DE60301916T2 - Strukturbauteil für Kraftfahrzeug und sein Chassis - Google Patents
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Profil, wie es im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 definiert ist.
- Ein derartiges Profil ist beispielsweise aus US-B-6 217 089 bekannt.
- Sie wird insbesondere bei Stoßstangenträgern von Kraftfahrzeugen angewandt.
- Aus Metallprofilen gefertigte Stoßstangenträger sind bekannt. Im Allgemeinen werden zwei Profile mit offenen Querschnitten an ihren Rändern entlang aneinander geschweißt, so dass ein Profil mit geschlossenem Querschnitt ausgebildet wird.
- Diese Profile haben aufgrund der verschiedenen zu handhabenden und zu verschweißenden Profile hohe Herstellungskosten.
- Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, den angegebenen Nachteilen Abhilfe zu schaffen, und ein Metallprofil zu schaffen, das geringe Herstellungkosten hat und gleichzeitig eine bei gegebenen Abmessungen hohe Steifigkeit aufweist.
- Hierzu hat die Erfindung ein Profil zum Gegenstand, das die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.
- Nach anderen Ausführungsformen weist das erfindungsgemäße Profil eins oder mehrere der Merkmale der Patentansprüche 2 bis 18 auf.
- Die Erfindung hat außerdem einen Rahmen eines Kraftfahrzeuges, zwei Längsträger und eine Stoßstange umfassend, zum Gegenstand, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoßstange ein Profil aufweist, wie es oben beschrieben wurde.
- Die Erfindung wird beim Lesen der folgenden Beschreibung besser verständlich werden, die nur als Beispiel und unter Bezugnahme auf die entsprechenden beigefügten Zeichnungen gemacht wird. Es zeigen:
-
1 eine Explosionsdarstellung eines vorderen Teils des Rahmens eines Kraftfahrzeuges, der ein erfindungsgemäßes Profil aufweist, -
2A eine Querschnittsansicht des Profils in der Ebene IIA der1 und - die
2B bis2D Querschnittsansichten von Varianten des Profils der2A . - In
1 ist in perspektivischer Explosionsdarstellung ein Teil eines Kraftfahrzeugrahmens dargestellt, der insgesamt mit dem Bezugszeichen2 bezeichnet ist. - Der Rahmen
2 umfasst zwei Längsträger4 , die parallel zueinander vom Vorderteil des Fahrzeuges nach hinten verlaufen. - Jeder Längsträger
4 wird an seinem Vorderende durch eine Endplatte6 geschlossen. An jeder der Endplatten6 ist ein Stoßaufnehmer8 befestigt, der sich nach vorne erstreckt. Eine Trägerhalterung10 ist am Vorderende jedes Stoßaufnehmers8 angebracht. - Zwischen den beiden Trägerhalterungen
10 und vor ihnen erstreckt sich ein Stoßstangenträger12 . - Im Folgenden bezeichnet der Ausdruck „in Längsrichtung" eine Richtung L, die sich zwischen den beiden Längsträgern erstreckt und die größte Abmessung des Stoßstangenträgers
12 darstellt. Der Stoßstangenträger12 weist Öffnungen13 zur Befestigung von Komponenten auf. - Der Stoßstangenträger
12 besteht aus einem Profil14 , das aus Blech gefertigt wurde. - Die Ausdrücke „vorderer", „hinterer", „oberer" und „unterer" werden entsprechend der üblichen Orientierung des Fahrzeuges benutzt.
