DE102009017374A1

DE102009017374A1 - Verfahren zur Herstellung einer Strukturkomponente für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102009017374A1
Application number: DE102009017374A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Maier; Andreas Cott
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-04-14
Filing date: 2009-04-14
Publication date: 2010-10-21
Also published as: US20110030438A1; GB2469550B; CN101862935A; GB2469550A; GB201004594D0

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Komponente (3) einer Fahrzeug- oder Fahrzeugsitzstruktur, mit den Schritten: Durchdrücken eines Ausgangsmaterials durch eine Matrize (2), um einen Profilstrang (1) herzustellen; Abtrennen eines Strangprofils von dem Profilstrang (1); und Umformen des Strangprofils zu der Komponente (3); wobei beim Durchdrücken durch die Matrize (2) eine variierende Wandstärke des Strangprofils ausgebildet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Komponente einer Fahrzeugsitzstruktur für einen Kraftfahrzeugsitz oder einer Kraftfahrzeugstruktur, sowie einen Kraftfahrzeugsitz bzw. ein Kraftfahrzeug mit einer Struktur, die mehrere Komponenten aufweist, von denen wenigstens eine mittels eines solchen Verfahrens hergestellt worden ist.
Lehnenrahmen von Kraftfahrzeugsitzen bestehen häufig aus Metall und haben die Form eines auf dem Kopf stehenden U. Die Schenkel des Us werden als Längsholme bezeichnet, die durch einen Querholm verbunden sind. Der Lehnenrahmen wird bei longitudinalen Stößen auf das Fahrzeug am stärksten belastet, wenn die den Sitz benützende Person mit Rumpf und Kopf gegen Lehne und Kopfstütze geschleudert wird. Große Belastungen treten dabei insbesondere an den Verbindungsstellen zwischen Lehnen- und Sitzrahmen sowie an den Verbindungsstellen zwischen Lehnenrahmen und Kopfstütze auf.
Um Material und Gewicht zu sparen, sollten die Komponenten der tragenden Struktur des Fahrzeugsitzes an allen Stellen nur eine der jeweiligen Maximalbelastung angepasste Querschnittsfläche aufweisen. Bei den häufig verwendeten Lehnenrahmen, welche aus einem gebogenen Rundrohr gebildet werden, muss nachteilig eine durch die Stellen maximaler Belastung bedingte Mindestquerschnittsfläche auch an jenen Stellen beibehalten werden, an denen nur geringe Belastungen auftreten.
Bei Rahmen welche als Magnesium-Druckgussteil gefertigt sind, ist eine gute Anpassung der Querschnittsfläche an die zu erwartende Belastung möglich. Begrenzungen ergeben sich jedoch durch die gießtechnisch bedingte Mindestwandstärke des Bauteiles. Nachteilig sind auch die hohen Kosten der Gussform, der hohe Materialpreis, die geringe Duktilität von Gusslegierungen und der erforderliche hohe Aufwand zur Vermeidung bzw. Erkennung von Gießfehlern wie Lunkern oder Poren.
Bei Rahmen, welche aus gefalteten und gebogen Blechen gebildet werden, ergeben sich Begrenzungen dadurch, dass Bleche an allen Stellen die gleiche Dicke haben. Eine große Blechdicke ist beispielsweise nur an den Verbindungsstellen des Lehnenrahmens mit dem Sitzrahmen und den Kopfstützenbügeln oder in den auf Biegung beanspruchten Zonen an den von der neutralen Faser weit entfernt liegenden Querschnittsbereichen erwünscht. An allen anderen Stellen wäre eine kleinere Wandstärke vorteilhaft, da dort keine größeren Belastungen auftreten.
Die EP 0 745 508 B1 schlägt daher ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zur Herstellung eines aus zwei Längsholmen und einem Querholm bestehenden, etwa U-förmigen Rahmens einer Lehne eines Kraftfahrzeugsitzes vor, bei dem aus einem ursprünglich geraden bandartigen flachen Strangpress- oder Walzprofilteil mit konstanter Querschnittsfläche durch anschließendes Walzen und Beschneiden zunächst ein Profilteil mit einer starken Mittelzone, beiderseits einem schwachen Bereich und einem daran anschließenden starken Bereich hergestellt und dieses dann zu dem U-förmigen Rahmen gebogen wird.
Nachteilig ist hier mit dem Walzen ein zusätzlicher Arbeitsgang zur Ausbildung der verschiedenen Bereiche aus dem ursprünglich geraden bandartigen flachen Strangpress- oder Walzprofilteil mit konstanter Querschnittsfläche erforderlich.
