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Die
Erfindung betrifft eine dünnwandige Formschale
einer Fahrzeugkarosserie der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten
Art.
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In
der nachveröffentlichten
DE 102 15 911 A1 ist
eine derartige Formschale als Rückwand
einer Kraftwagenkarosserie aus Blech offenbart, die eine Wölbstruktur
mit einer Vielzahl von gleich ausgebildeten Versteifungsbeulen aufweist,
wobei die Beulen in der Form eines regelmäßigen hexagonalen Gitters angeordnet
sind. Die Wölbstruktur
erstreckt sich über nahezu
den gesamten Flächenbereich
der Rückwand,
wobei lediglich ein schmaler umlaufender Randstreifen und eine mittlere
Befestigungszone ausgespart sind. Die nahe dem Außenumfang
der Rückwand
angeordneten Beulen bilden dabei jeweils eine gemeinsame Nahtlinie
mit dem umlaufenden ebenen Randstreifen.
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Bei
der Herstellung der bekannten Rückwand
wird zunächst
in einem Walzverfahren aus einem ebenen Blech ein wölbstrukturiertes
Rohblech erzeugt, aus welchem dann in einem Prägeverfahren die Rückwand ausgeformt
wird. In diesem Prägeverfahren
werden der umlaufende Randstreifen und die mittlere Befestigungszone
der Rückwand
wieder geglättet,
wodurch sich die Rückwand
in diesen Bereichen durch übliche
Fügeverfahren
an Anschlussbauteilen der Karosserie befestigen lässt.
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Die
Herstellung der bekannten Formschale durch Hintereinanderschaltung
von zwei unterschiedlichen Fertigungsverfahren ist sehr aufwändig. Da
im Prägeverfahren
die Umformung des Rohblechs durch die Wölbstrukturierung behindert
wird, lassen sich nur Formschalen mit verhältnismäßig einfacher Kontur erzeugen.
Die Versteifungsbeulen bilden dabei ein regelmäßiges, symmetrisches Muster. Da
jedoch die hochfrequenten Biegeeigenformen der Formschale in der
Regel ebenfalls eine regelmäßige, symmetrische
Form aufweisen, kann das Beulenmuster bezüglich des hochfrequenten Schallabstrahlverhaltens
der Formschale nachteilig sein.
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Des
Weiteren ist aus der
DE
101 40 475 A1 eine als Blechteil ausgeführte dünnwandige Formschale eines
Karosseriebodens bekannt, die mehrere topfförmige Versteifungsmulden aufweist
und an den Muldenböden
mit einem zweiten Blechteil verschweißt ist. Die beiden Blechteile
bilden insgesamt ein plattenförmiges
Bauteil, das im Bereich der vorderen und der hinteren Fahrzeugsitze
am Karosserieboden befestigt ist. Die bekannte Formschale weist
jedoch kein Biegefeld mit einem im wesentlichen geraden Randabschnitt
auf.
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Schließlich ist
aus dem Serienfahrzeugbau ein als dünnwandige Formschale ausgebildeter
Karosserieboden, z. B. von Mercedes-Benz-Kraftwagen, bekannt. Der bekannte
Karosserieboden ist als tiefgezogenes Blechteil aus Stahlblech hergestellt, weist
einen etwa rechteckförmigen
Umfang auf und ist umlaufend über
Punkschweißverbindungen
an Längs-
und Querträgern
der Karosserie befestigt. In seinem mittleren Flächenbereich weist der Karosserieboden
mehrere weitgehend ebene Blechfelder auf, die jeweils durch Befestigungsflansche
und abgewinkelte Bereiche des Karosseriebodens begrenzt sind und
somit fast ausschließlich
gerade Randabschnitte aufweisen. Diese Blechfelder bilden jeweils
ein Biegefeld, welches durch die im Fahrbetrieb auftretenden dynamischen
Beanspruchungen zu Biegeschwingungen angeregt werden kann. Infolge
dieser Biegeschwingungen können
sich für
die Fahrzeuginsassen spürbare
Vibrationen ausbilden und außerdem
die im Fahrzeuginnenraum befindliche Luft zu Druckschwingungen angeregt
werden, wobei Dröhngeräusche ent stehen,
die eine erhebliche Komfortbeeinträchtigung darstellen können.
