DE10323693B3

DE10323693B3 - Blechelemente aus flexibel gewalztem Bandmaterial

Info

Publication number: DE10323693B3
Application number: DE10323693A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr.-Ing. Hauger
Original assignee: Muhr und Bender KG
Current assignee: Muhr und Bender KG
Priority date: 2003-05-22
Filing date: 2003-05-22
Publication date: 2004-09-09
Anticipated expiration: 2023-05-23
Also published as: EP1481743A2; JP2005046909A; EP1481743A3; US20050014015A1

Abstract

Blechelement, das aus flexibel gewalztem Bandmaterial mit in Bandlängsrichtung unterschiedlichen Dicken um die Bandlängsrichtung zu einem Rohr- oder Profilkörper mit unrundem Querschnitt und über der Länge variabler Wandstärke umgeformt ist.

Description

Die Erfindung betrifft Blechelemente, die aus flexibel gewalztem Bandmaterial mit in Bandlängsrichtung unterschiedlichen Dicken hergestellt sind. Sogenanntes flexibel gewalztes Bandmaterial wird durch Walzen von Ausgangsmaterial mit zunächst konstanter Dicke mit variabler Walzspaltdicke hergestellt. Solche Walzverfahren zum Herstellen flexibel gewalzten Bandmaterials sowie Umformverfahren zur Herstellung von Blechelementen daraus sind im Stand der Technik bekannt.

In der DE-PS 104 875 ist beschrieben, wie ein streifen- oder tafelförmiges Blechstück durch partielles Auswalzen auf unterschiedliche Wanddicken gebracht wird, aus dem so erhaltenen Blechstück mit variablen Wanddicken ein Rohr mit in Längsrichtung unterschiedlicher Wanddicke rundgebogen und längs des Schlitzes verlötet wird.

Schließlich ist es aus der EP 0 788 849 A1 bekannt, ein Metallblech zunächst so zu walzen, daß parallele Vertiefungen quer zur Walzrichtung gebildet werden, wobei das gewalzte Metallblech anschließend zugeschnitten und die Blechstücke durch Umformung des gewalzten Metallbleches und Fügen der Stoßkanten zu Rohren mit in Längsrichtung variabler Wandstärke fertiggestellt werden.

Blechelemente von gleichmäßigem Querschnitt oder in einer Längsrichtung veränderlichem Querschnitt können in ihrer bestimmungsgemäßen Verwendung in unterschiedlichen Längs- oder Umfangsabschnitten unterschiedlichen Belastungen ausgesetzt sein. Bei Herstellung der Blechelemente aus Material gleichmäßiger Wandstärke sind somit die geringer belastete Bereiche überdimensioniert und führen zu übermäßigem Gewicht des Bauteils. Dies ist insbesondere im Fahrzeugbau uner wünscht.

Es ist weiterhin bekannt, daß im Fahrzeugbau von Blechelementen bei Überschreiten ihrer Festigkeitsgrenze, also im Fall eines Fahrzeugcrashs, ein definiertes Verformungsverhalten gefordert wird. Ein solches Verformungsverhalten kann durch die Formgebung der Blechelemente und/oder durch Verwendung von Blechelementen mit über der Länge oder über dem Umfang veränderlicher Wandstärke herbeigeführt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Blechelemente aus flexibel gewalztem Bandmaterial bereitzustellen, die einen erweiterten Einsatz solcher Blechelemente im Fahrzeugbau, insbesondere als Chassis- und Fahrwerkskomponenten sowie als Karosserieteile, ermöglichen.

Soweit hier von flexibel gewalztem Bandmaterial die Rede ist, ist sowohl die Möglichkeit eingeschlossen, das nach dem Walzen ungeteilte Bandmaterial zu Blechelementen umzuformen und anschließend abzulängen oder auch das Bandmaterial nach dem flexiblen Walzen abzulängen und danach zu Blechelementen umzuformen oder schließlich das Bandmaterial vor dem flexiblen Walzen abzulängen und einzelne flexibel gewalzte Platinen zu Blechelementen umzuformen.

Vorzugweise handelt es sich bei den im folgenden beschriebenen Blechelementen um aus kaltgewalztem Bandmaterial hergestellte Blechelemente.

