DE10333037B4 - Vehicle structural element made of light metal - Google Patents

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Abstract

Fahrzeugstrukturelement aus Leichtmetall, z.B. A-Säule, enthaltend mindestens ein Schalenelement (1, 3) und mindestens ein Verstärkungselement (2), wobei das Schalenelement (1, 3) ein Gussbauteil ist und das Verstärkungselement (2) ein Strangpressprofil, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil über seine gesamte Länge einen im wesentlichen gleichen Querschnitt aufweist, aus einer Zink- oder Kupfer-basierten Aluminiumlegierung besteht und mit dem Schalenelement (1, 3) über Querrippen verbunden ist.Vehicle structural member made of light metal, e.g. A column containing at least one shell element (1, 3) and at least one reinforcing element (2), wherein the shell member (1, 3) is a cast component and the reinforcing element (2) an extruded profile, characterized in that the profile over its whole length has a substantially same cross-section, from a zinc or copper-based aluminum alloy exists and with the shell element (1, 3) via transverse ribs connected is.

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Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugstrukturelement aus Leichtmetall gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solches Strukturelement ist bereits aus der DE 195 18 946 A1 bekannt. Weiterer relevanter Stand der Technik zu Fahrzeugstrukturelementen findet sich in der DE 41 39 303 A1 und in der DE 42 13 130 A1 . In der EP 0 488 670 B1 ist eine Aluminiumlegierung offenbart.The invention relates to a vehicle structural element made of light metal according to the preamble of claim 1. Such a structural element is already known from DE 195 18 946 A1 known. Further relevant prior art to vehicle structural elements can be found in the DE 41 39 303 A1 and in the DE 42 13 130 A1 , In the EP 0 488 670 B1 an aluminum alloy is disclosed.

Gemäß der DE 195 18 946 wird ein Fahrzeugstrukturelement aus Leichtmetall gefertigt, um Gewicht einzusparen. Problematisch ist dabei, dass Festigkeit und Dehnung von derartigen Strukturelementen aus Leichtmetallen deutlich schlechtere Werte aufweisen als die vergleichbaren üblichen Strukturelemente aus Stahl. Um dies auszugleichen wird in der DE 195 18 946 A1 vorgeschlagen, in ein aus Plattenelementen aus Leichtmetall gefertigtes Strukturelement ein aus Leichtmetallextrudat hergestelltes Verstärkungselement derart einzupassen, dass es dem inneren Querschnitt des Strukturelementes folgt. Eine derartige Ausgestaltung erfordert eine vergleichsweise aufwendige Querschnittsform des Verstärkungselementes.According to the DE 195 18 946 a vehicle structural element is made of light metal to save weight. The problem is that strength and elongation of such structural elements made of light metals have significantly worse values than the comparable conventional structural elements made of steel. To compensate for this will be in the DE 195 18 946 A1 proposed fitting in a structural element made of light metal plate elements a reinforcing element made of light alloy extrudate in such a way that it follows the internal cross section of the structural element. Such a configuration requires a comparatively complicated cross-sectional shape of the reinforcing element.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Fahrzeugstrukturelement aus Leichtmetall anzugeben, welches bezüglich Festigkeit und Dehnung mindestens vergleichbare Werte zu bisherigen stahlverstärkten Strukturelementen aufweist und einfacher und kostengünstiger zu fertigen ist als bisherige leichtmetallische Fahrzeugstrukturelemente.The The object of the present invention is a vehicle structural element to specify from light metal, which in terms of strength and elongation at least comparable values to previous steel-reinforced structural elements has and is easier and cheaper to manufacture than previous light metallic vehicle structural elements.

Diese Aufgabe wird von einem Fahrzeugstrukturelement mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.These Task is a vehicle structural element with the features the preamble of claim 1 by the characterizing Characteristics solved. Advantageous embodiments are specified in the subclaims.

