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1. DE000069714705 - STOSSDÄMPFER UND HERSTELLUNGSVERFAHREN

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[ DE ]

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Strukturträgers oder Stoßfängers gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Ein derartiges Verfahren ist aus WO 93/04897 bekannt.
Weiter betrifft die Erfindung einen mittels des Verfahrens hergestellten Träger oder Stoßfänger.
Gemäß Fig. 4 von WO 93/04897 kann der Querschnitt eines Mittelabschnittes viel größer sein als der von Endabschnitten. Daher ist es erforderlich, die Endabschnitte in sehr hohem Maße zusammenzudrücken.
Das gleiche gilt, mit den erforderlichen Änderungen, im Hinblick auf die Lehren von DE-C-42 14 557. Und zwar ist es, wie aus Fig. 3 von dieser zu entnehmen, erforderlich, einen Rohling in sehr hohem Maße zu bearbeiten, um einen nach außen gedrückten Querschnitt wie vorbestimmt durch die Formwerkzeuge 12, 13 zu erzielen.
Aus EP 0 602 138 B1 (Norsk Hydro/Clausen) ist ein Strukturträger insbesondere zur Verwendung in einem Fahrzeugrahmen bekannt, wobei der Strukturträger durch ein integrales, eine Einheit bildendes extrudiertes Formstück mit geschlossenem Querschnitt gebildet wird, das über seinen Verlauf einen Hohlraum mit veränderlichen Querschnittsflächen definiert.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Das Ziel der Erfindung besteht darin, einen Stoßfänger bereitzustellen, welcher bei einer Kollision den Schutz eines Fahrzeugs und im Fahrzeug befindlicher Personen kombiniert.
Weiter hat die Erfindung zum Ziel, einen Stoßfänger bereitzustellen, welcher hervorragende Eigenschaften in Bezug auf hohe Torsionssteifigkeit kombiniert mit großer Biegeweichheit hat.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen Stoßfänger bereitzustellen, der die Möglichkeit für eine rationelle und strukturell robuste Befestigung am Rahmen des Fahrzeugs eröffnet.
Ein Ziel der Erfindung besteht auch darin, einen elastischen und relativ schlanken Strukturträger oder -stoßfänger bereitzustellen, welcher im Vergleich mit bereits bekannten profilbasierten geschlossenen Stoßfängern eine größere elastische Biegeenergie in Relation zur verwendeten Materialmenge absorbieren kann.
Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren, welches eine rationelle Herstellung von Stoßfängern dieses Typs ermöglicht, wobei das Verfahren gleichzeitig besonders vorteilhaft für einen Hochgeschwindigkeits-Formgebungsvorgang in einer Fertigungsstraße ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Diese und weitere Ziele werden durch ein Verfahren wie dargelegt in Anspruch 1 sowie durch einen Träger oder Stoßfänger nach Anspruch 10 erzielt. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beansprucht.
Demzufolge wird, indem man von einem Basisquerschnitt ausgeht, der sozusagen auf jeder Seite der Mitte unverändert bleibt und dabei der Mittelabschnitt zu einem mittig von außen gedrückten Querschnitt verarbeitet wird, während die Endabschnitte zu einem zusammengedrückten oder -gefalteten Querschnitt verarbeitet werden, ein besonders vorteilhafter veränderlicher Querschnitt erzielt, der einen besonders vorteilhaften elastischen Effekt bei einer Kollision mit einer Geschwindigkeit von bis zu 4 km/h zur Verfügung stellt. Auch bei Geschwindigkeiten oberhalb 4 km/h weist der Strukturträger in Form eines Stoßfängers gute Kollisionseigenschaften auf, da das Gesamtprofil sogar bei geringerem Gewicht im Vergleich zu entsprechenden Stoßstangen eine größere Energiemenge absorbieren kann.
Außerdem wird, dadurch dass das Hohlkammerprofil beibehalten wird und das Stoßfänger-Rohmaterial als einstückiges Element bearbeitet wird, für eine sehr vorteilhafte Torsionssteifigkeit gesorgt.
