DE4300398A1 - Verfahren zur Herstellung einer Kraftfahrzeugkarosserie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugkarosserie, deren tragende Struktur aus mindestens einem Leichtmetallprofil gebildet wird sowie ein Verfahren zur Herstellung der tragenden Struktur.

Aus der DE-A-40 14 385 ist eine Fahrzeugkarosserie be­ kannt, deren tragende Struktur zumindest teilweise aus Leichtmetall-Strangpreß-Hohlprofilen gebildet ist. Diese Strangpreß-Hohlprofile weisen einen konstanten Querschnitt und eine konstante Wandstärke über ihre gesamte Länge auf, die entsprechend den Steifigkeits- und Festigkeitsanforde­ rungen an die Karosserie gewählt werden.

Bei großvolumigen Strangpreß-Hohlprofilen können aus ver­ fahrenstechnischen Gründen nur relativ dicke Wandstärken strangpreß-technisch hergestellt werden. Diese sind daher hinsichtlich der Festigkeitsanforderungen an die Karosse­ rie überdimensioniert und erhöhen unnötigerweise das Pro­ filgewicht und damit das Gesamtgewicht der Fahrzeugkaros­ serie.

Im Ergebnis wird daher die Bemessung von Strangpreßprofi­ len im KFZ-Bereich unter Beachtung verschiedener produk­ tionstechnischer Gesichtspunkte erfolgen. Das Verhältnis von Wanddicke zum Hohlprofilquerschnitt ist nur innerhalb enger Grenzen frei wählbar. Dies schränkt die Anwendungs­ möglichkeiten ein und behindert die vollständige Nutzung aller Eigenschaften des Werkstoffs Aluminium.

Nach der DE-A39 18 280 wird eine Kraftfahrzeugkarosserie mit einem durch ein Strangpreßprofil gebildeten Rahmenteil vorgeschlagen, wobei mit dem Strangpreßprofil ein vorge­ formtes Blechteil verbunden ist. Die Verbindung zwischen Blechteil und Strangpreßprofil soll durch eine Verklebung erfolgen und weist die gleiche Beschaffenheit wie die übrigen Außenhautteile der Kraftfahrzeugkarosserie auf, die aus Stahl bestehen.

Als Vorteil dieser Lösung wird angegeben, daß die Steifig­ keit des Rahmenteils hauptsächlich durch das Strang­ preß-Profil sichergestellt wird, so daß hier eine relativ geringe Querschnittsfläche ausreicht. Das aufgeklebte Blechteil soll im Sichtbereich an den Stoßstellen einge­ setzt werden und die Verbindung zu den Knotenelementen abschließen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die tragende Struktur einer Kraftfahrzeugkarosserie hinsichtlich Ge­ wicht und Festigkeit zu optimieren und gleichzeitig ein fertigungstechnisch günstiges Herstellungsverfahren für die tragende Struktur mit einer neuen Verbindungstechnik zu entwickeln.

Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Patent­ ansprüchen angegebenen Merkmale gelöst. Weitere Ausgestal­ tungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Es hat sich gezeigt, daß durch eine gezielte Abstimmung der fertigungstechnischen Bedingungen auf die lokalen Festigkeitsanforderungen eine optimierte tragende Struktur für eine Kraftfahrzeugkarosserie hergestellt werden kann. Diese ist in ihrer Formgebung weitestgehend an die Konturen benachbarter Strukturelemente anpaßbar und entspricht in ihren Wandstärken dem durch die Steifigkeits- und Festigkeitsanforderungen gegebenen Mindestquerschnitt eines Leichtmetallprofils.

Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausfüh­ rungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 erfindungsgemäßes Blechprofil, hergestellt durch Rollformen.

Fig. 2 Vergleichsprofil zu Fig. 1, hergestellt durch Strangpressen.

Fig. 3 erfindungsgemäßen Blechprofil, hergestellt durch Rollformen mit zusätzlicher Schweißnaht.

Fig. 4 rollgeformtes Blechprofil mit gegenüber Fig. 1 vergrößertem Querschnitt und Versteifungs­ sicken.

Fig. 5 Vergleichsprofil zu Fig. 4 mit verfahrensbe­ dingten Innenstegen, hergestellt durch Strang­ pressen.

Fig. 6 rollgeformtes Blechprofil mit offenem An­ schlußende.

