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Die
Erfindung betrifft ein Formbauteil aus Stahlblech.
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Aus
der
EP 1 182 095 B1 ist
ein zweischalig gebildeter Träger mit offenem Profil für
einen Stoßhänger bekannt. Stoßfänger
sind quer an Front und Heck eines Kraftfahrzeuges zwischen den die
Karosserie abschließenden Kunststoffschalen und dem Rahmen
des Kraftfahrzeuges angeordnet. Sie sollen dazu beitragen, dass
die Fahrzeugstruktur bei einem Anprallen mit geringer Geschwindigkeit
keine Beschädigungen davonträgt. Hierzu sind zwischen
den Querträger und die Längsträger Pralldämpfer,
sogenannte Crash-Boxen geschaltet. Die Pralldämpfer sollen
die aus einem Anprall resultierende Energie absorbieren, indem diese
in Verformungsarbeit umgewandelt wird. Speziell beim hinteren Stoßfänger
ist der freie Deformationswert, der zur Energieaufnahme zur Verfügung
steht, bedingt durch die Fahrzeugkonstruktion kurz, weil der zur
Verfügung stehende Bauraum durch die Kofferraumabdeckung
begrenzt ist. Man ist daher bestrebt, dass der Querträger
bereits als eine Art vorgeschaltetes Deformationselement mit den
Crash-Boxen eine Reihenschaltung bildet, um die Energieaufnahme
von Beginn an so hoch wie möglich ausfallen zu lassen.
Derartige Systeme bestehen meistens aus einem Querträger,
der als geschlossenes Hohlkammerprofil oder als geschlossenes Pressschalenteil
ausgeführt ist. Das Gewicht einer solchen Konstruktion
ist wegen des Materialansatzes hoch. Auch die Lackierung bzw. der
Oberflächenschutz des Querträgers ist wegen der
geschlossenen Bauweise aufwändig. Zur Beseitigung dieser Nachteile
schlägt die
EP
1 182 095 B1 vor, den Querträger ein als zu den
Pralldämpfern hin offenes Profil aus einer Oberschale und
einer Unterschale auszubilden. Vom frontseitigen Steg des Querträgers
soll sich jeweils an der Ober- und bzw. unteren Längskante
ein nach hinten gerichteter Schenkel erstrecken. Dieser Schenkel
soll als Deformationsfalte ausgebildet sein, mit einem Vertikalabschnitt,
an den sich ein zum Rahmen des Kraftfahrzeuges hin abgewinkelter
Versteifungsflansch anschließt. Vorzugsweise soll der Vertikalabschnitt
bezogen auf das offene Profil nach Innen eingezogen sein und der
Versteifungsflansch etwa rechtwinklig zum Vertikalabschnitt ausgerichtet
sein. Einerseits soll durch das offene Querträgerprofil
eine erhebliche Gewichtsreduzierung erreicht werden. Zudem soll
die Formgebung des zweischaligen Querträgers mit Falten-
und Flanschausbildungen diesem ein Deformationsverhalten verleihen, welches
mit einem Pralldämpfer vergleichbar ist.
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Aus
der
DE 10 2006
062 163 A1 ist ein Stoßfänger bekannt,
der einen Querträger umfasst, bei welchem sich die gegenüberliegenden
Schenkel des U-förmigen Profils sich in Längsrichtung
des Querträgers erstreckende Stufen aufweisen. Der Abstand zwischen
den Schenkeln auf der dem Steg zugewandten Seite der Stufe soll
dabei kleiner sein als die dem Steg abgewandte Seite der Stufe.
Durch die abgestufte bzw. mit Stufen versehene Gestaltung der Schenkel
soll eine gewünschte Verformung der Schenkel quer zur Verformungsrichtung
initiiert werden, wodurch die Deformation des Querträgers
besser gesteuert werden kann. Auf diese Weise soll es möglich
sein, den Querträger hinsichtlich seiner Energieaufnahmefähigkeit
zu optimieren und eine Verformungssteuerung vorzusehen, die auf
eine eventuell vorhandene Crash-Box besser abgestimmt ist. Crash-Boxen
sollen bei diesen Stoßfänger, je nach Anforderung
des Crash-Tests, entweder vollständig entfallen, zumindest
aber wesentlich kleiner dimensioniert werden, da ein Großteil
der Verformungsarbeit bereits durch den der Crash-Box vorgelagerten Querträger
geleistet werden soll. Wesentlich soll sein, dass der Querträger
selbst zur Energieaufnahme genutzt wird, so dass durch den Wegfall
der Crash-Boxen sich Einsparungen im Bereich der Montage ergeben
können.