Eine spezielle Ausführungsform eines derartigen Stoßfängers kann beinhalten, dass der Querschnitt auf jeder Seite der Mitte einen Außenwandabschnitt, einen bogenförmigen Innenwandabschnitt, sowie Jochabschnitte beinhaltet, die sich im Wesentlichen senkrecht vom Außenwandabschnitt erstrecken, dass der Querschnitt in der Mitte einen im Wesentlichen trapezförmigen Querschnitt aufweist, der einen Außenwandabschnitt von im Wesentlichen gleicher Höhe wie der mittlere Querschnitt und einen Innenwandabschnitt von geringerer Höhe, sowie im Wesentlichen geneigte Jochabschnitte zwischen diesen beinhaltet, und dass der Querschnitt bei den Endabschnitten einen Außenwandabschnitt von im Wesentlichen gleicher Höhe wie der mittlere Querschnitt und einen Innenwandabschnitt mit größerer, gleicher oder geringerer Höhe und dazwischen liegenden bogen- oder wellenförmigen Jochabschnitten beinhaltet.
Dem trapezförmigen Querschnitt im Mittelpunkt kann dann durch unschwierige Bearbeitung der ursprünglichen Jochabschnitte und der bogenförmigen Oberflächen der Innenwand eine vorbestimmte Form verliehen werden, und gleichzeitig lässt der Basisquerschnitt auf jeder Seite des Mittelpunktes ein einfacheres Verändern der Produktform zu. Weiter ist es mit dem Basisquerschnitt auf jeder Seite des Mittelpunktes möglich, ein kontrolliertes Zusammendrücken für ein Umfalten der Bereiche bei jedem der Endabschnitte durchzuführen, so dass diese den schlankeren Teil des Stoßfängers bilden.
Weiter hat geeignetermaßen dieser Typ von Stoßfänger einen geschlossenen Querschnitt mit einem Vorderwandabschnitt, einem Hinterwandabschnitt und dazwischen liegenden Jochabschnitten, wobei die vorderen und hinteren Abschnitte im Vergleich zu den dazwischen liegenden Jochabschnitten relativ große Wandstärke aufweisen.
Weiter versteht es sich, dass der Vorderwandabschnitt im Wesentlichen gerade sein kann oder mit einer mehr oder weniger profilierten Form versehen sein kann.
Weiter können geeignetermaßen die Endabschnitte so hergestellt sein, dass sie in Befestigungsabschnitte übergehen, die mit zu einem zugehörigen Seitenträger jeweils parallelen Flächen für eine Befestigung an diesem versehen sind.
Weiter versteht es sich, dass der Stoßfänger im Wesentlichen symmetrisch um eine sich in Längsrichtung des Fahrzeugs erstreckende Mittelebene hergestellt und mit einer Kunststoffummantelung versehen sein kann.
Ein Verfahren zur Fertigung eines Strukturträgers oder Stoßfängers vom in der Einleitung erwähnten Typ beinhaltet, dass als Ausgangsmaterial ein extrudiertes Profil mit vorgegebenem Basisquerschnitt verwendet wird und dieses profilierte Rohmaterial weiter verarbeitet wird, indem dieser Basisquerschnitt auf jeder Seite der Mitte beibehalten wird, hingegen im Bereich der Mitte der Basisquerschnitt zu einem mehr oder weniger vorragenden Querschnitt verarbeitet wird, während das Profil an den Endabschnitten zu einem stärker zusammengedrückten oder gefalteten Querschnitt verarbeitet wird.
Spezieller beruht das Verfahren auf der Tatsache, dass von einem Querschnitt ausgegangen wird, welcher auf jeder Seite der Mitte einen mittleren Querschnitt aufweist, der einen Außenwandabschnitt, einen bogenförmigen Innenwandabschnitt, sowie sich im Wesentlichen senkrecht zum Außenwandabschnitt erstreckende Jochabschnitte aufweist, dass der in der Mitte befindliche Querschnitt bearbeitet wird, indem der Jochabschnitt im Wesentlichen von außen gedrückt wird, um einen im Wesentlichen trapezförmigen Querschnitt zu liefen, der einen Außenwandabschnitt von im Wesentlichen gleicher Höhe wie der in der Mitte befindliche Querschnitt und einen Innenwandabschnitt von geringerer Höhe, sowie zwischen diesen befindliche im Wesentlichen geneigte Jochabschnitte beinhaltet, und dass bei den Endabschnitten der in der Mitte befindliche Querschnitt zu einem Außenwandabschnitt vom im Wesentlichen gleicher Höhe wie der in der Mitte befindliche Querschnitt und einem Innenwandabschnitt von größerer, gleicher oder geringerer Höhe verarbeitet wird, wobei das in der Mitte befindliche Joch so verarbeitet wird, dass es bezüglich dem Außenwandabschnitt ausgebaucht oder nach außen gebogen ist.
