DE202018104516U1

DE202018104516U1 - Sechsunddreissigeckiger Kraftfahrzeugträger

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Publication number: DE202018104516U1
Application number: DE202018104516.4U
Authority: DE
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-08-08
Filing date: 2018-08-06
Publication date: 2018-09-03
Anticipated expiration: 2028-08-07
Also published as: CN208827933U; US10144454B1

Abstract

Fahrzeugrahmen, umfassend:
einen säulenförmigen Hohlträger aus extrudiertem Metall,
der im Querschnitt vier miteinander verbundene Arme definiert, von denen jeder neun Seitenwände und ein bauchiges freies Ende aufweist, die angeordnet sind, um ein Kreuz mit sechsunddreißig Ecken zu bilden, und
die ausgelegt sind, um axiale Drucklasten über die Verformung der sechsunddreißig Seitenwände und der sechsunddreißig Ecken abzuleiten.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft Träger in Fahrzeugen, die verbesserte Reaktionskräfte bereitstellen, um Druckbelastungen entgegenzuwirken,
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Fahrzeugrahmen können eine Vielfalt von Trägern beinhalten, welche die Struktur des Fahrzeugs ausmachen. Querträger können sich zwischen Längsrahmenschienen erstrecken, um ausreichend Widerstand gegen Seitenaufpralle bereitzustellen. Säulen sind Träger, die das Fahrzeugdach stützen und Druckbelastungen standhalten. Stoßfängerstützträger erstrecken sich zwischen einem Fahrzeugrahmen und vorderem oder hinterem Stoßfänger, um Front- oder Heckaufprallen zugeordnete Energie zu absorbieren.
Strengere Kraftstoff- und Emissionsstandards machten es erforderlich, das Gewicht von Fahrzeugen zu verringern. Fahrzeugsicherheitsstandards und -bewertungen erfordern jedoch das Verstärken von Trägern, um die Absorption von Energie zu erhöhen und das Crashverhalten zu verbessern. Stärkere, leichtere Materialien wurden in Fahrzeuge eingebaut, indem vor allem das Material der Träger geändert wurde. Der Wechsel zu leichten Materialien ist aber vielleicht nicht ausreichend, um das Gewicht zu minimieren und die Crashfestigkeit zu verbessern.
Unter Bedingungen einer axialen Last kann ein axialer Bruch eines Verstärkungselements in einem abknickenden Modus fortschreiten, der in einer Mitte des Verstärkungselements beginnt, bevor er sich zu einer Oberseite des Verstärkungselements in einer nicht progressiven Weise bewegt. Dies kann die Veränderung des Crashverhaltens bei Parallelproben erhöhen und kann dazu führen, dass im Vergleich zu einem progressiven Bruchmodus eine geringere Aufprallenergie absorbiert wird.
Die vorliegende Offenbarung ist darauf gerichtet, eine durch Kraftstoffeinsparung gesteuerte Gewichtssenkung bei Fahrzeugträgem und tragenden Wänden bei gleichzeitiger Maximierung der Druckfestigkeit und der Energieabsorption bei einem Crash zu erreichen. Diese Offenbarung ist auch auf das Bereitstellen eines einheitlichen Trägersatzes gerichtet, der verschiedene Festigkeiten und weniger Veränderungen bei den Außenabmessungen aufweist.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß einer Ausführungsform dieser Offenbarung wird ein Fahrzeugrahmen offenbart. Der Fahrzeugrahmen kann einen säulenförmigen Hohlträger aus extrudiertem Metall, der im Querschnitt vier miteinander verbundene Arme definiert, beinhalten, von denen jeder neun Seitenwände und ein bauchiges freies Ende aufweist, die angeordnet sind, um ein Kreuz mit sechsunddreißig Ecken zu bilden, und die ausgelegt sind, um axiale Drucklasten über die Verformung der sechsunddreißig Seitenwände und der sechsunddreißig Ecken abzuleiten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform dieser Offenbarung wird ein Fahrzeugrahmen offenbart. Der Fahrzeugrahmen kann einen säulenförmigen Hohlträger aus extrudiertem Metall, der im Querschnitt vier miteinander verbundene Arme definiert, beinhalten, von denen jeder neun Seitenwände und ein verjüngtes freies Ende aufweist, die angeordnet sind, um ein Kreuz mit sechsunddreißig Ecken zu bilden, und die ausgelegt sind, um axiale Drucklasten über die Verformung der sechsunddreißig Seitenwände und der sechsunddreißig Ecken abzuleiten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform dieser Offenbarung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Fahrzeugrahmens offenbart. Das Verfahren kann das Fertigen eines inneren Abschnitts, der aus einer ersten Gruppe von Wänden und einer zweiten Gruppe von Wänden, die orthogonal zu der ersten Gruppe angeordnet ist, besteht, das Fertigen eines äußeren Abschnitts, der aus vier Nasen besteht, die jeweils sieben verbundene Seitenwände beinhalten, und das Verbinden des inneren Abschnitts mit dem äußeren Abschnitts beinhalten.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht eines beispielhaften sechsunddreißigeckigen Trägers, der vierundzwanzig Innenwinkel und zwölf Außenwinkel aufweist.
