abschlussplatten anstelle von senkrecht zu ihnen geführt werden, erhöht sich die Energieabsorptionsfähigkeit. Die den Flansch-Abschlussabschnitt 22 bildenden Abschlussplatten 10, 10' bleiben stabil, und die Verformung konzentriert sich in dem Crash-Box-Körper. Die Seitenwände 2, 2' können in fester Anlage an der Rückseite der Abschlussplatten liegen oder alternativ dazu in einer einen Zwischenraum zwischen ihrer Enden und den Abschlussplatten lassenden Weise enden.
In Fig. 5 sind Plattenlöcher 13, 13' und Befestigungslöcher 14 gezeigt. Diese sind dazu vorgesehen, die Crash-Box in ihrer Umgebung befestigen zu können. Die Kante 11 ist in ihre endgültige Position ausgebogen. Während des Formvorgangs werden auch die Abschlussplatten 10, 10' in Position gebogen, es kann jedoch eine Einstellung für eine dichte Verbindung zwischen der ersten Abschlussplatte 10 und der zweiten Abschlussplatte 10' erforderlich sein. Der letzte Prozessschritt besteht also darin, die Abschlussplatten in ihre endgültige Position zu bringen und die Kante 11 in die richtige Form zu bringen.
Fig. 6 zeigt die Crash-Box, wie sie nach den Formvorgängen aussehen kann. Optional können die die Abschlussplatten 10, 10' bildenden Abschnitte 7, 7' (Fig. 3) entlang der Kontaktlinie 16 zusammengeschweißt werden, wodurch der Flansch- Abschlussabschnitt 22 gebildet wird. Die Löcher ermöglichen eine Befestigung der Crash-Box in ihrer Umgebungsstruktur.
Fig. 7 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Statt die Rückseite der Hauptwände 3, 3' für die Herstellung der Überstände (6, 6' in Fig. 2) wegzuschneiden, sind rückseitige Flansche 17, 17' ohne aufwendige Bearbeitungsvorgänge in den Seitenwänden 2, 2' und Hauptwänden 3, 3' gebildet. Die oberen und unteren freien Teile der Hauptwände sind so gebogen, dass sie rückseitige Flansche 17, 17' bilden. An den rückseitigen Flanschen können Löcher 18, 18' angebracht werden, um die Befestigung der Crash-Box zu erleichtern. Die rückseitigen Flansche 17, 17' erleichtern die Befestigung der Crash-Box an einem Querelement in einer Fahrzeugstruktur.
Fig. 8 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie sich aus den Figuren ergibt, wird in dem Extrusionsprozess eine zusätzliche Innenwand 19 gebildet. Bei einem ersten Schneidevorgang werden die Hauptwände 83, 83' und die Seitenwände 82, 82' an dem Vorder- und dem Rückteil des Metallrohlings frei geschnitten, wobei freie Abschnitte 87, 87' 87", 87''' an beiden Enden des Metallrohlings stehen gelassen werden. Der von dem vorderen Bereich des Crash-Box-Körpers aus überstehende Teil der Innenwand 19 wird weggeschnitten. Die Abschnitte 87, 87' werden nach außen gebogen, um zwei separate Abschlussplatten zu formen. Die Abschlussplatten der Seitenwände 82, 82' werden nach außen gebogen, um zu den Abschnitten 87, 87' parallele Innenplatten 20, 20' zu formen. Die Innenplatten 20, 20' können an die Hauptwände geschweißt werden. Die gebogenen Abschnitte 87, 87' und die Innenplatten 20, 20' bilden gemeinsam einen Flansch-Abschlussabschnitt 88.
Die rückwärtigen Abschnitte 87", 87''' werden senkrecht zu der Längsachse der Crash-Box nach außen gebogen, um zu den durch die Abschnitte 87, 87' gebildeten vorderen Abschlussplatten parallele separate Abschlussplatten zu formen. Die rückwärtigen freien Teile der Seitenwände 82, 82' werden unbearbeitet gelassen. In der Struktur werden Löcher dort vorgesehen, wo dies gewünscht ist. Optional kann in den Flanschen bei dem Schneidevorgang eine Auswölbung 21 gebildet werden, die Material für zusätzliche Löcher für Befestigungszwecke bietet.
Fig. 9 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Ein ähnlicher Schneidevorgang wie der für das dritte Ausführungsbeispiel aus Fig. 8 wird durchgeführt. Wenn es Innenwände gibt, werden überstehende Teile dieser weggeschnitten. Danach werden die Abschnitte 87, 87', 87", 87''' nach außen gebogen. Die freien vorderen Teile der Seitenwände 82, 82' werden nach innen gebogen, um einen Teil der Abschlussplatte der fertigen Crash-Box zu bilden. Die freien rückwärtigen Teile der Seitenwände 82, 82' werden in der gleichen Weise nach innen gebogen (nicht gezeigt) oder können weggeschnitten werden, wenn dies als sinnvoller erachtet wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann innerhalb des Gegenstands der Erfindung auch zur Herstellung anderer Ausführungsformen des Bauelements verwendet werden. Durch Herstellung des Bauelements aus einem die Längsachse des Bauelements festlegenden Werkstück ergeben sich bei der Formung des Querschnitts und der Abschlussteile des Bauelements viele Freiheiten. Das Verfahren verbessert ferner die Möglichkeit zur Steuerung der Führung der Belastung durch das Extrusionselement.
Das Herstellungsverfahren ermöglicht ferner, die Länge des Bauelements zu verändern. Bei einer Verwendung als Crash-Box ermöglicht dies die Einstellung der Größe des vorderen Bereichs eines Fahrzeugs durch Ausdehnen der Crash-Boxen. Das Herstellungsverfahren ermöglicht dadurch die Verwendung stärker standardisierter Teile in verschiedenen Fahrzeugmodellen. Die Einstellung der Länge der Crash- Boxen verursacht bei dem beschriebenen Verfahren keinerlei Produktionsprobleme.
Ein weiterer Vorteil des Herstellungsverfahren ist die Möglichkeit zur Herstellung von zusätzlichen Rippen, Seitenwänden und Flanschen in Längsrichtung des Bauelements, etwa bei einem Crash-Box-Körper. Dies gibt dem Crash-Box-Konstrukteur bei der Formgebung der endgültigen Form der Crash-Box viele Freiheiten.
Da das Bauelement aus einem einzigen Metallrohling hergestellt werden kann, verringern sich die Produktionskosten. Die Schneide- und Biegevorgänge können vollautomatisch durchgeführt werden. Dies ermöglicht eine effektive und daher kostengünstige Produktion.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Bauelements mit einem Körperabschnitt (4) und zumindest einem Flansch-Abschlussabschnitt (22), welches Verfahren die Schritte beinhaltet, ein Profil zu extrudieren und einen oder mehrere längs verlaufende Trennausnehmungen (8) in einem Ende des Profils herzustellen, um zumindest einen faltartig verformbaren Abschnitt (7) zu erhalten, wobei dieser zumindest eine Abschnitt (7) faltartig in eine Position verformt wird, durch die sich der Flansch-Abschlussabschnitt (22) ergibt, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil mit einem oder mehreren Längsflanschen (5, 5') versehen ist, wobei ein Abschnitt der Flansche zusammen mit einem Abschnitt einer entsprechenden Wand (2, 2', 3, 3') zu dem Abschlussabschnitt (22) verarbeitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das extrudierte Profil auf eine für die Länge des fertigen Bauelements erforderliche vorberechnete Länge geschnitten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die fertige geometrische Form des Körperabschnitts (4) des Bauelements überschüssiges Material des Profils vor der Herstellung der Trennausnehmungen entfernt wird.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das faltartige Verformen nach der Herstellung der Trennausnehmungen vorbereitet wird durch Entfernen von hinderndem Material.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernen durch Wegschneiden erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernen durch Biegen erfolgt.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine verformbare Abschnitt (7) durch Schweißen in einer Position festgelegt wird.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zwei faltartig verformbare Abschnitte (7, 7'), wobei die Abschnitte faltartig in eine Position verformt werden, durch die der Flansch-Abschlussabschnitt (22) erhalten wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die verformbaren Abschnitte (7, 7') aneinander durch Schweißen befestigt werden.

