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Dokumentenidentifikation DE10130404A1 23.01.2003
Titel Verfahren zum Tiefziehen eines Blechbauteils einer Kraftfahrzeugkarosserie
Anmelder Bayerische Motoren Werke AG, 80809 München, DE
Erfinder Besl, Bernd, 85244 Röhrmoos, DE
DE-Anmeldedatum 23.06.2001
DE-Aktenzeichen 10130404
Offenlegungstag 23.01.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.01.2003
IPC-Hauptklasse B21D 22/26
Zusammenfassung Den Einsatz von höherfesten Platinen trägt im Karosseriebau seit einigen Jahren zum Leichtbau bei. Höherfeste Platinen bzw. Stähle haben allerdings eine geringere Streckgrenze als normale Platinen. Beim Pressvorgang einer höherfesten Platine wird daher bereits bei beispielsweise geringen Umformwegen die Streckgrenze erreicht. Bei einer Verformung über die Streckgrenze hinaus zerreißt die höherfeste Platine. Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine möglichst leichte Kraftfahrzeugkarosserie zu schaffen.
Dazu dient folgendes Verfahren: Zuerst werden die beiden später an einen Stufensprung (4c, 18) angrenzenden Bereiche (1b, 2b, 14, 23) mit einem kontinuierlichen Übergangsbereich (3b, 19) dazwischen tiefgezogen. Danach wird der kontinuierliche Übergangsbereich (3b, 19) teilweise zur Flanke des eigentlichen Stufensprungs (18) und teilweise zu zumindest einem Abschnitt (6c, 23) eines angrenzenden Bereichs (2c, 23) umgeformt. Dadurch ist die Darstellung von Stufenstrüngen (4c, 18) in einer Größe in höherfesten Stahlblechbauteilen möglich, wie sie mit gängigen Herstellverfahren aufgrund des freien Überspannens der Platine während des Tiefziehvorgangs und des niedrigen Umformweges nicht möglich wären.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Tiefziehen eines Blechbauteils einer Kraftfahrzeugkarosserie und eine nach diesem Verfahren hergestellte Seitenwand einer Kraftfahrzeugkarosserie.

Seit vielen Jahren wird bestrebt, Fahrzeugkarosserien mit einem möglichst geringen Gewicht zu bauen, um die Fahrdynamik zu steigern und den Benzinverbrauch zu senken. Durch den Einsatz von höherfesten Platinen sind im Karosseriebau in den letzten Jahren bereits große Erfolge erzielt worden. Höherfeste Platinen bzw. Stähle haben allerdings einen geringeren maximal möglichen Umformweg als normale Platinen. Beim Pressvorgang einer höherfesten Platine wird daher bereits bei vergleichsweise geringen Umformwegen die Streckgrenze erreicht. Bei einer Verformung über die Streckgrenze hinaus zerreißt die höherfeste Platine.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine möglichst leichte Kraftfahrzeugkarosserie zu schaffen.

Das Problem wird durch das Verfahren zum Tiefziehen eines Blechbauteils aus höherfestem Stahl einer Kraftfahrzeugkarosserie nach Anspruch 1 und durch eine mit diesem Verfahren hergestellte Seitenwand einer Kraftfahrzeugkarosserie nach Anspruch 5 gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 1 ermöglicht die prozesssichere Herstellung von Stufensprüngen in Blechbauteilen aus höherfestem Stahl einer Kraftfahrzeugkarosserie durch folgende Schritte: Zuerst werden die beiden später an den Stufensprung angrenzenden Bereiche mit einem kontinuierlichen Übergangsbereich dazwischen tiefgezogen. Danach wird der kontinuierliche Übergangsbereich teilweise zur Flanke des eigentlichen Stufensprungs und teilweise zu zumindest einem Abschnitt eines angrenzenden Bereichs umgeformt. Dadurch ist die Darstellung von Stufensprüngen in einer Größe in höherfesten Stahlblechbauteilen möglich, wie sie mit gängigen Herstellverfahren aufgrund des freien Überspannens der Platine während des Tiefziehvorgangs und des niedrigen Umformweges nicht möglich, oder zumindest mit Oberflächenproblemen behaftet wären. Die erforderliche Längung der Platine im Bereich des Stufensprungs erfolgt im Gegensatz zum Stand der Technik nicht nur fast ausschließlich im Bereich der eigentlichen Flanke des späteren Stufensprungs, sondern über einen größeren kontinuierlichen Übergangsbereich. Aufgrund dieser Verteilung der Längung auf einen wesentlich größeren Bereich können deutlich größere Stufensprünge ohne negative Auswirkung auf die Oberflächengüte dargestellt werden, als dies bisher mit höherfesten Platinen der Fall war.

