EP1253983A1 - Component with locally limited reinforcement regions and method for production thereof - Google Patents

Component with locally limited reinforcement regions and method for production thereof

Info

Publication number
EP1253983A1
EP1253983A1 EP01913784A EP01913784A EP1253983A1 EP 1253983 A1 EP1253983 A1 EP 1253983A1 EP 01913784 A EP01913784 A EP 01913784A EP 01913784 A EP01913784 A EP 01913784A EP 1253983 A1 EP1253983 A1 EP 1253983A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
component
rigidity
stiffness
region
sheet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01913784A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Hans Herzog
Wolfgang KLEINEKATHÖFER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daimler AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DaimlerChrysler AG filed Critical DaimlerChrysler AG
Publication of EP1253983A1 publication Critical patent/EP1253983A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D21/00—Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted
    • B62D21/15—Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted having impact absorbing means, e.g. a frame designed to permanently or temporarily change shape or dimension upon impact with another body
    • B62D21/152—Front or rear frames
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D13/00—Corrugating sheet metal, rods or profiles; Bending sheet metal, rods or profiles into wave form
    • B21D13/02—Corrugating sheet metal, rods or profiles; Bending sheet metal, rods or profiles into wave form by pressing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/02—Stamping using rigid devices or tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/20—Deep-drawing

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)

Abstract

The invention relates to a component made from high-rigidity sheet, in particular, a structural component (1), comprising a locally limited reinforcement region, with a shaped region (3), which substantially increases the local rigidity of the component when compared with conventional components. The rigidity enhancing region comprises a periodic grid of nested concave and convex dimples (7, 8), stamped in a locally limited region of the sheet by means of a deep draw method. The regular periodic grid structure of the reinforcing pattern permits a computer simulation of the required rigidity and hence a systematic optimisation of the reinforcing region for each component. The dimple depth (9, 10) can be varied by region within the reinforcing structure, whereby, within said reinforcing regions, desired local variations in component rigidity can be achieved.