Die 2A-2F veranschaulichen, wie einstellbare Parameter gemäß der vorliegenden Offenbarung genutzt werden können, um den Querschnitt der 1 anzupassen.
3 ist eine perspektivische Ansicht verschiedener Träger, die im Wesentlichen die gleiche Dicke, Länge und den gleichen Umfang aufweisen.
4 veranschaulicht einen beispielhaften axialen Bruch der in 3 gezeigten Träger.
5 veranschaulicht eine beispielhaften dynamische Eindrückkraft der in 3 gezeigten Träger.
6 ist ein Graph, der die dynamische Eindrückkraft der in 3 gezeigten Träger vergleicht.
7 ist ein Graph, der die Eindrückenergieabsorption der in 3 gezeigten Träger vergleicht.
Die 8A und 8B veranschaulichen, wie die Wände des Fahrzeugträgers verändert werden können, um den Fahrzeugträger mit verbesserten Feuchtigkeitsabschirmungsfähigkeiten anzupassen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Wie erforderlich, werden hierin detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart; dabei versteht es sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich beispielhaft für die Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt sein kann. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Einzelheiten bestimmter Komponenten darzustellen. Daher sind hierin offenbarte spezifische strukturelle und funktionelle Einzelheiten nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um einen Fachmann eine vielfältige Verwendung der vorliegenden Erfindung zu lehren.
Die vorliegende Offenbarung beschreibt einen Fahrzeugträger, der sechsunddreißig Ecken aufweist, um die Steifigkeit über die Seiten und Ecken zu erhöhen, ohne die Dicke der Wände, welche die Ecken verbinden, zu erhöhen. Der Träger stellt zum Beispiel eine Vielfalt einstellbarer Parameter bereit, die ausgelegt sind, um die Stärke (d. h. Tragfähigkeit und Energieabsorption) gegenüber grundlegenden vieleckigen Ausgestaltungen (z. B. vieleckige Querschnitte der Verstärkungselemente mit einer geringeren oder der gleichen Seitenanzahl) zu erhöhen, während zudem eine Flexibilität hinsichtlich der Ausgestaltung ermöglicht wird, um verschiedenen Fahrzeuganwendungen zu genügen. Der Träger kann mehr Energie absorbieren und einheitlicher axial brechen, wenn unter anderem Aufprallkräfte von vorne und von der Seite auf den Träger ausgeübt werden. Der Träger kann auch eine verbesserte Haltbarkeit und NVH-Leistung (Noise, Vibration, Harshness = unerwünschte Nebengeräusche) aufgrund von Kaltverfestigung innerhalb der sechsunddreißig Ecken besitzen. Ferner können die Seitenlängen, deren Anordnung oder die Winkel oder alle drei der vorliegenden Offenbarung eine ähnliche, wenn nicht gar größere Festigkeitssteigerung erreichen, während die Masse pro Längeneinheit des Elements minimiert wird und eine hohe Herstellbarkeit beibehalten wird.
Herkömmliche Träger, die grundlegende vieleckige Querschnitte aufweisen, wie etwa quadratisch, rechteckig, sechseckig und achteckig usw., werden allgemein verwendet, weil sie leichter herzustellen sind. Da Verstärkungselemente mit mehreckigen Querschnitten gemäß der vorliegenden Offenbarung eine wesentlich erhöhte Festigkeit und Steifigkeit aufweisen, ohne dickere Eckabschnitte zu erfordern, weisen sie zudem eine bessere Herstellbarkeit als zuvor angedachte Elemente auf, die verdickte Ecken aufweisen. Während immer noch eine gewünschte Festigkeit bereitgestellt wird, kann ein Verstärkungselement gemäß den vorliegenden Lehren als ein oder mehrere Bereiche ausgebildet werden, zum Beispiel durch Biegen, Walzen, Schneiden, Schmieden, Stanzen, Pressformen, Hydroformen, Formen, Gießen, 3-D-Drucken und Extrudieren. Die auf diese Weise ausgebildeten Bereiche können durch Schweißen, Kleben, Befestigen oder sonstige bekannte Verbindungstechniken verbunden werden.
