DE19720109A1 - Lightweight support for vehicles - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Leichtbauträger mit einem hohlprofilartigen Querschnitt für Fahrzeuge od. dgl., wie z. B. für Fahrgastzellen von Kraftwagens.The invention relates to a lightweight support with a hollow profile cross section for vehicles or the like, such e.g. B. for passenger compartments of motor vehicles.
Ein derartiges bekanntes Leichtbauprofil, welches nach Möglichkeit eine relativ hohe Energieaufnahmefähigkeit und einen großen Widerstand gegen äußere Kraftbelastungen aufwei sen sollte, besteht z. B. bei einem türinnenseitigen Seiten aufprall-Schutzprofil eines Kraftwagens aus einem strangge preßten Leichtmetall-Hohlprofil mit einem ovalisierten rechteckigen Profil-Hohlraum. Außerdem weist der bekannte Leichtbauträger an diametral gegenüberliegenden Außenflächen jeweils zwei im Abstand voneinander angeordnete randliche Profilrippen auf.Such a known lightweight profile, which according to Possibility of a relatively high energy absorption capacity and have a high resistance to external force loads should, z. B. with a door inside pages Impact protection profile of a motor vehicle from a strand pressed light metal hollow profile with an ovalized rectangular profile cavity. In addition, the known Lightweight beams on diametrically opposite outer surfaces two marginally spaced from each other Profile ribs on.
Ausgehend von dem vorbeschriebenen bekannten Leichtbau träger, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen mit verhältnismäßig einfachen Mitteln herstellbaren Leichtbauträ ger zu schaffen, welcher vielfältiger als bisher einsetzbar ist, außerdem ein wesentlich größeres Energieaufnahmevermögen pro eingesetzte Trägermasse gewährleistet und einen bela stungsoptimierten Widerstand gegen äußere Kraftbelastungen sichert. Schließlich soll der Leichtbauträger funktional op timal gestalt- und kostengünstiger als bisher fertigbar sein.Starting from the known lightweight construction described above carrier, the invention has for its object a relatively simple means to manufacture lightweight construction ger to create, which is more versatile than before is also a much larger energy absorption capacity guaranteed for each carrier mass used and a bela performance-optimized resistance to external force loads backs up. After all, the lightweight support is to be functionally op be timely design and less expensive to manufacture than before.
Entsprechend der Erfindung wird diese Aufgabe allgemein durch einen als Verbundträger ausgebildeten Leichtbauträger gelöst, welcher aus zwei gleichsinnig mit ihren Profilstegen ineinandergefügten und stets mit ihren Profilflanschen ineinanderliegenden Hutprofilen, einem inneren Hutprofil und einem äußeren Hutprofil, besteht, wobei die Profil-Steghöhe und/oder die Breite der Profilböden der beiden Hutprofile über die Axiallänge des Verbundträgers unterschiedlich sind.According to the invention, this object becomes general by means of a lightweight beam designed as a composite beam solved, which consists of two in the same direction with their profile webs interlocked and always with their profile flanges interlocking hat profiles, an inner hat profile and an outer hat profile, the profile web height and / or the width of the profile bottoms of the two hat profiles are different over the axial length of the composite beam.
Die Erfindung läßt Variationen zwischen den beiden fol genden hauptsächlichen Querschnittsformen zu:The invention allows variations between the two fol main cross-sectional shapes:
- 1. Die Steghöhen beider Hutprofile sind in einem Quer schnitt einer ersten axialen Länge so angepaßt, daß die bei den Hutprofile satt ineinanderliegen. Dabei liegen auch die beiden Profilböden aneinander, d. h., die profilbodenaußenflä che des inneren Profils liegt an der Profilbodeninnenfläche des äußeren Profils an. Ein derartiger Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Verbundträger ergibt ein verhältnismäßig geringes Biegewiderstandsmoment.1. The web heights of both hat profiles are in a cross cut a first axial length so that the at the hat profiles lie neatly one inside the other. The are also two profile floors together, d. that is, the profile floor outer surface surface of the inner profile lies on the inner surface of the profile floor of the outer profile. Such a cross section through the composite carrier according to the invention results in a relative low bending moment.
