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Die Erfindung betrifft ein Versteifungsbauteil zum Versteifen einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer Karosserie. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Versteifungsbauteils zum Versteifen einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs.
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Es ist bekannt, einen Karosserieboden eines Kraftfahrzeugs durch eine bodenseitig zu dem Karosserieboden angeordnete, an dem Karosserieboden befestigte Querstrebe zu versteifen. Herkömmlich wird eine solche Querstrebe durch Stanzen eines Blechs oder mittels konfektionierter Strangpressprofile in einer gewünschten Form hergestellt, was einen erhöhten Fertigungsaufwand und somit erhebliche Kosten mit sich bringt. Die Querstrebe wird üblicherweise aus Aluminium oder Stahl hergestellt und benötigt nach dem Stanzen üblicherweise eine aufwändige mechanische Nachbearbeitung.
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DE 10 2010 044 603 A1 betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Dachrahmenlängsträgers eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, wobei der Dachrahmenlängsträger ein Seitenteil-außen, ein Seitenteil-innen und ein als Blechprofil ausgebildetes Verstärkungselement aufweist. Das Verstärkungselement kann durch Verclinchen am Seitenteil-außen fixiert ist.
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DE 44 41 971 A1 betrifft eine Kraftfahrzeug-Hinterachse des Verbundlenkerachs-Typs, mit jeweils an ihrem hinteren Ende einen Radträger für ein Rad tragenden Längslenker hoher Biege- und Torsionssteifigkeit, sowie mit einer biegesteifen, für Torsionsbeanspruchungen jedoch nachgiebigen Querstrebe aus einem, die Lage des Schubmittelpunktes verändernden Profilquerschnitt.
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Die Querstrebe besteht aus einem Aluminiumstrangpreßprofil mit einem in Querstrebenlängsrichtung verlaufenden Strangpreßgefüge. In Verbindungszonen der Querstrebe können Clinchpunkte erzeugt werden.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein leichtgewichtigeres, kostengünstiger herstellbares und einfach an den jeweiligen Anwendungsfall anpassbares Versteifungsbauteil zum Versteifen einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Figur wiedergegeben, wobei diese Ausgestaltungen jeweils für sich genommen oder in unterschiedlicher Kombination von wenigstens zwei dieser Ausgestaltungen miteinander einen weiterbildenden oder vorteilhaften Aspekt der Erfindung darstellen können. Ausgestaltungen des Versteifungsbauteils können dabei Ausgestaltungen des Kraftfahrzeugs und des Verfahrens entsprechen, und umgekehrt, selbst wenn im Folgenden hierauf im Einzelfall nicht explizit hingewiesen wird.
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Ein erfindungsgemäßes Versteifungsbauteil zum Versteifen einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs umfasst wenigstens ein Versteifungshohlprofil und wenigstens ein mit dem Versteifungshohlprofil verbundenes Verbindungselement zum Verbinden des Versteifungsbauteils mit der Karosserie, wobei das Verbindungselement an einem Endabschnitt des Versteifungshohlprofils über wenigstens eine Durchsetzfügeverbindung mit dem Versteifungshohlprofil verbunden ist.
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Erfindungsgemäß sind ist das Verbindungsbauteil modular aus dem Versteifungshohlprofil und dem wenigstens einen Verbindungselement aufgebaut. Durch den modularen Aufbau des Versteifungsbauteils kann dieses durch die jeweilige Wahl der Ausgestaltung des Verbindungselements und/oder des Versteifungshohlprofils auf einfache Art und Weise an den jeweiligen Anwendungsfall bzw. die jeweilige Anbindungssituation an die Karosserie angepasst werden. Es muss also nicht für jeden Anwendungsfall ein separates speziell und einstückig ausgebildetes Versteifungsbauteil hergestellt und bevorratet werden, was die Herstellungskosten reduziert.
