DE19720109A1 - Leichtbauträger für Fahrzeuge od.dgl. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Leichtbauträger mit einem hohlprofilartigen Querschnitt für Fahrzeuge od. dgl., wie z. B. für Fahrgastzellen von Kraftwagens.

Ein derartiges bekanntes Leichtbauprofil, welches nach Möglichkeit eine relativ hohe Energieaufnahmefähigkeit und einen großen Widerstand gegen äußere Kraftbelastungen aufwei­ sen sollte, besteht z. B. bei einem türinnenseitigen Seiten­ aufprall-Schutzprofil eines Kraftwagens aus einem strangge­ preßten Leichtmetall-Hohlprofil mit einem ovalisierten rechteckigen Profil-Hohlraum. Außerdem weist der bekannte Leichtbauträger an diametral gegenüberliegenden Außenflächen jeweils zwei im Abstand voneinander angeordnete randliche Profilrippen auf.

Ausgehend von dem vorbeschriebenen bekannten Leichtbau­ träger, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen mit verhältnismäßig einfachen Mitteln herstellbaren Leichtbauträ­ ger zu schaffen, welcher vielfältiger als bisher einsetzbar ist, außerdem ein wesentlich größeres Energieaufnahmevermögen pro eingesetzte Trägermasse gewährleistet und einen bela­ stungsoptimierten Widerstand gegen äußere Kraftbelastungen sichert. Schließlich soll der Leichtbauträger funktional op­ timal gestalt- und kostengünstiger als bisher fertigbar sein.

Entsprechend der Erfindung wird diese Aufgabe allgemein durch einen als Verbundträger ausgebildeten Leichtbauträger gelöst, welcher aus zwei gleichsinnig mit ihren Profilstegen ineinandergefügten und stets mit ihren Profilflanschen ineinanderliegenden Hutprofilen, einem inneren Hutprofil und einem äußeren Hutprofil, besteht, wobei die Profil-Steghöhe und/oder die Breite der Profilböden der beiden Hutprofile über die Axiallänge des Verbundträgers unterschiedlich sind.

Die Erfindung läßt Variationen zwischen den beiden fol­ genden hauptsächlichen Querschnittsformen zu:

• 1. Die Steghöhen beider Hutprofile sind in einem Quer­ schnitt einer ersten axialen Länge so angepaßt, daß die bei­ den Hutprofile satt ineinanderliegen. Dabei liegen auch die beiden Profilböden aneinander, d. h., die profilbodenaußenflä­ che des inneren Profils liegt an der Profilbodeninnenfläche des äußeren Profils an. Ein derartiger Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Verbundträger ergibt ein verhältnismäßig geringes Biegewiderstandsmoment.
• 2. An einer anderen axialen Länge weist der erfindungs­ gemäße Verbundträger, bedingt durch unterschiedliche Profil-Steg­ höhen der beiden Einzelprofile, einen relativ großen Ab­ stand zwischen der Profilbodenaußenfläche des inneren Hutpro­ fils und der Profilbodeninnenfläche des äußeren Hutprofils auf. Bei diesem letztbeschriebenen Profilquerschnitt ergibt sich ein verhältnismäßig großes Biegewiderstandsmoment des Verbundträgers.

Außerdem kann das Biegewiderstandsmoment durch unter­ schiedliche Profilbodenbreiten und Biegeradien an den Einzel­ profilen verändert werden, was bei einer verhältnismäßig ge­ ringen Bodenbreite und relativ hohen Profilstegen ein ver­ hältnismäßig großes Biegewiderstandsmoment bezüglich der x-Achse bedeutet.

Auf diese Weise läßt die erfindungsgemäße Lehre, bezogen auf einen jeweiligen an einer bestimmten axialen Länge des Verbundträgers vorhandenen Querschnitt, ein gezielt bemes­ senes Biegewiderstandsmoment zu, womit das Energieaufnahme­ vermögen eines Leichtbauträgers über seine unterschiedlichen Querschnitte hinweg gewissermaßen gesteuert werden kann.