Ein Träger kann zum Beispiel Stahllegierungen, Aluminiumlegierungen, Magnesiumlegierungen, Titanlegierungen, Nylons, Kunststoffe, Polymere, faserverstärkte Verbundwerkstoffe, Silikon, Halbleiter, Papier, Hybridmaterialien (d. h. mehrere unterschiedliche Materialien), Formgedächtnismaterialien, Schäume, Gele oder sonstige geeignete Materialien umfassen. Der Durchschnittsfachmann wird verstehen, dass das für ein Verstärkungselement verwendete Material nach Wunsch auf Grundlage der vorgesehenen Anwendung, Überlegungen zu Festigkeit/Gewicht, Kosten und sonstigen Gestaltungsfaktoren gewählt werden kann.
Die sechsunddreißigeckigen Träger können in anderen Anwendungen umgesetzt werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Flugzeuge, Raumfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, andere primäre Bewegungseinrichtungen oder Bauanwendungen, die eine hochenergieabsorbierende oder leichte Struktur oder beides erfordern.
Mit Bezug auf 1 ist eine Querschnittsansicht eines sechsunddreißigeckigen Trägers veranschaulicht. Der Träger umfasst sechsunddreißig Seiten, die Längen S₁-S₃₆ und Dicken T₁-T₃₆ aufweisen, vierundzwanzig Innenecken mit Winkeln θ₁-θ₂₄ und zwölf Außenecken mit Winkeln θe₁-θe₁₂. Die Länge, Dicke, Inneneckwinkel und Außeneckwinkel können variiert (d. h. eingestellt) werden, um eine verbesserte Festigkeit und andere Leistungsmerkmale (z. B. Stabilität des Faltmusters) im Vergleich zu bestehenden Querschnitten von Verstärkungselementen zu erzielen. Diese Verbesserung der Festigkeit kann ferner die Notwendigkeit einer verstärkten Eckendicke überflüssig machen, was ein Vorteil der Feineinstellung der Auslegungsparameter (z. B. Seitenlängen, Dicken, Innenwinkel und Außenwinkel) eines Verstärkungselements mit einem sechsunddreißigseitigen (d. h. sechsunddreißigeckigen) Querschnitt ist.
Mit Bezug auf die 2A-2F sind alternative Beispiele verschiedener Konfigurationen des sechsunddreißigeckigen Trägers veranschaulicht. Die Längen der Seiten S₁-S₃₆ (siehe 2C-2F) und Dicken T₁-T₃₆ (siehe 2B und 2D, die verjüngte Seiten zeigen) der Seiten und die Winkel θ₁-θ₂₄ der Innenwinkel können verändert werden, wie ein Fachmann verstehen wird, um vorhandene Verpackungsanforderungen innerhalb eines Fahrzeugs zu erfüllen. Die Länge jeder Seite kann von etwa 10 mm bis etwa 250 mm reichen. Bei anderen Anwendungen, z. B. bei Flugzeugen, Raumfahrzeugen, Wasserfahrzeugen, Hochgeschwindigkeits-Schienenfahrzeugen oder bei Bauanwendungen, kann eine Länge jeder Seite (S₁-S₃₆) größer sein. Die Dicke der Seiten und Ecken kann zwischen ungefähr 0,7 mm und ungefähr 6,0 mm liegen; und bei bestimmten Ansätzen ist die Dicke der Seiten im Wesentlichen gleich der Dicke der Ecken. Bei anderen Anwendungen, wie etwa bei Flugzeugen, Raumfahrzeugen, Wasserfahrzeugen, Hochgeschwindigkeits-Schienenfahrzeugen oder bei Bauanwendungen, kann die Dicke der Seite oder Seiten beispielsweise größer sein. Die 2A-2F sind nur beispielhaft und sind lediglich bereitgestellt, um zu veranschaulichen, wie Auslegungsparameter genutzt werden können, um den Querschnitt des beispielhaften Ansatzes der 1 anzupassen. Die Außenwinkel θe₁-θe₁₂ können zum Beispiel ebenfalls verändert werden. Somit zieht die vorliegende Offenbarung verschiedene sechsunddreißigeckige Querschnittskonfigurationen mit verschiedenen Formen und Abmessungen in Betracht (d. h. Eckbiegeradien, Seitenlängen, Dicken, Innenwinkel und/oder Außenwinkel), die auf Grundlage von Platzanforderungen und/oder zum Steuern der Elementeinbruchmodi angepasst werden können.