Fig. 7 Teilansicht einer tragenden Struktur für eine Kraftfahrzeugkarosserie.

Fig. 8 Perspektivische Ansicht der Rückseite eines Türholms mit Befestigungs- bzw. Montageöff­ nungen für Sicherheitsgurte, hergestellt nach dem Verfahren gem. Anspruch 4,

Fig. 9 perspektivische Ansicht eines gebogenen teil­ weise ausgeklinkten Blechprofils,

Fig. 10 Ansicht gemäß Fig. 9 mit zusätzlichem Verbin­ dungsteil.

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Blechprofil im Quer­ schnitt dargestellt, dessen Kontur durch Rollformen er­ zeugt wurde.

Die Blechkanten werden durch eine Bördelnaht 1 verbunden, so daß ein geschlossenes Hohlprofil entsteht. Es können Abschnitte für die Aufnahme und Befestigung von Anschluß­ teilen in die Außenkontur des Hohlprofils eingerollt wer­ den. So ist eine Anschlußnut 2 mit rechteckförmigen Quer­ schnitt und eine Anschlußnut 3 in Schwalbenschwanzform in zwei gegenüberliegenden Flächen des erfindungsgemäßen Hohlprofils eingeformt. Die Schwalbenschwanznut ist zur Aufnahme für einen Kulissenstein geeignet und fertigungs­ technisch günstig durch Rollformen herzustellen.

Um eine gute Steifigkeit des Profils zu erreichen, wurde das erfindungsgemäße Blechprofil mit zusätzlichen Verstei­ fungssicken 4a, 4b an den tragenden Außenbereichen A verse­ hen. Durch diese Rollformung ist es möglich, den gleichen Blechwerkstoff für das Hohlprofil wie auch für die daran zu befestigenden Anschlußteile zu verwenden. Dies hat den Vorteil, daß bei gleichen Blechdicken für das Anschlußteil und Hohlprofil eine Befestigung, z. B. durch Schweißen, wesentlich günstiger erfolgen kann als bei einem Strang­ preßprofil, bei dem sowohl die Zusammensetzung der Strang­ preßlegierung als auch die mechanischen Werte und die Profildickenabmessungen deutlich vom Blechwerkstoff der Anschlußteile abweichen.

Das Vergleichsprofil in Fig. 2 ist durch Strangpressen hergestellt und weist eine Wandstärke von 1,6 mm auf.

Bei dem dargestellten Strangpreßprofil stellt eine Wand­ stärke von ca. 1,6 mm den unteren Grenzwert dar, der bei diesem Profilquerschnitt und dem im KFZ-Bereich aus Steifigkeits- und Festigkeitsgründen erforderlichen Al-Werkstoffen preßtechnisch einsetzbar ist. Demgegenüber ist das erfindungsgemäße Blechprofil aus einem dünnen Band mit einer Dicke von 1,2 mm gefertigt worden. Durch die unterschiedlichen Material stärken ergibt sich ein erheblicher Gewichtsvorteil für das erfindungsgemäße Blechprofil.

Das erfindungsgemäße Blechprofil ermöglicht eine gute Anbindung an benachbarte Karosserieteile. So ist ein Ku­ lissenstein in einer Schwalbenschwanznut leicht gegen Verrutschen zu sichern, ebenso wie mit einer rechteckför­ migen Nut gemäß dem Vergleichsprofil nach Fig. 2. Mehrere Nuten lassen sich entgegen dem Strangpreßverfahren ohne zusätzlichen Aufwand beim Rollformen in den Fertigungsgang integrieren.

In Fig. 3 wird ein erfindungsgemäßes Blechprofil darge­ stellt, dessen Blechkanten durch eine Schweißnaht 5 in Längsrichtung verbunden sind. Dieses Blechprofil weist gegenüber der formschlüssig verbundenen Ausführung nach Fig. 1 eine erhöhte Steifigkeit, insbesondere bei schwin­ gender Belastung auf. Die Dicke des Blechprofils konnte deshalb bei gleicher Festigkeit wie die in Fig. 1 und 2 gezeigten Profile auf 1,0 mm gesenkt werden. Die aus dem Umfang herausragenden Verstärkungsrippen werden auch zur Befestigung weiterer Anschlußteil genutzt werden. Wegen der großen ebenen Auflagefläche 6,7 bietet sich insbeson­ dere eine kraftschlüssige Verbindung zu den benachbarten Profilen an.