Ein erfindungsgemäßes Fahrzeugstrukturelement aus Leichtmetall, z.B. eine A-Säule, enthält mindestens ein Schalenelement und mindestens ein Verstärkungselement, wobei das Schalenelement ein Gussbauteil ist und das Verstärkungselement ein Strangpressprofil, wobei das Profil über seine gesamte Länge einen im wesentlichen gleichen Querschnitt aufweist aus einer Zink- oder Kupfer-basierten Aluminiumlegierung besteht und mit dem Schalenelement über Querrippen verbunden ist.One Inventive vehicle structural element made of light metal, e.g. an A-pillar, contains at least a shell element and at least one reinforcing element, wherein the shell element is a cast component and the reinforcing element is an extruded profile, being the profile over his entire length has a substantially same cross-section of a zinc or copper-based aluminum alloy and with the shell element via transverse ribs connected is.

Die Herstellung des Schalenelementes durch Guss, vorzugsweise Druckguss, senkt die Kosten. Dies gilt insbesondere für kleine Schalenelemente, weshalb das Strukturelement auch vorteilhaft aus mehreren kleinen Schalenelementen zusammengefügt werden kann. Darüber hinaus gewährt die Gießtechnik eine hohe Designfreiheit, weshalb weniger Einzelteile hergestellt und später gefügt werden müssen. Variable Wandstärken sind leicht umsetzbar, insbesondere können die Querrippen mitgegossen werden. Als weiterer Vorteil sind die geringen Eigenspannungen von Gussbauteilen und ihr gutes Dämpfungsverhalten (Vibrationen, Akustik) zu nennen.The Production of the shell element by casting, preferably die casting, lowers costs. This is especially true for small shell elements, which is why the structural element also advantageous from several small shell elements together can be. About that granted the casting technique a high degree of design freedom, which is why fewer parts are made and later together Need to become. Variable wall thicknesses are easy to implement, in particular, the transverse ribs can be cast. Another advantage is the low residual stresses of cast components and their good damping behavior To call (vibrations, acoustics).

Das Strangpressen eines Profils mit einem über seine gesamte Länge im wesentlichen gleichen Querschnitt ist ebenfalls kostengünstiger als das Extrudieren eines Profils mit einem dem Innenquerschnitt des Strukturelementes folgenden Querschnitt.The Extruding a profile with one over its entire length substantially same cross section is also cheaper than extruding a profile with a the inner cross section of the structural element following cross section.

Der Einsatz von Querrippen in dem Schalenelement gewährleistet eine ausreichende Kraftübertragung zwischen Schalenelement und Verstärkungselement. Gleichzeitig erlaubt er die Innengeometrie des Schalenelementes und die Außengeometrie des Verstär kungselementes einfach und damit kostengünstig zu gestalten. Darüber hinaus verringern die zwischen Schalenelement, Verstärkungselement und Querrippen vorhandenen Hohlräume das Gesamtgewicht des Strukturelementes.Of the Use of transverse ribs in the shell element ensures sufficient power transmission between shell element and reinforcing element. simultaneously It allows the inner geometry of the shell element and the outer geometry the ampli cation element simple and therefore inexpensive to design. About that In addition, between the shell element, reinforcing element decrease and transverse ribs existing voids the total weight of the structural element.

Besonders vorteilhaft erweist sich die Verwendung von Rechteckprofilen aufgrund ihrer besonders einfach mittels Strangpressen herstellbaren Geometrie. Darüber hinaus weisen Rechteckprofile besonders hohe Widerstandsmomente auf, wodurch das Defizit an Festigkeit von Leichtmetall gegenüber den üblichen Stahlrohren kompensiert werden kann.Especially advantageous is the use of rectangular profiles due to their particularly easy to produce by extrusion geometry. About that In addition, rectangular profiles have particularly high resistance moments on, reducing the deficit of strength of light metal over the usual Steel pipes can be compensated.