Description

Bauteil mit lokal begrenzten Versteifungsbereichen und Verfahren zu seiner Herstellung Component with locally limited stiffening areas and method for its production
Die Erfindung betrifft ein Bauteil aus hochfestem Blech, das in einem lokal begrenzten Versteifungsbereich mit einer steifigkeitserhohenden Verformungsstruktur versehen ist, sowie ein Verfahren zu seiner HerstellungThe invention relates to a component made of high-strength sheet metal, which is provided with a stiffness-increasing deformation structure in a locally limited stiffening area, and to a method for its production
Viele Bauteile im Automobilbau, insbesondere Strukturbauteile, müssen hohe Anforderungen sowohl in bezug auf Festigkeit als auch in bezug auf Steifigkeit erfüllen Gleichzeitig besteht großes Interesse daran, Leichtbaukonzepte im Fahrzeugbau zu verwirklichen und daher das Gewicht dieser Teile so weit wie irgend möglich zu reduzieren Die gewünschte Festigkeit kann - bei gleichzeitiger Gewichtsreduktion - erreicht werden, wenn als Ausgangsmateπal dünne Bleche aus hochfesten Stahlen verwendet werden, welche eine vergleichbare Festigkeit aufweisen wie dickere Bleche aus herkömmlichen Stahlen Allerdings müssen diese dünneren Bleche zur Erreichung der geforderten Steifigkeit mit steifigkeitserhohenden Strukturen wie z B Sicken und/oder Noppen versehen werden Da im Regelfall nur in ausgewählten Bereichen der Bauteile eine hohe Steifigkeit gefordert ist, wahrend in anderen Bereichen die Steifigkeit nur eine untergeordnete Rolle spielt, ist es vorteilhaft, diese steifigkeitserhohenden Strukturen nur in solchen Bereichen der Bauteile vorzusehen, welche im Betrieb besonderen Belastungen in bezug auf Steifigkeit ausgesetzt sindMany components in automotive engineering, in particular structural components, have to meet high requirements in terms of both strength and rigidity.At the same time, there is great interest in realizing lightweight construction concepts in vehicle construction and therefore reducing the weight of these parts as much as possible. The desired strength can be achieved - with simultaneous weight reduction - if thin sheets of high-strength steel are used as the starting material, which have a strength comparable to that of thicker sheets of conventional steel. However, to achieve the required stiffness, these thinner sheets must have structures that increase stiffness, such as beads and / or knobs are provided. As a rule, high rigidity is required only in selected areas of the components, while in other areas rigidity only plays a subordinate role, it is advantageous to increase this rigidity Structures should only be provided in those areas of the components that are exposed to special loads in terms of rigidity during operation
Die lokale Steifigkeitserhohung von Bauteilen aus Blech ist aus der gattungsbildenden DE 297 1 2 622 U1 bekannt In dieser Schrift wird vorgeschlagen, die Blechplatinen vor der Ausformung der Bauteilgeometrien in ausgewählten Bereichen mit warzenformigen Noppen zu versehen, welche mit Hilfe eines Prageverfahrens in die Blechplatinen eingebracht werden Da wahrend der darauffolgende Ausformung der Bauteilgeometne - z B mit Hilfe eines Ziehverfahrens - die Noppenstruktur weitgehend verlorengeht, eignet sich diese Noppenversteifung vorwiegend für solche Bereiche, welche in dem folgenden Umformprozeß nicht oder nur unwesentlich umgeformt werdenThe local increase in stiffness of components made of sheet metal is known from the generic DE 297 1 2 622 U1. In this document it is proposed to provide the sheet metal blanks with wart-like knobs in selected areas prior to shaping the component geometries, which are introduced into the sheet metal blanks with the aid of an embossing process Since the nub structure is largely lost during the subsequent shaping of the component geometry, for example with the aid of a drawing process, this nub stiffening is primarily suitable for areas which are not or only insignificantly reshaped in the subsequent forming process
Die Herstellung eines lokal steifigkeitserhohten Bauteils gemäß der DE 297 1 2 622 Ul besteht somit aus zwei Prozeßschritten - nämlich der Prägung der Blechplatine mit einer Noppenstruktur gefolgt von der Umformung der Blechplatine zur Erzeugung der Bauteilgeometne - und ist somit verhältnismäßig aufwendig Weiterhin besteht oft der Bedarf, gerade auch die Umformbereiche auf dem Bauteil mit steifigkeitserhohenden Strukturen zu versehen, was mit dem in der DE 297 1 2 622 U1 vorgeschlagenen Verfahren nicht möglich ist Schließlich besteht der Bedarf, eine größere lokale Steifigkeitserhohung, insbesondere eine stärkere Erhöhung der Biegesteifigkeit zu erreichen, die mit den in der DE 297 1 2 622 U1 gezeigten Noppenstrukturen nicht erzielbar istThe production of a locally stiffness-increased component according to DE 297 1 2 622 Ul thus consists of two process steps - namely the stamping of the sheet metal plate with one Knob structure followed by the forming of the sheet metal blank to produce the component geometry - and is therefore relatively complex.There is also often a need to provide the forming areas on the component with structures that increase stiffness, which is not the case with the method proposed in DE 297 1 2 622 U1 Finally, there is a need to achieve a greater local increase in stiffness, in particular a greater increase in bending stiffness, which cannot be achieved with the knob structures shown in DE 297 1 2 622 U1