So hat die Erfindung auch die Möglichkeit geschaffen, z. B. einen beidendig eingespannten Leichtbauträger als Träger gleicher Biegesteifigkeit auszubilden. Das ist insbesondere dann der Fall, wenn sowohl die Profilbodenbreiten als auch die Profil-Steghöhen beider Einzelprofile des erfindungsge­ mäßen Verbundträgers zur Mitte des Leichtbauträgers hin sym­ metrisch zunehmen. Hierbei nimmt indessen die Profil-Steghöhe des äußeren Hutprofils in einem stärkeren Maße zu, so daß sich der Abstand zwischen den beiden Profilböden, d. h. die Höhe des zwischen den beiden Profilböden gebildeten Hohl­ raums, zur axialen Mitte des Verbundträgers hin vergrößert.

Mit der Erfindung ist die Möglichkeit geschaffen worden, die Masse eines Leichtbauträgers erheblich zu verringern. Zweckmäßig werden zur Herstellung des erfindungsgemäßen Ver­ bundträgers gepreßte Blechprofile aus kaltumformbarem Metall, insbesondere aus Stahl, eingesetzt.

Weiterhin sieht die Erfindung zur Optimierung des ein­ zelnen Anwendungsfalles vor, die Profil stärken von Innen- und Außenprofil des erfindungsgemäßen Verbundträgers unterschied­ lich zu wählen. Ebenso können die Materialqualitäten, also die Festigkeitswerte von Innen- und Außenprofil, zur Optimie­ rung des Leichtbauträgers unterschiedlich sein.

Eine höhere Steifigkeit des erfindungsgemäßen Verbund­ trägers kann auch dadurch erzielt werden, daß der zwischen den beiden Profilböden gebildete Hohlraum mit einem Formteil aus einem Werkstoff geringerer Dichte oder mit einem Werk­ stoff geringer Dichte ausgefüllt, z. B. ausgeschäumt, insbe­ sondere mit einem Metallschaum, ausgeschäumt wird. Ein Zusam­ mendrücken des Verbundträgers in Richtung der x-Achse und/oder y-Achse kann dadurch erschwert werden, daß der Raum zwischen den Profilsteginnenflächen und der Profilbodeninnen­ fläche des Innenprofils mit einem Werkstoff geringer spezifi­ scher Dichte ausgefüllt, z. B. ausgeschäumt, insbesondere mit einem Metallschaum, ausgeschäumt oder durch ein eingelegtes Formstück stabilisiert wird.

Die Grundstrukturen der erfindungsgemäßen Einzel-Hutpro­ file sind aus der Sicht der Fertigung als Stanz-, Biege-, Zieh- oder Prägeteile, die belastungsoptimiert konstruiert werden können, aufgebaut. Derartige Profile gestatten eine rationelle Fertigung.

Der erfindungsgemäße Leichtbauträger ist an den Enden im wesentlichen frei gestaltbar, dieses zumal für den Fall, daß an eingespannten Enden im Übergang zur Struktur der Fahrzeug­ zelle die dort gegebenenfalls eingeleiteten Aufprallkräfte gegen Null gehen und die auftretenden Zugspannungen optimal in die Grundstruktur des Fahrzeuges eingeleitet werden kön­ nen.

Die Verbindung der Einzelträger untereinander erfolgt zweckmäßig durch bekannte Fügeverfahren, wobei vorrangig me­ chanische Fügeverfahren (Clinchen, Toxen, Durchsetzfügen und Stanznieten) oder thermische Fügeverfahren (Buckelschweißen, Punktschweißen etc.), zweckmäßig im Bereich der Profilflan­ sche, eingesetzt werden können.

Weiterhin sieht die Erfindung vor, die Profilbereiche, insbesondere den Bodenbereich der Hutprofile, längssickenar­ tig auszubilden, um bei geringer Materialstärke die Steifig­ keit zusätzlich zu erhöhen. Auch das Maß bzw. die Höhe derar­ tiger Längssicken kann über die axiale Länge des erfindungs­ gemäßen Verbundträgers unterschiedlich sein, um dessen Festigkeitseigenschaften zu optimieren.