Auch nach der DE 43 33 500 A1 , die sich nicht mit Herstellung einer Komponente einer Fahrzeug- bzw. Fahrzeug sitzstruktur befasst, sind anschließende Arbeitsgänge, insbesondere ein Aufschneiden und Walzen eines stranggepressten Profils erforderlich. Alternativ schlägt die WO 00/29138 ein Verschweißen von nebeneinander angeordneten Streifen unterschiedlicher Wandstärke vor, um ein Profilteil mit unterschiedlichen Wandstärken zu erzeugen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Struktur für einen Kraftfahrzeugsitz oder ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zur Herstellung einer Komponente einer solchen Struktur zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 11 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß werden eine oder mehrere Komponenten einer Struktur für einen Kraftfahrzeugsitz oder ein Kraftfahrzeug hergestellt, indem ein Ausgangsmaterial durch eine oder mehrere Matrizen durchgedrückt wird, um einen Profilstrang herzustellen. Insbesondere kann der Profilstrang mittels Fließpressen oder Strangpressen hergestellt werden.
Anschließend wird, beispielsweise durch Sägen, insbesondere mit einer Bandsäge, Schneiden, insbesondere mit einem Laser, oder sonstiges Trennen ein Strangprofil von dem Profilstrang abgetrennt, welches dann als Halbzeug zu der Komponente umgeformt wird. Dies kann beispielsweise durch Druckumformen, insbesondere durch Freiformen, Gesenkformen wie insbesondere Schmieden, Eindrücken und/oder weiteres Durchdrücken, erfolgen. Zusätzlich oder alternativ kann das Strangprofil auch durch Zugdruckumformen, insbesondere durch Durchziehen, Tiefziehen, Drücken, Kragenziehen, Knickbauchen und/oder Innenhochdruck-Weitstauchen zu der Komponente umgeformt werden. Weiter zusätzlich oder alternativ kann das Strangprofil auch durch Zugumformen, insbesondere durch Längen und/oder Weiten, und/oder durch Biegeumformen, insbesondere durch Freies Biegen und/oder Gesenkbiegen, zu der Komponente umgeformt werden.
Erfindungsgemäß wird bereits beim Durchdrücken des Ausgangsmaterials durch eine oder mehrere Matrizen eine variierende Wandstärke des Strangprofils ausgebildet, so dass dieses schon vor dem weiteren Umformen eine variierende Wandstärke quer zur Durchdrückrichtung aufweist.
Dadurch können bei der Herstellung einer Strukturkomponente vorteilhaft ein oder mehrere zusätzliche Walz- oder Schweißschritte nach dem Durchdrücken entfallen, was die Herstellkosten und -zeit verringert.
Auf der anderen Seite können so bedarfsgerecht höher belastete Bereiche mit größeren Wandstärken und somit sicherer, weniger belastete Bereiche mit geringeren Wandstärken und somit leichter und materialsparender ausgebildet werden, ohne dass hierfür ein weiterer Arbeitsschritt zwischen dem Durchdrücken und dem Umformen in die Komponente der Struktur erforderlich ist.
Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren kann insbesondere eine Quertraverse einer rahmenartigen Rückenlehnenstrukur hergestellt werden, wobei das Strangprofil dann vorteilhaft wenigstens im Bereich einer Kopfstützenaufnahme eine größere Wandstärke aufweist.
Gleichermaßen kann durch ein erfindungsgemäßes Verfahren beispielsweise auch eine Sitzschale hergestellt werden, wobei das Strangprofil dann vorteilhaft wenigstens im Bereich einer Lagerstelle, insbesondere eines verstellbaren Drehgelenks zur Anlenkung einer Rückenlehne, eine größere Wandstärke aufweist. Alternativ können durch ein erfindungsgemäßes Verfahren auch andere Komponenten einer Kraftfahrzeugstruktur, beispielsweise Karosserie- oder Verkleidungskomponenten, hergestellt werden
Hinsichtlich der Verarbeitbarkeit im Durchdrückverfahren, der Festigkeit und des Gewichts ist insbesondere Magnesium oder eine Legierung von Magnesium als Ausgangsmaterial vorteilhaft. Insbesondere hierbei kann es vorteilhaft sein, das Strangprofil mittels Warmumformen, vorzugsweise unter Nutzung einer Erwärmung vor oder bei dem Durchdrücken durch die Matrize, zu der Komponente umzuformen. Gegenüber bisherigen Verfahren, bei denen zunächst Magnesiumbleche mit homogener Wandstärke stranggepreßt oder -gossen und diese Bleche später kaltumgeformte werden, ermöglicht die Warmumformung des noch vom Stranggieß- bzw. -preßvorgang warmen Strangprofils eine bessere Umformbarkeit, ein besseres Gefüge und/oder die Einsparung von Energie.