Eine erste erfindungsgemäße Lösung besteht in einem Blechelement, das aus flexibel gewalztem Bandmaterial mit in Bandlängsrichtung unterschiedlichen Dicken um die Bandlängsrichtung zu einem Rohr- oder Profilkörper mit unrundem Querschnitt und über der Länge variabler Wandstärke umgeformt ist.

Eine zweite Lösung besteht in einem Blechelement, das aus flexibel gewalztem Bandmaterial mit in Bandlängsrichtung unterschiedlichen Dicken quer zur Bandlängsrichtung zu einem Rohr- oder Profilkörper mit unrundem Querschnitt und über dem Umfang variabler Wandstärke umgeformt ist.

Mit den hiermit genannten unrunden Profilquerschnitten können gleichmäßige oder symmetrische Querschnitte, beispielsweise polygonale oder ovale Querschnitte gemeint sein oder auch gänzlich unsymmetrische Querschnitte. Hierbei sind die Alternativen eines längsverschweißten geschlossenen Profils oder eines im Querschnitt offenen Profils eingeschlossen. Die Blechelemente gemäß der ersten Lösung zeigen insbesondere bei Axialbelastung, ein bereichsweise unterschiedliches Verformungsverhalten, während die Blechelemente gemäß der zweiten Lösung insbesondere ein unterschiedliches Verhalten bei Biegung in verschiedenen Ebenen aufweisen können. Beides läßt sich zu Zwecken der Gewichtsersparnis und der vordefinierten Verformung im Fahrzeuglängsträgern bzw. in Seitenträgern (Seitenaufprallschutz) gezielt zum Einsatz bringen.

In besonderer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Blechelemente in Längsrichtung einen veränderlichen Querschnitt, insbesondere einen sich stetig und ähnlich ändernden Querschnitt haben. Dies kann durch vorheriges Zuschneiden des Bandmaterials, bei dem ein oder zwei keilförmige Elemente weggeschnitten werden oder durch überlappendes Verbinden des Bandmaterials mit zunehmender Überlappung herbeigeführt werden.

Nach einer weiteren Ausgestaltungsform ist vorgesehen, daß die Blechelemente vom gleichförmigen Querschnitt abweichende Längsabschnitte aufweisen. Dies kann durch anschließende Umformung ursprünglich gleichmäßig geformter Profile erfolgen, beispielsweise nach einem Innenhochdruckverformungsverfahren, in welchem einzelne Profilabschnitte radial erweitert werden, oder nach konventionellen Umformverfahren wie Walzen oder Pressen, bei denen einzelne Profilabschnitte im Querschnitt reduziert werden.

Die Blechelemente können weiterhin in Längsrichtung gekrümmt verlaufen, wobei bevorzugt zunächst gerade Profile hergestellt werden, die anschließend gebogen werden.

Für die genannten Blechelemente gilt, daß sie einen konstanten Innenquerschnitt aufweisen können, wobei Wandstärkenunterschiede nach außen auftragen oder einen konstanten Außenquerschnitt haben können, wobei Wandstärkenunterschiede nach innen auftragen. Beides läßt sich durch entsprechendes flexibles Walzen des Ausgangsmaterials und entsprechende Verformungsschritte erzielen. Wird das Bandmaterial mit symmetrischen Dickenveränderungen zu einer Längsebene erzeugt, so machen sich die Wandstärkenunterschiede am fertigen Blechelement innen und außen bemerkbar.

Für die obengenannten Zwecke der Gewichtsersparnis und des definierten Verformungsverhaltens können besonders große und besonders fließende Dickenunterschiede von besonderem Vorteil sein. Hierzu wird vorgeschlagen, daß zumindest 25 Wandstärkendifferenz, bezogen auf die Maximaldicke, am flexibel gewalzten Ausgangsmaterial und damit am Blechelement vorliegen soll.

Zur weiteren Steigerung der Gewichtsersparnis ebenso wie der differenzierten Verformungseigenschaften kann es vorteilhaft sein, wenn die Blechelemente mit Stanzlöchern in ihrer Wandfläche versehen sind, wobei diese bevorzugt am flexiblen Bandmaterial vor dem Umformen zum Blechelement hergestellt werden. Andererseits kann es zur Erhöhung der Festigkeit günstig sein, wenn die Wandflächen mit Strukturen, z.B. Eindellungen in gleichmäßiger Rasteranordnung versehen sind, dies kann auch das Eigenschwingungsverhalten der Blechelemente günstig beeinflussen.