Eine zusätzliche Festigkeit, die ein unbeabsichtigtes Aufklaffen des erfindungsgemäßen Verbundträgers verhindert, wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch erzielt, daß die Hohlseite des erfindungsgemäßen Verbundträgers durch eine außen auf den Flanschen des inneren Hutprofils auflie­ gende und dort befestigte Verstrebung überbrückt ist. Diese Verstrebung kann aus quer zur Profillängsachse (also in Rich­ tung x-Achse) verlaufenden Einzelstreben bestehen oder von einer durchgehenden Platte mit ausgestanzten Lochfeldern zur Verringerung der Masse gebildet sein.

In den Zeichnungen ist ein bevorzugtes Ausführungsbei­ spiel entsprechend der Erfindung unter Einbeziehung einiger Varianten dargestellt, es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines in hälftiger axialer Länge dargestellten Leichtbauträgers,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Hohlseite des Leichtbau­ trägers entsprechend dem mit II bezeichneten Ansichts­ pfeil in Fig. 1,

Fig. 3-7 an unterschiedlichen Axiallängen erstellte un­ terschiedliche Profilquerschnitte, jeweils entsprechend den in Fig. 1 mit III-III bis VII-VII gekennzeichneten Einzelquerschnitten,

Fig. 8 einen Querschnitt durch eine Ausführungsvariante eines Leichtbauträgers und

Fig. 9-11 in vergrößerter Darstellung unterschiedliche Profilierungen von Profilböden entsprechend den in Fig. 8 mit IX, X und XI bezeichneten Einkreisungen.

In den Zeichnungen ist ein Leichtbauträger insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.

Der Leichtbauträger 10, ein Verbundträger, ist aus zwei Einzelprofilen zusammengesetzt, und zwar aus einem äußeren Hutprofil 11 und aus einem inneren Hutprofil 12. Die beiden Profilflansche des äußeren Profils 11 sind mit 13, die beiden Profilstege des äußeren Profils 11 sind mit 14 und der Pro­ filboden des äußeren Profils 11 ist mit 15 bezeichnet. Analog hierzu weist das innere Profil zwei Profilflansche 16, zwei Profilstege 17 und einen Profilboden 18 auf.

In den Fig. 1 und 2 ist jeweils die axiale Hälfte eines Leichtbauträgers 10 gleicher Biegesteifigkeit dargestellt, den man sich gemäß der in Fig. 2 mit S bezeichneten Spiegel­ symmetrieebene zur linken Seite hin fortgesetzt denken muß. Ein derartiger Leichtbauträger 10 wäre bevorzugt als tür­ innenseitiger Aufprallschutz eines Kraftwagens einsetzbar. Die Ausbildung des in den Figuren dargestellten Leichtbauträ­ gers 10 gleicher Biegesteifigkeit ist besonders vorteilhaft, da der Leichtbauträger 10 an jeder Axialstelle im wesentli­ chen dasselbe Energieaufnahmevermögen erbringt, welches sich demnach über die gesamte Axiallänge zu einem relativ großen Wert addiert.