In Fig. 4 ist ein allseits geschlossenes rollgeformtes Blechprofil mit einem gegenüber den in Fig. 1 bis 3 gezeigten Profile vergrößerten Querschnitt dargestellt. Durch geeignete Versteifungen an den tragenden Seitenflä­ chen kann die Wandstärke des Blechprofils zwischen 1,5 und 1,7 mm gehalten werden. Die Festigkeit der Bördelnaht wird durch eine zusätzliche Verklebung verbessert, wobei der Kleber auch als Beschichtung, auf das Blechteil aufge­ bracht sein kann.

Auch die in Fig. 4 dargestellte Profilform kann in längs­ nahtgeschweißter Ausführung gefertigt werden. Die Vorteile entsprechen den zu Fig. 3 angegebenen Werten.

Ein Vergleichprofil zu Fig. 4 zeigt die Darstellung nach Fig. 5, wobei aus verfahrenstechnischen Gründen und zur Vermeidung eines erhöhten Richtaufwandes das Strangpreß­ profil noch durch Innenstege 8, 9 versteift wurde. Die Wandstärke des Strangpreßprofils beträgt 2,2 mm, so daß insgesamt ein erheblicher Gewichtsvorteil bei dem erfin­ dungsgemäß durch Rollformen hergestellten Profil erzielt wird.

Ein nach unten offenes, durch Rollformen hergestelltes Blechprofil zeigt die Darstellung nach Fig. 6. In das offene Profil 10, dessen Wandstärke je nach Belastungsfall zwischen 1,5 bis 1,7 mm beträgt, wird von unten ein An­ schlußprofil 11 eingeschoben, das durch herkömmliche Ver­ bindungsarten befestigt werden kann. Es ist aber auch möglich, das Anschlußprofil in das rollgeformte Blechpro­ fil einzuklemmen, in der Weise, daß es in eine entspre­ chende Ausformung eingeschoben und anschließend durch Punktschweißen oder dgl. zu einem Hohlprofil mit hoher Steifigkeit fest verbunden wird. Hier bietet die erfin­ dungsgemäße Rollformtechnik zur Herstellung einer tragen­ den Struktur aus Leichtmetallprofilen erhebliche Vorteile gegenüber dem Strangpreßverfahren, bei dem offene Profil­ querschnitte nur mit vergrößerten Materialdicken herstell­ bar wären.

Ein Vergleich mit der eingangs erwähnten DE-A-40 14 385 zeigt ferner, daß bei der üblichen Strangpreßtechnik be­ sondere Vorkehrungen zum Anschluß von Türbolzen und ande­ ren Schloßteilen und Sicherheitsgurten notwendig sind, wie z. B. durch Ausfräsen oder Stanzen der Strangteile, in die ein Anschlußteil formbündig eingesetzt werden soll. Dies ist bei dem erfindungsgemäßen rollgeformten Blechteil nicht erforderlich, da hier schon vor dem Profilformen in das noch plane Aluminiumband Formstanzungen 19, Freistan­ zungen 20 und Löcher 21 für den Einbau- bzw. für die Be­ festigung von Funktionsteilen kostengünstig eingebracht werden können (siehe Fig. 8).

Eine Gesamtübersicht über die Anordnung der erfindungsge­ mäßen Teile zeit Fig. 7. Rollgeformte Blechprofile 12-15 können vorzugsweise in geraden Abschnitten der tragen­ den Struktur verwendet werden. Sie lassen sich aber auch in besonderen Biegevorrichtungen biegen, so daß unter Umständen ganz auf gesondert geformte Anschlußteile 16, 17 aus Guß- oder Preßwerkstoffen verzichtet werden kann.

Durch mechanische Bearbeitung an den Profilenden kann ein Anschlußraum geschaffen werden, in den die verbleibenden Blechenden - verformt zu je einer Anschlußecke - einge­ steckt werden. Dies sei anhand der Fig 9 und 10 näher erläutert:

Die Art der Verbindungstechnik zwischen den einzelnen Profilteilen kann beliebig gewählt werden. Besonders be­ währt haben sich Schweiß-, Kleb- und Clinchverbindungen, es lassen sich aber auch die beim Rollformen besonders aus fertigungstechnischen Gründen geeigneten mechanischen Verbindungsverfahren, wie Bördeln, Falzen, Sicken oder dgl. anwenden. Auch Kombinationen der bekannten Verbin­ dungsverfahren sind möglich, wobei sich hier insbesondere eine Kombination aus form- und kraftschlüssigen Verfahren bewährt hat, wie z. B. clinchen und Kleben, Bördeln und Kleben, Sicken und Kleben oder Punktschweißen und Kleben.

