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Querverweis auf verwandte Anmeldungen
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Diese internationale PCT-Anmeldung beansprucht den Vorteil aus der am 15. Juni 2016 eingereichten vorläufigen
US-Patentanmeldung mit der Serien-Nr. 62/350,402 mit dem Titel „Method Of Manufacturing A Structural Component“, wobei die gesamte Offenbarung der Anmeldung als Teil der Offenbarung dieser Anmeldung betrachtet wird und hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Strukturbauteile für Kraftfahrzeuge, im Besonderen auf aus Stahl ausgebildete Türringe und auf Verfahren zum Fertigen derselben.
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Verwandte Technik
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Hochfeste, aus Stahl ausgebildete Strukturbauteile für Kraftfahrzeuge wie zum Beispiel Türringe oder Säulen werden mit hoher Festigkeit konstruiert, um durch die Automobilindustrie festgelegte Unfallnormen zu erfüllen. Häufig wird eine ebenfalls aus einem Metallmaterial ausgebildete Verstärkung an einer der Säulen des Türrings angebracht, um die Festigkeit in diesem Bereich zu erhöhen. Wie am besten in 1 veranschaulicht, wird gemäß Prozessen nach dem Stand der Technik zum Beispiel ein Verstärkungsabschnitt 10, der zum Ausbilden der Verstärkung verwendet wird, zuerst an den Säulenabschnitt 14, für dessen Verstärkung er bestimmt ist, angrenzend oder über diesem liegend an das Türring-Rohteil 12 geschweißt oder auf andere Weise an diesem angebracht. Das Rohteil 12, das den an dem Säulenabschnitt 14 angebrachten Verstärkungsabschnitt 10 beinhaltet, wird anschließend erwärmt und in einer Form miteinander heißgeprägt. Aufgrund der erhöhten Dicke in dem Bereich, in dem die Säule verstärkt ist, und der zwischen dem Verstärkungsabschnitt 10 und dem Säulenabschnitt 14 des Rohteils 12 vorhandenen Luftspalte erfordert dieser Prozess jedoch eine lange Erwärmungszeit und eine lange Abkühlzeit. Mit anderen Worten, die erhöhte Dicke in dem Bereich des Verstärkungsbereichs sowie die Luftspalte zwischen dem Verstärkungs- und dem Säulenabschnitt 10, 14 des Rohteils 12 verlangsamen die Zykluszeiten und verringern auf diese Weise die Effizienz des Prozesses nach dem Stand der Technik.
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Übersicht und Vorteile der Erfindung
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Die Erfindung stellt ein Strukturbauteil wie zum Beispiel einen Türring für ein Kraftfahrzeug bereit. Der Türring beinhaltet eine Mehrzahl von Säulen und Holmen, die zumindest eine Türöffnung umgeben, zum Beispiel eine A-Säule und eine B-Säule oder eine B-Säule und eine C-Säule. Das zum Ausbilden des Türrings verwendete Türring-Rohteil beinhaltet einen Verstärkungsabschnitt, der sich durch den zumindest einen Türöffnungsabschnitt erstreckt und anschließend in derselben Form mit dem Türring-Rohteil heißgeprägt wird. Mit anderen Worten, der Verstärkungsabschnitt wird vor dem Heißprägen nicht an den Säulenabschnitt des Türring-Rohteils geschweißt oder auf andere Weise an diesem angebracht, sondern ist ein getrennter Teil des Rohteils, der beim Ausbilden des Türrings getrennt zu einer Verstärkung ausgebildet wird. Bei einer bevorzugten Anordnung befindet sich der Verstärkungsabschnitt während des Heißprägeschritts in der Form in einem freien Raum, z.B. dem Türöffnungsabschnitt des Türring-Rohteils. Nach dem Heißprägen wird die ausgebildete Verstärkung von dem ausgebildeten Türring entfernt und anschließend an einer gewünschten Verstärkungsstelle zum Beispiel in einer darüber liegenden Beziehung mit einer der ausgebildeten Säulen an dem Türring angebracht,
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Die Erfindung stellt darüber hinaus ein Verfahren zum Fertigen eines Strukturbauteils wie zum Beispiel eines Türrings für ein Kraftfahrzeug bereit. Das Verfahren beinhaltet ein Bereitstellen eines Türring-Rohteils, wobei das Rohteil Säulenabschnitte und Holmabschnitte zum Verwenden beim Ausbilden jeweiliger Abschnitte eines Türrings beinhalten kann. Das Türring-Rohteil beinhaltet darüber hinaus zumindest einen Verstärkungsabschnitt, der sich in einem freien Raum, z. B. einem Türöffnungsabschnitt, zwischen den Säulen- und Holmabschnitten angeordnet befindet. Der Verstärkungsabschnitt wird nicht an einem der Säulenabschnitte angebracht, wie bei den Prozessen nach dem Stand der Technik, sondern ist vielmehr ein getrennter Teil des Türring-Rohteils. Das Verfahren wird durch Erwärmen des Türring-Rohteils und Anordnen des erwärmten Rohteils in der Form fortgesetzt. Das Verfahren beinhaltet anschließend ein gemeinsames Heißprägen des Türring-Rohteils, das den Verstärkungsabschnitt beinhaltet, der sich durch den zumindest einen Türöffnungsabschnitt erstreckt, in der Form. Nach dem Heißprägeschritt wird die in der Türöffnung ausgebildete Verstärkung aus dem geprägten Türring entfernt und anschließend an einer gewünschten Stelle des Türrings zum Beispiel in einer darüber liegenden Beziehung mit einer jeweiligen der Säulen angebracht.
