DE102004037789B3

DE102004037789B3 - Bodengruppe für die Karosserie eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102004037789B3
Application number: DE200410037789
Authority: DE
Inventors: Jochem Fischer
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2004-08-03
Filing date: 2004-08-03
Publication date: 2005-12-29
Anticipated expiration: 2024-08-04

Abstract

Eine Bodengruppe (1) für die Karosserie eines Kraftfahrzeugs weist eine Bodenplatte (2) auf mit einem Fußraum (3), einem in Fahrzeuglängsrichtung (L) verlaufenden Tunnel (4) sowie Anbindungsabschnitten (5, 6) für die vorderen und hinteren Längsträger (7, 8). Die Bodenplatte (2) ist aus einer einteiligen umgeformten Blechplatine hergestellt. Zur Einstellung des Deformationsverhaltens sind Bereiche (B¶1¶-B¶11¶) vorgesehen, die gegenüber anderen Bereichen (B¶u¶) der Bodenplatte (2) eine höhere Festigkeit aufweisen. Hierzu sind die Bereiche (B¶1¶-B¶11¶) höherer Festigkeit partiell warmgeformt und vergütet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bodengruppe für die Karosserie eines Kraftfahrzeugs gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Als Standardbauweise überwiegt heute bei Personenkraftwagen die sogenannte selbsttragende Karosserie. Üblicherweise ist die Karosserie ein selbsttragender Stahlaufbau aus einer Vielzahl von verschweißten Blechhohlkörpern und -schalen, die jedoch nicht in einem Stück, sondern als Bodengruppe mit Aufbau ausgeführt sind. Bodengruppen der gattungsgemäßen Art sind Bestandteil heutiger Kraftfahrzeuge und deshalb allgemein bekannt. Solche Bodengruppen sollen in Längsrichtung so steif sein, dass sie bei einem Frontalaufprall möglichst hohen Kräften widerstehen können, ohne den Fahrgastinnenraum durch Verformung unzulässig stark zu verkleinern.
Heutzutage werden zwar komplette Bodengruppen verwendet. Diese sind jedoch mit Zusatzteilen verstärkt, insbesondere im Längsträgerbereich und im vorderen Fußraumbereich.

Durch die DE 196 15 985 C1 ist eine Bodengruppe bekannt mit Mitteln zur Erhöhung des Insassenschutzes. Diese weist eine Vielzahl von Einzelkomponenten mit integrierten Deformationselementen auf.

Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, eine herstellungs- und sicherheitstechnisch sowie im Deformationsverhalten verbesserte Bodengruppe für ein Kraftfahrzeug zu schaffen.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einer Bodengruppe gemäß den Merkmalen von Patentanspruch 1.

Danach ist die Bodenplatte einteilig aus einer Blechplatine geformt und weist Bereiche mit einer gegenüber anderen Bereichen der Bodenplatte höheren Festigkeit auf, welche partiell warmgeformt und vergütet sind.

Erfindungsgemäß werden die hoch- und höchstbelasteten Bereiche der Bodengruppe, die im Crashfall keine oder eine gezielte Verformung erfahren sollen, in der Festigkeit erhöht und mechanisch entsprechend eingestellt. Dies erfolgt durch eine partielle Warmumformung der Bereiche mit anschließender Vergütung. Auf diese Weise erfolgt eine belastungsabgestimmte Einstellung der Längssteifigkeit und der Quersteifigkeit der Bodengruppe.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des grundsätzlichen Erfindungsgedankens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 12.

Die Bodengruppe wird vorzugsweise in einem Arbeitsgang geformt und vergütet. Die Einteiligkeit der Bodenplatte hat sowohl herstellungstechnische als auch sicherheitstechnische Vorteile. Die Anzahl von zusätzlichen Anbaukomponenten kann deutlich reduziert werden. Die in einem Crashfall anfälligen Verbindungsstellen und – komponenten können minimiert werden.

