DE60222300T2

DE60222300T2 - Röhrenförmiger türbalken mit variabler dicke

Info

Publication number: DE60222300T2
Application number: DE60222300T
Authority: DE
Inventors: Rainer B. Nees; Melvin J. West Olive GUILES
Original assignee: Shape Corp
Current assignee: Shape Corp
Priority date: 2001-12-06
Filing date: 2002-11-06
Publication date: 2008-10-09
Anticipated expiration: 2022-11-07
Also published as: WO2003049962A1; CN1280119C; CN1516651A; ES2290354T3; AU2002359354B2; EP1461220A1; US20040148905A1; EP1461220B1; JP2005511395A; AU2002359354C1; US20030108706A1; DE60222300D1; US6915617B2; MXPA04003551A; CA2447992A1; US6722037B2; AU2002359354A1; CA2447992C

Description

Hintergrund der Erfindung
I. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Fahrzeugtürbalken.
II. Beschreibung des technischen Gebiets
Fahrzeugtürbalken werden im breiten Umfang in der Automobilindustrie verwendet, um die Aufprallfestigkeit von Fahrzeugtüren zu erhöhen und hierdurch die Sicherheit zu verbessern. Fahrzeughersteller möchten Fahrzeuge sicherer für Fahrzeuginsassen machen und den Brennstoffverbrauch verbessern. Deshalb müssen Türbalken eine Balance einhalten zwischen der Festigkeit, um einem Aufprall zu widerstehen, und einem verringerten Gewicht, um die Brennstoffeffektivität zu erhöhen.
Eine Methode der Erhöhung der Festigkeit des Balkens besteht darin, die Dicke des Materials zu erhöhen, aus dem der Balken hergestellt ist. Dies verbessert die Sicherheit der Fahrzeuginsassen, erhöht jedoch auch das Gewicht des Balkens, wodurch die Brennstoffeffektivität abnimmt.
Eine andere Technik zur Erhöhung der Balkenfestigkeit besteht darin, zusätzliche Verstärkungsstücke aus Metall dem Türbalken hinzu zu fügen, wie in dem US-Patent 5,277,467 , erteilt am 11. Januar 1994 für Klippel, und in der EP 0 952 020 A1 dargestellt ist. Diese Verstärkungen fügen dem Balken Gewicht hinzu. Die Verstärkungen erhöhen ferner die Komplexität, die Kosten, und sie erfordern Arbeit, um den Balken herzustellen.
Eine andere Technik zur Erhöhung der Balkenfestigkeit besteht darin, den Türbalken aus leichten, hochfesten Legierungen zu machen. Während die Legierungen relativ leicht sind, sind sie teuer herzustellen. Eine andere Technik zur Erhöhung der Balkenfestigkeit besteht darin, den ganzen Balken aus einem leichten Material wie Aluminium herzustellen, mit einem relativ dicken Querschnitt und Wanddicke. Diese Lösung eliminiert die meisten der Gewichtsersparnisse. Diese Balken sind ferner schwierig und teuer herzustellen, schwierig zwischen verschiedenen Türen anzupassen und schwer in enge Profiltüren einzusetzen.
Weitere Methoden enthalten das Herstellen des Türbalkens mit speziellen geometrischen Querschnitten wie Trapezen und Ellipsen, wie in dem US-Patent 6,020,039 , erteilt am 1. Februar 2000 für Cline et al., und in DE 197 56 459 A1 zu sehen ist. Andere Balken werden mit einem Verbundmaterial gefüllt in einem Versuch, die Aufprallfestigkeit zu verbessern. Alle diese Balken sind schwierig, teuer und zeitaufwändig herzustellen. Sie sind außerdem schwierig an verschiedene Türen von verschiedenen Ausführungen und Modellen von Fahrzeugen anzupassen.
Zusammenfassung der Erfindung
In einem ersten Aspekt sieht die vorliegende Erfindung einen Fahrzeugtürbalken (10) gemäß den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 vor.
Nach einem zweiten Aspekt sieht die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Fahrzeugtürbalkens (10) gemäß den technischen Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 4 vor.
Besondere Ausführungsformen der Erfindung sind in den Ansprüchen beschrieben.
