DE69918140T2

DE69918140T2 - Verstärkungsträger für fahrzeugtür und verfahren zur herstellung

Info

Publication number: DE69918140T2
Application number: DE69918140T
Authority: DE
Inventors: Jay Mellis
Original assignee: Cosma International Inc
Current assignee: Cosma International Inc
Priority date: 1998-09-16
Filing date: 1999-09-14
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2019-09-15
Also published as: US6227609B1; CA2338511C; EP1113941A1; AU5614299A; DE69918140D1; WO2000015453A1; CA2338511A1; EP1113941B1; ATE269235T1; BR9913772A

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft eine Fahrzeugtürverstärkung und insbesondere die Formung eines Verstärkungsträgers für eine Fahrzeugtür.
Hintergrund der Erfindung
Verstärkungsträger des hier betrachteten Typs sind im Stand der Technik wohl bekannt. Ein typischer kommerziell verwendeter Träger wird aus einem Stück einer walzgeformten Kanal- oder geflanschten Kanalstruktur mit getrennten Endabschnitten, die geeignet an ihnen gegenüberliegenden Enden befestigt werden, konstruiert. Die gefertigte Struktur wird aus einem ungehärteten Stahl hergestellt, wobei die sich ergebende Trägerstruktur nach der Fertigung in Öfen gehärtet wird, um ihr ultrahochfeste Eigenschaften zu geben.
Die Anforderung, wenigstens drei getrennte Komponenten getrennt zu fertigen und die Komponenten daraufhin zusammenzubauen, trägt wesentlich zu den Kosten bei, die mit der Erzeugung des gehärteten Verbundträgers verbunden sind. Ein weiterer Kostenfaktor besteht in der Notwendigkeit des Warmhärtens des Trägers nach der Fertigung.
In der Patentliteratur hat es Vorschläge gegeben, einen Träger mit einer einteiligen Konstruktion zu schaf fen. Beispiele sind in den Offenbarungen der folgenden Patente enthalten: US-Patent US-A-4 919 473 und japanische Patentveröffentlichung JP-A-8-258569. Der bei diesen Entwürfen anscheinend beschrittene Zugang besteht darin, eine ausreichende Härte durch Formen des Trägers mit einem Stahl zu erreichen, der eine Festigkeit besitzt, die etwas kleiner ist als die von ultrahochfestem Stahl, wobei die kleinere Materialfestigkeit kompensiert wird, indem der Träger mit einer speziellen schlagfesten Querschnittskonfiguration konstruiert wird. Andere haben eine vollkommene Einfachheit der Querschnittskonfiguration vorgeschlagen, wobei sie die erforderliche Festigkeit erzielen, indem sie zu Beginn ein Schichtverbundwerkstoffblech formen.
DE-U-296 22 985 offenbart einen Fahrzeug-Verstärkungsträger gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erzielung der notwendigen Festigkeit durch die Verwendung ultrahochfesten Stahls als ein Ausgangsmaterial, anstatt die gewünschte Festigkeit nach der Formung durch ein Warmhärten zu erreichen. Die Warmbehandlung von Stahlblech, während es sich noch in einer Walzen- oder Rollenanordnung befindet, ist wirtschaftlicher als die Warmbehandlung einzeln gefertigter Strukturen, auch wenn das Warmverfahren so annähernd "kontinuierlich" wie möglich durchgeführt wird.