Für der Herstellung der Bodenplatte kann eine Blechplatine zum Einsatz gelangen, die abgewalzte Bereiche aufweist und als sogenanntes Tailor Rolled Blank ausgeführt ist. Die Bodenplatte wird aus der bereichsweise in der Dicke walztechnisch umgeformten Blechplatine hergestellt. Auch hierdurch kann das Deformationsverhalten der Bodengruppe im Sinne einer hohen Energiebsorption gezielt beeinflusst werden.

Im Rahmen der Erfindung ist insbesondere daran gedacht, dass die Bereiche höherer Festigkeit, die partiell warmgeformt und vergütet werden, eine Dickenanpassung durch den Einsatz einer entsprechend walztechnisch umgeformten Ausgangsplatine erfahren. Die Bereiche höherer Festigkeit können folglich auch materialmäßig gezielt in der Dicke verstärkt oder auch verdünnt gestaltet sein.

Die partiell gehärteten Bereiche höherer Festigkeit sind erfindungsgemäß insbesondere im Fußraum, am Tunnel der Bodengruppe sowie in den Anbindungsabschnitten der vorderen und hinteren Längsträger vorgesehen. Sie dienen zur gezielten Aufnahme bzw. Absorption von Crashenergie und sollen zum Erhalt eines notwendigen Überlebensraums für die Insassen beitragen bzw. diesen definieren.

Im Rahmen der Erfindung ist des Weiteren vorgesehen, dass längsseitig an der Bodenplatte Seitenschweller ausgeformt sind. Die Seitenschweller sind folglich einstückiger Bestandteil der Bodenplatte, was fertigungstechnische Vorteile mit sich bringt. Ferner können die Seitenschweller ebenfalls zumindest partiell warmgeformt und vergütet sein, so dass diese eine gezielte Festigkeits- bzw. Härtesteigerung aufweisen. Hierdurch wird sowohl die Längs- als auch die Quersteifigkeit erhöht. Diese Maßnahme trägt insbesondere zu einer Steigerung der Sicherheit bei einem Seitenaufprall bei.

Des Weiteren kann in der Bodenplatte ein oder mehrere Sitzquerträger ausgeformt sein. Auch am Sitzquerträger ist es möglich, Bereiche höherer Festigkeit vorzusehen. Die Bodenplatine wird hierzu in diesen Bereichen beim Umformvorgang zumindest partiell warmumgeformt und vergütet. Auch diese Maßnahme trägt insbesondere zur Erhöhung der Quersteifigkeit und zum Erhalt eines Überlebensraums im Falle eines Crashs bei.

Vorzugsweise kommt eine Blechplatine aus einer Stahllegierung mit einem Kohlenstoffanteil zwischen 0,15 Gew.-% bis 2,0 Gew.-% für die Fertigung der Bodenplatte zur Anwendung.

Für die Praxis bietet sich die Verwendung einer Blechplatine aus einer härtbaren Mangan-Bor-Stahllegierung an.

Insbesondere bietet sich eine Stahllegierung an, die in Gew.-% ausgedrückt besteht aus Kohlenstoff (C) 0,18 % bis 0,3 %, Silizium (Si) 0,1 % bis 0,7 %, Mangan (Mn) 1,0 % bis 2,50 %, Chrom (Cr) 0,1 % bis 0,8 %, Molybdän (Mo) 0,1 % bis 0,5 %, Titan (Ti) 0,02 % bis 0,05 %, Bor (B) 0,002 % bis 0,005 %, Aluminium (Al) 0,01 % bis 0,06 %, Schwefel (S) maximal 0,01 %, Phosphor (P) maximal 0,025 %, wobei der Rest aus Eisen (Fe) besteht einschließlich von etwaigen erschmelzungsbedingten Verunreinigungen. Eine solche Stahllegierung weist eine sehr hohe Stoß- und Dauerfestigkeit auf.

Dieser Werkstoff lässt sich warmumformen sowie partiell vergüten und weist sehr hohe mechanische Werte nach der Wärmebehandlung auf. Die mechanischen Eigenschaften der Bodengruppe ermöglichen signifikante Gewichtseinsparungen.