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Zur
Reduzierung der Biegeschwingungen sind einige Biegefelder des bekannten
Karosseriebodens jeweils mit einer Bombierung versehen. Die Bombierung
bildet dabei eine gewölbte
Versteifungsmulde, die etwa wie ein Randabschnitt einer Kugeloberfläche geformt
ist und einen großen
Flächenbereich
des Biegefeldes einnimmt. Eine derartig geformte Versteifungsmulde
ist hinsichtlich ihrer versteifenden Wirkung besonders günstig.
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Allerdings
verbleiben zwischen dem kreisförmigen
Umfang der Versteifungsmulde und den geraden Randabschnitten des
Biegefeldes stets ebene Flächenbereiche,
die hinsichtlich der Biegesteifigkeit des Biegefeldes Schwachstellen
bilden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine dünnwandige
Formschale einer Fahrzeugkarosserie der im Oberbegriff des Anspruchs
1 genannten Art dahingehend zu verbessern, dass unter Beibehaltung
einer hohen Biegesteifigkeit der Formschale insbesondere bei hochfrequenter
Schwingungsanregung ein besonders günstiges Schallabstrahlverhalten
der Formschale ermöglicht
ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Weitere
die Erfindung in vorteilhafter Weise ausgestaltende Merkmale enthalten
die Unteransprüche.
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Der
mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht darin, dass sich bei
einer hochfrequenten Schwingungsanregung ein besonders günstiges
Schallabstrahlverhalten des Biegefeldes der Formschale ergibt, da
die Versteifungsmulden insgesamt ein unregelmäßiges Muster bilden.
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Da
mindestens eine der Versteifungsmulden in einem Umfangsabschnitt
mit dem geraden Randabschnitt des Biegefeldes eine gemeinsame Nahtlinie
bildet, sind ferner die ebenen Flächenbereiche des Biegefeldes
zwischen dem Umfang der Versteifungsmulde und dem Rand des Biegefeldes
reduziert, die hinsichtlich der Biegesteifigkeit des Biegefeldes
Schwachstellen bilden.
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Zur
Reduzierung von ebenen Zwischenflächen zwischen den Versteifungsmulden
der Formschale können
benachbarte Versteifungsmulden in einem Umfangsabschnitt eine gemeinsame
Nahtlinie bilden. Um zumindest in einem Flächenbereich des Biegefeldes
ebene Zwischenflächen
zwischen einander benachbarten Versteifungsmulden vollständig zu vermeiden,
können
die von den jeweils benachbarten Versteifungsmulden gebildeten Nahtlinien
in dem Flächenbereich
ein zusammenhängendes
Liniennetz bilden.
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Zur
Erzielung einer besonders hohen Steifigkeit und Festigkeit des Biegefeldes
kann die Versteifungsmulde wie ein Abschnitt einer Kugeloberfläche geformt
sein.
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Um
unter Beibehaltung einer hohen Biegesteifigkeit des Biegefeldes
im Bereich der Versteifungsmulde eine weitgehend ebene Auflagefläche, z. B.
zur Befestigung eines Anbauteils, zu schaffen, kann die Versteifungsmulde
einen weitgehend ebenen Muldenboden und eine gewölbte Muldenwand aufweisen,
die wie ein Abschnitt einer Kugeloberfläche geformt ist.
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Um
unter Beibehaltung einer hohen Biegesteifigkeit des Biegefeldes
eine Versteifungsmulde mit besonders niedriger Bauhöhe zu ermöglichen, kann
die Versteifungsmulde eine gewölbte
Muldenwand umfassen, die wie ein Abschnitt einer Kugeloberfläche geformt
ist, wobei der Muldenboden eine entgegengesetzte Wölbung aufweist.
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Die
Formschale samt der Versteifungsmulde kann besonders einfach und
kostengünstig
ein tiefgezogenes Blechteil sein. Dabei kann die Formschale ein
Blechteil oder zumindest ein Flächenbereich
eines Blechteils der Fahrzeugkarosserie sein.