Nach einer bevorzugten Ausführung weist der Profilstrang beim Durchdrücken durch die Matrize eine geringere Breite auf als die fertige Komponente. So kann beispielsweise zunächst ein Blech mit geringerer Breite hergestellt und anschließend, insbesondere in Bereichen größerer Wandstärken, durch Umformen, vorzugsweise Warmumformen, insbesondere unter Nutzung einer Erwärmung vor oder bei dem Durchdrücken durch die Matrize, verbreitert werden, was die Herstellung breiterer Strukturkomponenten mit schmaleren Matrizen ermöglicht. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
1A einen Schritt eines Herstellverfahrens nach dem Stand der Technik;
1B ein in dem Schritt nach 1A hergestelltes Strangprofil nach dem Stand der Technik;
1C eine aus dem Strangprofil nach 1B umgeformte Quertraverse nach dem Stand der Technik;
2A einen Schritt eines Herstellverfahrens nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung in 1A entsprechender Darstellung;
2B ein in dem Schritt nach 2A hergestelltes Strangprofil in 1B entsprechender Darstellung;
2C eine aus dem Strangprofil nach 2B umgeformte Quertraverese in 1C entsprechender Darstellung;
3A eine rahmenartigen Rückenlehnenstruktur mit der Quertraverese nach 2C;
3B die Quertraverese nach 3A; und
4 eine Sitzschale nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung.
In 1A ist ein Schritt eines Herstellverfahrens nach dem Stand der Technik veranschaulicht, nach dem eine Magnesiumlegierung in y-Richtung des in 1A eingezeichneten Koordinatensystems durch einer Matrize 2' gepresst wird, um einen blechförmigen Profilstrang 1' mit in x-Richtung, d. h. Querrichtung gleichbleibender Wandstärke, d. h. Höhe in z-Richtung, auszubilden. In 1B ist ein Querschnitt des Profilstranges 1' in der x-z-Ebene, d. h. senkrecht zur Strang- bzw. Pressrichtung y gezeigt, in der die gleichbleibende Wandstärke erkennbar ist.
Anschließend wird durch Schneiden ein Strangprofil von dem Profilstrang 1' abgetrennt und in einem nicht dargestellten weiteren Umformverfahren zu der in 1C dargestellten Quertraverse 3' für eine Rückenlehne einer Fahrzeugsitzstruktur umgeformt. In 1 ist mit „y” die Strang- oder Pressrichtung des ursprünglichen Profilstrangs 1' eingezeichnet. Aufgrund der gleichbleibenden Wandstärke des Strangprofils weist auch die hieraus umgeformte Quertraverse überall gleiche Wandstärken auf und ist entsprechend in höherbelasteten Bereichen unter- oder in geringer belasteten Bereichen überdimensioniert.
Die 2A bis 2C zeigen in 1A bis 1C entsprechender Darstellung eine Quertraverse einer rahmenartigen Rückenlehnenstruktur für einen Kraftfahrzeugsitz bzw. deren Herstellung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. Erfindungsgemäß wird hier bereits beim Durchdrücken der Magnesiumlegierung durch die Matrize 2 ein Profilstrang 1 mit in x-, d. h. Querrichtung variierende Wandstärke des Strangprofils ausgebildet. In dem Querschnitt nach 2B ist ein Randbereich 1.1 mit größerer Wandstärke und ein sich hieran anschließender Bereich 1.2 mit geringerer Wandstärke erkennbar.
Wird nun aus diesem Profilstrang in vorstehend erläuterter Weise durch Abtrennen eines Strangprofils und Umformen die Quertraverse 3 hergestellt, bildet der Bereich 1.1 mit größerer Wandstärke einen Kopfstützenaufnahme 3.1 der Quertraverse 3, wie in 2C strichliert angedeutet, wenn beim Umformen dieser sich in Strangrichtung y erstreckende Bereich 1.1 abgekantet wird. Hierdurch kann eine vorteilhafte Quertraverse 3 hergestellt werden, deren höher belastete Kopfstützenaufnahme 3.1 eine größere Wandstärke aufweist, während in geringer belasteten Frontal- und Seitenbereichen durch geringere Wandstärken Material und Gewicht gespart wird, ohne dass zwischen dem Strangpressen gem. 2A und dem Umformen in die endgültige Form der Quertraverse 3 nach 2C durch Walzen oder Verschweißen von Streifen erst noch separat ein Profilstrang mit variierender Wandstärke ausgebildet werden muss.