Die oben erwähnten Probleme sind gemäß der vorliegenden Anmeldung vermieden, wobei ein einstückiger Türbalken aus einem durchgehenden Werkstoffsteg rollgeformt ist, der ein variierendes Dickenprofil über seine seitliche Ausdehnung hat. Spezieller hat ein Steg Material mit wenigstens zwei verschiedenen Dicken über seine Breite, und der Steg wird zu einer rohrförmigen Form rund gebogen und entlang der sich ergebenden Naht verschweißt.
Die vorliegende Erfindung hat eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber herkömmlichen Techniken. Zunächst hat der Balken dickere Wände, wo sie erforderlich sind, um die Sicherheit der Fahrzeuginsassen zu erhöhen, und dünnere Wände anderswo, um Gewicht zu sparen.
Zweitens kann der komplette Balken als ein einziges Stück ohne zusätzliche Stücke hergestellt werden, ohne teure Legierungen, Verbundfüllstoffe oder unübliche Querschnitte. Als Folge hiervon ist der Balken relativ arbeitseffektiv und billig, während er die notwendige Festigkeit und das gewünschte Gewicht bietet. Der Balken ist ferner leicht anzupassen zwischen Fahrzeugen durch Veränderung der Gesamtlänge der hergestellten rundbiege-geformten Segmente.
Diese und weitere Gegenstände, Vorteile und Merkmale der Erfindung sind besser verständlich und zu würdigen durch Bezug auf die detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen und die Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Darstellung, teilweise weg gebrochen, des Türbalkens, der in eine Tür eingebaut ist;
2 ist eine perspektivische Ansicht des Stegmaterials, das bei der Herstellung des Türbalkens verwendet wird;
3 ist ein Querschnitt durch einen Türbalken, der aus dem Stegmaterial in 2 hergestellt ist;
4 ist eine perspektivische Ansicht eines alternativen Stegmaterials, das bei der Herstellung eines Alternativ-Türbalkens verwendet wird;
5 ist ein Querschnitt durch den alternativen Türbalken, der aus dem Materialsteg in 4 hergestellt ist;
6 ist eine perspektivische Ansicht eines zweiten alternativen Materialstegs, der bei der Herstellung eines zweiten alternativen Türbalkens verwendet wird, der nicht in den Schutzumfang der Erfindung eingeschlossen ist;
7 ist ein Querschnitt durch den zweiten alternativen Türbalken, der aus dem Metallwerkstoff in 6 hergestellt ist;
8 ist eine perspektivische Ansicht eines dritten alternativen Materialstegs, der bei der Herstellung eines dritten alternativen Türbalkens verwendet wird, der nicht in den Schutzumfang der Erfindung fällt;
9 ist eine Endansicht des dritten alternativen Türbalkens, der aus dem Metallwerkstoff in 8 hergestellt ist;
10 ist eine perspektivische Ansicht eines vierten alternativen Materialstegs, der bei der Herstellung eines vierten alternativen Türbalkens verwendet wird, der nicht in den Schutzumfang der Erfindung fällt und
11 ist ein Längsschnitt durch einen rohrförmigen Balken, der aus dem Materialsteg in 10 hergestellt ist.
Detaillierte Beschreibung
Zum Zwecke der Offenbarung und nicht zur Beschränkung ist ein rohrförmiger Türrahmen, der gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung ausgebildet ist, in den 1 bis 3 dargestellt und allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet.
I. Konstruktion des Türbalkens
Der Türbalken 10 ist aus einem Materialsteg 40 geformt und enthält allgemein einen mittigen Bereich 20 und Endabschnitte 30. Der mittige Bereich 20 verbindet die Endabschnitte 30, die den Türbalken 10 in einer Tür 100 befestigen, wie in 1 gezeigt ist.