Der kontinuierliche Übergangsbereich bildet nach dem Umformen nicht nur den Stufensprung, sondern auch einen Abschnitt eines angrenzenden Bereichs. Der Knick zwischen dem kontinuierlichen Übergangsbereich und einem angrenzenden Bereich, die im ersten Schritt umgeformt wird, wird im zweiten Schritt beim Nachformen wieder in ihre ursprüngliche Form gebracht, da der Bereich des Knicks zwischen dem angrenzenden Bereich und dem zum angrenzenden Bereich hinzukommenden Abschnitt zum Liegen kommt.

Die beiden beschriebenen Verfahrensschritte können günstigerweise jeweils wiederum aus mehreren Einzelschritten bestehen. So kann beispielsweise das Tiefziehen im ersten Verfahrensschritt auf mehrere einzelne Tiefziehvorgänge verteilt erfolgen, die der Reihe nach ausgeführt werden. Auch kann beispielsweise ein Abkanten oder Beschneiden der Platine als ein Einzelschritt in einem der beiden Verfahrensschritte mitenthalten sein.

Dieses Verfahren ermöglicht mit seinen Weiterbildungen die Herstellung von Karosseriebauteilen aus höherfestem Stahlblech. Dadurch können dünnere und damit leichtere Platinen verwendet werden, ohne Einbußen bezüglich der Festigkeit oder Oberflächengüte in Kauf nehmen zu müssen.

Die erfindungsgemäße Seitenwand nach Anspruch 5 besteht aus höherfestem Stahl und kann aufgrund des bereits oben beschriebenen Verfahrens hergestellt werden, da unvermeidbare größere Stufensprünge nun auch in höherfestem Stahlblech darstellbar sind. Dies ist insbesondere für eine äußere Seitenwand vorteilhaft, da diese deutlich ausgeprägtere Stufensprünge aufweist, als eine innere Seitenwand.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen und werden anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das im folgenden näher beschrieben wird. Die einzelnen Figuren zeigen in schematischer Darstellungsweise:

Fig. 1 Teilschritte eines Tiefziehverfahrens gemäß des Stands der Technik,

Fig. 2 Teilschritte des erfindungsgemäßen Tiefziehverfahrens,

Fig. 3 einen Abschnitt einer erfindungsgemäßen äußeren Seitenwand im Bereich eines Dachseitenrahmens und einer B-Säule nach dem ersten Verfahrensschritt und

Fig. 4 den Abschnitt der äußeren Seitenwand von Fig. 3 nach dem zweiten Verfahrensschritt.

Fig. 1 zeigt unter a eine Rohplatine vor einem Tiefziehen gemäß des Stands der Technik. Der linke Bereich 1a und der rechte Bereich 2a sollen nach der Umformung an einen Stufensprung 4c angrenzen, der mittlere Bereich 3a soll die eigentliche Flanke 3c des Stufensprungs 4c bilden. Im Verfahrensschritt b erfolgt eine erste Umformung. Dabei wird der rechte Bereich 2b im Vergleich zum linken Bereich 1b bereits etwa zur Hälfte auf die Solltiefe abgesenkt. Der mittlere Bereich 3b, der die Flanke 3c des Stufensprungs 4c bilden wird, stellt einen Übergangsbereich zwischen linken Bereich 1b und bereits teilweise abgesenkten rechten Bereich 2b dar. Im zweiten Umformschritt c wird der rechte Bereich 2c auf Solltiefe umgeformt und der mittlere Bereich 3c bildet die fast senkrechte Flanke zwischen den beiden Bereichen 1c und 2c. Der Übergangsbereich 3b nach dem Verfahrensschritt b bildet nach dem Verfahrensschritt c dabei ausschließlich die Flanke 3c des Stufensprungs 4c. Die erforderliche Längung im Bereich der Flanke 3c erfolgt fast ausschließlich im mittleren Bereich 3a bzw. 3b. Dies führt dort zu einem lokal sehr hohen Umformgrad.