Weiter haben bei dem zu verwendenden extrudierten Rohling, der geschlossenen Querschnitt, einen vorderen Wandabschnitt und einen hinteren Wandabschnitt, sowie dazwischen liegende Jochabschnitte aufweist, geeignetermaßen die vorderen und hinteren Wandabschnitte relativ zu den dazwischen liegenden Jochabschnitten größere Wandstärke aufweisen. Der vordere Wandabschnitt kann im Wesentlichen gerade sein, oder eine mehr oder weniger profilierte Form aufweisen.
In geeigneter Weise können die Endabschnitte weiter verarbeitet oder gleichzeitig so verarbeitet werden, dass sie Befestigungsabschnitte aufweisen, welche bezüglich geeigneten Seitenträgern des Fahrzeugs mit einer jeweils zu diesen parallelen Fläche versehen sind.
Weiter betrifft das Verfahren in geeigneter Weise die Herstellung eines Stoßfängerprofils, das um eine sich in Längsrichtung des Fahrzeugs erstreckende Mittelebene im Wesentlichen symmetrisch ist, wobei der fertiggestellte Stoßfänger mit einer Kunststoffummantelung versehen ist.
Ein weiteres Merkmal gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren betrifft die Tatsache, dass der Stoßfänger durch eine äußere Bearbeitung gefertigt wird, wobei die äußere Bearbeitung mittels mechanischer Werkzeuge erfolgt.
Alternativ kann ein Hydroforming-Verfahren verwendet werden.
Weitere Vorteile und spezielle Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, sowie den anliegenden Patentansprüchen hervor.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Fig. 1 ist eine schematische Ansicht von oben einer symmetrischen Hälfte eines erfindungsgemäßen Strukturträgers, speziell einer Stoßfänger-Stange.
Fig. 2 ist eine Seitenansicht der Stoßstangen-Hälfte von Fig. 1.
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht eines Ausschnittes des Endabschnittes der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Stoßstange.
Fig. 4, 5, 6 und 7 sind Querschnitte entlang Linie IV-IV, V-V VI-VI bzw. VII-VII von Fig. 1.
Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht einer Stoßstange mit speziell geformtem Endabschnitt für eine dazu parallele Befestigung, wobei Fig. 8A, 8B und 8C die verschiedenen Querschnittformen entlang der Stoßstange definieren, und Fig. 8AX, 8AY und 8AZ verschiedene Formen des Außenwandabschnitts definieren.
Fig. 9 ist ein perspektivischer Ausschnitt eines Endabschnitts einer Stoßstange, die mit Befestigungsabschnitten für eine nicht dazu parallele Befestigung versehen ist.
Fig. 10 bis 12 stellen Beispiele von Berechnungsmodellen für eine Ausführungsform eines Strukturträgers gemäß der Erfindung dar, wobei das Modell gemäß dem "Finite Elemente"-Verfahren kompiliert ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
In den Fig. 1 bis 7 ist ein Beispiel eines Strukturträgers, insbesondere eines Stoßfänger-Trägers gemäß der Erfindung dargestellt, wobei Fig. 1 in schematischer Weise eine Ansicht von oben einer symmetrischen Hälfte der Stange 1 darstellt, hingegen Fig. 2 eine Seitenansicht der gleichen Stange darstellt, und Fig. 3 perspektivische Details des Endabschnitts der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Stoßstange 1 darstellt.
Fig. 4, 5, 6 und 7 stellen Querschnitte entlang den Linien IV-IV, V-V, VI-VI bzw. VII-VII von Fig. 1 dar.
Die Stoßstange 1 ist in den Fig. 1 bis 7 in ihrer fertig bearbeiteten Form dargestellt, und ist als solche geeignet, bei Verwendung in einem Fahrzeug Aufprallenergie und -kräfte zu absorbieren, und zwar vorzugsweise als Stoßfänger, jedoch auch als Stützträger in der Gesamtstruktur des Fahrzeugs.