Die Fig. 3-7 (s.a. Fig. 8) zeigen, daß die Profilsteg-Hö­ hen H14 und die Profilsteg-Höhen H17 von der Mitte M des einen Verbundträger darstellenden Leichtbauträgers 10 zum Einspannende E hin abnehmen. Hierbei nimmt die Höhe H17 des inneren Profils 12 in einem geringeren Maße ab als die jewei­ lige Höhe H14 des äußeren Profils 11, so daß der Abstand A zwischen der Profilbodeninnenfläche 19 des äußeren Profils 11 und der Profilbodenaußenfläche 20 des inneren Profils 12 von der Mitte M zum Einspannende E hin bis zu Null abnimmt. Der innere Hohlraum des Verbundprofils 10 zwischen der Profilbo­ deninnenfläche 19 und der Profilbodenaußenfläche 20 ist mit 21 bezeichnet. Dieser Hohlraum 21 kann mit einem die Steifig­ keit erhöhenden Schaum, beispielsweise mit einem metallischen Schaum 22, z. B. aus Aluminium, ausgefüllt sein. Ein Zusammen­ drücken des Verbundprofils in Richtung der x-Achse kann da­ durch erschwert werden, daß der Raum 31 zwischen den Profil­ steginnenflächen 29 und der Profilbodeninnenfläche 30 des Innenprofils 12 mit einem Werkstoff geringer spezifischer Dichte ausgefüllt, z. B. ausgeschäumt, insbesondere mit einem Metallschaum 28, ausgeschäumt wird.

Die Fig. 9-11 zeigen unterschiedlich ausgebildete, etwa sickenartige Längsprofilierungen 23, 24, 25 des jeweiligen Profilbodens 15/18. Durch diese Längsprofilierungen 23, 24, 25 wird die Biegesteifigkeit bezüglich der Längsachse Z des Verbundprofils 10 zusätzlich vergrößert. Art und Maß der Pro­ filierung können ebenfalls bezüglich der Optimierung der Bie­ gesteifigkeit des Verbundprofils 10 über die Axiallänge hin­ weg unterschiedlich sein.

Die Profilflansche 13, 16 der Einzelprofile 11, 12 sind bei 26 gemäß einer gängigen Fügetechnik, beispielsweise durch Punkt- oder Buckelverschweißung, miteinander verbunden. Um bei besonderen Anwendungsfällen ein Aufklaffen des Verbund­ profils 10 zu verhindern, kann eine in Fig. 8 gestrichelt eingetragene Querverstrebung 27 in die Verschweißung 26 ein­ bezogen sein. Die Querverstrebung 27 kann einzelstrebenartig partiell oder deckelartig als Platte durchgehend ausgebildet sein.

Die Profilbodenbreiten der Profilböden 15 und 18 sind mit B15 und B18 bezeichnet.

Claims (20)

1. Leichtbauträger (10) mit einem hohlprofilartigen Querschnitt für Fahrzeuge od. dgl., wie z. B. für Fahrgastzel­ len von Kraftwagen, gekennzeichnet durch einen als Verbund­ träger (10) ausgebildeten Leichtbauträger, welcher aus zwei gleichsinnig mit ihren Profilstegen (17, 14) ineinandergefüg­ ten und stets mit ihren Profilflanschen (16, 13) aneinander­ liegenden Hutprofilen (12, 11), einem inneren Hutprofil (12) und einem äußeren Hutprofil (11), besteht, wobei die Profil-Steg­ höhe (H17, H14) und/oder die Breite (B18, B15) der Pro­ filböden (18, 15) der beiden Hutprofile (12, 11) über die Axiallänge (bei z) des Verbundträgers (10) unterschiedlich sind.

2. Leichtbauträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Profil-Steghöhen (H14, H17) beider Hutprofile (11, 12) in einem Querschnitt einer ersten axialen Länge so aneinander angepaßt sind, daß die beiden Hutprofile (11, 12) satt ineinanderliegen.

3. Leichtbauträger nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbundprofil (10), bedingt durch unterschiedliche Profil-Steghöhen (H14, H17) der beiden Hutprofile (11, 12), einen relativ großen Abstand (A) zwi­ schen der Profilbodenaußenfläche (20) des inneren Hutprofils (12) und der Profilbodeninnenfläche (19) des äußeren Hutpro­ fils (11) aufweist.

4. Leichtbauträger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ge­ kennzeichnet durch unterschiedliche Breiten (B15, B18) der Profilböden (15, 18).

5. Leichtbauträger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ge­ kennzeichnet durch unterschiedliche Biegeradien der beiden Hutprofile (11, 12).

6. Leichtbauträger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der Verbundträger (10) beidendig einspannbar und als Träger gleicher Biegesteifigkeit ausge­ bildet ist.