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand einer zeichnerischen Darstellung näher erläutert.
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In
der Darstellung zeigen:
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1 einen
Karosserieboden eines Kraftwagens mit einer angrenzenden Karosserieseitenwand in
einer perspektivischen Ansicht von schräg oben,
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2 einen
Ausschnitt A des Karosseriebodens gemäß 1 in einer
Draufsicht,
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3 einen
Schnitt durch mehrere Versteifungsmulden des Karosserieboden gemäß der Linie III-III
in 2,
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4 eine
alternative Ausgestaltung einer Versteifungsmulde in einer Schnittdarstellung
und
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5 eine
weitere alternative Ausgestaltung einer Versteifungsmulde ebenfalls
in einer Schnittdarstellung.
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In 1 ist
von einer Karosserie eines Kraftwagens nur ein rechter seitlicher
Bereich eines Karosseriebodens 1 und ein angrenzender Bereich
einer rechten Karosserieseitenwand 2 mit einem seitlichen
Türausschnitt 3 dargestellt.
Die Karosserie ist in üblicher
Bauweise aus tiefgezogenen Blechteilen hergestellt, welche durch
Punktschweißen
miteinander verbunden sind.
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Der
weitgehend spiegelsymmetrisch um die Mittel-Längsachse des Kraftwagens aufgebaute
Karosserieboden 1 weist einen etwa rechteckförmigen Umfang
auf und ist an seinen umfangsnahen Randbereichen umlaufend über Punkschweißungen mit angrenzenden
Karosserieteilen verbunden. Dabei ist Karosserieboden 1 an
einem vorderen Schweißflansch 4 mit
einer Stirnwand 5 der Karosserie verschweißt, während ein
nicht gezeigter hinterer Schweißflansch
des Karosseriebodens 1 mit einem ebenfalls nicht dargestellten
Fondsitzquerträger
der Karosserie verschweißt
ist. An seinem im wesentlichen gerade verlaufenden, seitlichen Rand
weist der Karosserieboden 1 einen nach oben abgewinkelten, seitlichen
Schweißflansch
auf, der über
Punktschweißverbindungen
mit einem Türschweller 6 der Karosserieseitenwand 2 verschweißt ist.
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Der
Karosserieboden 1 ist als tiefgezogenes Formteil aus Stahlblech
hergestellt und bildet einen in Längsrichtung verlaufenden Mitteltunnel 7.
Zwischen dem Mitteltunnel 7 und dem Türschweller 6 sind
ein vorderer 8 und ein hinterer Fahrersitzquerträger 9 auf dem
Karosserieboden 1 angeordnet, die jeweils gerade in Querrichtung
verlaufen. Die Fahrersitzquerträger 8 und 9 weisen
jeweils einen U-förmigen
Querschnitt mit zwei abgewinkelten Schweißflanschen auf, wobei jeder Schweißflansch
an einer zugehörigen
ebenen Gegenfläche
des Karosseriebodens 1 über
Punkschweißverbindungen
befestigt ist.
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Zwischen
seinem Mitteltunnel 7 und dem seitlichen Schweißflansch
bildet der Karosserieboden 1 mit einem stufenförmig nach
oben angehobenen Streifen einen Leitungskanal 10, der einen
U-förmigen
Querschnitt aufweist und im wesentlichen gerade in Längsrichtung
verläuft.
Im Hohlquerschnitt des Leitungskanal 10 lassen sich Schlauchleitungen, wie
z. B. Bremsschläuche
anordnen.
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Nahe
seines seitlichen Schweißflansches am
Türschweller 6 bildet
der Karosserieboden 1 mit einem weiteren stufenförmig angehobenen
Randstreifen einen Kabelkanal 11, der ebenfalls im wesentlichen
gerade in Längsrichtung
verläuft
und einen U-förmigen Querschnitt
aufweist.