3A zeigt die rahmenartige Rückenlehnenstruktur 4 mit zwei Seitenteilen und der vorstehend erläuterten oberen Quertraverse 3, die in 3B vergrößert dargestellt ist, so dass insbesondere Kopfstützenführungsaufnahmen 3.2 im Bereich der Kopfstützenaufnahme 3.1 besser erkennbar sind.

4 zeigt eine Sitzschale 5, die in entsprechender Weise durch Strangpressen und anschließendes Umformen in die endgültige Form ohne Zwischenschaltung eines Walzvorganges zur Veränderung der Wandstärke des Profilstranges 1 hergestellt wurde. Indem wiederum der eine Randbereich 1.1 mit größerer Wandstärke ausgebildet wurde, aus dem beim Umformen hintere Lagerstellen 5.1 der Sitzschale 5 gebildet werden, weisen diese höher belasteten Lagerstellen 5.1 eine größere Wandstärke auf, während in einem geringer belasteten vorderen Bereich Material und Gewicht gespart wird. Bezugszeichenliste

1, 1'	Profilstrang
1.1, 1.2	Bereich des Profilstrangs
2, 2'	Matrize
3	Quertraverse
3.1	Kopfstützenaufnahme
3.2	Kopfstützenführungsaufnahme
4	Rückenlehnenstruktur
5	Sitzschale
5.1	Lagerstelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 0745508 B1 [0006]
- DE 4333500 A1 [0008]
- WO 00/29138 [0008]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Komponente (3; 5) einer Kraftfahrzeugstruktur, insbesondere einer Fahrzeugsitzstruktur für einen Kraftfahrzeugsitz, mit den Schritten: – Durchdrücken eines Ausgangsmaterials durch eine Matrize (2), um einen Profilstrang (1) herzustellen; – Abtrennen eines Strangprofils von dem Profilstrang (1); und – Umformen des Strangprofils zu der Komponente (3; 5); wobei das Strangprofil vor dem Umformen eine variierende Wandstärke quer zur Durchdrückrichtung (y) aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass die variierende Wandstärke des Strangprofils beim Durchdrücken durch die Matrize (2) ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strangprofil in wenigstens einem höher belasteten Bereich (1.1, 3.1; 5.1) eine größere Wandstärke aufweist als in wenigstens eine anderen, geringer belasteten Bereich (1.2).
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente eine Quertraverse (3) einer rahmenartigen Rückenlehnenstrukur (4) ist, wobei das Strangprofil im Bereich einer Kopfstützenaufnahme (3.1) eine größere Wandstärke aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente eine Sitzschale (5) ist, wobei das Strangprofil im Bereich einer Lagerstelle (5.1) eine größere Wandstärke aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsmaterial Magnesium, Aluminium oder eine Legierung hiervon enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilstrang (1) mittels Fließpressen oder Strangpressen hergestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strangprofil durch Druckumformen, insbesondere durch Freiformen, Gesenkformen, insbesondere Schmieden, Eindrücken und/oder weiteres Durchdrücken, durch Zugdruckumformen, insbesondere durch Durchziehen, Tiefziehen, Drücken, Kragenziehen, Knickbauchen und/oder Innenhochdruck-Weitstauchen, durch Zugumformen, insbesondere durch Längen und/oder Weiten, und/oder durch Biegeumformen, insbesondere durch Freies Biegen und/oder Gesenkbiegen, zu der Komponente (3; 5) umgeformt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Strangprofil mittels Warmumformen, insbesondere unter Nutzung einer Erwärmung vor oder bei dem Durchdrücken durch die Matrize (2), zu der Komponente (3; 5) umgeformt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilstrang beim Durchdrücken durch die Matrize (2) eine geringere Breite aufweist als die fertige Komponente (3; 5).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilstrang blechförmig ausgebildet ist.
Kraftfahrzeugsitz oder Kraftfahrzeug mit einer Struktur, die mehrere Komponenten (3, 4, 5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Komponente (3; 5) mittels eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt worden ist.