7. Leichtbauträger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß sowohl die Breiten (B15, B18) der Profilböden (15, 18) als auch die Profil-Steghöhen (H14, H17) beider Hutpro­ file (11, 12) zur Mitte (M) des Verbundprofils (10) hin sym­ metrisch zunehmen.

8. Leichtbauträger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Pofil-Steghöhe (H14) des äußeren Hutprofils (11) in einem stärkeren Maße zunimmt als die Profil-Steghöhe (H17) des inneren Hutprofils (11), wobei sich der Abstand (A) zwi­ schen den beiden Profilböden (15, 18), d. h. die Höhe des zwi­ schen den beiden Profilböden (15, 18) gebildeten Hohlraums (21), zur axialen Mitte (M) des Verbundprofils (10) hin ver­ größert.

9. Leichtbauträger nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Hutprofile (11, 12) aus kaltum­ formbaren Metall gepreßte Blechprofile, insbesondere aus Stahl, sind.

10. Leichtbauträger nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilstärken des inneren Hutprofils (11) und des äußeren Hutprofils (12) und/oder die Werkstoffqualitäten, d. h. die Festigkeitswerte des inneren Hutprofils (11) und des äußeren Hutprofils (12), zur Optimie­ rung des Verbundprofils (10) unterschiedlich sind.

11. Leichtbauträger nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen den beiden Profilbö­ den (15, 18) der beiden Hutprofile (11, 12) gebildete Hohl­ raum (21) mit einem Formteil aus einem Werkstoff geringerer Dichte oder mit einem Werkstoff (22) geringerer Dichte ausge­ füllt ist.

12. Leichtbauträger nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der zwischen den beiden Profilböden (15, 18) der beiden Hutprofile (11, 12) gebildete Hohlraum (21) ausge­ schäumt, insbesondere mit einem Metallschaum (22) ausge­ schäumt, ist.

13. Leichtbauträger nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen den Profilsteginnen­ flächen (29) und der Profilbodeninnenfläche (30) des Innen­ profils (12) gebildete Raum (31) mit einem Werkstoff geringe­ rer spezifischer Dichte ausgefüllt, z. B. ausgeschäumt, insbe­ sondere mit einem Metallschaum (28) ausgeschäumt oder durch ein eingelegtes Formstück stabilisiert ist.

14. Leichtbauträger nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der beiden Hutpro­ file (11, 12) untereinander durch an sich bekannte Fügever­ fahren, insbesondere durch mechanische Fügeverfahren, wie z. B. Clinchen, Toxen, Durchsetzfügen oder Stanznieten, oder durch thermische Fügeverfahren, wie z. B. durch Buckel­ schweißen, Punktschweißen etc., erfolgt.

15. Leichtbauträger nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verbindung der beiden Hutprofile (11, 12) miteinander im Bereich der Profilflansche (13, 16) erfolgt.

16. Leichtbauträger nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß Profilbereiche der beiden Hutpro­ file (11, 12), insbesondere der Bodenbereich (15, 18) der beiden Hutprofile (11, 12), längssickenartig (bei 23, 24, 25) ausgebildet sind.

17. Leichtbauträger nach Anspruch 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abmessungen, wie z. B. die Höhe der Längs­ sicken (23, 24, 25), über die axiale Länge (bei z) des Ver­ bundträgers (10) unterschiedlich sind.

18. Leichtbauträger nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlseite (bei 31) des Ver­ bundträgers (10) durch eine außen auf den beiden Flanschen (16) des inneren Profils (12) aufliegende und dort befestigte Verstrebung (27) überbrückt ist.

19. Leichtbauträger nach Anspruch 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verstrebung (27) aus quer zur Profil­ längsachse (z) verlaufenden Einzelstreben besteht.

20. Leichtbauträger nach Anspruch 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verstrebung (27) von einer durchgehenden Platte mit ausgestanzten Lochfeldern gebildet ist.