Aus der DE 1 96 34 244 ist ein Verfahren zur steifigkeitserhohenden Strukturierung von Blechen bekannt, mit Hilfe dessen eine Blechplatine mehrstufig von beiden Seiten beulstruktuπert wird Dabei entstehen periodische Muster großer Beulen, in deren Beulmulden sich von der Gegenseite her kleine Beulen bilden Diese Oberflachenstruktur gewährleistet zwar eine sehr gute Druck- und Biegesteifigkeit, allerdings ist das zu ihrer Herstellung vorgeschlagene Beulverfahren nur auf sehr dünne Bleche anwendbar und eignet sich daher nicht zur Steifigkeitserhohung von Strukturbauteilen, z B für den Fahrzeugbau Weiterhin beschreibt die DE 1 96 34 244 ein Beulverfahren im Durchlaufverfahren, bei dem die gesamte Oberflache eines Rohblechs mit Beulen versehen wird Daher ist einerseits keine gezielte lokale Steifigkeitserhohung des Rohblechs möglich, andererseits ginge in einem auf den Beulprozeß folgenden Umformprozeß die Beulstruktur und somit die erzielte Steifigkeitserhohung weitgehend verlorenFrom DE 1 96 34 244, a method for increasing the stiffness-structuring of metal sheets is known, with the aid of which a sheet metal plate is dented in several stages from both sides. Periodic patterns of large dents are formed, in the dents of which small dents are formed on the opposite side. This surface structure ensures that very good pressure and bending stiffness, however the buckling method proposed for its manufacture can only be used on very thin sheets and is therefore not suitable for increasing the rigidity of structural components, e.g. for vehicle construction. Furthermore, DE 1 96 34 244 describes a buckling method in a continuous process, in which the entire surface of a raw sheet is provided with dents. On the one hand, a targeted local increase in the stiffness of the raw sheet is not possible, on the other hand, the buckling structure and thus the increase in stiffness obtained would largely be lost in a forming process following the buckling process
Der Erfindung egt daher die Aufgabe zugrunde, Bauteile aus Blech mit gezielt eingebrachten, raumlich begrenzten Versteifungsbereichen herzustellen, welche eine erhebliche Erhöhung der lokalen Steifigkeit gegenüber herkömmlichen, mit lokalen Versteifungsbereichen versehenen Bauteilen aufweisen Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zur Erzielung einer solchen lokalen Steifigkeitserhohung auf Bauteilen aus Blech vorzuschlagenThe invention is therefore based on the object of producing components from sheet metal with deliberately introduced, spatially limited stiffening areas which have a considerable increase in local stiffness compared to conventional components provided with local stiffening areas. The invention is also based on the object of a simple method for achieving a to propose such a local increase in stiffness on sheet metal components
Die Aufgabe wird erfindungsgemaß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 3 gelostThe object is achieved by the features of claims 1 and 3
Danach wird die Oberflache des Bauteils in ausgewählten Bereichen mit einer Versteifungsstruktur versehen, welche aus einem periodischen Gitter ineinandergeschachtelter konkaver und konvexer Beulen besteht Eine solche Versteifungsstruktur gewahrleistet eine erhebliche Steifigkeitserhohung gegenüber den herkömmlich eingebrachten Noppen und Sicken Dies betrifft sowohl die Biege- und Drucksteifigkeit als auch die Steifigkeit gegenüber Verwindungen Weiterhin ermöglicht die regelmäßige periodische Gitterstruktur des Versteifungsmusters eine rechnerische Simulation der dabei erzielten Steifigkeiten und als Folge davon eine systematische Optimierung der Versteifungsstruktur für das jeweilige Bauteil Die Versteifungsstruktur laßt sich mit Hilfe weniger Parameter (Beulenradien und -tiefen, Gitterkonstante der Versteifungsstruktur und Ausrichtung der Gitterrichtung gegenüber dem Bauteil) charakterisieren, so daß die für eine bestimmte lokale Steifigkeit benotigten Parameter im Vorfeld der Bauteilherstellung mittels einer Simulation ermittelt werden können Weiterhin können die Beulentiefen innerhalb der Versteifungsstruktur örtlich variiert werden, wodurch innerhalb des Versteifungsbereiches gezielt lokale Variationen der Steifigkeiten erreicht werden könnenThe surface of the component is then provided with a stiffening structure in selected areas, which consists of a periodic grid of nested concave and convex bumps Stiffness against torsion Furthermore, the regular periodic lattice structure of the stiffening pattern enables a mathematical simulation of the stiffnesses achieved and as a result of which a systematic optimization of the stiffening structure for the respective component The stiffening structure can be characterized with the help of a few parameters (bulge radii and depths, lattice constant of the stiffening structure and orientation of the lattice direction with respect to the component), so that the parameters required for a certain local stiffness in advance of Component production can be determined by means of a simulation. Furthermore, the depths of the bumps can be varied locally within the stiffening structure, as a result of which local variations in the stiffness can be achieved in a targeted manner within the stiffening area
Eine besonders einfach zu simulierende Versteifungstruktur, die gleichzeitig in allen Raumrichtungen eine hohe Steifigkeit gewährleistet, ist ein Muster ineinandergeschachtelter Beulen auf einem hexagonalen Gitter (siehe Anspruch 2)A particularly simple to simulate stiffening structure, which at the same time ensures high rigidity in all spatial directions, is a pattern of nested bumps on a hexagonal grid (see claim 2)
Die Versteifungsstruktur wird mit Hilfe eines Ziehverfahrens auf dem Bauteil erzeugt (siehe Anspruch 3) Beim Absenken des Pressenstempels im Zuge des Ziehverfahrens können ausreichend große Kräfte aufgebracht werden, um auch mehrere Millimeter dicke Bleche aus hochfestem Stahl prozeßsicher mit den oben beschriebenen komplexen Versteifungsstrukturen zu versehen Somit laßt sich das Verfahren auf beliebige Bleche anwenden, solange die Bleche aus ziehfahigem Material bestehenThe stiffening structure is created with the help of a drawing process on the component (see claim 3) When lowering the press ram in the course of the drawing process, sufficiently large forces can be applied to reliably process even several millimeter thick sheets of high-strength steel with the complex stiffening structures described above the method can be applied to any sheet, as long as the sheets are made of drawable material