Beim erfindungsgemäßen Umformverfahren nach Fig. 2 dagegen entsteht aus dem Übergangsbereich 3b nach dem Verfahrensschritt c nicht nur die Flanke 5c des Stufensprungs 4c, sondern zusätzlich auch noch ein Abschnitt 6c des rechten Bereichs 2c. Dadurch verteilt sich die erforderliche Längung auf einen größeren mittleren Bereich 3a bzw. 3b. Der Umformgrad ist in diesem Bereich 3a bzw. 3b deutlich geringer, als bisher. Der Knick 7b der nach dem Verfahrensschritt b sich in der Platine zwischen rechten Bereich 2b und Übergangsbereich 3b befindet, wird dabei beim Umformschritt c wieder zurückgebogen, sodass ein durchgängiger, ebener rechter Bereich 2c entsteht. Dabei kommt der ehemalige Knick 7b an der Stelle 7c zwischen dem Abschnitt 6c des rechten Bereichs 2c und dem restlichen Bereich 2c zum liegen.

Alternativ hätte der Übergangsbereich 3b anstelle des Abschnitts 6c des rechten Bereichs 2c auch einen Abschnitt des linken Bereichs 1c bilden können. Denkbar wäre auch, dass aus dem Übergangsbereich 3b die Flanke 5c und ein Abschnitt des linken Bereichs 1c und des rechten Bereichs 2c entsteht.

In Fig. 3 ist eine erfindungsgemäße äußere Seitenwand 10 in einer perspektivischen Darstellung gezeigt, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. Zu sehen ist die äußere Seitenwand 10 im Bereich eines Dachseitenrahmens 11 und einer B-Säule 12. In Fahrtrichtung vor der B-Säule 12 befindet sich in der äußeren Seitenwand 10 ein Ausschnitt 13 für eine hier nicht dargestellte Fahrzeugtür. Der Ausschnitt 13 ist umlaufend durch einen Dichtungsflansch 14 begrenzt. In Fahrtrichtung hinter der B-Säule 12 befindet sich in der äußeren Seitenwand 10 ein Ausschnitt 15 für ein nicht gezeigtes Fahrzeugfenster. Auch dieser Ausschnitt 15 ist umlaufend durch einen Flansch 16 begrenzt, auf den beispielsweise der Klebstoff zum Einkleben der Scheibe aufgetragen werden kann. Der Flansch 14 für die Fahrzeugtür ist wesentlich tiefer als der Flansch 16 für das Fahrzeugfenster bezogen auf die Außenseite der B- Säule 12 angeordnet.

Die äußere Seitenwand 10 besteht aus einer höherfesten Stahlplatine. Höherfeste Stahlplatinen weisen gegenüber einer normalen Stahlplatine einen geringeren möglichen Umformweg auf, bevor sie ihre Streckgrenze erreichen und reißen. Besonders kritisch bei der Herstellung dieser äußeren Seitenwand 10 ist der Bereich des Auslaufs der B-Säule 12 am Dachseitenrahmen 11 in Fahrtrichtung gesehen nach vorne. Dort überlagern sich zwei Stufensprünge 17 und 18: Der erste Stufensprung 17 befindet sich zwischen Dachseitenrahmen 11 und Türflansch 14 im Bereich des Dachseitenrahmens 11. Der zweite Stufensprung 18 befindet sich zwischen dem Auslauf der B-Säule 12 entlang des Dachseitenrahmens 11 und ebenfalls dem Türflansch 14. Diese Überlagerung zweier Stufensprünge 17 und 18 erfordert zur Herstellung gemäß des Stands der Technik so große Umformwege, dass keine höherfesten Stahlplatinen verwendet werden können. Erst durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich.