- 2. An einer anderen axialen Länge weist der erfindungs gemäße Verbundträger, bedingt durch unterschiedliche Profil-Steg höhen der beiden Einzelprofile, einen relativ großen Ab stand zwischen der Profilbodenaußenfläche des inneren Hutpro fils und der Profilbodeninnenfläche des äußeren Hutprofils auf. Bei diesem letztbeschriebenen Profilquerschnitt ergibt sich ein verhältnismäßig großes Biegewiderstandsmoment des Verbundträgers.2. At another axial length of the invention appropriate composite beams, due to different profile web heights of the two individual profiles, a relatively large Ab stood between the outer profile surface of the inner Hutpro fils and the profile floor inner surface of the outer hat profile on. With this last-described profile cross section results a relatively large bending moment of the Composite beam.
Außerdem kann das Biegewiderstandsmoment durch unter schiedliche Profilbodenbreiten und Biegeradien an den Einzel profilen verändert werden, was bei einer verhältnismäßig ge ringen Bodenbreite und relativ hohen Profilstegen ein ver hältnismäßig großes Biegewiderstandsmoment bezüglich der x-Achse bedeutet.In addition, the bending moment can be reduced by under different profile floor widths and bending radii on the individual Profiles are changed, which in a relatively ge wrestle floor width and relatively high profile webs a ver relatively large bending moment with respect to the x-axis means.
Auf diese Weise läßt die erfindungsgemäße Lehre, bezogen auf einen jeweiligen an einer bestimmten axialen Länge des Verbundträgers vorhandenen Querschnitt, ein gezielt bemes senes Biegewiderstandsmoment zu, womit das Energieaufnahme vermögen eines Leichtbauträgers über seine unterschiedlichen Querschnitte hinweg gewissermaßen gesteuert werden kann.In this way, the teaching according to the invention can be related to a particular at a certain axial length of the Composite beam existing cross-section, a targeted dimensioned senes bending moment, with which the energy consumption assets of a lightweight construction carrier through its different Cross sections can be controlled to a certain extent.
So hat die Erfindung auch die Möglichkeit geschaffen, z. B. einen beidendig eingespannten Leichtbauträger als Träger gleicher Biegesteifigkeit auszubilden. Das ist insbesondere dann der Fall, wenn sowohl die Profilbodenbreiten als auch die Profil-Steghöhen beider Einzelprofile des erfindungsge mäßen Verbundträgers zur Mitte des Leichtbauträgers hin sym metrisch zunehmen. Hierbei nimmt indessen die Profil-Steghöhe des äußeren Hutprofils in einem stärkeren Maße zu, so daß sich der Abstand zwischen den beiden Profilböden, d. h. die Höhe des zwischen den beiden Profilböden gebildeten Hohl raums, zur axialen Mitte des Verbundträgers hin vergrößert. So the invention also created the possibility e.g. B. a double-clamped lightweight structure as a carrier the same bending stiffness. That is special the case when both the profile floor widths and the profile web heights of both individual profiles of the fiction composite beam towards the middle of the lightweight beam sym increase metrically. Here, however, the profile web height increases of the outer hat profile to a greater extent, so that the distance between the two profile floors, d. H. the Height of the hollow formed between the two profile floors room, enlarged towards the axial center of the composite beam.
Mit der Erfindung ist die Möglichkeit geschaffen worden, die Masse eines Leichtbauträgers erheblich zu verringern. Zweckmäßig werden zur Herstellung des erfindungsgemäßen Ver bundträgers gepreßte Blechprofile aus kaltumformbarem Metall, insbesondere aus Stahl, eingesetzt.The invention has created the possibility of to significantly reduce the mass of a lightweight structure. Appropriately for the manufacture of the Ver pressed sheet metal profiles made of cold-formable metal, especially made of steel.
Weiterhin sieht die Erfindung zur Optimierung des ein zelnen Anwendungsfalles vor, die Profil stärken von Innen- und Außenprofil des erfindungsgemäßen Verbundträgers unterschied lich zu wählen. Ebenso können die Materialqualitäten, also die Festigkeitswerte von Innen- und Außenprofil, zur Optimie rung des Leichtbauträgers unterschiedlich sein.The invention further provides for the optimization of the individual use case, which strengthen the profile of interior and Difference outer profile of the composite beam according to the invention to choose. Likewise, the material qualities, so the strength values of the inner and outer profile, for optimization tion of the lightweight support can be different.
