DE102012215598A1

DE102012215598A1 - Aufprallträger

Info

Publication number: DE102012215598A1
Application number: DE102012215598.8A
Authority: DE
Inventors: Edward Schleichert
Original assignee: Magna International Inc
Current assignee: Magna International Inc
Priority date: 2012-09-03
Filing date: 2012-09-03
Publication date: 2014-03-06
Anticipated expiration: 2032-09-04
Also published as: US20140062132A1; DE102012215598B4

Abstract

Es wird ein Aufprallträger für eine Kraftfahrzeugkarosserie, insbesondere ein Seitenaufprallträger für eine Seitentür einer Kraftfahrzeugkarosserie vorgeschlagen der aus einem ersten Profil mit einer dreidimensionalen Struktur und einem zweiten Bauteil, das das erste Profil räumlich verschließt, besteht. Die beiden Bauteile weisen überlappende Flächen auf, die zum Verschweißen dienen, wobei dass das Verschweißen durch Kondensator-Impulsschweißen erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Aufprallträger für eine Kraftfahrzeugkarosserie, insbesondere einen Seitenaufprallträger für eine Seitentür einer Kraftfahrzeugkarosserie, die aus einem ersten Profil mit einer dreidimensionalen Struktur und einem zweiten Bauteil, das das erste Profil räumlich verschließt, besteht.
Aufprallträger der in Rede stehenden Art werden in einer Kraftfahrzeugkarosserie an verschiedenen Stellen eingesetzt. Man findet sie als Biegeträger, Säulenverstärkung für A-Säule, B-Säule oder C-Säule, als Cockpit-Querträger oder auch als Stossfängerquerträger, ggf. verbunden mit Crashboxen. Ein besonderes Einsatzgebiet für Aufprallträger der in Rede stehenden Art sind Seitentüren von Kraftfahrzeugkarosserien. Dort befindet sich ein solcher Aufprallträger als Seitenaufprallschutz im Bereich des Türkastens. Die vorliegende Erfindung betrifft Aufprallträger für Kraftfahrzeugkarosserien generell. Sie wird erläutert anhand des bevorzugten Anwendungsgebietes als Seitenaufprallträger für eine Seitentür einer Kraftfahrzeugkarosserie, ohne dass dies einschränkend zu verstehen ist. Wesentlich für den erfindungsgemäßen Aufprallträger ist lediglich, dass dieser bezogen auf die Richtung eines zu erwartenden Aufpralls, die im Wesentlichen quer zur Längserstreckung des Aufprallträgers liegt, einen wirksamen Schutz des Innenraums der Kraftfahrzeugkarosserie bietet und eine Anbindung an das zugehörige Strukturbauteil der Kraftfahrzeugkarosserie ermöglicht.
Stand der Technik
Es ist bereits bekannt, als Aufprallträger für eine Kraftfahrzeugkarosserie ein Hohlprofilteil aus Stahl oder Aluminium zu verwenden, wobei ausgehend von einem Rohr das Hohlprofilteil als ein eine hohe Festigkeit, Zähigkeit und Verformungsarbeit aufweisendes einteiliges Stahlprofil ausgebildet ist, dessen Endbereiche zur Befestigung am Strukturbauteil, insbesondere in der Kraftfahrzeugtür, lappenartig ausgebildet sind ( DE 41 33 144 A1 ). Das Rohr kann einen runden oder auch einen ovalen, also ellipsenförmigen Querschnitt aufweisen. Ggf. können auch zwei Rohre bezogen auf die Richtung eines zu erwartenden Aufpralls nebeneinander angeordnet sein. Ein Aufprallträger für eine Kraftfahrzeugkarosserie mit zwei bezogen auf die Richtung eines zu erwartenden Aufpralls nebeneinander angeordneten Rohrprofilen ist in fertigungstechnischer Hinsicht bereits weiter ausgebildet worden dergestalt, dass beide Rohrprofile einstückig aus einem durch ein Rollformverfahren in die Sollquerschnittsform gebrachten Bandstahl bestehen, wobei der die Rohrprofile bildende Bandstahl an den Verbindungsstellen durch eine Längsnahtverschweißung fixiert ist ( US 6,591,577 B2 ).
Weiterhin ist bekannt, die Profile nicht als geschlossenen Rohre herzustellen, sondern sie aus Stahlblech in Form eines Hutes auszubilden, wobei auch Strukturen mit einer Doppelhutform möglich sind. Die Profile werden zur Erzeugung größere Stabilität und Steifigkeit mit einem Deckel verschlossen
Der aus Aluminium hergestellte Aufprallträger als Seitenaufprallschutz, von dem die Erfindung ausgeht, hat an den Enden zur Anbindung im Profilbauteil flache Abschnitte, aus denen heraus sich dann das eine oder die beiden parallel verlaufenden Hutprofile entwickeln. Diese Profile sind symmetrisch gestaltet und weisen eine Abschlussfläche auf, die sich entlang der Längsachse des Profils erstreckt. Die freien Längsränder des Aluminiumblechs und des Deckels sind hier einander überlappend angeordnet und mittels einer Längsnahtverschweißung verbunden.
Der Lehre liegt das Problem zugrunde, den bekannten Aufprallträger für eine Kraftfahrzeugkarosserie, der im Umformverfahren aus einem bandförmigen Aluminiumblech hergestellt wird, so auszugestalten und weiterzubilden, dass eine möglichst gleichmäßige, kontinuierliche Kraftaufnahme gewährleistet ist und der Herstellungsprozess optimiert abläuft.
Die erfindungsgemäße Lösung verwendet dabei zum Schließen des Profils ein elektromagnetisches Pulsschweißen, das bisher für die Herstellung von Aufprallträgern nicht eingesetzt wird. Ein Grund dafür ist, dass das elektromagnetische Pulsschweißen für dickere Bleche bisher nicht einsetzbar war, da der erforderliche Strom sehr groß sein muss.