Besonders gunstig in bezug auf die Herstellkosten des Bauteils ist es, wenn die Ausformung der Bauteilgeometne und das Einbringen der Versteifungsstruktur in einem einzigen Arbeitsgang erfolgt, der im wesentlichen einem Tiefzieh-Arbeitsgang entspricht (siehe Anspruch 4) Die Versteifungsstruktur, welche - je nach geforderter Steifigkeitserhohung - zwischen 2 und 4 mm über die umgebenden Bauteilbereich hinausragt, wird dabei im Enddruck der Tiefziehpresse in das Blechteil eingeformt Durch die dabei auftretenden hohen Drucke erfolgt eine zusätzliche kristalline Veränderung der Blechstruktur, was zusätzlich zur Steifigkeitserhohung des Blechteils beitragt Weiterhin ermöglicht dieses Einbringen der Versteifungsstruktur wahrend des Ausformens der Bauteilgeometne die lokale Versteifung beliebig gekrümmter BauteilflachenIt is particularly favorable with regard to the manufacturing costs of the component if the shaping of the component geometry and the introduction of the stiffening structure take place in a single operation, which essentially corresponds to a deep-drawing operation (see claim 4). The stiffening structure, which - depending on the required increase in stiffness - protrudes between 2 and 4 mm beyond the surrounding component area, is molded into the sheet metal part in the final pressure of the deep-drawing press.The resulting high pressures result in an additional crystalline change in the sheet metal structure, which also contributes to increasing the rigidity of the sheet metal part the shaping of the component geometry, the local stiffening of any curved component surfaces
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer in den Zeichnungen dargestellten Ausfuhrungsbeispieles naher erläutert, dabei zeigenThe invention is explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment shown in the drawings, which show
Fig 1 einen Ausschnitt eines Seitenblechs eines Langstragers mit einer lokalen steifigkeitserhohenden Verformungsstruktur,1 shows a section of a side plate of an elongated beam with a local stiffness-increasing deformation structure,
Fig 2 einen seitlichen Schnitt durch das Seitenblech gemäß der Schnittlinie II - II in Fig 1 , Fig 3 eine alternative Ausgestaltung der Verformungsstruktur,2 shows a lateral section through the side plate according to section line II-II in FIG. 1, 3 shows an alternative embodiment of the deformation structure,
Fig 4 eine schematische Darstellung eines Tiefziehwerkzeugs zur Herstellung eines Seitenblechs für den Langstrager der Fig 1FIG. 4 shows a schematic illustration of a deep-drawing tool for producing a side plate for the long beam of FIG. 1
Figur 1 zeigt einen Ausschnitt eines Langstragers 1 aus Stahlblech, der Teil eines Fahrzeugrahmens eines Transporters bildet Der Langstrager 1 besteht aus mehreren mittels eines Tiefziehverfahrens hergestellten Einzelteilen 2 und umfaßt insbesondere ein Seitenblech 2', welches durch Schweißen mit weiteren (in Figur 1 nicht dargestellten) Einzelteilen des Langstragers 1 verbunden ist Der Langstrager 1 muß sowohl in bezug auf Festigkeit als auch in bezug auf Steifigkeit gewisse Kriterien erfüllen, soll gleichzeitig aber im Interesse der Gewichtsminimierung eine möglichst geringe Blechdicke haben Die Einzelteile 2,2' bestehen daher aus einem hochfesten Stahl, der - auch bei dünnen Blechstarken - eine vergleichsweise hohe Festigkeit verbunden mit einem guten Umformvermogen aufweist Die aufgrund der geringen Blechdicke entstehenden Steifigkeitseinbußen des Langstragers 1 werden durch lokale steifigkeitserhohende Verformungsstrukturen 3 kompensiert, welche mit Hilfe eines Tiefziehverfahrens in ausgewählte Bereiche der Einzelteile 2 eingeprägt sindFIG. 1 shows a section of an elongated support 1 made of sheet steel, which forms part of a vehicle frame of a transporter. The elongated support 1 consists of several individual parts 2 produced by means of a deep-drawing process and in particular comprises a side panel 2 ′ which is welded to other (not shown in FIG. 1) Individual parts of the long beam 1 are connected. The long beam 1 must meet certain criteria in terms of both strength and rigidity, but at the same time should have the smallest possible sheet thickness in the interest of minimizing weight. The individual parts 2, 2 'therefore consist of a high-strength steel, which - even with thin sheet thicknesses - has a comparatively high strength combined with good forming capacity. The loss in stiffness of the long beam 1, which occurs due to the small sheet thickness, is compensated for by local stiffness-increasing deformation structures 3, which are achieved using a deep-drawing process ahrens are stamped into selected areas of the individual parts 2
Besonders hohe Steifigkeitsanforderungen werden an diejenigen Bereiche 4 auf den EinzelteilenParticularly high rigidity requirements are imposed on those areas 4 on the individual parts
2 gestellt, welche im Betrieb, insbesondere bei einem Unfall, besonders hohen Stauch- und Torsionsbelastungen ausgesetzt sind Im vorliegenden Beispiel des Langstragers 1 betrifft dies insbesondere den Mittelbereich 5, in dem der Langstrager 1 S-formig gestaltet ist und in dem ein Anbauteil 2" befestigt ist, das der Befestigung eines (in Figur 1 nicht gezeigten) Querträgers dient Wie in Figur 1 durch Pfeile angedeutet, liegt die Hauptbelastungsrichtung entlang der Langsachsen der Langstragerbereiche 6, die an den Mittelbereich 5 angrenzen Aufgrund der S- Struktur ist der Mittelbereich 5 unter solchen Belastungen besonders anfällig für seitliche Knickungen, welche unmittelbar eine Verschiebung bzw Verwmdung des Querträgers zur Folge haben2, which are exposed to particularly high compression and torsion loads in operation, in particular in the event of an accident. In the present example of the long beam 1, this relates in particular to the central region 5, in which the long beam 1 is S-shaped and in which an attachment part 2 " is fastened, which serves to fasten a crossbeam (not shown in FIG. 1) As indicated by arrows in FIG. 1, the main direction of loading lies along the longitudinal axes of the longbeam regions 6, which adjoin the central region 5. Due to the S structure, the central region 5 is below such loads are particularly susceptible to lateral buckling, which directly results in a displacement or use of the cross member
Um das Auftreten seitlicher Knickungen im Mittelbereich 5 des Langstragers 1 zu unterdrucken, wird das Seitenblech 2' im Mittelbereich 5 mit einer steifigkeitserhohenden VerformungsstrukturIn order to suppress the occurrence of lateral kinks in the central region 5 of the long beam 1, the side panel 2 ′ is provided in the central region 5 with a deformation structure that increases rigidity