Eine höhere Steifigkeit des erfindungsgemäßen Verbund trägers kann auch dadurch erzielt werden, daß der zwischen den beiden Profilböden gebildete Hohlraum mit einem Formteil aus einem Werkstoff geringerer Dichte oder mit einem Werk stoff geringer Dichte ausgefüllt, z. B. ausgeschäumt, insbe sondere mit einem Metallschaum, ausgeschäumt wird. Ein Zusam mendrücken des Verbundträgers in Richtung der x-Achse und/oder y-Achse kann dadurch erschwert werden, daß der Raum zwischen den Profilsteginnenflächen und der Profilbodeninnen fläche des Innenprofils mit einem Werkstoff geringer spezifi scher Dichte ausgefüllt, z. B. ausgeschäumt, insbesondere mit einem Metallschaum, ausgeschäumt oder durch ein eingelegtes Formstück stabilisiert wird.A higher rigidity of the composite according to the invention carrier can also be achieved in that the between the cavity formed with two molded floors with a molded part from a lower density material or with a work Filled low density fabric, e.g. B. foamed, esp especially with a metal foam. Together press the composite beam in the direction of the x-axis and / or the y-axis can be complicated by the fact that the space between the inside of the profile web and the inside of the profile floor surface of the inner profile with a material of low specific filled in shear density, e.g. B. foamed, especially with a metal foam, foamed or by an inlaid Fitting is stabilized.
Die Grundstrukturen der erfindungsgemäßen Einzel-Hutpro file sind aus der Sicht der Fertigung als Stanz-, Biege-, Zieh- oder Prägeteile, die belastungsoptimiert konstruiert werden können, aufgebaut. Derartige Profile gestatten eine rationelle Fertigung. The basic structures of the individual Hutpro according to the invention from the point of view of production as punching, bending, Drawn or embossed parts, designed to be load-optimized can be built. Such profiles allow one rational manufacturing.
Der erfindungsgemäße Leichtbauträger ist an den Enden im wesentlichen frei gestaltbar, dieses zumal für den Fall, daß an eingespannten Enden im Übergang zur Struktur der Fahrzeug zelle die dort gegebenenfalls eingeleiteten Aufprallkräfte gegen Null gehen und die auftretenden Zugspannungen optimal in die Grundstruktur des Fahrzeuges eingeleitet werden kön nen.The lightweight support according to the invention is at the ends in essentially freely configurable, especially in the event that at clamped ends in the transition to the structure of the vehicle cell the impact forces which may be introduced there go to zero and the occurring tensile stresses optimal can be introduced into the basic structure of the vehicle nen.
Die Verbindung der Einzelträger untereinander erfolgt zweckmäßig durch bekannte Fügeverfahren, wobei vorrangig me chanische Fügeverfahren (Clinchen, Toxen, Durchsetzfügen und Stanznieten) oder thermische Fügeverfahren (Buckelschweißen, Punktschweißen etc.), zweckmäßig im Bereich der Profilflan sche, eingesetzt werden können.The connection between the single beams is done expediently by known joining methods, primarily me mechanical joining processes (clinching, toxen, clinching and Punch rivets) or thermal joining processes (projection welding, Spot welding etc.), useful in the area of the profile flange cal, can be used.
Weiterhin sieht die Erfindung vor, die Profilbereiche, insbesondere den Bodenbereich der Hutprofile, längssickenar tig auszubilden, um bei geringer Materialstärke die Steifig keit zusätzlich zu erhöhen. Auch das Maß bzw. die Höhe derar tiger Längssicken kann über die axiale Länge des erfindungs gemäßen Verbundträgers unterschiedlich sein, um dessen Festigkeitseigenschaften zu optimieren.Furthermore, the invention provides for the profile areas, especially the bottom area of the hat profiles, longitudinal beads tig to ensure the rigidity with low material thickness increase additionally. Also the measure or the height tiger longitudinal beads can over the axial length of the Invention according to the composite beam to be different Optimize strength properties.
Eine zusätzliche Festigkeit, die ein unbeabsichtigtes Aufklaffen des erfindungsgemäßen Verbundträgers verhindert, wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch erzielt, daß die Hohlseite des erfindungsgemäßen Verbundträgers durch eine außen auf den Flanschen des inneren Hutprofils auflie gende und dort befestigte Verstrebung überbrückt ist. Diese Verstrebung kann aus quer zur Profillängsachse (also in Rich tung x-Achse) verlaufenden Einzelstreben bestehen oder von einer durchgehenden Platte mit ausgestanzten Lochfeldern zur Verringerung der Masse gebildet sein.An additional strength that is an unintended Prevents gaping of the composite carrier according to the invention, is achieved in a further embodiment of the invention that the hollow side of the composite carrier according to the invention through one resting on the flanges of the inner hat profile the strut that is fastened there and bridged. This Bracing can be made transversely to the longitudinal axis of the profile (i.e. in Rich direction x-axis) extending individual struts or of a continuous plate with punched holes Mass reduction be formed.