Das Problem, das sich durch die Verwendung ultrahochfesten Stahls als ein Ausgangsmaterial stellt, besteht darin, dass es nicht leicht in dreidimensionale Konfigurationen kaltzuformen ist. Einfache Stanzvorgänge führen oft zur Bildung von Eigenspannungen, die Teile des geformten Metallblechs, besonders flache Abschnitte, verwinden können. Es besteht ein Bedarf, einen Verstärkungs träger des erläuterten Typs zu schaffen, der die oben angemerkten Probleme überwinden kann.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Die Nachteile des Standes der Technik können überwunden werden, indem ein Fahrzeugtür-Verstärkungsträger, der aus einem ebenen Blech aus einem ultrahochfesten Stahl gestanzt und kaltgeformt ist, mit einem Trägerzuschnitt, der aus einem ebenen Blech aus einem ultrahochfesten Stahl gestanzt ist, um einen langgestreckten, im allgemeinen ebenen Zuschnittmittelteil zu schaffen, der sich von einem Ende des Trägerzuschnitts zum anderen erstreckt, und einteilige Zuschnittseitenteile auf gegenüberliegenden Seiten des Zuschnittmittelteils aufweist, geschaffen wird. Der Zuschnittmittelteil weist gegenüberliegende Abschlusswandabschnitte, die so konstruiert und beschaffen sind, dass sie an dem Fahrzeugtürrahmen befestigt sind, sowie einen langgestreckten mittleren Wandabschnitt, der sich zwischen den Abschlusswandabschnitten erstreckt, auf. Die Zuschnittseitenteile weisen Schenkelwandabschnitte auf, die einteilig mit den Seiten des mittleren Wandabschnitts ausgebildet und durch Kaltformen in einer Richtung weg von einer ebenen Oberfläche des mittleren Wandabschnitts gebogen sind, um eine mittlere Verstärkungskanalstruktur zu bilden, wobei sie freie Schenkelabschnitt-Enden aufweisen, die durch die Schenkelwandabschnitte in der Nähe der Abschlusswandabschnitte definiert sind, und der mittlere Wandabschnitt in den Abschlusswandabschnitten einteilig endet. Der Zuschnittmittelteil weist Nuten auf, die darin an Positionen außerhalb der freien Schenkelabschnitt-Enden ausgebildet sind, um so das Auftreten von Verwindungsbeanspruchungen, die durch das Kaltformbiegen der Seitenwandabschnitte auftreten, auf jene zu begrenzen, die nicht ausreichen, um die im schlusswandabschnitte in Bezug auf den mittleren Wandabschnitt zu verwinden.
Vorzugsweise wird das ultrahochfeste Stahlblech, aus dem der Zuschnitt gestanzt wird, vorgehärtet, wobei Flanschwandabschnitte von den Schenkelwandabschnitten gebogen werden, um eine mittlere geflanschte Verstärkungskanalstruktur zu schaffen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Fahrzeugtür-Verstärkungsträgers mit einem langgestreckten, im wesentlichen ebenen Zuschnittmittelteil und damit einteilig ausgebildeten Zuschnittseitenteilen auf gegenüberliegenden Seiten des Zuschnittmittelteils geschaffen, wobei der Zuschnittmittelteil gegenüberliegende Abschlusswandabschnitte, die so konstruiert und beschaffen sind, dass sie an dem Fahrzeugtürrahmen befestigt sind, und einen langgestreckten mittleren Wandabschnitt, der sich zwischen den Abschlusswandabschnitten erstreckt, aufweist und die Zuschnittseitenteile Schenkelwandabschnitte aufweisen, die mit den Seiten des mittleren Wandabschnitts einteilig ausgebildet sind und sich in einer Richtung weg von einer ebenen Oberfläche des mittleren Wandabschnitts erstrecken, um eine mittlere Verstärkungskanalstruktur mit freien Schenkelabschnitt-Enden zu bilden, die durch die Schenkelwandabschnitte in der Nähe der Abschlusswandabschnitte und Enden des mittleren Wandabschnitts, die einteilig mit den Abschlusswandabschnitten ausgebildet sind, definiert sind. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: Ausstanzen eines Trägerzuschnitts aus einem ebenen Blech aus einem ultrahochfesten Stahl mit einem Umriss, der die Zuschnittmittelteile und die Zuschnittseitenteile sowie Nuten in dem Zuschnittmittelteil an Positionen innerhalb der freien Schenkelabschnitt-Enden definiert, und Biegen der Schenkelwandab schnitte von der Seite des mittleren Wandabschnitts in einem Kaltformungsvorgang in der Weise, dass die Nuten das Auftreten von Verwindungsbeanspruchungen auf jene begrenzen, die nicht ausreichen, um die im Wesentlichen ebene Erstreckung der Abschlusswandabschnitte in Bezug auf den mittleren Wandabschnitt zu verwinden.