Weitere günstige Ausbildungen liegen darin, daß die Blechelemente Endabschnitt mit größerer Wandstärke aufweisen, die ein günstiges axiales Anbinden ermöglichen und/oder daß zumindest einer der Endabschnitte als Steckmuffe im Querschnitt erweitert ist, um Steckverbindungen zwischen gleichartigen Bauteilen herstellen zu können.

Eine weitere Lösung besteht in einem Blechelement mit in einer Richtung variabler Wandstärke, das aus flexibel gewalztem Bandmaterial mit in Bandlängsrichtung unterschiedlichen Dicken in einer Richtung im wesentlichen parallel zur Bandlängsrichtung zu einem gebogenen oder gewellten Flächenelement umgeformt ist, so daß Bereiche gleicher Wandstärke senkrecht zur Richtung von Sicken, Kanten oder Zylinderlinien verlaufen. Wiederum eine andere Lösung besteht in einem Blechelement mit in einer Richtung variabler Wandstärke, das aus flexibel gewalztem Bandmaterial mit in Bandlängsrichtung unterschiedlichen Dicken im wesentlichen senkrecht zur Bandlängsrichtung zu einem gebogenen oder gewellten Flächenelement umgeformt ist, so daß Bereiche gleicher Wandstärke parallel zur Richtung von Sicken, Kanten oder Zylinderlinien verlaufen. Eine letzte Lösung schließlich besteht in einem Blechelement mit in einer Richtung variabler Wandstärke, das aus flexibel gewalztem Bandmaterial mit in Bandlängsrichtung unterschiedlichen Dicken zu einem räumlich verformten Flächenelement umgeformt ist, d.h. daß hierbei in Richtung zweier sich senkrecht schneidender Schnitte von einer Gerade abweichenden Schnittlinien auftreten. Dies schließt auch übereinstimmende Schnittlinien bei rotationssymmetrischen Blechelementen ein. Auch bei den hiermit definierten Blechelementen können die parallel zueinander verlaufenden Bereiche größerer Wandstärke zur Erhöhung der Festigkeit bei gleichzeitiger Gewichtsersparnis durch dazwischenliegende Bereiche geringerer Wandstärke dienen oder es können die Bereiche geringerer Wandstärke im Falle eines Überschreitens der Festigkeitsgrenze als vordefinierte Verformungsbereiche eingesetzt werden. Bei den letztgenannten räumlich verformten Blechelementen kann insbesondere das Eigenschwingungsverhalten bei gleichzeitiger Materialersparnis beeinflußt werden.

In bevorzugter Ausführung können mehrere der vorgenannten Blechelemente entlang von Längskanten zu einem Flächenelement zusammengesetzt sein oder mehrere der genannten Blechelemente entlang mehrerer paralleler Längskanten zu einem Hohlkörper zusammengesetzt sein. Hierbei entstehen offenendige Hohlkörper. Schließlich können mehrere der genannten Blechelemente entlang von Umfangskanten zu einem Hohlkörper zusammengesetzt sein. Hiermit sind an drei oder vier Seiten geschlossene Hohlkörper herzustellen. Auch die genannten Hohlkörper können einen in einer Längsrichtung veränderlichen Querschnitt, insbesondere sich stetig und ähnlich ändernden Querschnitt aufweisen. Ebenso können die Blechelemente in einer Längsrichtung von einem gleichförmigen Querschnitt abweichende Längsabschnitte aufweisen. Schließlich können sie ebenfalls in einer Längsrichtung gekrümmt verlaufen. Auch bei den hier genannten Blechelementen in Form von Hohlkörpern können konstante Innenquerschnitte mit Wandstärkenunterschieden auf der Außenseite und konstante Außenquerschnitte mit Wandstärkenunterschieden auf der Innenseite verwirklicht werden.