In den Zeichnungen ist ein bevorzugtes Ausführungsbei spiel entsprechend der Erfindung unter Einbeziehung einiger Varianten dargestellt, es zeigtA preferred embodiment is shown in the drawings game according to the invention including some Variants shown, it shows
Fig. 1 eine Seitenansicht eines in hälftiger axialer Länge dargestellten Leichtbauträgers, Fig. 1 is a side view of a light shown in Developer owned half the axial length,
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Hohlseite des Leichtbau trägers entsprechend dem mit II bezeichneten Ansichts pfeil in Fig. 1, Fig. 2 is a plan view of the hollow side of the lightweight carrier corresponding to the designated II Ansichts arrow in Fig. 1,
Fig. 3-7 an unterschiedlichen Axiallängen erstellte un terschiedliche Profilquerschnitte, jeweils entsprechend den in Fig. 1 mit III-III bis VII-VII gekennzeichneten Einzelquerschnitten, Fig. 3-7 created at different axial lengths un terschiedliche profile cross-sections, respectively corresponding to the marked in Fig. 1 with III-III to VII-VII individual cross sections,
Fig. 8 einen Querschnitt durch eine Ausführungsvariante eines Leichtbauträgers und Fig. 8 shows a cross section through an embodiment of a light Developer and
Fig. 9-11 in vergrößerter Darstellung unterschiedliche Profilierungen von Profilböden entsprechend den in Fig. 8 mit IX, X und XI bezeichneten Einkreisungen. Fig. 9-11 in an enlarged view different profiles of profile floors according to the encirclements designated IX, X and XI in Fig. 8.
In den Zeichnungen ist ein Leichtbauträger insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.In the drawings, a lightweight support is generally designated by the reference number 10 .
Der Leichtbauträger 10, ein Verbundträger, ist aus zwei Einzelprofilen zusammengesetzt, und zwar aus einem äußeren Hutprofil 11 und aus einem inneren Hutprofil 12. Die beiden Profilflansche des äußeren Profils 11 sind mit 13, die beiden Profilstege des äußeren Profils 11 sind mit 14 und der Pro filboden des äußeren Profils 11 ist mit 15 bezeichnet. Analog hierzu weist das innere Profil zwei Profilflansche 16, zwei Profilstege 17 und einen Profilboden 18 auf.The lightweight support 10 , a composite support, is composed of two individual profiles, namely an outer hat profile 11 and an inner hat profile 12 . The two profile flanges of the outer profile 11 are connected to 13, the two profile webs of the outer profile 11 are connected to 14 and the Pro filboden of the outer profile 11 is denoted by 15 °. Analogously to this, the inner profile has two profile flanges 16 , two profile webs 17 and a profile base 18 .
In den Fig. 1 und 2 ist jeweils die axiale Hälfte eines Leichtbauträgers 10 gleicher Biegesteifigkeit dargestellt, den man sich gemäß der in Fig. 2 mit S bezeichneten Spiegel symmetrieebene zur linken Seite hin fortgesetzt denken muß. Ein derartiger Leichtbauträger 10 wäre bevorzugt als tür innenseitiger Aufprallschutz eines Kraftwagens einsetzbar. Die Ausbildung des in den Figuren dargestellten Leichtbauträ gers 10 gleicher Biegesteifigkeit ist besonders vorteilhaft, da der Leichtbauträger 10 an jeder Axialstelle im wesentli chen dasselbe Energieaufnahmevermögen erbringt, welches sich demnach über die gesamte Axiallänge zu einem relativ großen Wert addiert.In Figs. 1 and 2, the axial half of a light Developer each illustrate 10 the same bending stiffness, one must think the continued toward the left side in accordance with the mirror plane of symmetry designated in Fig. 2 with S. Such a lightweight support 10 would preferably be used as a door-side impact protection for a motor vehicle. The formation of the Leichtbauträ shown in FIGS gers 10 equal rigidity is particularly advantageous because of the lightweight support 10 provides surfaces on each axial location in wesentli the same energy absorption capacity, which thus adds to the entire axial length to a relatively large value.