Beschreibung der Zeichnung
1 ist eine perspektivische Ansicht einer trägerverstärkten Fahrzeugtür, die die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verkörpert,
2 ist eine perspektivische Ansicht des in 1 in gestrichelten Linien gezeigten Fahrzeugtür-Verstärkungsträgers, der in Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung konstruiert ist,
3 ist eine seitliche Aufrissansicht des Trägers,
4 ist Draufsicht des Trägers,
5 ist eine vergrößerte Schnittansicht längs der Linie 5-5 von 3,
6 ist eine vergrößerte Schnittansicht längs der Linie 6-6 von 3,
7 ist eine vergrößerte Schnittansicht längs der Linie 7-7 von 3, und
8 ist eine vergrößerte Schnittansicht längs der Linie 8-8 von 3.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
Unter detaillierter Bezugnahme auf die Zeichnung ist eine allgemein mit 10 bezeichnete trägerverstärkte Fahrzeugtür dargestellt, die die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verkörpert. Die Tür 10 weist eine herkömmliche Konstruktion auf, die einen aus einem Metallblech hergestellten Skelettinnenrahmen 12, eine Außenhaut 14 und eine Innenverkleidung 16 aufweist. Der Skelettinnenrahmen 12 ist innen durch einen Träger verstärkt, der in 1 mit gestrichelten Linien gezeigt und allgemein mit 18 bezeichnet ist. Der Träger 18 ist in Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung aus einem Trägerzuschnitt, der aus einem ebenen Blech aus einem vorgehärteten ultrahochfesten Stahl gestanzt ist, kaltgeformt. Der Ausdruck "vorgehärtet", wie er hier verwendet ist, bezieht sich auf ein Stahlblech, das zur Verbesserung seiner Zugfestigkeitseigenschaften wärmebehandelt ist, während es in einer Endlosbahn-Konfiguration vorliegt, wobei er Stahl ausschließt, der für eine verbesserte Zugfestigkeit wärmebehandelt wird, nachdem er verarbeitet wurde. Der Ausdruck "ultrahochfester Stahl" ist Stahl mit einer Zugfestigkeit von 120.000 psi (84.373.000 Kilogramm pro Quadratmeter) und darüber. Der hier betrachtete Stahltyp ist derselbe wie jene dargelegten Beispiele, die in dem US-Patent 5.306.058 beschrieben sind, dessen Offenbarung hiermit durch Literaturhinweis in die vorliegende Patentschrift eingefügt ist.
Der Umriss des Trägerzuschnitts, der aus dem ebenen Blech aus einem vorgehärteten ultrahochfesten Stahl gestanzt wird, definiert die freien Kanten des Trägers 18, der an seinen Enden an dem Skelettrahmen 12 der Tür zwischen der Außenhaut 14 und der Innenverkleidung 16 hiervon durch irgendwelche geeigneten Mittel wie etwa Schweißen oder dergleichen befestigt wird.
Wie in den 2 bis 8 am besten gezeigt ist, definiert der Umriss des Trägerzuschnitts einen allgemein mit 20 bezeichneten, langgestreckten, im Allgemeinen ebenen Zuschnittmittelteil, der sich von einem Ende des Trägerzuschnitts zum anderen erstreckt, und allgemein mit 22 bezeichnete einteilige Zuschnittseitenteile auf gegenüberliegenden Seiten des Zuschnittmittelteils 20. Der Zuschnittmittelteil 20 weist gegenüberliegende ebene Abschlusswandabschnitte 24, die so konstruiert und beschaffen sind, dass sie an den Fahrzeugtürrahmen 12 befestigt sind, und einen langgestreckten mittleren Wandabschnitt 26, der sich zwischen den Abschlusswandabschnitten 24 erstreckt, auf. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, ist die bevorzugte Konstruktion der Abschlusswandabschnitte 24 und des mittleren Wandabschnitts 26 derart beschaffen, dass die sie jeweils definierenden, entgegengesetzt orientierten ebenen Oberflächen in gemeinsamen parallelen Ebenen angeordnet sind.