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Das Verfahren kann aufgrund der verringerten Dicke und einem Nichtvorhandensein von Luftspalten zwischen dem Türring-Rohteil und dem Verstärkungsabschnitt mit einer verkürzten Erwärmungszeit, einer verkürzten Abkühlzeit und einer insgesamt verkürzten Zykluszeit durchgeführt werden. Mit anderen Worten, der Verstärkungsabschnitt liegt während des Heißprägens nicht über dem Säulenabschnitt, für dessen Verstärkung er bestimmt ist, und auf diese Weise wird die Effizienz des Prozesses verbessert.
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Figurenliste
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Sonstige Vorteile der vorliegenden Erfindung werden leicht ersichtlich, während dieselbe durch Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen besser verständlich wird, in denen:
- 1 ein Türring-Rohteil nach dem Stand der Technik veranschaulicht, das einen Verstärkungsabschnitt beinhaltet, der in einer darüber liegenden und angebrachten Beziehung mit einem Säulenabschnitt angeordnet ist;
- 2 ein Türring-Rohteil, das zumindest einen Säulenabschnitt, zumindest einen Türöffnungsabschnitt und zumindest einen Verstärkungsabschnitt beinhaltet, der sich durch den zumindest einen Türöffnungsabschnitt erstreckt, gemäß einem Aspekt der gegenständlichen Offenbarung veranschaulicht;
- 3 einen Türring und zumindest eine aus dem Türring-Rohteil ausgebildete Verstärkung veranschaulicht;
- 4 die aus der zumindest einen Türöffnung entfernte und an der zumindest einen Säule des Türrings angebrachte Verstärkung veranschaulicht.
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Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen
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Unter Bezugnahme auf 4 stellt die Erfindung letztendlich ein Strukturbauteil wie zum Beispiel einen Türring 20 für ein Kraftfahrzeug bereit, das zumindest eine Verstärkung 22 zum Erhöhen der Festigkeit des Türrings 20 beinhaltet. Wie zuvor erwähnt, kann das zum Fertigen des Türrings 20 verwendete Verfahren mit einer verkürzten Erwärmungszeit, einer verkürzten Abkühlzeit, einer verkürzten Gesamtzykluszeit und einer verbesserten Effizienz im Vergleich mit sonstigen Verfahren durchgeführt werden, die zum Ausbilden von Türringen verwendet werden, wie zum Beispiel durch Heißprägen des Vergleichstürring-Rohteils 12 von 1.
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Wie am besten in 4 veranschaulicht, beinhaltet der durch das gegenständliche Verfahren ausgebildete Türring 20 bevorzugt eine Mehrzahl von Säulen 24, 26, 28 und Holmen 30, 32, die zumindest eine Türöffnung 34, 36 umgeben. Beispielsweise kann der Türring 20 eine A-Säule 24, eine B-Säule 26 und einen unteren Holm 30, die um eine Vordertüröffnung 34 herum angeordnet sind, und eine B-Säule 26, eine C-Säule 28, den unteren Holm 30 und einen oberen Holm 32 beinhalten, die um eine Fondtüröffnung 36 herum angeordnet sind. Der Türring 20 kann jedoch zusätzliche oder weniger Säulen und sonstige Konstruktionen neben dem in 4 dargestellten und ausgebildeten Türring beinhalten.