Des Weiteren kann auch die Verwendung einer aluminierten Blechplatine zur Herstellung der Bodenplatte vorteilhaft sein. Eine solche Blechplatine ist auf Aluminiumbasis vorbeschichtet. Hierdurch wird die Blechplatine vor einer Entkohlung während der Wärmebehandlung geschützt und andererseits deren Korrosionsbeständigkeit gesteigert. Eine korrosionsverhindernde Nachbehandlung kann in der Regel eingespart werden. Die Aluminiumbeschichtung enthält ca. 90 % Aluminium und 10 % Silizium.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Die Abbildungen zeigen in technisch vereinfachter schematisierter Darstellungsweise:

1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Bodengruppe;

2 die Bodengruppe in der Seitenansicht und

3 einen Schnitt durch die Darstellung gemäß der 1 entlang der Linie A-A.

Eine Bodengruppe 1, wie in den 1 und 2 dargestellt, bildet zusammen mit einem Karosserieaufbau eine selbsttragende Karosserie für ein Kraftfahrzeug.

Die Bodengruppe 1 weist eine Bodenplatte 2 mit einem Fußraum 3, einen in Fahrzeuglängsrichtung L verlaufenden Tunnel 4 sowie Anbindungsabschnitte 5, 6 für die vorderen Längsträger 7 und die hinteren Längsträger 8 auf.

Die Bodenplatte 2 ist einteilig aus einer Blechplatine in einem Umformvorgang hergestellt. Für die Fertigung der Bodenplatte 2 kommt eine Blechplatine zum Einsatz aus einer hoch- oder höchstfesten Stahllegierung, beispielsweise einer Mangan-Bor-Stahl-Legierung mit einem Kohlenstoffanteil zwischen 0,15 Gew.-% bis 0,25 Gew.-%, die gegebenenfalls mit einer Außenbeschichtung auf Aluminiumbasis versehen ist. Bestimmte Bereiche B₁ bis B₁₁ der Bodenplatte 2 sind gezielt durch partielle Warmumformung und Vergütung gegenüber den Ausgangswerten der mechanischen Eigenschaften der Blechplatine mit einer höheren Festigkeit versehen. Durch die partielle Warmumformung und Vergütung wird die Festigkeit der Bereiche B₁ bis B₁₁ gezielt eingestellt. Diese Bereiche können nach der Vergütung Streckgrenzen R_e von 1.200 MPa und Zugfestigkeiten R_m von 1.600 MPA aufweisen, während die anderen unvergüteten Bereiche B_u die mechanischen Eigenschaften des Ausgangswerkstoffs besitzen.

Die in einem Crashfall hoch- und höchstbelasteten Bereiche B₁-B₁₁ der Bodengruppe 1, die keine oder eine gezielte Verformung erfahren sollen, sind folglich in ihrer Festigkeit gegenüber den anderen Bereichen B_u erhöht.

Die Bereiche höherer Festigkeit sind in den 1 und 2 durch eine Schrägschraffur gekennzeichnet. Die Bereiche B_u sind in den 1 und 2 nicht schraffiert. Man erkennt, dass Bereiche B₁ höherer Festigkeit im vorderen Fußraum 3 vorgesehen sind, und zwar insbesondere in dem zur Oberkante 9 der Bodengruppe 1 hin ansteigenden Abschnitt 10 der Bodenplatte 2. Auch im Heck 11 des Fußraums 3 sind Bereiche B₂ höherer Festigkeit vorgesehen. Des Weiteren sind Bereiche B₃, B₄, B₅ höherer Festigkeit am Tunnel 4 angeordnet. Ferner sind auch die Anbindungsabschnitte 5, 6, an denen die vorderen und hinteren Längsträger 8, 9 festgelegt werden, gezielt durch partielle Warmformung und Vergütung in ihrer Festigkeit erhöht (Bereiche B₆, B₇).