3 versehen Die in diesem Anwendungsfall verwendete hexagonale Struktur 3' besteht aus einem hexagonalen Gitter konkaver Beulen 7, deren Beulmulden mit konvexe Gegenbeulen 8 versehen sind, so daß die Struktur 3', wie in Figur 2 in einer Schnittansicht dargestellt, aus einem Gitter ineinandergeschachtelter konkaver und konvexer Beulen 7, 8 gebildet ist Die Tiefe 9 der Beulen 7 und die Hohe 1 0 der Gegenbeulen 8 variieren über den Mittelbereich 5, so daß die Tiefe 9 der Beulen 7 und die Hohe 1 0 der Gegenbeulen 8 im Zentrum 1 1 des Mitteibereichs 5 großer sind als in den Randzonen 1 2 des Mitteibereichs 5 Dadurch wird im (für Verknickungen besonders empfänglichen) Zentrum 1 1 des Mitteibereichs 5 eine stärkere Steifigkeitserhohung erreicht als in den (für Verknickungen nicht so empfänglichen) Randzonen 1 2, so daß das Seitenblech 2' im gesamte Mittelbereich 5 einer Verformungskraft, die von außen auf den Langstrager 1 einwirkt, einen ausgeglichenen Widerstand entgegensetzt Die steifigkeitserhohende Verformungsstruktur 3' ist so auf dem Seitenblech 2' ausgerichtet, daß die Richtung der höchsten Drucksteifigkeit naherungsweise senkrecht zu der (zu erwartenden) Knickrichtung 1 3 liegt3 provided The hexagonal structure 3 'used in this application consists of a hexagonal lattice of concave bulges 7, the bulges of which are provided with convex counterbumps 8, so that the structure 3', as shown in a sectional view in FIG. 2, consists of a nested concave lattice and convex bumps 7, 8 is formed. The depth 9 of the bumps 7 and the height 10 of the counterbumps 8 vary over the central region 5, so that the depth 9 of the dents 7 and the height 10 of the counter dents 8 in the center 11 of the middle region 5 are greater than in the edge zones 12 of the middle region 5. This results in a greater increase in stiffness in the center 11 of the middle region 5 (which is particularly susceptible to buckling) reached than in the (not so susceptible to buckling) edge zones 1 2, so that the side plate 2 'in the entire central region 5 opposes a deformation force which acts on the long beam 1 from the outside, a balanced resistance. The stiffness-increasing deformation structure 3' is thus on the Side plate 2 'aligned that the direction of the highest pressure stiffness is approximately perpendicular to the (expected) direction of buckling 1 3
Die lokale Steifigkeitserhohung, die durch die hexagonale Struktur 3' in einem ausgewählten Bereich 4 bewirkt wird, hangt ab von der Tiefe 9 und dem Radius 14 der Beulen 7, der Hohe 10 und dem Radius 1 5 der Gegenbeulen 8 und von der Basislange 1 6 des hexagonalen Gitters, weiterhin ist die lokale Steifigkeitserhohung nicht isotrop, sondern hangt ab von der Orientierung des Gitters relativ zur Richtung der Krafteinleitung, welche im Beispiel des Langstragers 1 in Figur 1 durch die Pfeile gekennzeichnet ist Um eine auf einen besonderen Anwendungsfall optimierte versteifende Verformungsstruktur 3 zu erhalten, müssen die oben genannten Parameter auf diesen Anwendungsfall abgestimmt werden Hierzu wird eine Simulation des betreffenden Einzelteils 2 (bzw des aus den Einzelteilen zusammengesetzten Bauteils) mit der versteifenden Struktur 3 durchgeführt, und die Parametereinstellung wird so lange variiert, bis die gewünschte Steifigkeit ausgewählter Bereiche 4 bzw das gewünschte Knickverhalten des gesamten Bauteils erreicht istThe local increase in rigidity which is brought about by the hexagonal structure 3 ′ in a selected region 4 depends on the depth 9 and the radius 14 of the bumps 7, the height 10 and the radius 15 of the counterbumps 8 and on the base length 16 of the hexagonal lattice, furthermore the local increase in stiffness is not isotropic, but depends on the orientation of the lattice relative to the direction of the force application, which is indicated by the arrows in the example of the long beam 1 in FIG. 1. To achieve a stiffening deformation structure 3 optimized for a particular application To obtain the above-mentioned parameters must be matched to this application.For this purpose, a simulation of the relevant individual part 2 (or of the component composed of the individual parts) with the stiffening structure 3 is carried out, and the parameter setting is varied until the desired rigidity is selected Areas 4 or the desired buckling ver hold of the entire component is reached
Die versteifende Struktur 3 kann im Prinzip eine beliebige Gitterstruktur und -Symmetrie aufweisen Um jedoch eine schnelle und verläßliche Simulation der damit erreichten Bauteilsteifigkeit (und somit eine Optimierung des Bauteils unter Belastungen) zu ermöglichen, ist es gunstig, ein Gitter zu wählen, das Translations- und Rotationssymmetrie aufweist und das sich durch einige wenige Parameter charakterisieren laßt Neben dem in Figuren 1 und 2 gezeigten hexagonalen Gitter kommen hierfür insbesondere Vierecks- und Dreiecksstrukturen in Frage Wahrend bei der Verwendung hexagonaler Gitter kein Zusammenspiel größerer und kleinerer Gitterzellen möglich ist, können insbesondere rechteckigen Gitterstrukturen, wie in Figur 3 gezeigt, Gitterzellen 1 7 unterschiedlicher Große kombiniert werden, so daß in diesem Fall eine noch differenziertere Anpassung der lokalen Steifigkeit der betroffenen Bereiche möglich istThe stiffening structure 3 can in principle have any lattice structure and symmetry. However, in order to enable a fast and reliable simulation of the component rigidity achieved thereby (and thus an optimization of the component under loads), it is advantageous to choose a lattice that translates and has rotational symmetry and which can be characterized by a few parameters. In addition to the hexagonal grid shown in FIGS. 1 and 2, square and triangular structures are particularly suitable for this. While hexagonal grids do not allow larger and smaller grid cells to interact, rectangular grid structures in particular can be used As shown in FIG. 3, lattice cells 17 of different sizes are combined, so that in this case an even more differentiated adaptation of the local stiffness of the areas concerned is possible