Bei einigen Konfigurationen beträgt jeder der Innenwinkel und der Außenwinkel mindestens 45 Grad und weniger als 180 Grad. Beispielsweise können die Innenwinkel θ₁-θ₂₄ zwischen ungefähr 90 Grad und ungefähr 170 Grad liegen und können die Außenwinkel θe₁-θe₁₂ zwischen ungefähr 45 Grad und ungefähr 170 Grad liegen. Bei einem Ansatz können bestimmte Innenwinkel (z. B θi₂, θi₃, θi₄, θi_s, θi₆, θi₈, θi₉, θi₁₀, θi₁₁, θi₁₄, θi₁₅ θi₁₆, θi₁₇, θi₁₈, θi₁₈, θi₂₂ und θi₂₃) ungefähr 160 Grad betragen, und andere Innenwinkel (z. B. θi₁, θi₂, θi₁₂, θi₁₃, θi₁₈, θi₁₉ und θi₂₄ können weniger als 160 Grad (z. B. ungefähr 135 Grad) betragen.
Der sechsunddreißigeckige Träger definiert eine Vielzahl von Nasen, die um den Umfang des Trägers herum angeordnet sind. Es ist anzumerken, dass „Nase“ eine Gruppe von eng gruppierten Elementen bedeutet, z. B. Seitenelemente, die in nächster Nähe zueinander angeordnet sind, sodass sie sich von ihrer Umgebung unterscheiden. Die Nasen können als bauchiges Ende bezeichnet werden, was ein größeres oder rundes oder gewölbtes Ende bedeutet. Die Seiten S₁-S₃₆, die Innenwinkel θi₁-θi₂₄und Außenwinkel θe₁-θe₁₂ definieren jede der Nasen. Wie in 1 gezeigt, können zum Beispiel die Seiten S₂-S₈ die Innenwinkel θi₁-θi₂₄ θi₆ und Außenwinkel θe₃ und θe₄ definieren, um eine erste Nase zu definieren. Die Seiten S₁₁-S₁₇ definieren die Innenwinkel θi₇-θi₁₂ und Außenwinkel θe₆ und θe₇, um eine zweite Nase zu definieren. Die Seiten S₂₀-S₂₆ können die Innenwinkel θi₁₃-θi₁₈ und Außenwinkel θe₉ und θe₁₀ bilden, um eine dritte Nase zu definieren. Die Seiten S₂₉-S₃₅ können die Innenwinkel θi₁-θi₂₄ und Außenwinkel θe₁ und θe₁₂ bilden, um die vierte Nase zu definieren. Somit können einzelne Nasen der Vielzahl von Nasen sechs Innenwinkel und zwei Außenwinkel beinhalten, die durch neun Seiten definiert sind. Die einzelnen Nasen können mit benachbarten einzelnen Nasen verbunden sein, um dazwischen die Außenwinkel θe₂, θe₅, θe₈ und θe₁₁ zu definieren. Auch wenn hier vier Nasen beschrieben sind, können andere Kombinationen von Seiten und Innenwinkeln zu mehr oder weniger Nasen führen.
Die einzelnen Nasen der Vielzahl von Nasen können eine erste Seitenwand, d. h. die distale Seitenwand S₄, die sich in eine Ebene erstreckt, die parallel zu einer ersten Achse verläuft, und zwei Seitenwände S₂ und S₆, die sich in eine Ebene erstrecken, die parallel zu einer zweiten Achse und orthogonal zu der ersten Achse verläuft, beinhalten. Die Seitenwände S₂, S₃, S₅, S₆ und S₇ erstrecken sich in Ebenen, die in einem Nichtnullwinkel relativ zu der ersten Achse angeordnet sind. Der Nichtnullwinkel kann zum Beispiel ungefähr 45 bis 90 Grad betragen. Die winkeligen Seitenwände können einen ersten Satz paralleler Wände S₂, S₆, S₁₃, S₁₇, S₂₀, S₂₄, S₃₁ und S₃₅, der sich senkrecht zu dem ersten Satz paralleler Wände erstreckt, definieren.