Besonders geeignete Leichtmetalle sind hochfeste Aluminium-Legierungen: Für das Schalenelement beispielsweise eine AlMg5Si2Mn-Legierung, die Druckguss geeignet ist und darüber hinaus auch gut schweißbar, was spätere Reparaturen erleichtert. Für das Verstärkungselement sind Zink- und Kupfer-basierte Legierungen gemäß der europäischen Normen AA7xxx und AA2xxx, insbesondere AA7108 und AA7018, aufgrund ihrer hohen Festigkeit vorteilhaft. Geeignet ist aber auch eine Si-basierende Aluminiumlegierung nach AA6056. Diese Aluminium-Legierungen weisen außerdem eine hohe Duktilität auf.Particularly suitable light metals are high-strength aluminum alloys: For the shell element, for example, an AlMg 5 Si 2 Mn alloy, the die-casting is suitable and also well weldable, which facilitates subsequent repairs. For the reinforcing element, zinc and copper based alloys according to the European standards AA7xxx and AA2xxx, especially AA7108 and AA7018, are advantageous because of their high strength. However, a Si-based aluminum alloy according to AA6056 is also suitable. These aluminum alloys also have a high ductility.

Darüber hinaus weisen die verschiedenen Aluminium-Legierungen ähnliche Ausdehnungskoeffizienten auf. Dies hat gegenüber stahlverstärkten Leichtmetall-Strukturelementen den Vorteil, dass geringere Spannungen und Verzüge auftreten, insbesondere bei Nachfolgeprozessen wie z.B. KTL (Kathodische Tauch-Lackierung). Entsprechend niedriger ist auch die Korrosion.Furthermore The different aluminum alloys have similar coefficients of expansion on. This has opposite steel-reinforced light metal structural elements the advantage that lower voltages and distortions occur, in particular in successor processes such as KTL (cathodic dip painting). Correspondingly lower is the corrosion.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand von zwei Ausführungsbeispielen und der 1 näher erläutert. Dabei zeigt:Hereinafter, the inventive method using two embodiments and the 1 explained in more detail. Showing:

1 A-Säule eines Cabriolets
A-Säulen, insbesondere von Cabriolets, müssen bei einem Unfall, insbesondere Dachfall, enorme Belastungen aushalten. Deshalb sind sie üblicherweise als Stahlblechschale mit Stahlverstärkungselement gestaltet. Das Stahlblech weist üblicherweise eine Wanddicke von 1,2 mm auf, das Verstärkungselement besteht beispielsweise aus einem runden hochfesten BTR-Stahlrohr mit Durchmesser von 32 mm und einer Wandstärke von 3mm. Ein solches Stahl-Verstärkungselement weist ein Widerstandsmoment von circa 1800 mm3 auf. 1 A pillar of a convertible
A-pillars, especially convertibles, have to withstand enormous loads in the event of an accident, especially a roof fall. Therefore, they are usually designed as a sheet steel shell with steel reinforcing element. The steel sheet usually has a wall thickness of 1.2 mm, the reinforcing element consists for example of a round high-strength BTR steel tube with a diameter of 32 mm and a wall thickness of 3mm. Such a steel reinforcing element has a moment of resistance of about 1800 mm 3 .

Eine erfindungsgemäße Cabriolet-A-Säule besteht gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel aus zwei Schalenelementen 1, 3 aus einer AlMg5Si2Mn-Legierung und aus einem Verstärkungselement 2 aus einer Si-basierten Al-Legierung nach der europäischen Norm AA6056.A cabriolet A-pillar according to the invention consists of two shell elements according to a first embodiment 1 . 3 made of an AlMg 5 Si 2 Mn alloy and a reinforcing element 2 from a Si-based Al alloy according to the European standard AA6056.

Die druckgegossenen Schalenelemente 1, 3 sind circa 5 mm dick und weisen 5 mm dicke Querrippen auf, an denen das stranggepresste Verstärkungselement 2 mit rechteckigem Profil anliegt. Die Schalenelemente 1, 3 und das Verstärkungselement 2 wurden mittels Schweissen zusammengefügt.The die-cast shell elements 1 . 3 are about 5 mm thick and have 5 mm thick transverse ribs on which the extruded reinforcing element 2 with rectangular profile. The shell elements 1 . 3 and the reinforcing element 2 were assembled by means of welding.

Das Rechteckprofil des Verstärkungselementes 2 weist einem Querschnitt von 33 × 21 mm2 auf und besitzt ein Widerstandsmoment von über 3500 mm3, also fast doppelt so groß, wie das übliche Verstärkungselement aus Stahl.The rectangular profile of the reinforcing element 2 has a cross-section of 33 × 21 mm 2 and has a moment of resistance of over 3500 mm3, which is almost twice as large as the usual steel reinforcing element.