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Aus
der
DE 10 2005
039 489 A1 ist ebenfalls ein Stoßfänger
bekannt, welcher besser als bereits bekannte Stoßfängeranordnungen
geeignet sein soll, die Schadenshöhe auch bei Crash-Reparaturtests, bei
denen ein 10°-Barrierewinkel zur Simulation seitlicher
Stoßkomponenten zum Einsatz kommt, möglichst gering
zu halten, aber gleichzeitig leichter ist. Hierzu soll nicht ein
einzelner einschaliger Querträger vorgesehen werden, sondern
eine Kombination aus zwei Schalenkörpern, wobei der innere
Schalenkörper als Zugstrebe konfiguriert ist, die aus einem Werkstoff
besteht, der eine höhere Zugfestigkeit aufweist als der
Werkstoff des äußeren Schalenkörpers. Auf
diese Weise soll es möglich sein, den für den Crash-Reparaturtest
richtigen Zugverbund zwischen den Crash-Boxen ausschließlich
durch die inneren Schalenkörper zu realisieren, während
der äußere Schalenkörper minimal ausgelegt
werden kann und in erster Linie der Abstützung einer Kunststoffaußenhaut
dient, sowie zur Erfüllung der Anforderung der sogenannten
Pendeltests. Dieser Stoßfänger soll den Vorteil
haben, dass bei Low-Speed-Crashs in einem Bereich unter 4 km/h nur
sehr geringe Beschädigungen auftreten, die zudem leicht
behoben werden können.
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Aus
der
WO 2008 020
794 A1 ist ein Stoßfänger für
ein Fahrzeug bekannt. Die Aufgabe soll sein, einen Stoßfänger
mit einer großen Leistung zu erzielen, welcher ein stabiles
Deformationsverhalten bzgl. seines Gewichts aufweist und eine verminderte Verdrehungstendenz
hat. Dies soll dadurch erreicht wer den, das in den Anbindungsbereichen
die Querwände einzuziehen sind, welche zwischen den Seiten
der Querhäupte befestigt sind und längs zur Fahrzeugachse
ausgerichtet sind.
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Bei
den genannten Lösungen im Stand der Technik ist von Nachteil,
dass diese aus einer Mehrzahl von Einzelteilen bestehen, so dass
ein erheblicher Aufwand für den Zusammenbau von Einzelteilen
besteht.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Formbauteil aus Stahlblech zu schaffen,
welches zuverlässig im Crash-Fall auftretende Kräfte
abbaut, hierbei ein kontrolliertes Deformationsverhalten zeigt,
Bauteile einspart, ein geringes Gewicht hat und zugleich leicht und
günstig herstellbar, sowie leicht zu verarbeiten ist.
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Die
Aufgabe wird mit einem Formbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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Erfindungsgemäß wird
der benötigte kontrolliert deformierende Träger
aus zwei Schalen hergestellt, wobei die üblicherweise als
separate Bauteile vorhanden Crashboxen, die den Träger
mit einer Konstruktion verbinden, einstückig angeformt
sind, also einen Teil der Schalen bilden. Vorzugweise wird der Träger
aus einer Ober- und einer Unterschale hergestellt, wobei erfindungsgemäß die
Ober- und Unterschale symmetrisch ausgebildet sind. Durch die symmetrische
bzw. idente Ausbildung der Ober- und Unterschale, können
die beiden den Träger und die jeweiligen Crashboxen ausbildenden
Halbschalen mit einem einzigen Werkzeugsatz hergestellt werden.
An den sich berührenden Kan ten und/oder Flanschen werden
diese symmetrischen Teile mittels eines geeigneten Fügeverfahrens
verbunden.