Der Stoßfänger 1 besteht aus einem kompletten und hohlen extrudierten Rohling, der aus einem extrudierbaren Material gefertigt wird, beispielsweise Aluminium oder beliebigen anderen Materialien oder Mischungen, die entsprechende Extrudierfähigkeit oder Festigkeitseigenschaften haben. Der Rohling weist in seiner Ausgangsform einen Basisquerschnitt 2 des Typs auf, der speziell in Fig. 4 dargestellt ist, und der einen Außenwandabschnitt 2a von im Wesentlichen gerader Gestaltung und mit einer Höhe H, einen bogenförmigen Innenabschnitt 2b sowie Jochabschnitte 2c auf, die sich im Wesentlichen senkrecht vom Außenwandabschnitt 2a erstrecken. Dieser Basisquerschnitt 2 bleibt gemäß der Erfindung auf beiden Seiten des Mittelpunktes, siehe IV-IV in Fig. 4, erhalten, d. h. unverändert, hingegen wird im Mittelabschnitt selber, siehe V-V in Fig. 1 und Fig. 5. der Basisquerschnitt zu einem nach außen gedrückten Querschnitt 3 verarbeitet, und in den Bereichen eines jeden der Endabschnitte, wie hier beim Abschnitt VI-VI in Fig. 1, siehe auch Fig. 6, wird der Basisquerschnitt 2 zu einem weiteren vom Basisquerschnitt unterschiedlichen Querschnitt 4 zusammengedrückt oder gefaltet.
Mit anderen Worten wird die Stoßstange 1 auf jeder Seite von der Mitte basierend auf einem Basisquerschnitt gefertigt, in der Mitte basierend auf einem bezüglich des Basisquerschnittes nach außen gedrückten Querschnitt, und im Bereich jedes der Endabschnitte basierend auf einem zusammengedrückten oder gefalteten Querschnitt gefertigt.
Es versteht sich, dass der Übergang zwischen dem Basisquerschnitt 2 und dem Mittelquerschnitt 3 bzw den Endquerschnitten 4 allmählich und ohne Sprünge erfolgt und selbstverständlich innerhalb weiter Bereiche variieren kann.
Weiter versteht es sich, dass der Außenwandabschnitt sich vom Wandabschnitt 2a wie hier dargestellt unterscheiden sein kann, d. h. er kann im Wesentlichen gerade, oder auch mit einer mehr oder weniger profilierten Form gestaltet sein.
In der speziell in den Fig. 1 bis 7 dargestellten Ausführungsform ist der Querschnitt 3 in der Mitte, siehe speziell Fig. 5. zu einem im Wesentlichen trapezförmigen Querschnitt 3 nach außen gedrückt, der einen geraden Innenwandabschnitt 3a von im Wesentlichen gleicher Höhe H wie der Innenwandabschnitt 2b des dazwischen liegenden Querschnittes 2 und einen Innenwandabschnitt 3b von geringerer Höhe aufweist, wobei im Wesentlichen geneigte Jochabschnitte 3c zwischen dem geraden Innenwandabschnitt 3a und dem Außenwandabschnitt 3b vorgesehen sind.
Der Querschnitt 4 bei den Endabschnitten, siehe speziell Fig. 6, ist in dieser Ausführungsform zusammengedrückt oder gefaltet, so dass er einen geraden Außenwandabschnitt 4a von im Wesentlichen gleicher Höhe wie der Außenwandabschnitt 2a des dazwischen liegenden Querschnitts 2 aufweist, siehe Fig. 4, sowie einen Innenwandabschnitt 4b, der hier auf eine größere Höhe H1 als der äußere Wandabschnitt 4a nach außen gefaltet ist, und weiter dazwischen liegende bogen- oder wellenförmige Jochabschnitte 4c aufweist.
Es versteht sich, dass der Querschnitt 4 bei den Endabschnitten, siehe Fig. 6, einen Innenwandabschnitt aufweisen kann, dessen Höhe gleich oder geringer als die der Höhe H für den dazwischen liegenden Querschnitt 2 sein kann, und zwar alles abhängig von der gewünschten Endform, welche der Stoßfänger oder Strukturträger gemäß der Erfindung erhalten soll.
In der in den Fig. I bis 7 dargestellten Ausführungsform ist der Ausgangspunkt ein Querschnitt 2, siehe Fig. 4, welcher einen geschlossenen Querschnitt bildet, wobei der Vorderwandabschnitt 2a und der Rückwandabschnitt 2b mit Abschnitten versehen ist oder Abschnitte aufweist, die einen größere Wandstärke als die dazwischen liegenden Jochabschnitte 2c aufweisen.