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Der Türring 20 besteht aus Metall, üblicherweise aus einem Stahlmaterial. Bei der beispielhaften Ausführungsform sind die Säulen 24, 26, 28, der untere Holm 30 und der obere Holm 32 aus einem Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt auf Grundlage von Bor ausgebildet. Dieses Material beinhaltet auf Grundlage des Gesamtgewichts des Materials 5 Gewichtsprozent (Gew.-%) bis 10 Gew.-% Bor und 12 Gew.-% bis 35 Gew.-% Kohlenstoff. Das Material weist bevorzugt eine Streckgrenze von 950 MPa bis 1.300 MPa, eine Zugfestigkeit von 1.350 MPa bis 2.000 MPa und eine Dehnung von mehr als 5 % auf. Das Material des Türrings 20 kann beschichtet oder unbeschichtet sein.
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Wie zuvor erwähnt, beinhaltet der Türring 20 darüber hinaus zumindest eine Verstärkung 22, um die Festigkeit in bestimmten Bereichen des Türrings 20 zu erhöhen. Die Verstärkung 22 kann an vielen verschiedenen Stellen an dem Türring 20 angebracht werden. Beispielsweise kann die Verstärkung 20 letztendlich mit einer der Säulen 24, 26, 28 des Türrings 20 ausgerichtet und an dieser angebracht werden. Bei der beispielhaften Ausführungsform von 4 beinhaltet der Türring 20 mehrere Verstärkungen 22, wobei eine erste Verstärkung 22 an der A-Säule 24 angebracht ist und eine zweite Verstärkung 22 an der B-Säule 26 angebracht ist.
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Die Verstärkungen 22 werden ebenfalls aus Metall ausgebildet, üblicherweise aus demselben Stahlmaterial wie die übrigen Bauteile des Türrings 20. Bei der beispielhaften Ausführungsform werden die Verstärkungen 22 aus einem Stahlmaterial mit mittlerem Kohlenstoffgehalt auf Grundlage von Bor ausgebildet, bei dem es sich um dasselbe Material wie bei den Säulen 24, 26, 28 und den Holmen 30, 32 handelt. Dieses Material beinhaltet auf Grundlage des Gesamtgewichts des Materials 5 Gew.-% bis 10 Gew.-% Bor und 12 Gew.-% bis 35 Gew.-% Kohlenstoff. Das Material weist bevorzugt eine Streckgrenze von 950 MPa bis 1.300 MPa, eine Zugfestigkeit von 1.350 MPa bis 2.000 MPa und eine Dehnung von mehr als 5 % auf. Das Material der Verstärkungen 22 kann ebenfalls beschichtet oder unbeschichtet sein.
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Anders als die Vergleichstürringe mit Verstärkungen werden die Verstärkungen 22 des Erfindungsgegenstands jedoch nicht dadurch ausgebildet, dass sie zuerst an ihren jeweiligen Säulen 24, 26 angebracht oder an diese geschweißt werden, bevor sie in der Form heißgeprägt werden. Vielmehr werden die Verstärkungen 22, wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird, aus einem getrennten Teil des Rohteils ausgebildet, das zum Ausbilden des Türrings 20 verwendet wird, und in derselben Form heißgeprägt. Wie am besten in 2 veranschaulicht, wird zum Beispiel während des Heißprägeschritts jede Verstärkung 22 aus einem Verstärkungsabschnitt 22' eines Türring-Rohteils 20' ausgebildet, der sich in einem freien Raum zwischen zwei Säulenabschnitten 24', 26', 28' zum Beispiel in einem der Türöffnungsabschnitte 34', 36' befindet. Wie am besten in den aufeinanderfolgenden 3 bis 4 veranschaulicht, werden nach dem Heißprägeschritt die ausgebildeten Verstärkungen 22 von dem übrigen Türring 20 getrennt und anschließend an der gewünschten Stelle an dem ausgebildeten Türring 20 zum Beispiel in einer angebrachten und ausgerichteten Beziehung mit einer der jeweiligen Säulen 24, 26 angebracht. Die ausgebildete Verstärkung 22 kann durch viele verschiedene Verfahren wie zum Beispiel Punktschweißen, Laserschweißen, Metallinertgas(MIG)-Schweißen, mechanische Verriegelung oder einen anderen Verbindungsmechanismus an dem Türring 20 angebracht werden.