- In
2A ist ein Querschnitt des Profils14 in der Ebene IIA der1 dargestellt. Die Schnittebene verläuft senkrecht auf der Richtung L. - Das Profil besteht aus einer Hülle
15A und einem quer verlaufenden Versteifungssteg15B . - Der Querschnitt der Hülle
15A bildet eine geschlossene Kontur und hat äußerlich die Gesamtform eines Vierecks, im vorliegenden Fall eines Rechteckes. Er hat eine Breite I und eine Höhe h. - Im montierten Zustand des Stoßstangenträgers
12 wird die Breite I i m Wesentlichen in der Richtung der Längsträger4 gemessen und erstreckt sich vom Vorderteile des Fahrzeugs nach hinten. Die Höhe h verläuft im montierten Zustand des Trägers12 von oben nach unten. - Der Querschnitt umfasst eine untere Breitenseite
20 , eine obere Breitenseite22 , eine vordere Höhenseite24 und eine hintere Höhenseite26 . Diese Seiten20 ,22 ,24 ,26 bilden die Hülle15A des Profils14 . - Der Versteifungssteg
15B verläuft zwischen den Höhenseiten, der vorderen24 und der hinteren26 , im Wesentlichen parallel zu den Breitenseiten20 ,22 im halben Abstand zwischen diesen. - Der Querschnitt des Profils
14 besteht so aus zwei Verbindungsteilen, einem ersten29A und einem zweiten29B , sowie aus sieben Querschnittsabschnitten. - Ein erster Querschnittsabschnitt
30 bildet die obere Breitenseite22 , ein zweiter Querschnittssabschnitt32 bildet den Versteifungssteg15B und ein dritter Querschnittsabschnitt34 bildet die untere Breitenseite20 . Die hintere Höhenseite26 besteht aus einem vierten, unteren Querschnittsabschnitt36 und einem fünften, oberen Querschnittsabschnitt38 . Die vordere Höhenseite24 besteht aus einem sechsten, unteren Querschnittsabschnitt40 und einem siebten, oberen Querschnittsabschnitt42 . - Das Profil
14 besteht aus einem einzigen gebogenen Blechzuschnitt mit konstanter Dicke e auf der ganzen Breite des Bleches. Der Blechzuschnitt weist Längskanten44 ,46 auf. Die an die Längskanten44 ,46 anschließenden Teile des Bleches bilden die Verbindungsteile29A ,29B . - Der Blechzuschnitt weist einen Bereich
32 auf, der den Versteifungssteg15B , sowie zwei Längsränder bildet. - Ein erste Rand bildet den ersten Querschnittsabschnitt
30 , den fünften Querschnittsabschnitt38 , den siebten Querschnittsabschnitt42 , sowie den zweiten Verbindungsteil. Der zweite Rand bildet den dritten Querschnittsabschnitt34 , den vierten Querschnittsabschnitt36 , den sechsten Querschnittsabschnitt40 , sowie den ersten Verbindungsteil29A . - Die Ränder sind in Längsrichtung derart umgebogen, dass jeder der Verbindungsteile, das erste
29A und das zweite29B , teilwiese einen der Querschnittsabschnitte überlappt. Die Verbindungsteile29A ,29B werden an die Oberfläche dieses entsprechenden Querschnittsabschnittes angelegt und an diesem durch Punktschweißen befestigt. - Im vorliegenden Fall ist der erste Verbindungsteil
29A mit dem fünften Querschnittsabschnitt38 fest verbunden, während der zweite Verbindungsteil29B mit dem sechsten Querschnittsabschnitt40 fest verbunden ist. - Jeder der Querschnittsabschnitte ist mit einem benachbarten Querschnittsabschnitt durch einen Blechbereich verbunden, der um ungefähr 90° umgebogen ist.