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Zudem ist das Verbindungselement, beispielsweise ausschließlich, durch Durchsetzfügeverbindungen, auch Clinch-Verbindungen genannt, mit dem Versteifungshohlprofil verbunden. Für das Verbinden des Verbindungselements mit dem Versteifungshohlprofil sind also keine zusätzlichen mechanischen Verbindungsmittel, wie beispielsweise Nieten oder Schrauben, erforderlich, so dass das erfindungsgemäße Versteifungsbauteil leichtgewichtiger ausgebildet ist. Beim Durchsetzfügen wird wenigstens eine lokale bzw. punktförmige Verbindung zwischen zwei etwa metallischen oder Faserverbundbauteilen geschaffen, wobei durch ein lokales Fließen der Materialien der miteinander zu verbindenden Bauteile eine Hinterschneidung an einem der Bauteile ausgebildet wird. Diese Hinterschneidung erzeugt einen Formschluss zwischen den Bauteilen, wodurch diese sicher, dauerhaft und robust miteinander verbunden werden, so dass auch höhere Kräfte zwischen den Komponenten des erfindungsgemäßen Versteifungsbauteils übertragen werden können. Das Durchsetzfügen erfolgt ohne Wärmezufuhr, das heißt ohne einen Wärmeeintrag in die miteinander zu verbindenden Bauteile, der die Eigenschaften der Bauteile beeinträchtigen könnte.
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Da zur Herstellung des erfindungsgemäßen Versteifungsbauteils zudem keine herkömmlichen Stanzbauteile erforderlich sind, die eine versteifende Querstrebe ausbilden, kann das erfindungsgemäße Haltebauteil kostengünstiger hergestellt werden. Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Versteifungsbauteils kann beispielsweise ein genormtes bzw. standardisiertes Versteifungshohlprofil verwendet werden, das kostengünstig hergestellt werden kann. Das hergestellte Versteifungshohlprofil kann mittels Durchsetzfügen schnell, einfach und somit kostengünstig mit dem Verbindungselement verbunden werden. Auch sind keine zusätzlichen kostenerhöhenden Klebstoffe oder Verschweißungen bzw. entsprechende Verbindungsvorgänge zum Verbinden des Versteifungshohlprofils mit dem Verbindungselement erforderlich.
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Das Versteifungshohlprofil ist metallisch und kann beispielsweise aus einem Leichtmetall, insbesondere Aluminium, oder einem Stahl hergestellt sein. Das Versteifungshohlprofil weist im Vergleich zu einem herkömmlichen umgeformten Blech bei geringem Gewicht eine hohe Steifigkeit, insbesondere Torsionssteifigkeit und Biegesteifigkeit, auf. Das Versteifungshohlprofil ermöglicht zudem eine Erhöhung der Torsionssteifigkeit durch eine formgebundene Kraftübertragung zwischen dem Verbindungselement und dem Versteifungshohlprofil. Das Versteifungshohlprofil kann im Wesentlichen oder exakt geradlinig verlaufen. Das Versteifungshohlprofil kann zumindest teilweise eine kreisförmige, elliptische oder ovale Querschnittsfläche aufweisen.
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Das mit dem Versteifungshohlprofil verbundene Verbindungselement kann metallisch sein und, beispielsweise durch Blechstanzen, einfach und kostengünstig hergestellt werden. Das Verbindungselement kann aus einem Leichtmetall, insbesondere Aluminium, oder einem Stahl oder einem Faserverbundwerkstoff hergestellt sein. An dem Verbindungselement kann wenigstens eine Durchbrechung ausgebildet sein, durch die ein mechanisches Verbindungsmittel, beispielsweise eine Schraube, geführt werden kann, über das das Versteifungsbauteil an der Karosserie fixiert werden kann. Das Verbindungselement kann auch an zwei oder mehreren Fügestellen jeweils über eine Durchsetzfügeverbindung mit dem Endabschnitt des Versteifungshohlprofils verbunden sein. Im Bereich des Endabschnitts des Versteifungshohlprofils wird eine dreilagige Schichtstruktur ausgebildet, was die Festigkeit der Verbindung zwischen dem Verbindungselement und dem Versteifungshohlprofil im Vergleich zu stumpf angeschweißten oder nur gequetschten Geometrien erhöht. Das erfindungsgemäße Versteifungsbauteil kann auch zwei entsprechend mit dem Versteifungshohlprofil verbundene Verbindungselemente zum Verbinden des Versteifungsbauteils mit der Karosserie aufweisen, wobei die Verbindungselemente an einander gegenüberliegenden Endabschnitten des Versteifungshohlprofils jeweils über wenigstens eine Durchsetzfügeverbindung mit dem Versteifungshohlprofil verbunden sind.