Anhand der 1 und 2 ist ferner zu erkennen, dass längsseitig an der Bodenplatte 2 Seitenschweller 12 ausgeformt sind. Auch in den Seitenschwellern 12 sind Bereiche B₈, B₉ höherer Festigkeit vorgesehen, die partiell warmgeformt und vergütet sind. So kann insbesondere der obere Längskantenbereich B₈ des Seitenschwellers 12 sowie der mittlere Bereich B₉ des abwärts gerichteten Schenkels 19 partiell vergütet sein.

Bei der Herstellung der Bodenplatte 2 sind ferner Sitzträger 14 im Umformwerkzeug einteilig ausgeprägt worden. Durch partielle Warmumformung und anschließender Vergütung sind auch in den Sitzquerträgern 14 Bereiche B₁₀, B₁₁ höherer Festigkeit vorgesehen. Man erkennt, dass diese jeweils in den zu den Seitenschwellern 12 und zum Tunnel 4 benachbarten Endabschnitten 15, 16 der Sitzquerträger 14 vorgesehen sind.

Wie die 3 verdeutlicht, variiert die Bodenplatte 2 in ihrer Dicke und weist Abschnitte unterschiedlicher Dicke auf. Diese sind in 3 exemplarisch mit D₁ bis D₄ gekennzeichnet. Die Querschnittskontur erhält die Bodenplatte 2 durch Einsatz einer Blechplatine, die bereichsweise in der Dicke walztechnisch umgeformt ist. Auch durch die Querschnittsvariation der Bodenplatte 2 kann gezielt Einfluss auf das Deformationsverhalten der Bodenplatte 2 im Crashfall Einfluss genommen werden.

1: Bodengruppe
2: Bodenplatte
3: Fußraum
4: Tunnel
5: Anbindungsabschnitt
6: Anbindungsabschnitt
7: vorderer Längsträger
8: hinterer Längsträger
9: Oberkante
10: Abschnitt
11: Heck
12: Seitenschweller
13: Schenkel
14: Sitzquerträger
15: Endabschnitt v. 14
16: Endabschnitt v. 14
L: Fahrzeuglängsachse
B₁-B₁₁: vergütete Bereiche
B_u: unvergütete Bereiche
D₁-D₄: Dicke

Claims

Bodengruppe für die Karosserie eines Kraftfahrzeugs, welche eine Bodenplatte (2) mit einem Fußraum (3), einem in Fahrzeuglängsrichtung (L) verlaufenden Tunnel (4) sowie Anbindungsabschnitte (5, 6) für die vorderen und hinteren Längsträger (7, 8) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenplatte (2) aus einer einteiligen, umgeformten Blechplatine besteht und Bereiche (B₁-B₁₁) mit einer gegenüber anderen Bereichen (B₄) der Bodenplatte (2) höheren Festigkeit aufweist, die partiell warmgeformt und vergütet sind.
Bodengruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenplatte (2) aus einer bereichsweise in der Dicke (D₁-D₄) walztechnisch umgeformten Blechplatine hergestellt ist.
Bodengruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Bereiche (B₁, B₂) höherer Festigkeit im Fußraum (3) liegen.
Bodengruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass Bereiche (B₃-B₅) höherer Festigkeit am Tunnel (4) angeordnet sind.
Bodengruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Bereiche (B₆, B₇) höherer Festigkeit in den Anbindungsabschnitten (5, 6) vorgesehen sind.
Bodengruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass längsseitig an der Bodenplatte (2) Seitenschweller (12) ausgeformt sind.
Bodengruppe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenschweller (12) zumindest partiell warmgeformt und vergütet sind.
Bodengruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Bodenplatte (2) ein Sitzquerträger (14) ausgeformt ist.
Bodengruppe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sitzquerträger (14) zumindest partiell warmgeformt und vergütet ist.
Bodengruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechplatine aus einer Stahllegierung mit einem Kohlenstoffanteil zwischen 0,15 Gew.-% bis 2,0 Gew.-% besteht.
Bodengruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechplatine aus einer härtbaren Mangan-Bor-Stahllegierung besteht.
Bodengruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechplatine aluminiert ist.