- Die Aufeinanderfolge von Querschnittsabschnitten längs der Breitenrichtung des Blechzuschnittes zwischen den Längsrändern
44 ,46 ist die folgende:
Erster Verbindungsteil29A , vierter Querschnittsabschnitt36 , dritter Querschnittsabschnitt34 , sechster Querschnittsabschnitt40 , zweiter Querschnittsabschnitt32 , fünfter Querschnittsabschnitt38 , erster Querschnittsabschnitt30 , siebter Querschnittsabschnitt42 und zweites Verbindungsteil29B . - Zwischen dem vierten Querschnittsabschnitt
36 und dem dritten34 , zwischen dem dritten34 und dem sechsten40 , sowie zwischen dem sechsten40 und dem zweiten32 ist das Blech in einer und derselben ersten Biegerichtung P1 umgebogen, d. h. in2A im Gegenuhrzeigersinn. Die Richtung P1 wird als die vom Verbindungsteil29A aus zum Bereich32 angesehen. Zwischen dem zweiten Querschnittsabschnitt32 und dem fünften38 , zwischen dem fünften38 und dem ersten30 , sowie zwischen dem ersten30 und dem siebten42 ist das Blech in einer und derselben zweiten Biegerichtung P2 umgebogen, die der ersten Biegerichtung P1 entgegengesetzt ist. In2A ist diese Rich tung P2 der Uhrzeigersinn. Die Richtung P2 wird als die vom Bereich32 zum Verbindungsteil29B angesehen. - Der fünfte Querschnittsabschnitt
38 und der sechste40 weisen jeweils einen Absatz50 ,52 der Breite E auf, die der Dicke e des Bleches gleich ist. Diese Absätze50 ,52 nehmen die Verbindungsteile29A ,29B auf. - Die Querschnittsabschnitt
30 ,32 ,34 ,36 ,38 ,40 ,42 sind im Wesentlichen gerade. - Die umgebogenen Teile haben einen inneren Krümmungsradius R, der größer oder gleich dem Dreifachen der Dicke e des Bleches ist, beispielsweise R ≥ 3,6 mm bei einer Blechdicke e von 1,2 mm.
- Der Blechzuschnitt besteht aus einem Stahlblech hoher Elastizitätsgrenze, vorzugsweise mit einer Bruchkraft größer als 800 MPa und vorzugsweise kleiner als 1000 MPa.
- Wie zu sehen ist, ist der Querschnitt des Profils
14 symmetrisch relativ zur Achse X-X, die sich in der Längsrichtung L des Trägers12 erstreckt. - Außerdem sind die beiden Längskanten
44 ,46 an zwei verschiedenen Seiten befestigt, insbesondere an den beiden gegenüberliegenden Höhenseiten24 ,26 . Auf diese Weise ist jeder Rand44 ,46 an einem einzigen Querschnittsabschnitt und an einer einzigen Seite des Profils befestigt. - In Variante sind die Verbindungsteile
29A ,29B durch eine Schweißung vom MIG-Typ befestigt. - Das erfindungsgemäße Profil wird in folgender Weise hergestellt.
- Zunächst wird ein Blechzuschnitt oder ein Blechstreifen einer Breite hergestellt, die der Summe der Breiten der Querschnittsabschnitte
30 bis42 und der Verbindungsteile29A ,29B entspricht. - Dann wird der Blechstreifen im Durchlaufverfahren in mehreren Biege- und Schweißschritten in seiner Längsrichtung umgebogen und verschweißt.
- Als erstes durchläuft der Streifen einen Profilierschritt, der die Absätze
50 ,52 formt. - Dann durchläuft der Streifen einen Biegeschritt, der die beiden 90°-Krümmungen formt, die sich an den zweiten Querschnittsabschnitt
32 anschließen, der den Versteifungssteg28 bildet, wobei diese beiden Krümmungen einander entgegengesetzte Biegerichtungen haben. - Dann durchläuft der Streifen zwei aufeinanderfolgende Biegeschritte von 90°, die die Krümmungen formen, die den sechsten Querschnittsabschnitt
40 und den dritten Querschnittsabschnitt34 , sowie den dritten Querschnittsabschnitt34 und den vierten Querschnittsabschnitt36 miteinander verbinden. Der erste Verbindungsteil29A legt sich dann an den Absatz50 an. - Dann wird der erste Verbindungsteil
29A an den Absatz50 angeschweißt. - Dann durchläuft das erhaltene Halbprofil zwei aufeinanderfolgende Biegeschritte von 90°, die die Krümmungen formen, die den fünften Querschnittsabschnitt
38 und den ersten Querschnittsab schnitt30 , sowie den ersten Querschnittsabschnitt30 und den siebten Querschnittsabschnitt42 verbinden. Der zweite Verbindungsteil29B legt sich an den Absatz52 an. - Dann wird der zweite Verbindungsteil
29B an den zweiten Absatz52 angeschweißt. - Um den Stoßstangenträger
12 auszubilden, wird das so erhaltene Profil14 auf die erforderliche Länge des Trägers12 geschnitten. Dementsprechend kann das Profil für Fahrzeuge unterschiedlicher Breite verwendet werden. - Schließlich werden die Öffnungen
13 zur Befestigung von Komponenten am Träger ausgeschnitten. - Gegebenenfalls wird der Träger
12 in Längsrichtung gebogen. - Es sei darauf hingewiesen, dass die Biegeschritte kalt erfolgen, Dementsprechend benötigt die Herstellung des Profils wenig Energie.