Die Zuschnittseitenteile 22 weisen Schenkelwandabschnitte 28 auf, die einteilig mit den Seiten des mittleren Wandabschnitts 26 ausgebildet sind. Die Schenkelwandabschnitte 28 sind durch Kaltformen in einer Richtung weg von einer ebenen Oberfläche des mittleren Wandabschnitts 26 gebogen, um eine mittlere Verstärkungskanalstruktur zu bilden, die im allgemeinen eine U-Form aufweist. Die Schenkelwandabschnitte 28 enden in freien Schenkelabschnitt-Enden 30. In Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung ist der Zuschnittmittelteil 20 mit Nuten 32 darin an Positionen außerhalb der freien Schenkelabschnitt-Enden 30 ausgebildet. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, erstrecken sich die Abschlusswandabschnitte 24 quer außer halb der Nuten 32 und der Querausdehnung des langgestreckten mittleren Wandabschnitts 26. Die Nuten 32 sind konfiguriert, um das Auftreten von Verwindungsbeanspruchungen, die durch das Kaltformbiegen der Schenkelwandabschnitte 28 auftreten, auf jene zu begrenzen, die nicht ausreichen, um die im wesentlichen ebene Erstreckung der Abschlusswandabschnitte 24 in Bezug auf den mittleren Wandabschnitt 26 zu verwinden. Auf diese Weise wird die Befestigung des Trägers 18 an dem Türrahmen 12 in einem Zustand sichergestellt, der ihn zwischen der Außenhaut und der Innenverkleidung der Tür genau plaziert.
Vorzugsweise sind die Zuschnittseitenteile 22 ebenso durch Kaltformen gebogen, um an dem Mittelteil der Schenkelwandabschnitte 28 ein Paar von sich nach außen erstreckenden Flanschwandabschnitten 34 zu definieren. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, weisen die Flanschwandabschnitte gegenüberliegende Enden auf, die innen von den gegenüberliegenden freien Enden 30 der Schenkelwandabschnitte 28 beabstandet sind. Außerdem nimmt die Quererstreckung jedes Schenkelwandabschnitts 28 von seinen freien Enden 30 zu dem benachbarten Ende des Flanschwandabschnitts 34 daran zu. Die Flanschwandabschnitte 34, die eine im wesentlichen konstante Quererstreckung aufweisen, neigen dazu, dem Träger 18 eine zusätzliche Festigkeit zu liefern sowie die Verstärkungsstruktur als eine geflanschte Kanalstruktur bereitzustellen, um die zusätzliche Festigkeit hiervon zu erreichen.
In einem spezifischen Beispiel des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wurde ein Trägerzuschnitt aus einem Blech aus Martensitstahl einer Dicke von 0,062 Zoll (0,15748 cm) mit einer ultrahochfesten Zugfestigkeit von 220.000 psi (154.682.000 Kilogramm pro Quadratmeter) gestanzt. Der Umriss des Zuschnitts wies den Mittelteil 20 und die Seitenteile 22 in der gezeigten Konfiguration sowie die Nuten 32 an den gezeigten Stellen und in der gezeigten Konfiguration auf. Der Zuschnitt wurde in einem Kaltformstanzvorgang während eines Bewegungszyklus zusammenwirkender Stanzwerkzeuge gestanzt. Der Zuschnitt wurde in einem Kaltformstanzvorgang während eines Bewegungszyklus zusammenwirkender Biegestanzen gebogen, um die Schenkelwandabschnitte 28 und die Flanschwandabschnitte 34 auszubilden.
Bei der beispielhaften Ausführungsform wurden die Stanz- und Biegevorgänge auf verschiedenen Maschinen durchgeführt, obgleich beide Vorgänge auf einer einzelnen Maschine durchgeführt werden könnten.
Es ist somit ersichtlich, dass die Aufgaben dieser Erfindung vollständig und wirksam gelöst wurden. Es ist aber klar, dass die vorhergehenden bevorzugten spezifischen Ausführungsformen zur Veranschaulichung der funktionellen und strukturellen Prinzipien der Erfindung gezeigt und beschrieben worden sind, wobei sie ohne Abweichung von derartigen Prinzipien geändert werden können. Daher umfasst die Erfindung alle Änderungen, die in dem Umfang der folgenden Ansprüche enthalten sind.