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Erfindungsgemäß ist
von besonderem Vorteil, dass die Deformationsbereiche, die üblicherweise
durch separate Crash-Boxen gebildet werden, in das aus zwei Schalen
ausgebildete Bauteil integriert sind, wobei das Crashverhalten positiv
dadurch beeinfluss wird, dass es sich nicht um gesonderte Bauteile
handelt, die mit Befestigungsmitteln aneinander angebunden werden
müssen. Durch die einstückige Bauweise kann das
Deformationsverhalten homogener und ohne Sprünge durch
Befestigungsmittel wie Flansche, Bolzen und Schweißungen
erfolgen. Insbesondere können Teile des Trägers
besser in das Deformationsverhalten der Crashboxen einbezogen werden,
so dass letztlich mehr Energie absorbiert werden kann. Zudem ist
eine Montage von Ersatzteilen nach einem Crashfall leichter durchführbar.
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Erfindungsgemäß werden
die Pressteile aus einem härtbaren B-Mn-Stahl (22MnB) hergestellt
und weisen nach dem Umformen und Härten nach den an sich
bekannten Presshärte- oder Formhärteverfahren,
z. B. gem.
DE
10 2004 038 626 B3 der Anmelderin eine hohe Biegefestigkeit
auf. Aus dieser Konfiguration in Verbindung mit der Einstückigkeit
ergibt sich ein niedriges Bauteilgewicht, welches allgemein in der
Automobilindustrie zur Senkung der Fahrzeuggewichte gefordert wird.
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Erfindungsgemäß kann
das Bauteil bzw. können die Schalen zusätzlich
partiell eine Erhöhung der Bruchdehnung und Zähigkeit
durch partielles Härten oder Anlassen erfahren, so das über
das Bauteil unterschiedliche mechanische Eigenschaften eingestellt
sind, die auf mögliche Crash-Szenarien abgestellt sind.
Zudem kann zur Veränderung des Deformationsverhaltens das
Material teilweise dicker oder dünner sein, beispielsweise
durch unterschiedlich dickes Abwalzen der Ausgangsfläche,
Aufschwei ßen verschiedener Blechteile oder das Abschleifen
von Teilbereichen. Z. B. können lasergeschweißte
Platinen aufgesetzt werden. Zudem können Sicken oder Lochungen
vorgenommen werden.
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Erfindungsgemäß können
zudem im Innenraum des Trägers Schaumelemente, Schottteile, Querwände
o. ä. eingesetzt sein.
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Ober-
und Unterschale werden durch alle bekannten Verfahren miteinander
gefügt, z. B. Lichtbogen, Punkt- oder Laserschweißen,
Löten, Kleben, Schrauben, Nieten, Stanznieten oder Clinchen.
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Bei
der Erfindung ist von Vorteil, dass dadurch, dass die Teile symmetrisch
sind und lediglich zwei Teile verwendet werden und zudem die Crashboxen
einstückig angeformt sind, der Aufwand für den
Zusammenbau erheblich verringert wird, wobei die mechanischen Eigenschaften,
insbesondere das Verformungsverhalten erheblich verbessert werden. Hierdurch
werden zusätzliche Sicherheitsreserven für Kraftfahrzeuge
ohne Vergrößerung des Bauraumes geschaffen.
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Da
der Träger aus symmetrischen, im Wesentlichen identen Teilen
hergestellt wird, müssen zudem keine unterschiedlichen
Werkzeugsätze hergestellt werden, so dass auch die Investitionskosten verringert
werden.
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Die
Erfindung wird anhand einer Zeichnung beispielhaft erläutert.
Es zeigen dabei:
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1:
eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Formbauteil
in einer schematischen Ansicht;
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2:
eine Ansicht von vorne auf ein erfindungsgemäßes
Formbauteil;
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3:
eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Formbauteils;
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4:
eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Formbauteils;
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5:
eine Detailansicht eines Teils der Schnittansicht nach 4;
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6:
das Formbauteil nach 1 in einer isometrischen Ansicht.
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Der
erfindungsgemäße Träger 1 ist
beispielsweise ein im Wesentlichen C-förmiges Bauteil mit
einem Trägerbasisteil 2, von dem zwei freie Trägerseitenenden 3 abgehend
angeordnet sind.
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Der
Träger ist dabei im Querschnitt (4) beispielsweise
kastenförmig ausgebildet, wobei ein Hohlraum 4 von
einem Blechoberteil 5 und einem Blechunterteil 6 begrenzt
wird. Das Blechoberteil 5 und das Blechunterteil 6 sind
bzgl. ihrer Kontur ihres Verlaufs bzgl. des Basisteils und der Trägerseitenenden 3 sowie
der Kanten ident ausgebildet und z. B. angenähert U-förmig
im Querschnitt tiefgezogen. Die Teile 5, 6 bilden
dabei je eine Vorderkante 7, 8 aus. Im diametral
gegenüberliegenden Bereich, der bezogen auf eine Anordnung
des Trägers hinten angeordnet ist, sind entweder ebenfalls
freie Kanten angeordnet oder anstelle der freien Kanten Abbiegungen bzw.