Dazu wird in einem ersten Tiefziehschritt ein Übergangsbereich 19 gezogen, wie er in Fig. 4 gut erkennbar ist. Er ist als plane Fläche aufgespannt zwischen der Innenkante 20 des Türflanschs 14 für die Fahrzeugtür und einer Geraden 21, die in Verlängerung des auslaufenden Endes der B-Säule 12 im Bereich des Dachseitenrahmens 11 diagonal über ca. 150 mm in Fahrzeuglängsrichtung zur Außenkante 22 des Flanschs 14 für die Fahrzeugtür verläuft. Die plane Fläche 19 geht fließend in die B-Säule 12 über. Dadurch muss im ersten Tiefziehschritt nur der Stufensprung 17 zwischen Dachseitenrahmen 11 und Türflansch 14 dargestellt werden. Der zweite Stufensprung 18 wird im ersten Verfahrensschritt durch den sich aus der B-Säule 12 diagonal herausdrehenden Türflansch 14 nur vorbereitet. Erst im zweiten Umformschritt wird aus dem Übergangsbereich 19 der zweite Stufensprung 18 und ein Teil der Flanke 23 des daran angrenzenden ersten Stufensprungs 17 dargestellt. Die erforderliche lokale Längung der Platine verteilt sich hierbei auch auf den angrenzenden Bereich der Flanke 23 des ersten Stufensprungs 17.

Die nach dem ersten Tiefziehschritt entstandene Kante entlang der Geraden 21 wird im zweiten Umformschritt wieder zurückgebogen, sodass er am fertigen Bauteil praktisch nicht mehr erkennbar ist. Dadurch ist es möglich, auch Blechbauteile einer Karosserie aus höherfestem Stahlblech ohne negative Auswirkungen auf die Oberflächengüte herzustellen, die Umformwege erfordern, die bisher mit höherfestem Stahlblech nicht möglich waren.

Anstelle der hier gezeigten Ausführung an einer B-Säule ist auch eine Ausführung der Erfindung an einer C-Säule insbesondere bei Kombifahrzeugen möglich. Dann ist der vordere Ausschnitt in der äußeren Seitenwand für eine hintere Fahrzeugseitentür und der hintere Ausschnitt für ein seitliches Fahrzeugfenster im Kofferraumbereich vorgesehen.