Eine derartige erfindungsgemäße A-Säule weist eine um nahezu 100 Prozent höhere Kraftaufnahme auf als die oben beschriebene übliche Stahlkonstruktion, was u.a. auf eine verbesserte Spannungsverteilung des Gussbauteils zurückgeführt wird. Darüber hinaus wird eine Gewichtsreduktion von 40 Prozent erreicht.A such inventive A-pillar has one nearly 100 percent higher Force absorption on than the usual steel construction described above, what et al is attributed to an improved stress distribution of the cast component. About that In addition, a weight reduction of 40 percent is achieved.

Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel ist das Verstärkungselement 2 aus einer Zink-basierten Al-Legierung gemäß der europäischen Norm AA7108 stranggepresst.According to a second embodiment, the reinforcing element 2 extruded from a zinc-based Al alloy according to European standard AA7108.

Die bisherigen Schalenelemente 1, 3 sind jeweils in zwei kleinere Komponenten aufgeteilt. Dadurch können kleinere Druckgussanlagen verwendet werden, was Verarbeitungszeiten und Kosten senkt.The previous shell elements 1 . 3 are each divided into two smaller components. As a result, smaller die casting plants can be used, which reduces processing times and costs.

Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel weist das Strukturelement nur ein einziges einteiliges Schalenelement 1 auf, in welches das Verstärkungselement 2 eingefügt ist.According to a third embodiment, the structural element has only a single one-piece shell element 1 into which the reinforcing element 2 is inserted.

Das erfindungsgemäße Fahrzeugstrukturelement erweist sich in den Ausführungsformen der vorstehend beschriebenen Beispiele als besonders geeignet für A-Säulen, insbesondere von Cabriolets.The Vehicle structural element according to the invention proves in the embodiments the examples described above are particularly suitable for A-pillars, in particular from convertibles.

Die Erfindung ist nicht auf die zuvor geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern vielmehr auf weitere übertragbar.The Invention is not on the previously described embodiments limited, but rather transferable to others.

So ist das Fahrzeugstrukturelement für eine Vielzahl von Fahrzeugbauteilen, insbesondere tragenden Rahmenbauteilen, geeignet. Beispielhaft seien die C-Säule und eine Reihe von Längs- und Querträgern, insbesondere der Fahrzeugkarosserie, z.B. die Lenksäulenhalterung, genannt.So is the vehicle structural element for a large number of vehicle components, in particular load-bearing frame components, suitable. Exemplary the C-pillar and a series of longitudinal and crossbeams, in particular the vehicle body, e.g. the steering column mount, called.

Claims (3)

Fahrzeugstrukturelement aus Leichtmetall, z.B. A-Säule, enthaltend mindestens ein Schalenelement (1, 3) und mindestens ein Verstärkungselement (2), wobei das Schalenelement (1, 3) ein Gussbauteil ist und das Verstärkungselement (2) ein Strangpressprofil, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil über seine gesamte Länge einen im wesentlichen gleichen Querschnitt aufweist, aus einer Zink- oder Kupfer-basierten Aluminiumlegierung besteht und mit dem Schalenelement (1, 3) über Querrippen verbunden ist.Vehicle structural element made of light metal, eg A-pillar, containing at least one shell element ( 1 . 3 ) and at least one reinforcing element ( 2 ), wherein the shell element ( 1 . 3 ) is a cast component and the reinforcing element ( 2 ) an extruded profile, characterized in that the profile over its entire length has a substantially equal cross-section, consists of a zinc or copper-based aluminum alloy and with the shell element ( 1 . 3 ) is connected via transverse ribs. Fahrzeugstrukturelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil ein Rechteckprofil ist.Vehicle structural element according to claim 1, characterized characterized in that the profile is a rectangular profile. Fahrzeugstrukturelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schalenelement (1, 3) und/oder das Verstärkungselement (2) aus einer hochfesten Al-Legierung besteht.Vehicle structural element according to one of the preceding claims, characterized in that the shell element ( 1 . 3 ) and / or the reinforcing element ( 2 ) consists of a high strength Al alloy.
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