Flansche 9, 10 vorhanden (4), welche
so nach außen vorspringend ausgebogen sind, dass beim Aufeinanderlegen
des Trägeroberteils und des Trägerunterteils der
Hohlraum 4 derart begrenzt wird, dass die Flansche 9, 10 flächig
aufeinander zu liegen kommen, während die Kanten 7, 8 stumpf
aufeinander stoßen.
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Im
Bereich der stumpf aufeinander stoßenden Kanten 7, 8 kann
eine Verbindung des Trägeroberteils 5 und des
Trägerunterteils 6 zum Zwecke der Ausbildung des
Trägers über Schweißverfahren, beispielsweise
Laserschweißen erfolgen. Hier sind aber auch Klebungen
denkbar. Zudem kann die sich zwischen den Kanten 7, 8 bildende
Fuge 11 mittels eines von außen aufgelegten Blechstreifens überbrückt werden,
wobei der Blechstreifen (nicht gezeigt) beispielsweise aufgeklebt,
aufgeschweißt oder mit Durchsetzfügeverfahren
aufgesetzt ist.
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Die
Flansche 9, 10 können mittels üblicher Punkt-
oder Laserschweißverfahren verbunden werden, denkbar sind
jedoch auch Klebungen bzw. übliche Durchsetzfügeverfahren.
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Abweichend
von der gezeigten Ausführungsform kann der Träger
selbstverständlich auch mit Trägeroberteilen und
Trägerunterteilen 5, 6 ausgebildet werden,
die umlaufend Flansche 9, 10 oder umlaufend stumpfe
Stoßfugen 11 aufweisen.
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Erfindungsgemäß wird
der Träger 1 einstückig mit den sogenannten
Crash-Boxen 15 ausgebildet, so dass das Trägeroberteil 5 und
das Trägerunterteil 6 jeweils eine identische
Hälfte der Crash-Boxen 15 ausbilden.
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Die
Crash-Boxen 15 sind dabei etwa kastenförmige Elemente,
die sich mit ihrer Längsachse in etwa quer zur Trägerachse
erstrecken und hierbei – im Falle eines Stoßfängers – sich
in etwa entlang der Längsachse eines Kraftfahrzeuges erstrecken.
Um den Träger 1 mit den Crash-Boxen 15 an
ein Fahrzeug (nicht gezeigt) anzuordnen, sind an den offenen Enden
der Crash-Boxen 15 Halteplatten 16 angeordnet.
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Die
Halteplatten 16 können separate Bauteile sein,
die flächig geschlossen ausgebildet sind und lediglich
Montageöffnungen für Schraubverbindungen enthalten.
Derartige Halteplatten 16 werden auf die Crash-Boxen 15 beispielsweise
aufgeschweißt oder in anderer geeigneter Weise dauerhaft
mit den Crash-Boxen 15 verbunden.
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Es
ist jedoch auch denkbar, anstelle der Halteplatten nach außen
weisende Flansche an den offenen Enden der Crash-Boxen 15 vorzusehen.
Zudem können zzgl. zu den Halteplatten derartige Flansche
an den Crash-Boxen vorhanden sein, um die Halteplatten an den Crash-Boxen 15 zu
befestigen.
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Die
Crash-Boxen besitzen vorteilhafter Weise umlaufende Sicken 17 bzw.
Einschnürungen 17, mit denen das Deformationsverhalten
eingestellt bzw. gesteuert werden kann. Derartige Sicken zum Steuern
des Verformungsverhaltens können beispielsweise auch am
Trägeroberteil 5 und Trägerunterteil 6 in
Form von Längssicken 18 im Bereich des Überganges
vom eigentlichen Trägerkörper zur Crash-Box 15 vorhanden
sein.