Das Profil 22 ist als Blechprofil längsnahtgeschweißt und an einem oder beiden Enden 23, 24 abgearbeitet bzw. ausge­ klinkt. Diese Profilenden werden nachträglich in einem Umformwerkzeug verformt bzw. gebogen. Hiermit entfallen die sonst zur Profilverbindung benötigen Guß- oder Blech­ knoten als Verbindungsteile. Fügetechnische Vorteile erge­ ben sich dadurch, daß nur eine Fügestelle 25 vorhanden ist. Hier kann das Blechprofil 26 mit gleichem Querschnitt angebunden bzw. angefügt werden. Ein geeignetes Fügever­ fahren ist z. B. das Schmelzschweißen, siehe Darstellung gemäß Fig. 10. Für dieses Fügeverfahren ergibt sich der Vorteil daraus, daß gleiche Blechwerkstoff und gleiche Banddicken der zu fügenden Einzelteile vorliegen. Das Fügeteil 26 kann natürlich ebenso ausgeformt werden, wie das gebogene Profilende, so daß dadurch ein größerer Ge­ samtbiegeradius entsteht.

Bei bestimmten Anwendungsfällen ist es möglich, die zu verbindenden Kanten bzw. Fügeteile durch Kleben zu ver­ schließen. Dieses ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn die Teile bereits lackiert sind, da die für die Ak­ tivierung des Haftklebers notwendige Temperatureinwirkung nicht die Qualität der Lackierung beeinträchtigt.

Claims (12)

1. Verfahren zur Herstellung einer Kraftfahrzeugkaros­ serie, deren tragende Struktur aus Leichtmetallpro­ filen gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aluminiumblech durch Rollformen zu einer tra­ genden Struktur geformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten des Aluminiumbleches durch Bördeln, Falzen und/oder Sicken formschlüssig zu einer Naht 1 verbunden werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumblech zu einem geschlossenen Hohlpro­ fil rollgeformt wird, wobei die Blechkanten durch Schweißen, Kleben und/oder Durchsetzfügen kraftschlüs­ sig verbunden werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Abschnitte des Aluminiumblechs für die Aufnahme von Funktionsteilen vor dem Rollformen ausge­ klinkt, ausgestanzt oder gelocht werden und das Blech anschließend zu einem Leichtmetallprofil mit Anschluß­ abschnitten rollgeformt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumblech lackiert und danach mit einer Haftfolie zumindest an den zu verbindenden Abschnitten ausgerüstet wird, die Abschnitte rollgeformt und unter Hitzeeinwirkung verbunden werden.

6. Kraftfahrzeugkarosserie, deren tragenden Struktur aus mindestens einem Leichtmetallprofil gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Leichtmetallprofil aus einem rollgeformten Aluminiumblech besteht, das an seinen tragenden Flä­ chen Rippen 6, 7, Nuten 2, 3 und/oder Sicken 4a, 4b zur Versteifung und/oder zur Verbindung mit Anschlußteilen aufweist.

7. Kraftfahrzeugkarosserie nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten des Aluminiumblechs längsnahtver­ schweißt und/oder verklebt sind.

8. Kraftfahrzeugkarosserie nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten des Aluminiumblechs zur Bildung eines Hohlprofils gebördelt, gefalzt und/oder durchsetzge­ fügt sind.

9. Kraftfahrzeugkarosserie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechdicke des Leichtmetallprofils und die Materialdicke der mit dem Profil verbundenen Anschluß­ teile 13-17 gleich ist.

10. Kraftfahrzeugkarosserie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumblech zumindest an den zu verbinden­ den Kanten mit einer Haftlack beschichtet ist.

11. Kraftfahrzeugkarosserie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilenden 22, 23 gebogen und/oder ausgeklinkt sind.

12. Kraftfahrzeugkarosserie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoßenden 23, 26 der geraden und der verformten Blechteile über eine Schweißnaht 25 verbunden sind.