Aus dem obengenannten Gründen ist auch hier eine Wandstärkendifferenz von zu mindest 25%, bezogen auf die Maximaldicke, zu bevorzugen. Die Wandflächen können wiederum zu Gewichtsersparnis mit Stanzlöchern versehen sein oder zur Festigkeitserhöhung mit Wandstrukturen, insbesondere Eindellungen in einem gleichmäßigen Raster aufweisen. Auch die hiermit beschriebenen Blechelemente können Endabschnitte größerer Wandstärke zur Verbesserung der Anbindung, insbesondere durch Schweißverbindungen, zeigen. Bei länglichen Blechelementen der genannten Art von geschlossenem Querschnitt kann auch hier einer der Endabschnitte als Steckmuffe im Querschnitt erweitert sein.

Erfindungsgemäße Blechelemente als Profilkörper mit in Längsrichtung veränderlicher Wandstärke können insbesondere als Fahrzeugträger mit in Längsrichtung definiert gestuftem Belastungs- oder Verformungsverhalten in Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen. Hierbei ist eine über der Länge unterschiedliche Biegefestigkeit bei Vorliegen unterschiedlicher Biegebelastungen an den Trägern ebenso sinnvoll, wie eine über der Länge unterschiedliche Druck- oder Knickfestigkeit bei Trägern, die auf Axialkräfte im Crashfall belastet werden. Daneben können Blechelemente mit den genannten Eigenschaften als Pralltopf mit in Längsrichtung definiert gestuftem Verformungsverhalten verwendet werden. Hierbei erfolgt eine Auslegung auf kontrollierte Axialverkürzung im Crashfall.

Erfindungsgemäße Blechelemente als Profilkörper mit in Umfangsrichtung variabler Wandstärke können nach einem weiteren Vorschlag als Fahrzeugträger mit über dem Umfang definiert gestuftem Verformungsverhalten oder Knickverhalten zum Einsatz kommen. Hierbei ist in der Hauptbiegeebene der Träger ein höheres Flächenträgheitsmoment vorzusehen, während in weniger belasteten Biegeebenen zur Materialersparnis ein geringeres Flächenträgheitsmoment vorliegen kann.

Ohne einschränkenden Charakter werden folgende Anwendungsfälle von erfindungsgemäßen Profilen in Fahrzeugen genannt: Längsträger (vorne, hinten), Stoßfänger (vorne, hinten), Achsquerträger, Sitzquerträger, Schweller, Tunnelverstärkungsprofile, A-, B-, C-Säulen, Dachrahmen, Dachquerträger.

Erfindungsgemäße flächige Blechelemente können als Karosserieaußenbleche eingesetzt werden, wobei Stege mit größerer Wandstärke die Funktion von Sicken oder Falzen im Blech im Hinblick auf eine Steigerung der Formstabilität übernehmen können. Hierbei kann sogar eine gezielte Strukturversteifung für den Fall eines Seitencrashs herbeigeführt werden.

Eine weitere bevorzugte Verwendung von flächigen Blechelementen liegt in einem Fahrzeugbodenblech einschließlich des Tunnels, das aus verschiedenen Blechelementen zusammengesetzt sein kann, die durch Verwendung von flexibel gewalztem Material bezüglich ihrer Festigkeit und ihres Gewichts optimiert werden kann. Auch hiermit kann die Strukturfestigkeit für verschiedene Crashfälle bei reduziertem Materialeinsatz verbessert werden.

