DE60301916T3

DE60301916T3 - Strukturbauteil für Kraftfahrzeug und sein Chassis

Info

Publication number: DE60301916T3
Application number: DE60301916T
Authority: DE
Inventors: Alain Peyronni; Olivier Trancart
Original assignee: Wagon Automotive SA
Current assignee: Advanced Comfort Systems France SAS ACS France
Priority date: 2002-07-03
Filing date: 2003-06-25
Publication date: 2010-02-18
Anticipated expiration: 2023-06-26
Also published as: ATE307045T1; US20040130166A1; EP1378402A1; ES2251670T3; FR2841850A1; EP1378402B2; DE60301916T2; EP1378402B1; FR2841850B1; ES2251670T5; DE60301916D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Profil, wie es im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 definiert ist.
Ein derartiges Profil ist beispielsweise aus DE 100 07 496 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 16 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 der 1 und
die 2B bis 2D Querschnittsansichten von Varianten des Profils der 2A.
In 1 ist in perspektivischer Explosionsdarstellung ein Teil eines Kraftfahrzeugrahmens dargestellt, der insgesamt mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnet ist.
Der Rahmen 2 umfasst zwei Längsträger 4, die parallel zueinander vom Vorderteil des Fahrzeuges nach hinten verlaufen.
Jeder Längsträger 4 wird an seinem Vorderende durch eine Endplatte 6 geschlossen. An jeder der Endplatten 6 ist ein Stoßaufnehmer 8 befestigt, der sich nach vorne erstreckt. Eine Trägerhalterung 10 ist am Vorderende jedes Stoßaufnehmers 8 angebracht.
Zwischen den beiden Trägerhalterungen 10 und vor ihnen erstreckt sich ein Stoßstangenträger 12.
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 Stoßstangenträger 12 weist Öffnungen 13 zur Befestigung von Komponenten auf.
Der Stoßstangenträger 12 besteht aus einem Profil 14, 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 Profils 14 in der Ebene IIA der 1 dargestellt. Die Schnittebene verläuft senkrecht auf der Richtung L.
Das Profil besteht aus einer Hülle 15A und einem quer verlaufenden Versteifungssteg 156.
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 im Wesentlichen in der Richtung der Längsträger 4 gemessen und erstreckt sich vom Vorderteile des Fahrzeugs nach hinten. Die Höhe h verläuft im montierten Zustand des Trägers 12 von oben nach unten.
Der Querschnitt umfasst eine untere Breitenseite 20, eine obere Breitenseite 22, eine vordere Höhenseite 24 und eine hintere Höhenseite 26. Diese Seiten 20, 22, 24, 26 bilden die Hülle 15A des Profils 14.
Der Versteifungssteg 15B verläuft zwischen den Höhenseiten, der vorderen 24 und der hinteren 26, im Wesentlichen parallel zu den Breitenseiten 20, 22 im halben Abstand zwischen diesen.
Der Querschnitt des Profils 14 besteht so aus zwei Verbindungsteilen, einem ersten 29A und einem zweiten 29B, sowie aus sieben Querschnittsabschnitten.
Ein erster Querschnittsabschnitt 30 bildet die obere Breitenseite 22, ein zweiter Querschnittssabschnitt 32 bildet den Versteifungssteg 15B und ein dritter Querschnittsabschnitt 34 bildet die untere Breitenseite 20. Die hintere Höhenseite 26 besteht aus einem vierten, unteren Querschnittsabschnitt 36 und einem fünften, oberen Querschnittsabschnitt 38. Die vordere Höhenseite 24 besteht aus einem sechsten, unteren Querschnittsabschnitt 40 und einem siebten, oberen Querschnittsabschnitt 42.
Das Profil 14 besteht aus einem einzigen gebogenen Blechzuschnitt mit konstanter Dicke e auf der ganzen Breite des Bleches. Der Blechzuschnitt weist Längskanten 44, 46 auf. Die an die Längskanten 44, 46 anschließenden Teile des Bleches bilden die Verbindungsteile 29A, 29B.
Der Blechzuschnitt weist einen Bereich 32 auf, der den Versteifungssteg 15B, sowie zwei Längsränder bildet.
Ein erste Rand bildet den ersten Querschnittsabschnitt 30, den fünften Querschnittsabschnitt 38, den siebten Querschnittsabschnitt 42, sowie den zweiten Verbindungsteil. Der zweite Rand bildet den dritten Querschnittsabschnitt 34, den vierten Querschnittsabschnitt 36, den sechsten Querschnittsabschnitt 40, sowie den ersten Verbindungsteil 29A.
Die Ränder sind in Längsrichtung derart umgebogen, dass jeder der Verbindungsteile, das erste 29A und das zweite 29B, teilwiese einen der Querschnittsabschnitte überlappt. Die Verbindungsteile 29A, 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 Querschnittsabschnitt 38 fest verbunden, während der zweite Verbindungsteil 29B mit dem sechsten Querschnittsabschnitt 40 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 Verbindungsteil 29A, vierter Querschnittsabschnitt 36, dritter Querschnittsabschnitt 34, sechster Querschnittsabschnitt 40, zweiter Querschnittsabschnitt 32, fünfter Querschnittsabschnitt 38, erster Querschnittsabschnitt 30, siebter Querschnittsabschnitt 42 und zweites Verbindungsteil 29B.