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Ein weiterer Aspekt der gegenständlichen Offenbarung stellt ein Verfahren zum Fertigen eines Strukturbauteils für ein Kraftfahrzeug, zum Beispiel des in 4 veranschaulichten Türrings 20 bereit. Wie am besten in 2 veranschaulicht, beinhaltet das Verfahren zunächst ein Bereitstellen eines Türring-Rohteils 20', das zumindest einen Türöffnungsabschnitt 34', 36' definiert. Das Türring-Rohteil 20' beinhaltet darüber hinaus zumindest einen Verstärkungsabschnitt 22', der sich durch den zumindest einen Türöffnungsabschnitt 34', 36' erstreckt. Bei einer bevorzugten Anordnung beinhaltet das Türring-Rohteil 20' darüber hinaus einen A-Säulenabschnitt 24', einen B-Säulenabschnitt 26', einen C-Säulenabschnitt 28', einen unteren Holmabschnitt 30' und einen oberen Holmabschnitt 32'. Der zumindest eine Türöffnungsabschnitt 34', 36' beinhaltet bevorzugt einen Vordertür-Öffnungsabschnitt 34', der durch den A-Säulenabschnitt 24', den B-Säulenabschnitt 26', den unteren Holmabschnitt 30' und den oberen Holmabschnitt 32' gemeinsam definiert oder eingefasst wird, sowie einen Fondtür-Öffnungsabschnitt 36', der durch den B-Säulenabschnitt 26', den oberen Holmabschnitt 32', den C-Säulenabschnitt 28' und den unteren Holmabschnitt 30' gemeinsam definiert oder eingefasst wird. Jeder der Abschnitte des Türring-Rohteils 20' entspricht jeweiligen Strukturmerkmalen, die letztendlich in dem resultierenden Türring 20 von 4 ausgebildet werden.
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Wie des Weiteren in 2 veranschaulicht, kann das Türring-Rohteil 20' bei einer bevorzugten Anordnung mehrere Verstärkungsabschnitte 22' beinhalten, die sich jeweils durch einen entsprechenden Türöffnungsabschnitt 34', 36' erstrecken. Beispielsweise kann ein erster Verstärkungsabschnitt 22' in dem Vordertür-Öffnungsabschnitt 34' angeordnet sein und erstreckt sich von einem oberen Ende, das an dem A-Säulenabschnitt 24' angebracht ist, zu einem unteren Ende, das an dem unteren Holmabschnitt 30' des Türring-Rohteils 20' angebracht ist. Auf diese Weise ist der größte Teil des ersten Verstärkungsabschnitts 22' während des anschließenden Heißprägeschritts in dem freien Raum des vorderen Fensteröffnungsabschnitts 34' angeordnet. Darüber hinaus kann bei dieser beispielhaften Ausführungsform ein zweiter Verstärkungsabschnitt 22' in dem Fondtür-Öffnungsabschnitt 36' angeordnet sein und erstreckt sich von einem oberen Ende, das an dem oberen Holmabschnitt 32' angebracht ist, zu einem unteren Ende, das an dem unteren Holmabschnitt 30' des Türring-Rohteils 20' angebracht ist. Auf diese Weise ist der größte Teil der zweiten Verstärkung 22 während des anschließenden Heißprägeschritts in dem freien Raum des hinteren Fensteröffnungsabschnitts 26 angeordnet.
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Bei einer Anordnung kann der zumindest eine Verstärkungsabschnitt 22' als getrenntes Bauteil ausgebildet werden und anschließend durch Punktschweißen, Laserschweißen, Metallinertgas(MIG)-Schweißen, mechanische Verriegelung oder einen anderen Verbindungsmechanismus 38' an den jeweiligen Säulen oder Holmen des Türring-Rohteils 20' angebracht werden. Bei einer weiteren Anordnung kann der zumindest eine Verstärkungsabschnitt 20' jedoch als integraler Teil des Türring-Rohteils 20' ausgebildet oder gestanzt werden. Beispielsweise kann das Türring-Rohteil 20', das den zumindest einen Verstärkungsabschnitt 20' beinhaltet, aus einer einzelnen Blechtafel mit Laser geschnitten oder gestanzt werden.