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In
Flächenbereichen
zwischen dem Mitteltunnel 7 und dem Leitungskanal 10 sowie
zwischen Leitungskanal 10 und Kabelkanal 11 bildet
der Karosserieboden 1 mehrere Biegefelder, die eine geringere Biegesteifigkeit
als die stufigen Bereiche und die Flansche des Karosseriebodens 1 aufweisen
und daher infolge der im Fahrbetrieb auftretenden, dynamischem Beanspruchungen
zu Biegeschwingungen angeregt werden können. Weitere Blechfelder sind durch
erhabene Flächenbereiche
des Leitungskanals 10 und des Kabelkanals 11 selbst
gebildet. Zur Erhöhung
ihrer Biegesteifigkeit sind diese Biegefelder des Karosseriebodens 1 jeweils
mit eingeformten Versteifungsmulden 12 versehen.
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Die
Gestaltung der Versteifungsmulden 12 und ihre Anordnung
im zugehörigen
Biegefeld wird im folgenden beispielhaft anhand des in 2 einzelnen
dargestellten Biegefeldes 13 des Karosseriebodens 1 beschrieben,
das zwischen dem vorderen 8 und dem hinteren Fahrersitzquerträger 9 angeordnet ist.
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Das
Biegefeld 13 ist an seinem vorderen und hinteren Rand jeweils
durch einen streifenförmigen, ebenen
Schweißflansch 14 des
Karosserieboden 1 begrenzt, die zur Verschweißung des
vorderen 8 bzw. des hinteren Fahrersitzquerträgers 9 am
Karosserieboden 1 vorgesehen sind. An seinen seitlichen Rändern ist
das Biegefeld 13 jeweils durch vertikale Wandbereich des
Leitungskanals 10 bzw. des Kabelkanals 11 begrenzt.
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Der
Karosserieboden 1 ist im Biegefeld 13 mit einer
Vielzahl von Versteifungsmulden 12 versehen, die jeweils
nach oben aus dem Karosseriebodens 1 ausgeformt sind. Der
Karosserieboden 1 wird samt den Versteifungsmulden 12 in
einem Tiefziehprozess aus einem ursprünglich ebenen Stahlblech hergestellt.
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Wie
in Verbindung mit 3 ersichtlich, sind die Versteifungsmulden 12 jeweils
auf eine geometrische Grundform zurückführbar, die wie ein Endabschnitt
einer Kugeloberfläche
geformt ist. Der Kugeldurchmesser liegt dabei etwa zwischen 50 und 250
mm, wobei die Muldenhöhe
etwa 3 bis 30 mm beträgt.
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Die
Versteifungsmulden 12 sind so im Biegefeld 13 angeordnet,
dass die zugehörigen
Grundformen von benachbarten Versteifungsmulden 12 einander über einen
Flächenbereich überlappen.
Jede der Versteifungsmulden 12 bildet somit über einen Abschnitt
ihres Umfangs mit einer benachbarten Versteifungsmulde 12 eine
zugehörige
gemeinsame Nahtlinie 16, die in einer zugehörigen Schnittfläche verläuft. Dabei
bildet jede der Versteifungsmulden 12 im Biegefeld 13 mit
mindestens zwei anderen Versteifungsmulden 12 eine gemeinsame
Nahtlinie 16.
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Die
Versteifungsmulden 12 an den seitlichen Rändern des
Biegefeldes 13 überlappen
mit ihren zugehörigen
Grundformen jeweils einen seitlichen Wandbereich des Leitungskanals 10 bzw.
des Kabelkanals 11 des Karosseriebodens 1. Somit
bilden die an den seitlichen Rändern
des Biegefeldes 13 angeordneten Versteifungsmulden 12 jeweils über einen Abschnitt
ihres Umfangs mit einem vertikal verlaufenden Wandbereich des Lei tungskanals 10 eine
gemeinsam Nahtlinie 17 bzw. mit einem ebenfalls vertikal
verlaufenden Wandbereich des Kabelkanals 11 eine gemeinsame
Nahtlinie 18. Jede der Nahtlinien 17 und 18 liegt
in einer zugehörigen
Schnittfläche, welche
der vertikal verlaufenden Ebene des jeweils angrenzenden, geraden
Wandabschnitts des Leitungskanals 10 bzw. des Kabelkanals 11 entspricht.