Ein großer Vorteil besonders für einen Seitenaufprallträger als sicherheitsrelevantes Element ist, dass das elektromagnetische Pulsschweißen ein kaltes Fügeverfahren ist. Es entsteht beim Fügen keine Wärmeeinflusszone am Bauteil, was bei Aluminium ein großer Nachteil bezüglich der Festigkeit des Materials darstellt. Das elektromagnetische Pulsschweißen erlaubt durch das kalte Fügeverfahren bei Aluminium eine höhere Festigkeit in Vergleich zu herkömmliche Thermische Fügeverfahren des Systems zu erzielen, und so das sicherheitsrelevante Verhalten der Aufprallträger zu optimieren.
Vorteilhafterweise wird der Aufprallträger aus zwei Bauteilen gebildet, die Flächen aufweisen, die miteinander verschweißt werden.
In einer vorteilhaften Ausführung bildet eines der Bauteile einen Deckel auf das andere Bauteil.
Es ist aber auch vorteilhaft beide Bauteile mit einer dreidimensionalen Struktur vorzusehen.
Eine Ausführungsform hat eine Doppelhutstruktur für eine vorteilhafte Steifigkeit.
Als vorteilhaft ist anzusehen, dass sich die Länge der Schweißnähte zu einer Gesamtlänge (L2) addieren, die mindestens der Hälfte der Länge des Profils (L1) entspricht.
Beschreibung der Erfindung
Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung werden in den nachfolgenden Figuren und in der Beschreibung näher erläutert.
Es zeigt 1 eine Sicht auf einen beispielhaften Aufprallträger.
2 Schnitte durch zwei Ausführungsformen
3 eine weitere Ausführungsform.
In 1 wird ein beispielhafter Aufprallträger gezeigt. Ein erstes Profil 1 erstreckt sich dabei entlang der gesamten Länge L1 des Aufprallträgers. Auf der rechten Seite der Zeichnung ist zu erkennen, dass das Profil zu einem Endstück 3 abgeflacht ist, damit sich der Einbau vereinfacht. Für die Erfindung ist diese Ausgestaltung nicht von Bedeutung.
Das Profil bildet eine doppelte w-förmige Rille 5 aus, die sich vom ersten Endstück 3 bis zum nicht dargestellten zweiten Endstück erstreckt. Das Profil 1 wird von einem zweiten Bauteil 2 bedeckt, das in dieser Ausführungsform Aussparungen 4 aufweist. Beide Bauteile sind an ihren Rändern über Schweißnähte miteinander verbunden, die sich geringen Unterbrechungen entlang der Längsachse des Profils und des Deckels erstrecken und zusammen eine Schweißnaht der Länge L2 ergeben, die mindestens die Hälfte der Länge L1, vorteilhafterweise aber mehr als 2/3 der Länge L1 darstellt.
2 zeigt Querschnitte durch zwei Beispiele, wobei das Profil 1 einen einfachen oder einen doppelt-hutförmigen Verlauf zeigt. Das zweite Bauteil 2 ist als flacher Deckel ausgebildet.
Das Profil 1 bildet dabei eine erste Schweißfläche 6 aus, die einer zweiten Schweißfläche 7, die durch den Deckel gebildet wird, gegenüberliegt.
Die erfindungsgemäße Lösung verwendet zum Schließen des Profils ein elektromagnetisches Pulsschweißverfahren. Dieses EMP-Schweißen kann ohne Wärme mithilfe des Verfahrens des Magnetumformens Werkstoffmischverbindungen, aber auch artgleiche Werkstoffe in sehr kurzer Zeit typischerweise in etwa 25 μs miteinander verbinden. Dabei erfährt einer der Fügepartner mittels eines Magnetfeldes berührungslos einen Impuls und prallt gegen den anderen Partner. Bei dem Verfahren befinden sich die Bauteile in der Nähe einer Magnetspule, durch die ein sehr hoher Stromimpuls fließt. Es können zumindest als einer der Fügepartner nur gut leitfähige Materialien wie Aluminium verarbeitet werden. Durch die hohe Geschwindigkeit des Zusammenpralls der Fügepartner kommt es wie beim Sprengschweißen zu einer stoffschlüssigen Verbindung in der festen Phase. Beim Verbinden von Blechen beschleunigt der Magnetimpuls eines der beiden zu fügenden Bleche über eine Distanz von 0,3–2 mm auf Geschwindigkeiten über 200 m/s. Beim Aufprall dieses Blechs auf ein stationäres Gegenblech werden im Aufschlagbereich die auf beiden Oberflächen haftenden Oxidschichten gelöst und die sich zwischen den Blechen befindliche Luft ausgeblasen. Die so erzeugten reinen Oberflächen sind nun hoch reaktiv und werden mit hohem Druck aufeinandergepresst. Dies bewirkt eine metallische Bindung durch Elektronenaustausch. Die Methode bringt kaum Wärme in die Bauteile ein. Daher ist es möglich, metallische Werkstoffe mit stark unterschiedlichen Schmelzpunkten zu verschweißen. Zudem tritt keine Gefüge-Beeinflussung durch Wärme auf. Daher können beispielsweise auch Verbindungen zwischen Blechen aus Aluminiumlegierungen und hochfesten Stählen hergestellt werden, ohne deren festigkeitsbestimmendes Gefüge zu ändern.
Bei Verschweißen von Blechen von einer Dicke zwischen 1 und 2,5 mm sind sehr hohe Stromdichten notwendig. Der Kondensator muss einen Strom von bis zu 1 Mio. A liefern, um Bleche dieser Dicke zusammenfügen zu können.
3 zeigt eine Ausführungsform, in der beide zu verschweißenden Bauteile als dreidimensionale Bauteile ausgeformt sind, um einen Aufprallträger mit optimierten Eigenschaften zu erzeugen. Dabei könnte man sich vorteilhafterweise einen Deckel vorstellen, der mit Versteifungsstreben entlang seiner Längsachse ausgestattet ist und dadurch eine dreidimensionale Ausbildung erhält.
Die Aufprallträger können mit dem vorgeschlagenen elektromagnetischen Pulsschweißverfahren wesentlich schneller und kostengünstiger hergestellt werden.
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