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Nachdem das Türring-Rohteil 20', das den zumindest einen Verstärkungsabschnitt 22' beinhaltet, ausgebildet worden ist, wird das Verfahren durch Erwärmen des Türring-Rohteils 20' und Anordnen des erwärmten Türring-Rohteils 20' in der Prägeform fortgesetzt. Anschließend wird das Verfahren durch Heißprägen des Türring-Rohteils 20' in der Form zum Ausbilden des Türrings 20 und der zumindest einen Verstärkung 22, die in 3 veranschaulicht werden, fortgesetzt. Während des Heißprägeschritts befindet sich die zumindest eine Verstärkung 22' in einem freien Raum zwischen den Säulen- und Holmabschnitten des Türring-Rohteils 20'. Nach dem Heißprägeschritt wird das Verfahren durch Entfernen des/der geprägten Türrings 20 und Verstärkung 22 aus der Prägeform und Übergeben der ausgebildeten Bauteile an eine getrennte Station zum Entfernen der zumindest einen Verstärkung 22 zum Beispiel durch Laser oder Schneiden in der Form aus dem Türring 20 fortgesetzt.
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Nach dem Entfernen der geprägten Verstärkungen 22 und wie am besten in 4 veranschaulicht, wird das Verfahren durch Anbringen der zumindest einen Verstärkung 22 an dem Türring 20 an einer gewünschten Stelle fortgesetzt. Beispielsweise kann die zumindest eine Verstärkung 22 an einer entsprechenden der Säulen 24, 26, 28 angebracht und mit dieser ausgerichtet werden. Verschiedene Verfahren können verwendet werden, um die zumindest eine Verstärkung 22 an dem Türring 20 anzubringen. Beispielsweise kann das Verfahren Punktschweißen, Laserschweißen, Metallinertgas(MIG)-Schweißen, mechanische Verriegelung oder einen anderen Verbindungsmechanismus beinhalten.
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Das Verfahren bietet zahlreiche Vorteile gegenüber dem Vergleichsprozess. Beispielsweise weist das Türring-Rohteil 20' eine verringerte Dicke im Vergleich mit dem Türring-Rohteil 10 nach dem Stand der Technik von 1 auf, da der Verstärkungsabschnitt 22' nicht mit einem der Säulenabschnitte 24', 26' ausgerichtet ist und nicht über diesen liegt und folglich die Erwärmungs- und Abkühlzeiten während der Erwärmungs- und Prägeschritte verkürzt sind. Darüber hinaus sind keine Luftspalte zwischen dem Verstärkungsabschnitt 22' und den jeweiligen Säulenabschnitten 24', 26', 28' vorhanden, wie sie in dem Vergleichsprozess vorhanden sind. Das Nichtvorhandensein von Luftspalten verringert darüber hinaus die Erwärmungs- und Abkühlzeit. Auf diese Weise sind die Gesamtzykluszeit und die Effizienz des Verfahrens zum Fertigen des Türrings 20 aus einem Türring-Rohteil 20', das einen Verstärkungsabschnitt 22' beinhaltet, der sich durch einen Türöffnungsabschnitt 34', 36' erstreckt, gegenüber den Prozessen nach dem Stand der Technik verbessert.
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Zahlreiche Modifizierungen und Varianten der vorliegenden Offenbarung sind angesichts der obigen Lehren möglich und können anders umgesetzt werden, als ausdrücklich beschrieben worden ist, während sie gleichzeitig in den Umfang der Erfindung fallen. Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen ist zum Zweck der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt worden. Sie ist nicht als erschöpfend oder die Erfindung beschränkend gemeint. Einzelne Elemente oder Merkmale einer bestimmten Ausführungsform sind grundsätzlich nicht auf diese bestimmte Ausführungsform beschränkt, sondern sind gegebenenfalls untereinander austauschbar und können in einer ausgewählten Ausführungsform verwendet werden, selbst wenn dies nicht ausdrücklich dargestellt oder beschrieben worden ist. Dieselben können darüber hinaus in vielfältiger Weise variiert werden. Solche Varianten sind nicht als Abweichung von der Offenbarung zu betrachten, und sämtliche derartigen Modifizierungen sollen im Umfang der Offenbarung eingeschlossen sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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