10. Bauelement mit einem Körperabschnitt (4) und zumindest einem Flansch- Abschlussabschnitt (22), welches Bauelement ein extrudiertes Profil mit einer oder mehreren längs verlaufenden Trennausnehmungen (8) in einem Ende des Profils aufweist, wodurch zumindest ein faltartig verformbarer Abschnitt (7) gebildet ist, welcher faltartig verformbare Abschnitt (7) faltartig in eine Position verformt ist, durch die der Flansch-Abschlussabschnitt (22) gegeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil mit zumindest einem Längsflansch (5, 5') versehen ist, der eine Verlängerung einer entsprechenden Wand (2, 2', 3, 3') bildet, wodurch der faltartig verformbare Abschnitt (7) ein Abschlussteil des Flansches und der Wand aufweist.

11. Bauelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das extrudierte Profil zu einer für die Länge des fertigen Bauelements erforderlichen vorberechneten Länge geschnitten ist.

12. Bauelement nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass für die fertige geometrische Form des Körperabschnitts (4) überschüssiges Material entfernt ist.

13. Bauelement nach einem der Ansprüche 10 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein verformbarer Abschnitt (7) an dem Körperabschnitt (4) angeschweißt ist.

14. Bauelement nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch-Abschlussabschnitt (22) aus zumindest zwei verformbaren Abschnitten (7, 7') besteht, die in eine geeignete Position faltartig verformt sind.

15. Bauelement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die verformbaren Abschnitte (7, 7') aneinander durch Schweißen befestigt sind.

16. Bauelement nach einem der Ansprüche 10 bis 15 dadurch gekennzeichnet, dass beide Abschlussteile des Körperabschnitts (4) in ihrer fertige Form verarbeitet sind.

17. Bauelement nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung der Extrusion des Extrusionsprofils die gleiche wie die Längsrichtung des verarbeiteten Bauelements ist.