- Durch das Biegen behält der Blechwerkstoff im Wesentlichen seine Ausgangdicke.
- Außerdem kann das für das Profil
14 verwendete Blech ein Blech mit hoher Elastizitätsgrenze sein, das keinerlei zusätzliche Behandlung oder Härten nach der Formung des Profils14 erfordert. - In
2B ist ein Querschnitt einer Variante eines erfindungsgemäßen Profils dargestellt. Lediglich die Unterschiede zum oben beschriebenen Profil werden angegeben. Entsprechende Teile tragen dieselben Bezugsnummern. - Die Breitenseiten, die obere
22 und die untere20 , haben einen konvex gewölbten Querschnitt. Hier hat dieser Querschnitt die Form eines Kreisbogens mit Radius R1. - Die Hülle
15A dieses Profils14 weist außerdem zwei Versteifungswülste60 ,62 auf, die in der vorderen Höhenseite24 ausgebildet sind. Diese Wülste60 ,62 haben eine zum Äußeren der Hülle15A offene, konkave Form. Der Querschnitt jedes dieser Wülste60 ,62 hat im Wesentlichen die Form eines Kreisbogens von 120°. Die Wülste60 ,62 erstrecken sich über die ganze Länge des Trägers12 . - Der erste Wulst
60 ist im oberen Teil der vorderen Höhenseite24 angeordnet, während der zweite Wulst62 im unteren Teil der vorderen Höhenseite24 angeordnet ist. - Die Herstellung dieses Profils ist im Wesentlichen identisch mit der Herstellung des oben beschriebenen Profils.
- Im Unterschied dazu erfolgt nach dem Schritt des Biegens der Absätze
50 ,52 ein zusätzlicher Schritt zur Ausbildung der Versteifungswülste60 ,62 . - Das Profil der
2C unterscheidet sich von dem der2B in folgenden Punkten. - Der erste Versteifungswulst
60 ist im oberen Teil der hinteren Höhenseite26 angeordnet. - Außerdem hat der Versteifungssteg
28 einen zur oberen Breitenseite22 konvex gewölbten Querschnitt. Die gewölbte Form erleichtert die Verformung bei einem Stoß und führt zu einem erheblichen Energieabsorptionsvermögen. - Das Profil der
2D besteht aus geraden Querschnittsabschnitten, wie das Profil der2A . - Im Unterschied zum Profil der
2A weist dieses Profil einen dritten Querschnittsabschnitt34 auf, der um einen Winkel von 90° + α relativ zum sechsten Querschnittsabschnitt36 umgebogen ist. Der Winkel α ist kleiner, als 3,5°. - In Variante sind die Versteifungswülste
60 ,62 an der vorderen Höhenseite24 angeordnet. Die Wülste60 ,62 haben im Wesentlichen die Form eines nach vorne offenen U. - In einer weiteren Variante haben die Versteifungswülste
60 ,62 einen tropfenförmigen Querschnitt. - Es sei darauf hingewiesen, dass die U- oder tropfenförmigen Versteifungswülste
60 ,62 an den Profilen der2A bis2D vorgesehen werden können. - Es sei darauf hingewiesen, dass im Fall aller Varianten von Versteifungswülsten
60 ,62 der Krümmungsradius des Querschnittes an jeder Stelle größer ist, als das Dreifache der Dicke e des Bleches. - Das erfindungsgemäße Profil
14 ist bei gegebenen Abmessungen leicht und starr. Außerdem ist es leicht herzustellen. - Da das Profil im Wesentlichen symmetrisch ist, ist die Handhabung einfach.