Einzelne Nasen der Vielzahl von Nasen können durch einen oder mehrere Außenwinkel getrennt sein. Bei einem Ansatz kann eine einzelne Nase von einer benachbarten Nase durch einen Außenwinkel getrennt sein. Mit Bezug auf 1 kann der Außenwinkel 0es (definiert durch die Seiten S₉ und S₁₀) eine erste Nase von einer zweiten Nase trennen. Somit können die einzelnen Nasen nur durch Außenwinkel getrennt sein, ohne dazwischen angeordnete Innenwinkel. Bei noch anderen Ansätzen kann der Querschnitt mit Innenwinkeln zwischen benachbarten Nasen versehen sein.
Die Nasen können um eine Mittelachse des Verstärkungselements um den Umfang des Verstärkungselements herum angeordnet sein. Bei einem Ansatz, der zum Beispiel in den 2A, 2B und 2E gezeigt ist, sind die Seitenwände der Nasen gleichmäßig um die Mittelachse beabstandet. Bei einem weiteren Ansatz, der in 2C und 2D gezeigt ist, können die Seitenwände der Nasen ungleichmäßig um die Mittelachse beabstandet sein. Bei diesem Ansatz kann der Querschnitt des Verstärkungselements mit einem 10:7-Seitenverhältnis bereitgestellt sein, im Vergleich zu den Querschnitten der 2A, 2B, 2D, 2E und 2F. Wie in 2C gezeigt, kann eine erste Seitenwand einer ersten Nase um eine erste Entfernung von einer zweiten Seitenwand einer zweiten Nase, die benachbart zu der ersten Nase ist, entlang des Umfangs beabstandet sein. Eine dritte Seitenwand der ersten Nase kann um eine zweite Entfernung von einer vierten Seitenwand einer dritten Nase, die benachbart zu der ersten Nase ist, entlang des Umfangs beabstandet sein. Bei diesem Ansatz weisen die erste und die zweite Entfernung unterschiedliche Längen auf. Zum Beispiel kann die erste Entfernung größer als die zweite Entfernung sein.
Beim Vergleichen der Crashenergieabsorption der Verstärkungselemente mit verschiedenen Formen, welche die gleiche Dicke und den gleichen Umfang aufweisen, wie in 3 veranschaulicht, zum Beispiel für einen Crash auf eine starre Wand bei 35 mph, kann ein sechsunddreißigeckiger Querschnitt gemäß der vorliegenden Offenbarung zu einer kürzeren Eindrückentfernung und einer kleineren Faltlänge führen. Der sechsunddreißigeckige Querschnitt kann zudem eine verbesserte axiale Bruchstabilität und eine verbesserte Crashenergieabsorption bereitstellen. Zum Beispiel kann ein sechsunddreißigeckiger Querschnitt gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Steigerung der Crashenergieabsorption gegenüber einem quadratischen Querschnitt von ungefähr 100-150 % und eine Steigerung der Crashenergieabsorption gegenüber sechseckigen und achteckigen Querschnitten um 90-115 % erzielen.
Um die verbesserten Festigkeits- und Leistungsmerkmale eines sechsunddreißigeckigen Querschnitts gemäß der vorliegenden Offenbarung im Vergleich zu verschiedenen bestehenden Querschnittsauslegungen zu verdeutlichen, wurden beispielhafte Verstärkungselemente modelliert und experimentelle Testläufe wurden durchgeführt, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf 3-7 gezeigt und beschrieben.
Verstärkungselemente mit unterschiedlichen Formen (d. h. Querschnitten), welche die gleiche Dicke, Länge und den gleichen Umfang aufweisen (z. B. weist jedes Teil eine Masse von ungefähr 1,22 kg auf), wurden wie in 3 veranschaulicht modelliert. Für jedes Element wurden Tests durchgeführt, um einen Aufprall mit der gleichen starren Masse (z. B. einem Stoßkörper), Aufprallgeschwindigkeit und ursprünglicher kinetischer Energie zu simulieren. Wie in 4 gezeigt ist, zeigte der sechsunddreißigeckige Querschnitt gemäß der vorliegenden Offenbarung den stabilsten axialen Bruch und die höchste Crashenergieabsorption. Weiterhin zeigte der sechsunddreißigeckige Querschnitt gemäß der vorliegenden Offenbarung, wie in 5 gezeigt, auch die kürzeste Eindrückentfernung und die kleinste Faltlänge.