Claims

Blechelement, das aus flexibel gewalztem Bandmaterial mit in Bandlängsrichtung unterschiedlichen Dicken um die Bandlängsrichtung zu einem Rohr- oder Profilkörper mit unrundem Querschnitt und über der Länge variabler Wandstärke umgeformt ist.
Blechelement, das aus flexibel gewalztem Bandmaterial mit in Bandlängsrichtung unterschiedlichen Dicken quer zur Bandlängsrichtung zu einem Rohr- oder Profilkörper mit unrundem Querschnitt und über dem Umfang variabler Wandstärke umgeformt ist.
Element nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es im Querschnitt geschlossen und in Längsrichtung verschweißt ist.
Element nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es im Querschnitt offen ist.
Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es in Längsrichtung einen veränderlichen Querschnitt, insbesondere einen sich stetig und ähnlich ändernden Querschnitt hat.
Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es vom gleichförmigen Querschnitt abweichende Längsabschnitte aufweist.
Element nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es in Längsrichtung gekrümmt verläuft.
Element nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es einen konstanten Innenquerschnitt aufweist und Wandstärkenunterschiede nach außen auftragen.
Element nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es einen konstanten Außenquerschnitt hat und Wandstärkenunterschiede nach innen auftragen.
Element nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest 25% Wandstärkendifferenz bezogen auf die Maximaldicke vorliegt.
Element nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß es mit Eindellungen, insbesondere in gleichmäßiger Rasteranordnung versehen ist.
Element nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß es mit Stanzlöchern in seiner Oberfläche versehen ist.
Element nach einem der Ansprüche 1 bis 12, daß es Endabschnitte mit größerer Wandstärke aufweist.
Element nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Endabschnitte als Steckmuffe im Querschnitt erweitert ist.
Blechelement mit in einer Richtung variabler Wandstärke, das aus flexibel gewalztem Bandmaterial mit in Bandlängsrichtung unterschiedlichen Dicken in einer Richtung im wesentlichen parallel zur Bandlängsrichtung zu einem gewellten Flächenelement umgeformt ist, so daß Bereiche gleicher Wandstärke senkrecht zur Richtung von Sicken, Kanten oder Zylinderlinien verlaufen.
Blechelement mit in einer Richtung variabler Wandstärke, das aus flexibel gewalztem Bandmaterial mit in Bandlängsrichtung unterschiedlichen Dicken im wesentlichen senkrecht zur Bandlängsrichtung zu einem gewellten Flächenelement umgeformt ist, so daß Bereiche gleicher Wandstärke parallel zur Richtung von Sicken, Kanten oder Zylinderlinien verlaufen.
Blechelement mit in einer Richtung variabler Wandstärke, das aus flexibel gewalztem Bandmaterial mit in Bandlängsrichtung unterschiedlichen Dicken zu einem räumlich verformten Flächenelement umgeformt ist.
Blechelement, das aus mehreren Blechelementen nach einem der Ansprüche 15 bis 17 entlang von Längskanten zu einem Flächenelement zusammengesetzt ist.
Blechelement, das aus mehreren Blechelementen nach einem der Ansprüche 15 bis 17 entlang von Längskanten zu einem Hohlkörper zusammengesetzt ist.
Blechelement, das aus mehreren Blechelementen nach einem der Ansprüche 15 bis 17 entlang von Umfangskanten zu einem Hohlkörper zusammengesetzt ist.
Element nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß es an zwei Enden offen ist.
Element nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß es in einer Längsrichtung einen veränderlichen Querschnitt, insbesondere einen sich stetig und ähnlich ändernden Querschnitt hat.
Element nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß es in einer Längsrichtung von einem gleichförmigen Querschnitt abweichende Längsabschnitte aufweist.
Element nach einem der Ansprüche 15 bis 23 dadurch gekennzeichnet, daß es in einer Längsrichtung gekrümmt verläuft.
Element nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß es einen konstanten Innenquerschnitt aufweist und Wandstärkenunterschiede nach außen auftragen.
Element nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß es einen konstanten Außenquerschnitt hat und Wandstärkenunterschiede nach innen auftragen.
Element nach einem der Ansprüche 15 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest 25% Wandstärkendifferenz bezogen auf die Maximaldicke vor liegt.
Element nach einem der Ansprüche 15 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß es mit Eindellungen, insbesondere in gleichmäßiger Rasteranordnung versehen ist.
Element nach einem der Ansprüche 15 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß es mit Stanzlöchern in seiner Oberfläche versehen ist.
Element nach einem der Ansprüche 15 bis 20, daß es Endabschnitte mit größerer Wandstärke aufweist.
Element nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Endabschnitte als Steckmuffe im Querschnitt erweitert ist.
Verwendung eines Blechelements nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 14 als Fahrzeugträger mit in Längsrichtung definiert gestuftem Belastungs- oder Verformungsverhalten.
Verwendung eines Blechelements nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 14 als Pralltopf mit in Längsrichtung definiert gestuftem Verformungsverhalten.
Verwendung eines Blechelements nach einem der Ansprüche 2 bis 14 als Fahrzeugträger mit über dem Umfang definiert gestuftem Verformungsverhalten.
Verwendung eines Blechelements nach einem der Ansprüche 15 bis 31 als Fahrzeugbodenblech.
Verwendung eines Blechelements nach einem der Ansprüche 15 bis 31 als Fahrzeugaußenblech.