DE 4133144 A1 [0003]
US 6591577 B2 [0003]

Claims

Aufprallträger für eine Kraftfahrzeugkarosserie, insbesondere ein Seitenaufprallträger für eine Seitentür einer Kraftfahrzeugkarosserie, bestehend aus einem ersten Profil (1) mit einer dreidimensionalen Struktur und einem zweiten Bauteil (2), das das erste Profil (1) räumlich verschließt, wobei die beiden Bauteile überlappende Flächen (6, 7) aufweisen, die zum Verschweißen dienen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschweißen durch elektromagnetisches Pulsschweißen erfolgt.
Aufprallträger nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bauteil als nahezu ebenen Deckel (2) ausgebildet ist.
Aufprallträger nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bauteil (2) ebenfalls einen dreidimensionale Struktur hat.
Aufprallträger nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Bauteil (1, 2) eine Doppelhutstruktur aufweist.
Aufprallträger nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Bauteile aus Aluminium hergestellt ist.
Aufprallträger nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass sich die Länge der Schweißnähte (9) zu einer Gesamtlänge (L2) addieren, die mindestens der Hälfte der Länge des Profils (L1) entspricht.
Aufprallträger nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass sich die Länge der Schweißnähte (9) zwischen 50 und 100 mm liegen.
Aufprallträger nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die die zu verbindenden Bauteile Dicken von 1 bis 2,5 mm aufweisen.
Verfahren zur Herstellung von Aufprallträgern für eine Kraftfahrzeugkarosserie, insbesondere ein Seitenaufprallträger für eine Seitentür einer Kraftfahrzeugkarosserie, bestehend aus einem ersten Profil (1) mit einer dreidimensionalen Struktur und einem zweiten Bauteil (2), das das erste Profil (1) räumlich verschließt, wobei die beiden Bauteile überlappende Flächen (6, 7) aufweisen, die zum Verschweißen dienen, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen (6, 7) mit elektromagnetisches Pulsschweißen verschweißt werden.