Besonders geeignet sind höherfeste Stähle mit einer Streckgrenze zwischen 180 N /mm2 und 220 N/mm2. Die untere Grenze von 180 N/mm2 stellt die ausreichende Festigkeit sicher, sodass wirklich dünnere Bleche als bei normalen Stahlblechen eingesetzt werden können. Die obere Grenze von 220 N/mm2 dagegen stellt sicher, dass die erforderlichen Umformwege ohne Risse prozesssicher tiefgezogen werden können. Geeignet ist dafür beispielsweise das Stahlblech H180Y mit eingeschränkter Toleranz auf die oben genannten Grenzen.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Tiefziehen eines Blechbauteils (10) einer Kraftfahrzeugkarosserie, aus höherfestem Stahl und mit einem Stufensprung (4c, 18), wobei das Verfahren im Bereich des Stufensprungs (4c, 18) aus folgenden Schritten besteht:
    1. a) Tiefziehen von zwei später an den Stufensprung (4c, 18) angrenzenden Bereichen (1b, 2b, 14, 23) und von einem kontinuierlichen Übergangsbereich (3b, 19) zwischen den beiden Bereichen (1b, 2b, 14, 23) und
    2. b) Umformen des kontinuierlichen Übergangsbereichs (3b, 19) zur Flanke (5c) des eigentlichen Stufensprungs (4c, 18) und zu zumindest einem Abschnitt (6c, 23) eines angrenzenden Bereichs (2c, 23).
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Stoßstelle (7b, 21) zwischen dem kontinuierlichen Übergangsbereich (3b, 19) und einem angrenzenden Bereich (1b, 2b, 14, 23) im Schritt a) umgeformt wird, und im Schritt b) diese Umformung wieder rückgängig gemacht wird, indem die Stoßstelle (7b, 21) zwischen dem angrenzenden Bereich (2c, 23) und dem zum angrenzenden Bereich hinzukommenden Abschnitt (6c, 23) zum Liegen kommt.
  3. 3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schritte a) und/oder b) aus mindestens zwei Umformschritten bestehen können.
  4. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der kontinuierliche Übergangsbereich (3b, 19) eine plane Fläche ist.
  5. 5. Seitenwand (10) einer Kraftfahrzeugkarosserie, aus höherfestem Stahl, wobei die Seitenwand (10) mit einem der Verfahren aus Anspruch 1 bis 4 hergestellt ist.
  6. 6. Seitenwand nach Anspruch 5, wobei die Seitenwand (10) eine äußere Seitenwand der Kraftfahrzeugkarosserie ist.
  7. 7. Seitenwand nach Anspruch 6, wobei der Stufensprung im Bereich eines von der Seitenwand (10) gebildeten Abschnitts eines Dachseitenrahmens (11) zu einem von der Seitenwand (10) gebildeten Abschnitts einer Fahrzeugsäule (12) liegt.
  8. 8. Seitenwand nach Anspruch 7, wobei ein in Fahrtrichtung nach vorne an die Fahrzeugsäule (12) angrenzenden Ausschnitt (13) der äußeren Seitenwand (10) für eine Fahrzeugtür sowie ein nach hinten angrenzenden Ausschnitt (15) für ein Fahrzeugfenster vorgesehen ist, die je durch einen von der äußeren Seitenwand (10) gebildeten seitlichen Flansch (14, 16) begrenzt werden, wobei der Flansch (14) des Ausschnitts (13) für die Fahrzeugtür bezogen auf die Außenseite der Fahrzeugsäule (12) tiefer zurückversetzt ist, als der Flansch (16) des Ausschnitts (15) für das Fahrzeugfenster.
  9. 9. Seitenwand nach Anspruch 8, wobei die Flanke des Stufensprungs (18) sich zwischen dem am Dachseitenrahmen (11) nach vorne auslaufenden Ende der Fahrzeugsäule (12) und dem nach innen zurückversetzten Flansch (14) des Ausschnitts (13) für die Fahrzeugtür befindet.
  10. 10. Seitenwand nach Anspruch 9, wobei der kontinuierliche Übergangsbereich (19) eine zwischen der Innenkante (20) des Flanschs (14) für die Fahrzeugtür und einer Geraden (21) aufgespannte Fläche ist, wobei die Gerade (21) in Verlängerung des auslaufenden Endes der Fahrzeugsäule (12) im Bereich des Dachseitenrahmens (11) diagonal über eine bestimmte Länge in Fahrzeuglängsrichtung zur Außenkante (22) des Flanschs (14) für die Fahrzeugtür verläuft, und die Fläche (19) fließend in die Fahrzeugsäule (12) übergeht.
  11. 11. Seitenwand nach Anspruch 10, wobei die Gerade (21) sich über eine Länge von ca. 100 bis 200 mm in Fahrzeuglängsrichtung erstreckt.
  12. 12. Seitenwand nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei die Fahrzeugsäule (12) eine B-Säule ist.
  13. 13. Seitenwand nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei die Fahrzeugsäule (12) eine C-Säule ist.
  14. 14. Seitenwand nach Anspruch 6 bis 13, wobei der höherfeste Stahl eine Streckgrenze zwischen etwa 180 und 220 N/mm2 hat.
  15. 15. Seitenwand nach Anspruch 6 bis 14, wobei die Seitenwand aus H180Y mit eingeschränkter Toleranz besteht.






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