Claims

Fahrzeugtür-Verstärkungsträger (18), der aus einem ebenen Blech aus einem ultrahochfesten Stahl gestanzt und kaltgeformt ist, mit einem Trägerzuschnitt, der aus einem ebenen Blech aus einem ultrahochfesten Stahl gestanzt ist, wobei der Trägerzuschnitt einen langgestreckten Zuschnittmittelteil (20), der sich von einem Ende des Trägerzuschnitts zum anderen erstreckt, und einteilige Zuschnittseitenteile (22) auf gegenüberliegenden Seiten des Zuschnittmittelteils (20) aufweist, wobei der Zuschnittmittelteil (20) gegenüberliegende Abschlußwandabschnitte (24), die so konstruiert und beschaffen sind, daß sie an dem Fahrzeugtürrahmen befestigt sind, und einen langgestreckten mittleren Wandabschnitt (26), der sich zwischen den Abschlußwandabschnitten (24) erstreckt, aufweist, wobei die Zuschnittseitenteile (22) Schenkelwandabschnitte (28), die einteilig mit den Seiten des mittleren Wandabschnitts (26) ausgebildet und durch Kaltformen in einer Richtung weg von einer ebenen Oberfläche des mittleren Wandabschnitts (26) gebogen sind, um eine mittlere Verstärkungskanalstruktur zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkelwandabschnitte (28) freie Schenkelabschnitt-Enden (30) aufweisen, die durch die Schenkelwandabschnitte (28) in der Nähe der Abschlußwandabschnitte (24) definiert sind, der Zuschnittmittelteil (26) im wesentlichen eben ist, der mittlere Wandabschnitt (26) in den Abschlußwandabschnitten (24) einteilig endet, und daß der Zuschnittmittelteil (20) Nuten (32) aufweist, die darin an Positionen außerhalb der freien Schenkelabschnitt-Enden (24) ausgebildet sind, um so das Auftreten von Verwindungsbeanspruchungen, die durch das Kaltformbiegen der Seitenwandabschnitte auftreten, auf jene zu begrenzen, die nicht ausreichen, um die im wesentlichen ebene Erstreckung der Abschlußwandabschnitte (24) in Bezug auf die mittleren Wandabschnitte (26) zu verwinden.
Fahrzeugtür-Verstärkungsträger (18) nach Anspruch 1, bei dem die Zuschnittseitenteile (22) durch Kaltformen gebogen sind, um an den Schenkelwandabschnitten (28) ein Paar von sich nach außen erstreckenden Flansch-Wandabschnitten (34) zu schaffen, um die mittlere Verstärkungskanalstruktur in eine mittlere geflanschte Verstärkungskanalstruktur auszubilden.
Fahrzeugtür-Verstärkungsträger (18) nach Anspruch 2, bei dem das Paar von sich nach außen erstreckenden Flanschwandabschnitten (34) gegenüberliegende Enden aufweist, die von den freien Enden der Schenkelwandabschnitte (28) beabstandet sind, wobei jeder der Schenkelwandabschnitte eine Quererstreckung aufweist, die von ihren freien Enden zu den benachbarten Enden des Flanschwandabschnitts zunehmen.
Fahrzeugtür-Verstärkungsträger (18) nach Anspruch 3, bei dem die Flanschwandabschnitte (34) im wesentlichen konstante Quererstreckungen aufweisen.
Fahrzeugtür-Verstärkungsträger (18) nach Anspruch 4, bei dem sich die Abschlußwandabschnitte (24) außerhalb der Nuten (32) und der Querausdehnung des mittleren Wandabschnitts (26) quer erstrecken.
Fahrzeugtür-Verstärkungsträger (18) nach Anspruch 5, bei dem die Abschlußwandabschnitte (24) und der mittlere Abschnitt (26) durch entgegengesetzt orientierte ebene Oberflächen definiert sind, die in gemeinsamen parallelen Ebenen angeordnet sind.