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Die
an den vorderen und hinteren Rand des Biegefeldes 13 angrenzenden
Versteifungsmulden 12 laufen jeweils mit einem kreissegmentförmigen Umfangsabschnitt
an den ebenen Schweißflanschen 14 des
Karosseriebodens 1 aus.
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Die
von den Versteifungsmulden 12 gebildeten Nahtlinien 16 bilden
ein zusammenhängendes Nahtliniennetz
des Biegefeldes 13, an das sich die von den Versteifungsmulden 12 und
dem Leitungskanal 10 bzw. Kabelkanal 11 gebildeten
Nahtlinien 17 und 18 unmittelbar seitlich anschließen. Das
Biegefeld 13 ist somit nahezu vollständig von den Versteifungsmulden 12 ausgefüllt. Es
verbleiben lediglich sehr kleine ebene Restflächen 19, zwischen
den Schweißflanschen 14 und
den jeweils drei angrenzenden Versteifungsmulden 12.
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Die
aus dem Biegefeld 13 ausgeformten Versteifungsmulden 12 weisen
verschiedene Kugeldurchmesser und Muldenhöhen auf, wodurch von den Versteifungsmulden 12 insgesamt
ein unregelmäßiges Muster
gebildet ist. Durch dieses unregelmäßige Sickenmuster ergeben sich
insbesondere bei einer hochfrequenten Schwingungsanregung Vorteile
hinsichtlich des Schallabstrahlverhaltens des Biegefeldes.
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Aus
demselben Grund ist auch das spiegelsymmetrisch zum Biegefeld 13 angeordnete
linke Biegefeld des Karosseriebodens 1 mit einem anderen,
zum Biegefeld 13 unsymmetrischen Sickenmuster aus Versteifungsmulden
versehen.
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In 4 und 5 sind
zwei alternative Ausführungsformen
einer Versteifungsmulde 12a bzw. 12b zur Versteifung
eines Biegefeldes in einer Schnittdarstellung gezeigt.
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Die
Versteifungsmulde 12a in 4 umfasst einen
ebenen, kreisförmigen
Muldenboden 20a und eine gewölbte Muldenwand 21a,
die wie Abschnitt einer Kugeloberfläche geformt ist.
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Die
Versteifungsmulde 12b in 5 umfasst eine
gewölbte
Muldenwand 21b, die ebenfalls wie Abschnitt einer Kugeloberfläche geformt
ist, und einen entgegengesetzt zur Muldenwand 21b nach
unten gewölbten
Muldenboden 20a, der wie ein Randabschnitt einer Kugeloberfläche geformt
ist und einen kreisförmigen
Umfang aufweist.
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Die
Versteifungsmulden 12a und 12b sind in der zuvor
beschriebenen Weise jeweils in einem zugehörigen Biegefeld angeordnet,
wobei die Versteifungsmulden 12a und 12b jeweils
an ihrer Muldenwand 21a bzw. 21b die Nahtlinie
mit einer benachbarten Versteifungsmulde oder einem Randabschnitt des
Biegefeldes bilden. Die Versteifungsmulden 12, 12a und 12b können in
beliebiger Kombination in einem Biegefeld angeordnet sein, wobei
sich ein besonders vorteilhaftes, unregelmäßiges Muster ergibt. Des weiteren
können
auch einzelne oder alle Versteifungsmulden nach unten aus einem
Biegefeld eines Karosseriebodens 1 ausgewölbt sein.
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Alternativ
zu den zuvor beschriebenen Versteifungsmulden 12, 12a und 12b,
die jeweils eine auf einen Abschnitt einer Kugeloberfläche zurückführbare Grundform
aufweisen, sind auch Versteifungsmulden mit einer anderen gewölbten Grundform
möglich,
die einen gekrümmten
Umfang aufweist. So kann die Grundform z. B. wie ein Abschnitt einer
Ellipsoidenoberfläche
oder wie ein Kegelstumpf geformt sein.