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Wie
bereits ausgeführt werden erfindungsgemäß die
Trägerober- und Trägerunterteile 5, 6 mit den
Crashboxen 15 identisch ausgebildet, wobei diese Träger
im Presshärteverfahren oder Formhärteverfahren
hergestellt werden. Beim Presshärten werden die das Oberteil 5 und
Unterteil 6 ausbildenden Platinen entweder kalt umgeformt,
anschließend erhitzt und in einem Presshärtewerkzeug
restumgeformt und gehärtet oder die Platinen werden erhitzt und
warm umgeformt und gleichzeitig gehärtet. Abschließend
erfolgt, wie beim Presshärten üblich, noch ein
Randbeschnitt bzw. ein Anstanzen von Löchern.
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Beim
Formhärten werden die das Trägeroberteil 5 und
Trägerunterteil 6 ausbildenden Halbschalen des
Trägers 1 kalt in allen Dimensionen fertig geformt,
fertig beschnitten und mit Lochungen versehen und anschließend
aufgeheizt, wobei die Halbschalen so geformt wurden, dass sie nach
dem Erhitzen und der damit verbundenen Wärmeausdehnung ihre
Enddimension erreicht haben. Dieses enddimensionierte Bauteil wird
erhitzt, in ein Formhärtewerkzeug eingelegt, dort festgeklemmt
und rasch abgekühlt, so dass es härtet und dabei
die Dimensionen beibehält, die es nach der Wärmedehnung
hatte. Die Halbschalen verlassen das Formhärtewerkzeug
als endkonturgenaues Bauteil, ohne dass sie einer weiteren Bearbeitung
bedürfen. Aus diesen Halbschalen kann anschließend
unmittelbar der Träger 1 zusammengebaut werden.
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Erfindungsgemäß kann
der Träger, wenn er in geeigneten Werkzeugen gehärtet
wurde, über härtere und ”weichere” Bereiche
verfügen, d. h. Bereiche in denen er nicht so hoch gehärtet
wurde. Diese verringerte Härte kann einerseits dadurch
erreicht werden, dass beim Press- oder Formhärten bestimmte Bereiche
der Form eine Abkühlgeschwindigkeit realisieren, die unter
der kritischen Härtegeschwindigkeit liegt oder nach dem
Press- oder Formhärten bestimmte Bereiche des Bauteils
noch einmal angelassen werden.
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Um
weiteren Einfluss auf das Verformungsverhalten des Trägers
zu nehmen, können im Träger quer zur Erstreckung
des Hohlraumes 4 Schottwände eingesetzt sein,
die mit den Halbschalen ebenfalls über die gängigen
Fügeverfahren Schweißen, Kleben, Durchsetzfügen
etc. verbunden sind. Diese Schottwände müssen
nicht streng orthogonal zur Längserstreckung des Hohlraumes 4 verlaufen,
sie können, wenn hiermit Einfluss auf das Verformungsverhalten
genommen werden kann, auch schräg angeordnet sein.
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Darüber
hinaus ist es möglich, den Träger 1 mit
ausgeschäumten Bereichen oder sogar vollständig
ausgeschäumt auszubilden, wobei auch über die Zelligkeit
und Härte des Schaums Einfluss auf das Verformungsverhalten
genommen werden kann.
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Der
Träger 1 bzw. die Halbschalen 5, 6 können
zudem, um Einfluss auf das Trägheitsmoment zu nehmen und/oder
Einfluss auf das Biegeverhalten und im Allgemeinen auf das Crash-Verhalten
zu nehmen, mit Einprägungen, Sicken, Löchern,
insbesondere auch Langlöchern, Auftragschweißungen,
aufgeschweißten weiteren Platten oder verdickten Bereichen
durch selektives Abwalzen des Grundstahls ausgebildet sein.
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Bei
der Erfindung ist von Vorteil, dass ein Biegeträger für
die unterschiedlichsten Anwendungsbereiche, insbesondere im Kfz-Bereich
geschaffen wird, welcher einfach und schnell herstellbar ist, ein geringes
Gewicht besitzt, geringere Investitionskosten verursacht und durch
Bereiche unterschiedlicher Duktilität ein angepasstes Verformungsverhalten
besitzt, welches über Einbauten und Einschäumungen gezielt
beeinflussbar ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1182095
B1 [0002, 0002]
- - DE 102006062163 A1 [0003]
- - DE 102005039489 A1 [0004]
- - WO 2008020794 A1 [0005]
- - DE 102004038626 B3 [0012]