Die Einzelteile 2, deren Steifigkeit mit Hilfe von Verformungsstrukturen 3 gezielt lokal verstärkt werden sollen, sind oftmals Teile von Strukturbauteilen und weisen daher - je nach Funktion des Bauteils - Blechdicken bis zu einigen mm Starke auf Um solch dicke Bleche mit den in Figur 1 gezeigten komplexen Verformungsstrukturen 3' zu versehen, muß ein Verfahren angewandt werden, das hohe Verformungskrafte auf das Blech ausübt Hierzu ist es besonders gunstig, die Verformungsstrukturen 3 als Teil eines Tiefziehprozesses einzubringen, wahrend dessen die gesamte Bauteilgeometne aus einem Rohblech 1 8 herausgeformt wird Dann erfordert die Herstellung der Verformungsstrukturen 3 keinen separaten Prozeßschritt, sondern sie erfolgt als Teil der (einstufigen oder mehrstufigen) Umformung des Rohblechs 1 8The individual parts 2, the rigidity of which are to be locally reinforced with the aid of deformation structures 3, are often parts of structural components and therefore have - depending on the function of the Component - sheet thicknesses of up to a few mm thick In order to provide such thick sheets with the complex deformation structures 3 'shown in FIG. 1, a method must be used which exerts high deformation forces on the sheet metal. For this purpose, it is particularly advantageous to use the deformation structures 3 as part of a deep-drawing process, during which the entire component geometry is formed from a raw sheet 18. Then the production of the deformation structures 3 does not require a separate process step, but instead takes place as part of the (single-stage or multi-stage) forming of the raw sheet 18
Figur 4 zeigt eine Prinzipskizze eines Tiefziehwerkzeugs 1 9 für die Herstellung des Seitenblechs 2' der Figur 1 Das Tiefziehwerkzeug 1 9 umfaßt einen Stempel 20 und eine Matrize 21 , die beide mit lokalen Oberflachenstrukturen 22, 23 versehen sind, welche der auf dem Rohblech 1 8 auszuformenden Verformungsstruktur 3' entsprechen Beim Absenken des Stempels 20 werden zunächst durch Einwirkung der Kantenbereiche 24, 24' an Stempel 20 und Matrize 21 auf dem Rohblech 1 8 Flansche 25, 25' abgebogen, an welche in einem spateren Prozeßschritt Zusatzbleche an das Seitenteil 2' angeschweißt werden Beim weiteren Absenken des Stempels 20 wird dann auch die Verformungsstruktur 3 auf dem Rohblech 1 8 erzeugt, dies geschieht im Enddruck des Tiefziehstempels 20 Durch eine geeignete Regelung der Druckkräfte der Niederhalter 26 wahrend des Absenkens des Stempels 20 wird sichergestellt, daß wahrend der Ausformung sowohl der Flansche 25, 25' als auch der Verformungsstruktur 3 genügend Material aus den Seitenbereichen 27 des Rohblechs 1 8 in die auszuformenden Innenbereiche 28 fließen kann und somit weder im Bereich der Flansche 25, 25' noch an den steifigkeitserhohenden Verformungsstrukturen 3 Risse oder Faltungen des Rohblechs 1 8 auftretenFIG. 4 shows a basic sketch of a deep-drawing tool 1 9 for the production of the side plate 2 ′ of FIG. 1. The deep-drawing tool 1 9 comprises a stamp 20 and a die 21, both of which are provided with local surface structures 22, 23, which are those on the raw plate 1 8 Deformation structure 3 'to be shaped When lowering the punch 20, first by the action of the edge areas 24, 24' on the punch 20 and die 21 on the raw sheet 18 flanges 25, 25 'are bent, to which additional sheets on the side part 2' in a later process step. When the plunger 20 is further lowered, the deformation structure 3 is then also produced on the raw sheet 18, this takes place in the final pressure of the deep-drawing plunger 20. A suitable regulation of the pressure forces of the hold-down device 26 during the lowering of the plunger 20 ensures that during the molding both the flanges 25, 25 'and the deformation structure 3 have sufficient material s the side areas 27 of the raw sheet 1 8 can flow into the inner areas 28 to be formed and thus neither cracks nor folds of the raw sheet 1 8 occur in the area of the flanges 25, 25 'nor on the stiffness-increasing deformation structures 3
Diejenigen Stempel- bzw Matrizenbereiche 22, 23, welche die steifigkeitserhohende Verformungsstruktur 3 ausformen, werden fallweise - in Abhängigkeit von der Geometrie des auszuformenden Einzelteils 2 - wahrend des Tiefziehprozesses höherem Verschleiß ausgesetzt als der Rest des Werkzeugs, daher ist es fallweise empfehlenswert, diese Bereiche 22, 23 des Stempels 20 bzw der Matrize 21 durch Werkzeugeinsatze 29, 30 aus einem besonders harten bzw widerstandsfähigen Material zu verstarkenThose stamp or die areas 22, 23 which form the stiffness-increasing deformation structure 3 are exposed to higher wear than the rest of the tool during the deep-drawing process, depending on the geometry of the individual part 2 to be shaped, so it is advisable in some cases to use these areas 22 , 23 of the punch 20 or the die 21 can be reinforced by tool inserts 29, 30 made of a particularly hard or resistant material
Das erfindungsgemaße Verfahren ist zur lokalen Steifigkeitserhohung plattenformiger Werkstucke 1 unterschiedlicher Dicke anwendbar, die aus einem weiten Spektrum unterschiedlicher (verformbarer) Werkstoffe bestehen können Die steifigkeitserhohenden Strukturen 3 sind zur Verstärkung jeglicher Bereiche einsetzbar, die besonderen Druck- und/oder Torsionsbelastungen ausgesetzt sind Weiterhin kann man mit Hilfe einer solchen lokalen Verformungsstruktur 3 gezielt Schwachstellen in dem Bauteil 1 vorsehen, an denen das Bauteil im Fall einer bestimmten Belastung knickt bzw bricht Neben der oben beschriebenen Verformungsstruktur 3 ineinandergeschachtelter konkaver Beulen 7 und konvexer Gegenbeulen 8 können die Gitterzellen 1 7 auch eine komplexere konvex-konkave Gestalt haben, wenn z.B. jede konkave Beule 7 in ihrem Inneren mit einer konvexen Gegenbeule 8 versehen ist, die ihrerseits in ihrem Zentrum wiederum einer konvexe Beule aufweist. The method according to the invention can be used for locally increasing the stiffness of plate-shaped workpieces 1 of different thicknesses, which can consist of a wide spectrum of different (deformable) materials. The stiffness-increasing structures 3 can be used to reinforce any areas which are exposed to particular pressure and / or torsional loads With the aid of such a local deformation structure 3, specifically provide weak points in the component 1 at which the component kinks or breaks in the event of a certain load. In addition to the one described above Deformation structure 3 of nested concave bumps 7 and convex counterbumps 8, the grid cells 1 7 can also have a more complex convex-concave shape if, for example, each concave bump 7 is provided with a convex counterbump 8 on its inside, which in turn is a convex bump at its center having.