6 veranschaulicht die Eindrückkraft (in kN) und die damit in Verbindung stehende axiale Eindrückentfernung (in mm) für den simulierten Crash, die axial auf die beispielhaften Verstärkungselemente ausgeübt wird, welche die in 3 gezeigten Querschnitte aufweisen. Wie in 6 gezeigt, könnte das Verstärkungselement, das einen sechsunddreißigeckigen Querschnitt aufweist, einer viel höheren Eindrückkraft für eine sich ergebende Eindrückentfernung standhalten, im Vergleich zu den quadratischen, sechseckigen, kreisförmigen und achteckigen Querschnitten. Die ermöglicht ein verbessertes Crashenergiemanagement, während die Masse pro Längeneinheit minimiert wird.
7 veranschaulicht die axiale Eindrückkraft (in kN-mm) und die damit in Verbindung stehende axiale Eindrückentfernung (in mm) für die beispielhaften Verstärkungselemente, welche die in 3 gezeigten Querschnitte aufweisen. Wie in 7 gezeigt, könnte das Verstärkungselement, das einen sechsunddreißigeckigen Querschnitt aufweist, der gesamten kinetischen Energie des Aufpralls (d. h. 22.983 kN/mm) über eine wesentlich kürzere Entfernung standhalten, im Vergleich zu den quadratischen, sechseckigen, kreisförmigen und achteckigen Querschnitten.
Mit Bezug auf 8A und 8B ist ein sechsunddreißigeckiger Träger gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen dieser Offenbarung veranschaulicht. Bei den Ansätzen der 8A und 8C definiert der sechsunddreißigeckige Querschnitt vierundzwanzig Innenwinkel und zwölf Außenwinkel. Wie gezeigt, können die vierundzwanzig Innenwinkel größer als 90 Grad sein. In dem in 8A gezeigten Ansatz können bestimmte Außenwinkel (z. B. acht Außenwinkel) größer als 90 Grad (z. B. 135 Grad) sein und können bestimmte andere Außenwinkel (z. B. vier Außenwinkel) ungefähr 90 Grad betragen. Bei dem in 8B gezeigten Ansatz sind alle Außenwinkel größer als 90 Grad. Zum Beispiel können gewisse Außenwinkel (z. B. acht Außenwinkel) ungefähr 135 Grad betragen und können gewisse andere Außenwinkel (z.B. vier Außenwinkel) ungefähr 110-115 Grad betragen. Das Verstärkungselement kann eine durchgehende Verjüngung entlang einer wesentlichen Länge des Verstärkungselements von einem ersten Ende des Verstärkungselements zu einem zweiten Ende des Verstärkungselements definieren.
Bei vielen Ansätzen kann das Verstärkungselement an einer Außenseite eines Fahrzeugs angeordnet sein und kann somit Feuchtigkeit und anderen Elementen, wie Regen, Schnee, Salz, Schlamm usw. ausgesetzt sein. Derartige Elemente können Probleme mit Korrosion verursachen, insbesondere zum Beispiel in Ansammlungsbereichen wie etwa Vertiefungen oder Einbuchtungen. Die Verstärkungselemente gemäß den 8A und 8B können eine verbesserte Feuchtigkeitsabschirmung im Vergleich zu bekannten Verstärkungselementen bereitstellen. Zum Beispiel vergrößert das Vergrößern der Außenwinkel auf größer als 90 Grad den Kontaktwinkel der Feuchtigkeit, die das Verstärkungselement am Außenwinkel berührt, wodurch die Hydrophobizität des Verstärkungselements an dem Außenwinkel erhöht wird. Auf diese Weise kann das Verstärkungselement (z. B. ein an einer Außenseite eines Fahrzeugs angeordnetes Verstärkungselement), das Feuchtigkeit ausgesetzt sein kann, mit verbesserten Feuchtigkeitsabschirmungsfähigkeiten versehen sein.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Verstärkungselements für ein Kraftfahrzeug kann das Fertigen von zwei oder mehr Bereichen des Verstärkungselements beinhalten. Das Fertigen der zwei oder mehr Bereiche kann Stanzen, Pressformen, Walzen, Hydroformen, Formen, Gießen, Zerspanen, Schmieden, 3-D-Drucken und/oder Extrudieren jedes der zwei oder mehr Bereiche beinhalten.