Der Materialsteg 40 enthält gegenüberliegende seitliche Randkanten 50, wie in den 2 und 4 dargestellt ist. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Materialsteg 40 aus Martinstahl hergestellt (d. h. Martinsite) wie Inland M220 Ultrahochfest-Niedriglegierungsstahl. Natürlich können andere Materialien verwendet werden, die die geeigneten Eigenschaften für die Leistungsanforderungen eines Türbalkens haben. Die Randkanten 50 sind allgemein linear und gleichmäßig voneinander beabstandet und erlauben es, dass der Materialsteg 40 eine gleichförmige Breite hat. Der Materialsteg 40 kann ein variierendes Dickenprofil haben, er wird jedoch im Zusammenhang mit der bevorzugten Ausführungsform als Materialsteg 40 beschrieben, der eine erste und eine zweite Dicke 42 und 44 hat, obwohl bei einigen Ausführungsformen mehr als zwei Dicken verwendet werden können (nicht dargestellt). Die Stelle der ersten und der zweiten Dicke 42 und 44 kann variieren, jedoch ist bei der bevorzugten Ausführungsform die zweite Dicke 44 annähernd mittig zwischen den Randkanten 50, wie in 2 dargestellt ist. Das Dickenprofil zwischen der ersten und zweiten Dicke 42 und 44 kann sich abrupt oder allmählich ändern. Der Typ der Änderung kann von der Stelle der ersten und der zweiten Dicke 42 und 44 abhängen. Der Typ der Änderung kann auch so gewählt werden, um sicher zu stellen, dass der Balken an jedem vorgegebenen Punkt nicht dicker ist als erforderlich, wodurch die optimale Balance zwischen Gewicht und Aufprallfestigkeit ermöglich ist.
Der Materialsteg 40 wird in eine rohrförmige Form gerollt und zu einem Türbalken 10 geformt. Ein Querschnitt der rohrförmigen Form enthält allgemein ein variierendes Dickenumfangsprofil, relativ proportional zu dem variierenden Dickenprofil des Materialstegs 40, der in die Rohrform gewalzt ist.
Der Materialsteg 40 wird allgemein in eine durchgehende rohrförmige Form rund gebogen, die dann zu dem Türbalken 10 geformt wird. Der Balken 10 enthält einen mittigen Abschnitt 20 und Endabschnitte 30. Bei einigen Ausführungsformen, die nicht in den Schutzbereich der Erfindung fallen, kann der Balken 10 ohne die Endabschnitte geformt sein.
Der geformte mittlere Abschnitt 20 enthält eine erste Dicke 22, die zweite Dicke 24 und vorzugsweise eine Naht 26. Die erste Dicke 22 und die zweite Dicke 24 sind die erste Dicke 42 und die zweite Dicke 44 des Materialstegs 40, der in die rohrförmige Form rundgebogen ist. Die erste Dicke 22 und die zweite Dicke 24 sind in den 3 und 5 so dargestellt, dass sie annähernd gegenüberliegend an den Türbalken 10 angeordnet sind, jedoch können sie nahezu überall an dem Balken mit variierender Dicke angeordnet sein. Die Anordnung der Dicken hängt von der Stelle der Dicken an dem Materialsteg 40 ab. Natürlich kann eine dritte Dicke und/oder zusätzliche zweite Dicke an dem Materialsteg proportional an dem Balken 10 auftreten.
Die Naht 26 kann überall an dem Balken 10 angeordnet sein, sie befindet sich aber für eine leichte Herstellung vorzugsweise etwa in der Mitte der ersten oder zweiten Dicke 22 und 24, wie in den 3 und 5 gezeigt ist. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Naht 26 eine geschweißte Naht.
Die Endabschnitte 30 sind üblicherweise Träger, die von den Enden des mittigen Abschnitts 20 geformt sind. Die Endabschnitte 30 sind allgemein auf dem Gebiet bekannt und können zu jeder Form oder Größe geformt sein, um an einer Vielzahl von Türen 100 befestigt zu werden. In einer Ausführungsform, die nicht in den Schutzumfang der Erfindung fällt, kann der Balken 10 auch ohne Endträger geformt sein (nicht dargestellt), beispielsweise als ein lang gestreckter mittiger Abschnitt 20, der an einer Tür 100 durch Klemmen, Befestigungsmittel, Schweißen oder andere Mittel befestigt ist. Zur leichten Herstellung können die Endabschnitte 30 auch die variierende Dicke enthalten. Die Dickenvariationen können auch die Festigkeit der Endträger 30 erhöhen, während sie Gewicht einsparen.