Claims

Patentansprücheclaims
Bauteil aus einem Blech mit hoher Festigkeit, das in einem definierten, lokal begrenzten Versteifungsbereich, welcher für die Formstabihtat dieses Bauteils von besonderer Bedeutung sind, mit einer steifigkeitserhohenden Verformungsstruktur versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformungsstruktur (3) aus einem periodischen Gitter aneinandergrenzender Zellen (17) besteht, wobei jede Gitterzelle (17) ineinandergeschachtelte konkave und konvexe Beulen (7, 8) enthaltComponent made of a sheet of high strength, which is provided with a stiffness-increasing deformation structure in a defined, locally limited stiffening area, which is of particular importance for the dimensional stability of this component, characterized in that the deformation structure (3) consists of a periodic grid of adjoining cells (17), each grid cell (17) containing nested concave and convex bumps (7, 8)
Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformungsstruktur (3) eine hexagonale Struktur hatComponent according to claim 1, characterized in that the deformation structure (3) has a hexagonal structure
Verfahren zur Erzeugung einer lokal begrenzten, steifigkeitserhohenden Verformungsstruktur auf einem Bauteil, dessen Geometrie mittels eines Ziehverfahrens aus einer Blechplatme hoher Formstabihtat ausgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformungstruktur (3), bestehend aus einem periodischen Gitter ineinandergeschachtelter konkaver und konvexer Beulen (7, 8), mit Hilfe eines Ziehverfahrens auf dem Bauteil erzeugt wirdMethod for producing a locally limited, stiffness-increasing deformation structure on a component, the geometry of which is formed by means of a drawing process from a sheet metal plate of high dimensional stability, characterized in that the deformation structure (3), consisting of a periodic grid of nested concave and convex bumps (7, 8 ), is created on the component with the aid of a drawing process
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformungsstruktur (3) gemeinsam mit der Bauteilgeometne in demselben Prozeßschritt ausgeformt wird Method according to claim 3, characterized in that the deformation structure (3) is formed together with the component geometry in the same process step
EP01913784A 2000-02-12 2001-02-03 Component with locally limited reinforcement regions and method for production thereof Withdrawn EP1253983A1 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10006348A DE10006348C2 (en) 2000-02-12 2000-02-12 Component with locally limited stiffening areas and method for its production
DE10006348 2000-02-12
PCT/EP2001/001176 WO2001058615A1 (en) 2000-02-12 2001-02-03 Component with locally limited reinforcement regions and method for production thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1253983A1 true EP1253983A1 (en) 2002-11-06

Family

ID=7630752

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP01913784A Withdrawn EP1253983A1 (en) 2000-02-12 2001-02-03 Component with locally limited reinforcement regions and method for production thereof

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20030131646A1 (en)
EP (1) EP1253983A1 (en)
DE (1) DE10006348C2 (en)
WO (1) WO2001058615A1 (en)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10215912C1 (en) 2002-04-11 2003-06-12 Daimler Chrysler Ag Method of pressing motor vehicle body section involves fixing raw blank in lowered die which is further lowered to form transitional zone for panel reinforcement
DE10339069A1 (en) * 2003-08-26 2005-03-24 Daimlerchrysler Ag Automotive body panel is strengthened by heat treatment process and application of honeycomb cells
ATE417683T1 (en) * 2004-03-31 2009-01-15 Brummelte & Lienen Werkzeugbau METHOD AND DEVICE FOR SHEET SHAPING AND HARDENING
DE102006055657A1 (en) * 2006-11-23 2008-05-29 Behrens, Arno, W. Dr.-Ing. Component of a flat material and method for its production
DE102007051565B4 (en) * 2007-10-29 2013-06-13 Webasto Ag Self-supporting sheet-like body part
US8317258B2 (en) * 2009-07-08 2012-11-27 Mazda Motor Corporation Frame structure for vehicle
DE102009057190A1 (en) * 2009-12-05 2013-04-11 Hans Kilian Fremmer Wind energy generator for use at e.g. roadside, has main portion that is provided with hexagonal bag structure and rotating elements
DE102010032098A1 (en) * 2010-07-23 2012-01-26 Formtech Gmbh Method for producing a workpiece with a defined surface
DE102010044788B4 (en) 2010-09-09 2019-04-11 Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover Forming tool and method for producing a thermoformed sheet metal component
DE202010008532U1 (en) 2010-09-14 2011-12-16 Westfalia Presstechnik Gmbh & Co. Kg Component for the interior of a vehicle
WO2012125804A2 (en) * 2011-03-15 2012-09-20 Pridgeon & Clay, Inc. Method and apparatus for manufacturing a fuel cell electrode
CN102873155A (en) * 2012-09-26 2013-01-16 无锡市恒达矿山机械有限公司 Pressing plate mechanism of steel strip molding press
DE102014112858A1 (en) * 2013-09-06 2015-03-12 Westfalia Presstechnik Gmbh & Co. Kg Surface element, in particular for a motor vehicle
CN103433344A (en) * 2013-09-10 2013-12-11 吴江涵辉纺织有限公司 Radiating sheet dimpler
CN109863077B (en) 2016-10-24 2022-01-07 本田技研工业株式会社 Automobile floor and method for manufacturing automobile floor
FR3078003B1 (en) * 2018-02-20 2021-01-15 Psa Automobiles Sa PART OF STRUCTURE WELDED BY WELDING POINTS TO ANOTHER PART OF STRUCTURE AND INCLUDING PARTS OF VARIABLE RIGIDITY ALONG THE WELD
DE102020128667A1 (en) * 2020-10-30 2022-05-05 Indikar Individual Karosseriebau Gmbh protective plate