- In Variante können die Verbindungsteile
29A ,29B am übrigen Profil durch Klebung befestigt werden.
Claims (18)
- Profil für Kraftfahrzeugrahmenteil, insbesondere für ein Rahmenteil für eine vordere oder hintere Stoßstange (
12 ), wobei sich das Profil (14 ) in einer Längsrichtung (L) erstreckt und eine Außenhülle umfasst, die im Querschnitt ein geschlossenes Inneres begrenzt, wobei das Profil einen quer verlaufenden Versteifungssteg aufweist, der im Inneren der Hülle angeordnet ist und einander gegenüberliegende Punkte der Hülle verbindet, wobei das Profil aus einem Blechzuschnitt mit zwei Längskanten (44 ,46 ) hergestellt wird, wobei der Blechzuschnitt aufweist: – einen Bereich (32 ), der den Versteifungssteg (15B ) des Profils bildet, und – zwei Längsränder (29A ,34 ,36 ,40 ;29B ,30 ,38 ,42 ), die den genannten Versteifungssteg (15B ) beiderseits begrenzen und die in Längsrichtung umgebogen sind, wobei die beiden Längskanten (44 ,46 ) des Blechzuschnittes am genannten Blechzuschnitt in dessen Hauptteil befestigt sind, wobei die Außenhülle einen Querschnitt hat, der aus Querschnittsabschnitten der Hülle (30 ,34 ,36 ,38 ,40 ,42 ) besteht, wobei das Profil einen Querschnittsabschnitt (32 ) aufweist, der den Versteifungssteg (15B ) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Längsrand (29A ,34 ,36 ,40 ;29B ,30 ,38 ,42 ) mindestens einen Querschnittsabschnitt der Hülle (34 ,36 ,40 ;30 ,38 ,42 ) bildet und dadurch, dass die genannten Ränder29A ,34 ,36 ,40 ;29B ,30 ,38 ,42 ) in einer ersten Richtung (P1) und einer zweiten, dieser entgegengesetzten Richtung (P2) zum genannten Versteifungssteg (15B ) umgebogen sind. - Profil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Hülle viereckig ist und zwei Breitenseiten (
20 ,22 ) und zwei Höhenseiten (24 ,26 ) aufweist, wobei der Versteifungssteg (15B ) zwischen den Breitenseiten (20 ,22 ) verläuft, dadurch, dass der Querschnitt besteht aus: – sechs Querschnittsabschnitten der Hülle, umfassend zwei Querschnittsabschnitte (30 ,34 ), die die beiden Breitenseiten (20 ,22 ) bilden und zwei Querschnittsabschnitte (36 ,38 ,40 ,42 ), die jeweils die beiden Höhenseiten (24 ,26 ) bilden, sowie aus – einem ersten (29A ) und einem zweiten (29B ) Verbindungsteil. - Profil nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsteile (
29A ,29B ) durch an die Längsränder (44 ,46 ) anschließende Teile gebildet werden. - Profil nach irgendeinem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Rand den ersten Querschnittsabschnitt (
30 ) bildet, den fünften Querschnittsabschnitt (38 ), den siebten Querschnittsabschnitt (42 ), sowie den zweiten Verbindungsteil (29B ) und der zweite Rand den dritten Querschnittsabschnitt (34 ) bildet, den vierten Querschnittsabschnitt (36 ), den sechsten Querschnittsabschnitt (40 ), sowie den ersten Verbindungsteil (29A ). - Profil nach Patentanspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt aus der folgenden Folge von Querschnittsabschnitten besteht: – erster Verbindungsteil (
29A ) – erster Querschnittsabschnitt (36 ) einer ersten Höhenseite (26 ) – Querschnittsabschnitt (34 ) einer ersten Breitenseite (20 ) – erster Querschnittsabschnitt (40 ) einer zweiten Höhenseite (24 ) – Querschnittsabschnitt (32 ) des Versteifungssteges (15B ) – zweiter Querschnittsabschnitt (38 ) der genannten ersten Höhenseite (26 ) – Querschnittsabschnitt (30 ) einer zweiten Breitenseite (22 ) – zweiter Querschnittsabschnitt (42 ) der genannten zweiten Höhenseite (24 ) – zweiter Verbindungsteil (29B ). - Profil nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte erste Verbindungsteil (