Das Verfahren kann ferner das Verbinden der zwei oder mehr Bereiche beinhalten, um das Verstärkungselement mit dem sechsunddreißigeckigen Querschnitt auszubilden. Die zwei oder mehr Bereiche können durch eines oder mehrere von Schweißen, Kleben und Befestigen verbunden werden. Der sechsunddreißigeckige Querschnitt beinhaltet vierundzwanzig Innenwinkel und zwölf Außenwinkel, die zwischen sechsunddreißig Seiten angeordnet sind. Jeder der Innenwinkel und der Außenwinkel beträgt mindestens 45 Grad und weniger als 180 Grad.
Sechsunddreißigeckige Querschnitte gemäß der vorliegenden Offenbarung können daher ein verbessertes Crashenergiemanagement gegenüber beispielsweise grundlegenden vieleckigen Querschnitten von Verstärkungselementen ermöglichen, einschließlich zwanzigseitiger vieleckiger Querschnitte, während die Masse pro Längeneinheit minimiert wird.
Somit sind die Verstärkungselemente gemäß der vorliegenden Offenbarung, wie veranschaulicht, dazu konfiguriert, Steigerungen hinsichtlich der Festigkeit (d. h. Tragfähigkeit und Energieabsorption) gegenüber grundlegenden vieleckigen Ausgestaltungen (einschließlich vieleckige Querschnitte der Verstärkungselemente mit der gleichen Seitenanzahl) zu erzielen, während zudem eine Flexibilität hinsichtlich der Ausgestaltung ermöglicht wird, um Fahrzeugplatzanforderungen besser zu genügen. Derartige Verstärkungselemente können daher verwendet werden, um bestehende Querschnittsauslegungen von Verstärkungselementen (sowohl herkömmliche als auch nicht herkömmliche) zu ersetzen.
Verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung ziehen beispielsweise Verstärkungselemente mit Ecken in Betracht, die unterschiedliche Biegeradien aufweisen, mit ungleichmäßigen Querschnitten (die z. B. asymmetrische Formen aufweisen) und/oder mit Seiten mit variabler Dicke (d. h. mit verjüngten Seiten). Verschiedene zusätzliche beispielhafte Ansätze ziehen Verstärkungselemente in Betracht, die gebogen und/oder gekrümmt sind. Darüber hinaus können, um das Faltmuster eines Elements und/oder die Spitzenbelastbarkeit weiter anzupassen, verschiedene zusätzliche beispielhafte Ansätze zudem Verstärkungselemente mit Auslöselöchern, Flanschen und/oder Gewindegängen in Betracht ziehen, wie für den Fachmann zu verstehen ist.
Ferner sind vieleckige Verstärkungselemente gemäß der vorliegenden Offenbarung zur Verwendung mit einer Anzahl von strukturellen Elementen gedacht, wie etwa beispielsweise Quetschdosen, vordere Holme, Mittelholme, Heckholme, Seitenholme, Stützträger (shotguns), Querträger, Dachstrukturen, Bordkantenrohre, Türbalken, Säulen, Innenverstärkungen und sonstige Komponenten, die von einer erhöhten Crashenergieabsorption profitieren können. Darüber hinaus können derartige Verstärkungselemente sowohl auf Fahrzeuge mit auf einen Rahmen aufgebrachter Karosserie als auch auf modulare Fahrzeuge oder andere Arten von Strukturen angewendet werden. Je nach Anwendung weisen die Verstärkungselemente somit verschiedene Formen auf (d. h. verschiedene Querschnitte), um bestimmten Einschränkungen in Bezug auf den Platz für Elemente gerecht zu werden. Bei Verwendung als Fahrzeugvorderholm können die Längen und Dicken der Seiten und/oder Winkel der Ecken zum Beispiel, um eine optimierte axiale Crashleistung zu erzielen, alle derart angepasst (eingestellt) sein, dass sie eine optimale Festigkeit, Größe und Form bereitstellen, um den Einschränkungen in Bezug auf den Motorraum gerecht zu werden.
Obwohl vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben werden, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke sind beschreibende und keine einschränkenden Ausdrücke, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne von Wesen und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Außerdem können die Merkmale von verschiedenen implementierenden Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden.