Wie im Oberbegriff erläutert, lässt sich durch Ausgehen von einem Basisquerschnitt, der sozusagen auf jeder Seite der Mitte unverändert bleibt, während der Mittelabschnitt zu einem mittig von außen gedrückten Querschnitt verarbeitet wird, und die seitlichen Abschnitte oder Endabschnitte zu einem zusammengedrückten oder -gefalteten Querschnitt verarbeitet werden, ein besonders vorteilhafter veränderlicher Querschnitt erzielen, der einen besonders vorteilhaften elastischen Effekt bei einer Kollision mit einer Geschwindigkeit von bis zu 4 km/h zur Verfügung stellt, und der bei Geschwindigkeiten oberhalb 4 km/h vorteilhafte Kollisionseigenschaften aufweist. Das Gesamtprofil kann, sogar bei geringerem Gewicht, im Vergleich zu entsprechenden Stoßstangen, beispielsweise profilbasierten geschlossenen Stoßstangen, eine größere Energiemenge absorbieren.
Außerdem wird durch diese Form der Stoßstange für eine sehr vorteilhafte Torsionssteifigkeit gesorgt, da das Hohlkammerprofil beibehalten wird und der Stoßfänger- Rohling auf Basis eines einzigen zusammenhängenden Werkstücks bearbeitet wird.
Es versteht sich, dass das Profil oder die Stoßstange 1 im Wesentlichen symmetrisch um eine sich in Längsrichtung des Fahrzeugs erstreckende Mittelebene hergestellt und darüber hinaus mit einer Kunststoffummantelung versehen sein kann.
Wenn der Strukturträger gemäß der Erfindung als Strukturelement im eigentlichen Fahrzeug verwendet werden soll, kann diese symmetrische Gestaltung in geeigneter Weise abgeschwächt werden.
In geeigneter Weise können diese Endabschnitte in Befestigungsabschnitte übergehen, wie dies speziell in den Fig. 8 und 9 dargestellt ist, wobei die Befestigungsabschnitte mit einer zu den Seitenträgern des Fahrzeugs parallelen Fläche versehen sind.
Fig. 8 mit den Querschnitten 8A-8C stellt eine spezielle Gestaltung der Endabschnitte für eine zu diesen parallele Befestigung dar, und die in den Fig. 8A, 8B und 8C dargestellten Querschnitte sind im Wesentlichen in Übereinstimmung mit den in Verbindung mit den Fig. 4, 5 und 6 erläuterten Querschnitten gestaltet. Jedoch sind in Fig. 8C eine Alternative a und eine Alternative b für verschiedene Biegungen des bearbeiteten Abschnittes 5 bei den Endabschnitten dargestellt.
Weiter ist in Fig. 8AX eine Variante des Basisquerschnittes dargestellt, die einen Außenabschnitt aufweist, welcher keine gerade Form sondern ein nach außen ausgebauchtes Profil aufweist, hingegen stellt Fig. 8AY einen asymmetrischen Außenabschnitt dar, und Fig. 8AZ stellt einen im Wesentlichen spiegelsymmetrischen Abschnitt mit nach innen ausgebauchtem Profil dar.
In Fig. 9 ist eine perspektivische Ansicht eines Endabschnittes einer Stoßstange dargestellt, die mit Befestigungsabschnitten für eine nicht zu diesem parallele Befestigung versehen ist.
Es versteht sich, dass die Bearbeitung des Rohlings erfolgen kann, indem zuerst ein Dehnen in die Basisform erfolgt, speziell eine in Längsrichtung des Rohlings geringfügig bogenförmig gekrümmte Form, woraufhin das Profil gleichzeitig beim Mittelabschnitt und den Endabschnitten bearbeitet wird, jedoch mit für diese Abschnitte entgegengesetzter Bearbeitungsrichtung.
Alternativ kann die Bearbeitung so erfolgen, dass der Rohling mittels eines Hydroforming-Verfahrens bearbeitet wird.
In den Fig. 10 bis 12 sind Beispiele von Berechnungsmodellen einer Ausführungsform eines Strukturträgers gemäß der Erfindung dargestellt. Fig. 10 und 11 stellen verschiedene perspektivische Ansichten des Modells dar, welches gemäß dem "Finite Elemente"-Verfahren kompiliert wurde. Fig. 12 stellt die Spannungsverteilung im Lastfall "Hindernis" dar, und spezieller stellt sie äquivalente Belastungslinien bei verschiedenen Grenzpegeln dar.