29A ) am zweiten Querschnittsabschnitt (38 ) der genannten ersten Höhenseite (26 ) befestigt ist und der genannte zweite Verbindungsteil (29B ) am genannten ersten Querschnittsabschnitt (40 ) der genannten zweiten Höhenseite (24 ) befestigt ist. - Profil nach Patentanspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Blechzuschnitt von einem Querschnittsabschnitt zum nächsten um ungefähr 90° umgebogen wird, und zwar in der genannten ersten Richtung (P1) zwischen dem genannten ersten Querschnittsabschnitt (
36 ) der genannten ersten Höhenseite (26 ) und dem Querschnittsabschnitt (32 ) des Versteifungssteges (15B ) und in der genannten zweiten Richtung (P2) zwischen dem Querschnittsabschnitt (32 ) des Versteifungssteges (15B ) und dem genannten zweiten Querschnittsabschnitt (42 ) der genannten zweiten Höhenseite (24 ). - Profil nach irgendeinem der Patentansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt relativ zu einer Mittelachse (X-X) symmetrisch ist, die in Längsrichtung verläuft.
- Profil nach irgendeinem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens eine Versteifungswulst (
60 ,62 ) umfasst, die sich über die Länge des Profils (14 ) erstreckt und insbesondere eine vom Profil nach außen offene Vertiefung bildet. - Profil nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungswülste (
60 ) einen tropfenförmigen Querschnitt haben. - Profil nach Patentanspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungswülste (
60 ,62 ) im Wesentlichen die Form eines nach vorne offenen U haben. - Profil nach Patentanspruch 2 oder irgendeinem der von Patentanspruch 2 abhängigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Querschnittsabschnitte (
30 ,34 ) der Breitenseite (20 ,22 ) und/oder der Querschnittsabschnitt (32 ) des Versteifungssteges (15B ) gewölbt sind. - Profil nach irgendeinem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (e) des Blechzuschnittes über den ganzen Querschnitt im Wesentlichen gleich ist.
- Profil nach Patentanspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Querschnittsabschnitte einen Absatz (
50 ,52 ) aufweist, wobei die Breite (E) dieses Absatzes gleich der Dicke (e) des Bleches ist, und dadurch, dass der Absatz einen Verbindungsteil (29A ,29B ) aufnimmt. - Profil nach irgendeinem der Patentansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil aus einem Stahlblech mit hoher Elastizitätsgrenze geformt wird, vorzugsweise mit einer Bruchkraft größer als 800 Mpa und insbesondere kleiner, als 1000 Mpa.
- Profil nach irgendeinem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Längsränder (
44 ,46 ) des Blechzuschnittes an gegenüberliegenden Seiten befestigt sind, insbesondere an gegenüberliegenden Höhenseiten (24 ,26 ). - Profil nach irgendeinem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil einen relativ zu seiner Achse (X-X) symmetrischen Querschnitt hat.
- Rahmen eines Kraftfahrzeuges, zwei Längsträger (
4 ) und eine Stoßstange (12 ) umfassend, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoßstange (12 ) ein Profil (14 ) nach irgendeinem der vorangehenden Patentansprüche aufweist.
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