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Das erfindungsgemäße Versteifungsbauteil kann beispielsweise zum Versteifen eines Karosseriebodens oder eines Karosserievorderbaus oder eines Karosseriehecks eingesetzt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Versteifungshohlprofil an dem Endabschnitt abgeflacht ausgebildet ist und dass das mit dem Endabschnitt verbundene Verbindungselement wenigstens einen formschlüssig in den Endabschnitt eingefügten, flach ausgebildeten Verbindungsabschnitt aufweist. Zur Herstellung des Versteifungshohlprofils kann beispielsweise ein Abschnitt von einem Hohlprofil abgelängt werden, das über seine Längserstreckung eine durchgehend gleichbleibenden bzw. konstante Querschnittsfläche aufweist. Anschließend kann wenigstens ein Endabschnitt des Hohlprofils gequetscht werden, bis der Endabschnitte wie gewünscht abgeflacht ausgebildet ist. Jedoch wird der Endabschnitt nur so weit gequetscht, dass der Verbindungsabschnitt noch formschlüssig in den Endabschnitt einfügbar ist. Eine Höhe einer Durchgangsöffnung des abgeflachten Endabschnitts entspricht also vorzugsweise etwa oder exakt der Materialstärke des darin eingefügten Verbindungsabschnitts des Verbindungselements. Der Verbindungsabschnitt des Verbindungselements ist lediglich ein Teil des Verbindungselements. Ein weiterer Teil des jeweiligen Verbindungselements ist außerhalb des Versteifungshohlprofils angeordnet. Es können auch beide Endabschnitte des Versteifungshohlprofils entsprechend abgeflacht ausgebildet sein und jeweils einen Verbindungsabschnitt des jeweiligen Verbindungselements aufnehmen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das Verbindungselement wenigstens einen sich an den Verbindungsabschnitt anschließenden Anschlagabschnitt aufweist, der außen an einem Ende des Versteifungshohlprofils anliegt, über das der Verbindungsabschnitt in den Endabschnitt eingefügt worden ist. Hierdurch kann sich das Verbindungselement axial an dem Versteifungshohlprofil abstützen, so dass hohe Kräfte in Längsrichtung des Versteifungsbauteils übertragen werden können. Zudem wird das Verbindungselement positionsgetreu an dem Versteifungsbauteil gehalten. Des Weiteren erleichtert der Anschlag die Herstellung des Versteifungsbauteils, da durch den an dem Versteifungshohlprofil anliegenden Anschlag eine Verbindungsposition des Verbindungselements relativ zu dem Versteifungshohlprofil definiert wird.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Verbindungselement ein Stanzblech. Dies stellt eine einfach und kostengünstig herstellbare Ausgestaltung des Verbindungselements dar. Das Stanzblech kann ein Aluminiumblech oder ein Stahlblech sein. Alternativ kann wenigstens ein Verbindungsbauteil ein Faserverbundbauteil sein.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Versteifungshohlprofil ein Profilbauteil. Hierdurch kann das Versteifungshohlprofil auf einfache und kostengünstige Weise monolithisch und somit mit hoher Steifigkeit und Dauerhaftigkeit hergestellt werden. Das Versteifungshohlprofil kann durch Strangpressen, Biegen oder Rollformen eines metallischen Werkstoffs hergestellt werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das Versteifungshohlprofil und das Verbindungselement aus Werkstoffen hergestellt sind, die derart aufeinander abgestimmt sind, dass eine Kontaktkorrosion unterbunden wird und/oder dass die Werkstoffe denselben Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Hierdurch wird die Dauerhaftigkeit der Verbindungen zwischen dem Verbindungselement und dem Versteifungshohlprofil und folglich diejenige des Versteifungsbauteils erhöht.