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US662567A (en) * 1900-04-25 1900-11-27 Isabella Von Lipowska Metal bearing-plate.
US1499985A (en) * 1924-02-04 1924-07-01 Kirsch Mfg Company Sheet-steel article and method of making same
US2075286A (en) * 1934-11-03 1937-03-30 Jackes Evans Mfg Company Sheet metal product
US2152297A (en) * 1937-01-07 1939-03-28 Lumasyne Inc Sheet metal stock for paneling and other purposes
US2233592A (en) * 1938-07-21 1941-03-04 Commercial Ingredients Corp Resilient sheet
US3171517A (en) * 1961-05-01 1965-03-02 Lifetime Metal Building Co Metal buildings and building elements
US4798772A (en) * 1986-01-17 1989-01-17 Kawasaki Steel Corporation Steel sheets for painting and a method of producing the same
JPH0651913B2 (en) * 1988-04-22 1994-07-06 川崎製鉄株式会社 Rolling roll surface processing method, apparatus therefor, press working thin metal plate manufactured by the method, and method for manufacturing the same
JPH08117879A (en) * 1994-08-29 1996-05-14 Toyota Motor Corp Pressing method
GB2311949A (en) * 1996-03-26 1997-10-15 Hadley Ind Plc Rigid thin sheet material
DE19621942C1 (en) * 1996-05-31 1997-04-03 Daimler Benz Ag Finely structured vehicle structural component mfg. process
DE19634244A1 (en) * 1996-08-25 1998-02-26 Frank Prof Dr Mirtsch Stiffening of sheet material with bulges
DE19651937B4 (en) * 1996-12-15 2010-03-25 Frank Prof. Dr. Mirtsch Process for the production of multiple beulstrukturierter thin-walled material webs and method for the production of multiple beulstrukturierter can hulls
DE19653543A1 (en) * 1996-12-20 1998-06-25 Audi Ag Process for producing a sheet metal part by deep drawing
DE29712622U1 (en) * 1997-07-17 1997-10-02 Krupp Ag Hoesch Krupp Component made from a partially structured sheet with high dimensional stability

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO0158615A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE10006348A1 (en) 2001-09-06
US20030131646A1 (en) 2003-07-17
DE10006348C2 (en) 2001-12-06
WO2001058615A1 (en) 2001-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10006348C2 (en) Component with locally limited stiffening areas and method for its production
EP1346861B1 (en) Side impact beam for vehicle
DE10326554B4 (en) Method for producing a bumper reinforcement
EP2094412B1 (en) Component made of a flat material and method for the production thereof
EP2281644B1 (en) Headrest holder
DE102006025522B4 (en) Method and device for producing structured, closed hollow profiles
EP2108467B1 (en) Method for producing highly dimensionally accurate half shells
EP2208551B1 (en) Method for producing a complex sheet metal part
DE102010044788B4 (en) Forming tool and method for producing a thermoformed sheet metal component
DE19820473A1 (en) Bending press for ductile metal plates
WO2013149653A1 (en) Device and method for producing at least partially closed profiles or tubular components from metal sheet
WO2005075279A1 (en) Component with a joining region, method and tool for the production thereof
DE102018114174A1 (en) bumper system
EP2025424A1 (en) Method for manufacturing a tubular supporting beam for a instrument holder
DE10215912C1 (en) Method of pressing motor vehicle body section involves fixing raw blank in lowered die which is further lowered to form transitional zone for panel reinforcement
DE102007056358A1 (en) Forming tool e.g. deep drawing press, manufacturing method for deep-drawing processes, involves transforming metal part for forming tool form by shaping, where metal part is back filled for reinforcement and filled with material
DE112019002404T5 (en) MANUFACTURING METHOD FOR SADDLE SHAPED COMPRESSED ARTICLE, PRESSING DEVICE, AND MANUFACTURING METHOD FOR MANUFACTURING SADDLE SHAPED COMPRESSED ARTICLE
DE19723034A1 (en) Body frame component for the body of a motor vehicle and method for its production
DE102012009235B4 (en) Seat rail for a motor vehicle seat
DE102015101377A1 (en) Method and device for producing a collar on a workpiece
DE3208867A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR BENDING LONG-STRETCHED PARTS
WO2012037914A1 (en) Method and device for shaping flat workpieces
DE102007008641A1 (en) Method for manufacturing node structure, particularly for frame structure or chassis of motor vehicle, involves aligning closed hollow profile with recess for regulation and another closed hollow profile is arranged in recess
WO2007009142A1 (en) Deformable body having a low specific gravity
DE60307484T2 (en) PRESSING FOR THE PRODUCTION OF BARRIER NUTS IN TUBES WITH A THREAD ARRANGED IN THE TUBE AND ONE OF THE MANUFACTURED NUT CORRESPONDING PART

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20020723

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE TR

AX Request for extension of the european patent

Free format text: AL;LT;LV;MK;RO;SI

GRAH Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS IGRA

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN WITHDRAWN

18W Application withdrawn

Effective date: 20030627