Claims

Fahrzeugrahmen, umfassend: einen säulenförmigen Hohlträger aus extrudiertem Metall, der im Querschnitt vier miteinander verbundene Arme definiert, von denen jeder neun Seitenwände und ein bauchiges freies Ende aufweist, die angeordnet sind, um ein Kreuz mit sechsunddreißig Ecken zu bilden, und die ausgelegt sind, um axiale Drucklasten über die Verformung der sechsunddreißig Seitenwände und der sechsunddreißig Ecken abzuleiten.
Fahrzeugrahmen nach Anspruch 1, wobei die bauchigen freien Enden siebeneckig geformt sind.
Fahrzeugrahmen nach Anspruch 1, wobei mindestens zwei der neun Seitenwände parallel zueinander verlaufen.
Fahrzeugrahmen nach Anspruch 3, wobei zwei der neun Seitenwände benachbart zueinander positioniert sind und orthogonal zueinander angeordnet sind.
Fahrzeugrahmen nach Anspruch 1, wobei die vier miteinander verbundenen Arme eine gleiche Größe und eine gleiche Form aufweisen.
Fahrzeugrahmen nach Anspruch 1, wobei mindestens eines der bauchigen freien Enden mindestens eine Seitenwand beinhaltet, die eine Dicke aufweist, die größer ist als die Dicke der anderen Seitenwände.
Fahrzeugrahmen nach Anspruch 1, wobei der säulenförmige Hohlträger aus extrudiertem Metall einen Mittelpunkt definiert und wobei mindestens eines der bauchigen freien Enden eine erste Gruppe von Seitenwänden und eine zweiten Gruppe von Seitenwänden beinhaltet, wobei die erste Gruppe von Seitenwänden weiter von dem Mittelpunkt entfernt positioniert ist als die zweite Gruppe von Seitenwänden und wobei die erste Gruppe von Seitenwänden eine Dicke aufweist, die größer ist als die zweite Gruppe von Seitenwänden.
Fahrzeugrahmen nach Anspruch 1, wobei jedes der bauchigen freien Enden mindestens eine Wand, die sich entlang einer Ebene parallel zu einer ersten Achse, mindestens eine Wand, die sich in einer Ebene parallel zu einer zweiten Achse, orthogonal zu der ersten Achse, und vier Wände, die entlang eines Nichtnullwinkels relativ zu der ersten Achse angeordnet sind, beinhaltet.
Fahrzeugrahmen nach Anspruch 1, wobei der säulenförmige Hohlträger aus extrudiertem Metall vierundzwanzig Innenwinkel und zwölf Außenwinkel definiert.
Verstärkungselement, umfassend: einen extrudierten säulenförmigen Hohlträger, der im Querschnitt vier miteinander verbundene Arme definiert, von denen jeder neun Seitenwände und ein verjüngtes freies Ende aufweist, die angeordnet sind, um ein Kreuz mit sechsunddreißig Ecken zu bilden, und die ausgelegt sind, um axiale Drucklasten über die Verformung der sechsunddreißig Seitenwände und der sechsunddreißig Ecken abzuleiten.
Verstärkungselement nach Anspruch 10, wobei der säulenförmige Hohlträger aus extrudiertem Metall im Querschnitt ferner eine Achse definiert, wobei das verjüngte freie Ende eine erste Gruppe von Seitenwänden, eine zweite Gruppe von Seitenwänden und eine distale Seitenwand beinhaltet und wobei die erste Gruppe von Seitenwänden orthogonal zu der Achse angeordnet ist und die zweite Gruppe von Seitenwänden die erste Gruppe von Seitenwänden mit der distalen Seitenwand verbindet.
Verstärkungselement nach Anspruch 11, wobei die erste Gruppe von Seitenwänden parallel zueinander angeordnet ist.
Verstärkungselement nach Anspruch 11, wobei die erste Gruppe von Seitenwänden eine erste Untergruppe von Seitenwänden und eine zweite Untergruppe von Seitenwänden beinhaltet und wobei die erste Untergruppe von Seitenwänden durch eine erste Entfernung voneinander beabstandet ist und die zweite Untergruppe von Seitenwänden durch eine zweite Entfernung, die geringer ist als die erste, voneinander beabstandet ist.
Verstärkungselement nach Anspruch 13, wobei die distale Seitenwand eine Länge aufweist, die sich in eine dritte Entfernung erstreckt, die geringer ist als die zweite Entfernung.