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Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst eine Karosserie und wenigstens ein Versteifungsbauteil nach einer der vorgenannten Ausgestaltungen oder einer beliebigen Kombination von wenigstens zwei dieser Ausgestaltungen miteinander, das an der Karosserie fixiert ist.
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Mit dem Kraftfahrzeug sind die oben mit Bezug auf das Versteifungsbauteil genannten Vorteile entsprechend verbunden. Das Versteifungsbauteil kann insbesondere bodenseitig zu dem Karosserieboden angeordnet und mit dem Karosserieboden verschraubt sein. Alternativ kann das Versteifungsbauteil mit einem Karosserievorderbau oder einem Karosserieheck verbunden sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung verläuft das Versteifungsbauteil quer zu einer Längsmittelachse eines Karosseriebodens der Karosserie. Hiernach wird das Versteifungsbauteil also als Querstrebe verwendet. Das Versteifungsbauteil kann alternativ in Fahrzeuglängsrichtung diagonal bzw. geneigt oder senkrecht zur befahrenen Fahrbahn verlaufend an einem anderweitigen Karosserieabschnitt angeordnet werden.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Versteifungsbauteils zum Versteifen einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs umfasst die Schritte:
- - Herstellen eines Versteifungshohlprofils;
- - Herstellen von wenigstens einem Verbindungselement;
- - Abflachen von wenigstens einem Endabschnitt des Versteifungshohlprofils;
- - Einfügen eines Verbindungsabschnitts des Verbindungselements in den abgeflachten Endabschnitt des Versteifungshohlprofils; und
- - Herstellen von wenigstens einer Durchsetzfügeverbindung zwischen dem abgeflachten Endabschnitt und dem darin eingefügten Verbindungsabschnitt.
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Mit dem Verfahren sind die oben mit Bezug auf das Versteifungsbauteil genannten Vorteile entsprechend verbunden. Insbesondere kann das Verteilungsbauteil gemäß einer der oben genannten Ausgestaltungen oder einer beliebigen Kombination von wenigstens zwei dieser Ausgestaltungen miteinander unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden. Vorzugsweise wird der Verbindungsabschnitt des Verbindungselements formschlüssig in den abgeflachten Endabschnitt eingefügt. Es können auch zwei Verbindungselemente hergestellt und beide Endabschnitte des , insbesondere metallischen, Versteifungshohlprofils abgeflacht werden, so dass in jeden abgeflachten Endabschnitt einer der Verbindungsabschnitte des jeweiligen Verbindungselements eingefügt werden kann.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Versteifungsprofil durch Strangpressen, Biegen oder Rollformen hergestellt wird und/oder dass das Verbindungselement durch Blechstanzen hergestellt werden und/oder dass das Versteifungshohlprofil und das Verbindungselement aus Werkstoffen hergestellt werden, die derart aufeinander abgestimmt sind, dass einerseits eine Kontaktkorrosion unterbunden wird und/oder dass andererseits die Werkstoffe denselben Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Mit diesen Ausgestaltungen sind die oben mit Bezug auf die entsprechenden Ausgestaltungen des Versteifungsbauteils genannten Vorteile entsprechend verbunden.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Figur. Es zeigt:
- 1 eine schematische und perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Versteifungsbauteil.
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1 zeigt eine schematische und perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Versteifungsbauteil 1 zum Versteifen einer nicht gezeigten Karosserie eines nicht gezeigten Kraftfahrzeugs. Das Versteifungsbauteil 1 kann als Querstrebe bodenseitig unterhalb eines nicht gezeigten Karosseriebodens der Karosserie angeordnet und an diesem fixiert werden.