Zwischen dem vierten Querschnittsabschnitt 36 und dem dritten 34, zwischen dem dritten 34 und dem sechsten 40, sowie zwischen dem sechsten 40 und dem zweiten 32 ist das Blech in einer und derselben ersten Biegerichtung P1 umgebogen, d. h. in 2A im Gegenuhrzeigersinn. Die Richtung P1 wird als die vom Verbindungsteil 29A aus zum Bereich 32 angesehen. Zwischen dem zweiten Querschnittsabschnitt 32 und dem fünften 38, zwischen dem fünften 38 und dem ersten 30, sowie zwischen dem ersten 30 und dem siebten 42 ist das Blech in einer und derselben zweiten Biegerichtung P2 umgebogen, die der ersten Biegerichtung P1 entgegengesetzt ist. In 2A ist diese Rich tung P2 der Uhrzeigersinn. Die Richtung P2 wird als die vom Bereich 32 zum Verbindungsteil 29B angesehen.
Der fünfte Querschnittsabschnitt 38 und der sechste 40 weisen jeweils einen Absatz 50, 52 der Breite E auf, die der Dicke e des Bleches gleich ist. Diese Absätze 50, 52 nehmen die Verbindungsteile 29A, 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 Trägers 12 erstreckt.
Außerdem sind die beiden Längskanten 44, 46 an zwei verschiedenen Seiten befestigt, insbesondere an den beiden gegenüberliegenden Höhenseiten 24, 26. Auf diese Weise ist jeder Rand 44, 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 bis 42 und der Verbindungsteile 29A, 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 Versteifungssteg 28 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 Querschnittsabschnitt 34, sowie den dritten Querschnittsabschnitt 34 und den vierten Querschnittsabschnitt 36 miteinander verbinden. Der erste Verbindungsteil 29A legt sich dann an den Absatz 50 an.
Dann wird der erste Verbindungsteil 29A an den Absatz 50 angeschweißt.
Dann durchläuft das erhaltene Halbprofil zwei aufeinanderfolgende Biegeschritte von 90°, die die Krümmungen formen, die den fünften Querschnittsabschnitt 38 und den ersten Querschnittsab schnitt 30, sowie den ersten Querschnittsabschnitt 30 und den siebten Querschnittsabschnitt 42 verbinden. Der zweite Verbindungsteil 29B legt sich an den Absatz 52 an.
Dann wird der zweite Verbindungsteil 29B an den zweiten Absatz 52 angeschweißt.
Um den Stoßstangenträger 12 auszubilden, wird das so erhaltene Profil 14 auf die erforderliche Länge des Trägers 12 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 Profils 14 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 untere 20, haben einen konvex gewölbten Querschnitt. Hier hat dieser Querschnitt die Form eines Kreisbogens mit Radius R1.
Die Hülle 15A dieses Profils 14 weist außerdem zwei Versteifungswülste 60, 62 auf, die in der vorderen Höhenseite 24 ausgebildet sind. Diese Wülste 60, 62 haben eine zum Äußeren der Hülle 15A offene, konkave Form. Der Querschnitt jedes dieser Wülste 60, 62 hat im Wesentlichen die Form eines Kreisbogens von 120°. Die Wülste 60, 62 erstrecken sich über die ganze Länge des Trägers 12.
Der erste Wulst 60 ist im oberen Teil der vorderen Höhenseite 24 angeordnet, während der zweite Wulst 62 im unteren Teil der vorderen Höhenseite 24 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 Versteifungswülste 60, 62.
Das Profil der 2C unterscheidet sich von dem der 2B in folgenden Punkten.
Der erste Versteifungswulst 60 ist im oberen Teil der hinteren Höhenseite 26 angeordnet.
Außerdem hat der Versteifungssteg 28 einen zur oberen Breitenseite 22 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 der 2A.
Im Unterschied zum Profil der 2A weist dieses Profil einen dritten Querschnittsabschnitt 34 auf, der um einen Winkel von 90° + α relativ zum sechsten Querschnittsabschnitt 36 umgebogen ist. Der Winkel α ist kleiner, als 3,5°.
In Variante sind die Versteifungswülste 60, 62 an der vorderen Höhenseite 24 angeordnet. Die Wülste 60, 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 der 2A bis 2D 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

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, wobei jeder Längsrand (29A, 34, 36, 40; 29B, 30, 38, 42) mindestens einen Querschnittsabschnitt der Hülle (34, 36, 40; 30, 38, 42) bildet und die genannten Ränder 29A, 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, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (e) des Blechzuschnittes über den ganzen Querschnitt im Wesentlichen gleich ist, und dadurch, 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 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 Patentansprüche 1 bis 12, 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.