Die Fig. 3-7 (s.a. Fig. 8) zeigen, daß die Profilsteg-Hö hen H14 und die Profilsteg-Höhen H17 von der Mitte M des einen Verbundträger darstellenden Leichtbauträgers 10 zum Einspannende E hin abnehmen. Hierbei nimmt die Höhe H17 des inneren Profils 12 in einem geringeren Maße ab als die jewei lige Höhe H14 des äußeren Profils 11, so daß der Abstand A zwischen der Profilbodeninnenfläche 19 des äußeren Profils 11 und der Profilbodenaußenfläche 20 des inneren Profils 12 von der Mitte M zum Einspannende E hin bis zu Null abnimmt. Der innere Hohlraum des Verbundprofils 10 zwischen der Profilbo deninnenfläche 19 und der Profilbodenaußenfläche 20 ist mit 21 bezeichnet. Dieser Hohlraum 21 kann mit einem die Steifig keit erhöhenden Schaum, beispielsweise mit einem metallischen Schaum 22, z. B. aus Aluminium, ausgefüllt sein. Ein Zusammen drücken des Verbundprofils in Richtung der x-Achse kann da durch erschwert werden, daß der Raum 31 zwischen den Profil steginnenflächen 29 und der Profilbodeninnenfläche 30 des Innenprofils 12 mit einem Werkstoff geringer spezifischer Dichte ausgefüllt, z. B. ausgeschäumt, insbesondere mit einem Metallschaum 28, ausgeschäumt wird. (. Sa 8) FIGS. 3-7 show that the profiled web HOE hen H14 and the profile web heights H17 of the center M of a composite beam representing light Developer 10 decrease towards the clamping end E. Here, the height H17 of the inner profile 12 decreases to a lesser extent than the respective height H14 of the outer profile 11 , so that the distance A between the inner profile surface 19 of the outer profile 11 and the outer profile surface 20 of the inner profile 12 from the center M. towards the clamping end E decreases to zero. The inner cavity of the composite profile 10 between the Profilbo inner surface 19 and the outer profile surface 20 is designated 21. This cavity 21 can with a speed increasing the stiffness, for example with a metallic foam 22 , for. B. made of aluminum. Pressing the composite profile together in the direction of the x-axis can be made more difficult by the fact that the space 31 between the profile inner surfaces 29 and the inner profile surface 30 of the inner profile 12 is filled with a material of low specific density, e.g. B. foamed, in particular with a metal foam 28 , is foamed.
Die Fig. 9-11 zeigen unterschiedlich ausgebildete, etwa sickenartige Längsprofilierungen 23, 24, 25 des jeweiligen Profilbodens 15/18. Durch diese Längsprofilierungen 23, 24, 25 wird die Biegesteifigkeit bezüglich der Längsachse Z des Verbundprofils 10 zusätzlich vergrößert. Art und Maß der Pro filierung können ebenfalls bezüglich der Optimierung der Bie gesteifigkeit des Verbundprofils 10 über die Axiallänge hin weg unterschiedlich sein. FIGS. 9-11 show different designs, such as bead-like longitudinal profiles 23, 24, 25 of the respective profile base 15/18. These longitudinal profiles 23 , 24 , 25 additionally increase the bending stiffness with respect to the longitudinal axis Z of the composite profile 10 . The type and extent of the filing can also differ with respect to the optimization of the bending stiffness of the composite profile 10 over the axial length.
Die Profilflansche 13, 16 der Einzelprofile 11, 12 sind bei 26 gemäß einer gängigen Fügetechnik, beispielsweise durch Punkt- oder Buckelverschweißung, miteinander verbunden. Um bei besonderen Anwendungsfällen ein Aufklaffen des Verbund profils 10 zu verhindern, kann eine in Fig. 8 gestrichelt eingetragene Querverstrebung 27 in die Verschweißung 26 ein bezogen sein. Die Querverstrebung 27 kann einzelstrebenartig partiell oder deckelartig als Platte durchgehend ausgebildet sein.The profile flanges 13 , 16 of the individual profiles 11 , 12 are connected to one another at 26 according to a common joining technique, for example by spot or projection welding. In order to prevent a gaping of the composite profile 10 in special applications, a cross brace 27 shown in dashed lines in FIG. 8 can be related to the weld 26 . The cross strut 27 can be designed as a single strut partially or like a cover as a continuous plate.
Die Profilbodenbreiten der Profilböden 15 und 18 sind mit B15 und B18 bezeichnet.The profile floor widths of the profile floors 15 and 18 are designated B15 and B18.
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