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Das Versteigungsbauteil 1 umfasst ein metallisches Versteifungshohlprofil 2, das ein Profilbauteil ist. Das Versteifungshohlprofil 2 ist einstückig bzw. monolithisch hergestellt. Das Versteifungshohlprofil 2 kann beispielsweise aus Aluminium oder einem Stahl hergestellt sein. Das Versteifungshohlprofil 2 umfasst einen mittleren Abschnitt 3, über dessen Längserstreckung das Versteifungshohlprofil 2 eine konstante Querschnittsfläche aufweist. Die Querschnittsfläche ist rund, insbesondere elliptisch. Des Weiteren umfasst das Versteifungshohlprofil 2 abgeflachte Endabschnitte 4 und 5, über deren jeweilige Längserstreckung das Versteifungshohlprofil 2 ebenfalls eine konstante Querschnittsfläche aufweist, die jedoch anders als die Querschnittsfläche des mittleren Abschnitts 3 und insbesondere flach und langgestreckt ausgebildet ist. Jeder Endabschnitt 4 bzw. 5 ist über einen Übergangsabschnitt 6 bzw. 7 mit dem mittleren Abschnitt 3 verbunden, wobei eine Querschnittsfläche des jeweiligen Übergangsabschnitts 6 bzw. 7 von der Querschnittsfläche des mittleren Abschnitts 3 in die Querschnittsfläche des jeweiligen Endabschnitts 4 bzw. 5 übergeht. Die abgeflachten Endabschnitte 4 und 5 werden durch Quetschen eines nicht gezeigten Hohlprofils erzeugt, dessen Querschnittsfläche über seine Längserstreckung konstant ist und der Querschnittsfläche des mittleren Abschnitts 3 entspricht.
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Das Versteifungsbauteil 1 umfasst zudem zwei mit dem Versteifungshohlprofil 2 verbundene Verbindungselemente 8 und 9 zum Verbinden des Versteifungsbauteils 1 mit der Karosserie. Jedes Verbindungselement 8 bzw. 9 ist ein Stanzblech bzw. ein aus einem nicht gezeigten Blech ausgestanztes Bauteil. Jedes Verbindungselement 8 bzw. 9 kann aus Aluminium oder Stahl oder Faserverbundwerkstoff hergestellt sein. Jedes Verbindungselement 8 bzw. 9 umfasst einen Befestigungsabschnitt 10 bzw. 11, über den das jeweilige Verbindungselement 8 bzw. 9 an der Karosserie fixiert werden kann. Hierzu sind an jedem Befestigungsabschnitt 10 bzw. 11 zwei Durchbrechungen 12 ausgebildet, durch die ein nicht gezeigtes mechanisches Befestigungsmittel, beispielweise eine Schraube, geführt werden kann. Jeder Befestigungsabschnitt 10 bzw. 11 ist abgewinkelt ausgebildet.
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Die Verbindungselemente 8 und 9 an den einander gegenüberliegenden Endabschnitten 4 und 5 des Versteifungshohlprofils 2 sind jeweils über zwei Durchsetzfügeverbindungen 13 mit dem Versteifungshohlprofil 2 verbunden. Hierzu umfasst jedes Verbindungselement 8 bzw. 9 einen formschlüssig in den jeweiligen abgeflachten Endabschnitt 4 bzw. 5 eingefügten, flach ausgebildeten, nicht gezeigten Verbindungsabschnitt. Des Weiteren umfasst jedes Verbindungselement 8 bzw. 9 einen sich an den Verbindungsabschnitt anschließenden Anschlagabschnitt 14, der außen an dem jeweiligen Ende des Versteifungshohlprofils 2 anliegt, über das der jeweilige Verbindungsabschnitt in den jeweiligen Endabschnitt 4 bzw. 5 eingefügt worden ist.
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Das Versteifungshohlprofil 2 und die Verbindungselemente 4 und 5 sind aus Werkstoffen hergestellt, die derart aufeinander abgestimmt sind, dass eine Kontaktkorrosion unterbunden wird und/oder dass die Werkstoffe denselben Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Versteifungsbauteil
- 2
- Versteifungshohlprofil
- 3
- mittlerer Abschnitt von 2
- 4
- Endabschnitt von 2
- 5
- Endabschnitt von 2
- 6
- Übergangsabschnitt von 2
- 7
- Übergangsabschnitt von 2
- 8
- Verbindungselement
- 9
- Verbindungselement
- 10
- Befestigungsabschnitt von 8
- 11
- Befestigungsabschnitt von 9
- 12
- Durchbrechung an 10, 11
- 13
- Durchsetzfügeverbindung
- 14
- Anschlagabschnitt von 8, 9
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010044603 A1 [0003]
- DE 4441971 A1 [0004]