Fahrzeugtür-Verstärkungsträger (18) nach Anspruch 6, bei dem das ebene Blech aus einem ultrahochfesten Stahl Martensitstahl ist, der eine Dicke von etwa 1,5748 mm und eine ultrahohe Zugfestigkeit von 154 682 000 kg m^-2 aufweist.
Fahrzeugtür-Verstärkungsträger (18) nach Anspruch 1, bei dem sich die Abschlußwandabschnitte (24) außerhalb der Nuten (32) und der Querausdehnung des mittleren Wandabschnitts (26) quer erstrecken.
Fahrzeugtür-Verstärkungsträger (18) nach Anspruch 1, bei dem die Abschlußwandabschnitte (24) und der mittlere Abschnitt (26) durch entgegengesetzt orientierte ebene Oberflächen definiert sind, die in gemeinsamen parallelen Ebenen angeordnet sind.
Fahrzeugtür-Verstärkungsträger (18) nach Anspruch 1, bei dem das ebene Blech aus einem ultrahochfesten Stahl Martensitstahl ist, der eine Dicke von etwa 1,5748 mm und eine ultrahohe Zugfestigkeit von 154 682 000 kg m^-2 aufweist.
Verfahren zum Herstellen eines FahrzeugtürVerstärkungsträgers nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit einem langgestreckten, im wesentlichen ebenen Zuschnittmit telteil (20) und damit einteilig ausgebildeten Zuschnittseitenteilen (22) auf gegenüberliegenden Seiten des Zuschnittmittelteils, wobei der Zuschnittmittelteil gegenüberliegende Abschlußwandabschnitte (24), die so konstruiert und beschaffen sind, daß sie an dem Fahrzeugtürrahmen befestigt sind, und einen langgestreckten mittleren Wandabschnitt (26), der sich zwischen den Abschlußwandabschnitten (24) erstreckt, aufweist und die Zuschnittseitenteile (22) Schenkelwandabschnitte (28) aufweisen, die mit den Seiten des mittleren Wandabschnitts (26) einteilig ausgebildet sind und sich in einer Richtung weg von einer ebenen Oberfläche des mittleren Wandabschnitts erstrecken, um eine mittlere Verstärkungskanalstruktur mit freien Schenkelabschnitt-Enden (30) zu bilden, die durch die Schenkelwandabschnitte (28) in der Nähe der Abschlußwandabschnitte (24) und Enden des mittleren Wandabschnitts (26), die einteilig mit den Abschlußwandabschnitten (24) ausgebildet sind, definiert sind, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt: Ausstanzen eines Trägers aus einem ebenen Blech aus einem ultrahochfesten Stahl mit einem Umriß, der die Zuschnittsmittelteile (26) und die Zuschnittsseitenteile (22) sowie Nuten (32) in dem Zuschnittmittelteil an Positionen außerhalb der freien Schenkelabschnittenden (24) definiert, und Biegen der Schenkelwandabschnitte (28) von der Seite des mittleren Wandabschnitts (26) in einem Kaltformungsvorgang in der Weise, daß die Nuten (32) das Auftreten von Verwindungsbeanspruchungen auf jene begrenzen, die nicht ausreichen, um die im wesentlichen ebene Erstreckung der Abschlußwandabschnitte (24) in Bezug auf den mittleren Wandabschnitt (26) zu verwinden.
Verfahren nach Anspruch 11, das den weiteren Schritt des Biegens von Flanschwandabschnitten (34) quer nach außen von den mittleren Abschnitten der Schenkelwandabschnitte (28) umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das ebene Blech aus einem ultrahochfesten Stahl Martensitstahl mit einer Dicke von etwa 1,5748 mm und einer ultrahohen Zugfestigkeit von 154 682 000 kg m^-2 ist.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das ebene Blech aus einem ultrahochfesten Stahl Martensitstahl mit einer Dicke von etwa 1,5748 mm und einer ultrahohen Zugfestigkeit von 154 682 000 kg m^-2 ist.