II. Herstellungsverfahren
Der Türbalken 10 beginnt als ein Materialsteg 40, der eine erste und eine zweite Dicke 42 und 44 hat, wie in den 2 und 4 zu sehen ist. In der bevorzugten Ausführungsform werden die erste und die zweite Dicke 42 und 44 geformt, während der Materialsteg 40 geformt wird. Natürlich kann die erste und die zweite Dicke 42 und 44 zu jeder anderen Zeit ausgebildet werden, bevor der Materialsteg 40 auf sich selbst zu der rohrförmigen Form geschlossen wird. Die erste und die zweite Dicke 42 und 44 können durch Walzen, Pressen oder jedes andere Verfahren geformt werden. In der bevorzugten Ausführungsform wird der Materialsteg 40 aus einer kontinuierlichen Materialbahn 40 in einen kontinuierlichen Balken geformt, auf Länge geschnitten und zu einzelnen Türbalken 10 geformt. Ein kontinuierlicher Materialsteg 40 kann auch in einzelne Metallrohlinge geformt werden (nicht dargestellt), und dann zu dem Türbalken 10 geformt werden, oder der Materialsteg kann aus einzelnen Metallrohlingen gemacht sein, die dann zu dem Türbalken 10 geformt werden.
Der Balken 10 wird dann entlang der Naht 26 geschweißt. Die bevorzugte Schweißvorrichtung ist eine Laserschweißvorrichtung, um eine hohe Schweißqualität zu erhalten, jedoch kann auch jede andere geeignete Schweißtechnik verwendet werden. Die Endträger 30 werden entweder geformt, bevor die Naht geschweißt wird, oder hinterher. Das Verfahren der Ausbildung der Endträger ist auf dem Gebiet allgemein bekannt. Die Endträger 30 können auch durch Schweißen, Befestigungsmittel oder andere Mittel angebracht werden.
III. Alternative Ausführungsformen
Die 4 und 5 zeigen eine erste alternative Ausführungsform der Erfindung von dem Materialsteg 40, und einen Querschnitt durch den Türbalken 10. Bei dieser alternativen Ausführungsform ist der Materialsteg 40 so geformt, dass er eine größere Dicke nahe den seitlichen Randkanten 50 anstatt in der Mitte hat. Deshalb verläuft die Naht 26 entlang des Bereichs der größeren Dicke.
Die 6 und 7 zeigen eine zweite alternative Ausführungsform des Türbalkens 10, die nicht in den Schutzumfang der Erfindung fällt. Bei dieser alternativen Ausführungsform enthält der Materialsteg 40 ein Basismaterial 48 mit wenigstens einem Metallstreifen 46, der nahe der Mitte des Basismaterials 48 befestigt ist. Das Basismaterial 48 bildet die erste Dicke 42. Die Kombination des Metallstreifens 46 und des Basismaterials 48 bildet die zweite Dicke 44. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Metallstreifen 46 durch Schweißen an dem Basismaterial 48 befestigt. Die Methode des Schweißens kann Laser, Widerstandsschweißen, Elektronenstrahl oder jedes andere geeignete Schweißmittel enthalten, um den Metallstreifen oder die Metallstreifen 46 an dem Basismaterial 48 zu befestigen. Zusätzliche Schweißpunkte 54 können hinzukommen, um die Metallstreifen 46 weiter zu befestigen, wie in den 6 und 8 zu sehen ist.
Die 8 und 9 zeigen eine dritte alternative Ausführungsform des Türbalkens 10, die nicht in den Schutzumfang der Erfindung fällt. Die dritte alternative Ausführungsform ist der zweiten alternativen Ausführungsform ähnlich mit der Ausnahme, dass die Metallstreifen 46 näher an jedem der seitlichen Ränder 50 angeordnet sind. Es ist offensichtlich, dass die Metallstreifen 46 natürlich überall auf dem Basismaterial 48 angeordnet sein können. Die aktuelle Anordnung der Metallstreifen 46 ist nicht kritisch, solange die Bereiche, die zusätzliche Dicke erfordern, so positioniert sind, dass sie die maximale Festigkeit gegen Aufprall bieten, wenn der Balken 10 der Tür 100 hinzugefügt ist. Diese Positionierung kann auch festgesetzt werden, wenn die Endträger 30 geformt sind, oder wenn der Balken in die Tür 100 eingebaut ist.
Die 10 und 11 zeigen eine vierte alternative Ausführungsform des Türbalkens 10, die nicht in den Schutzumfang der Erfindung fällt. Bei der vierten alternativen Ausführungsform ist ein Türbalken 10 mit einem hochfesten mittigen Abschnitt 20 und leichten Endabschnitten 30 geformt, wie in 11 zu sehen ist. Der Materialsteg 40 ist geformt, wie dies oben im Zusammenhang mit den bevorzugten Ausführungsformen diskutiert ist. Ein Unterschied besteht darin, dass der Materialsteg 40 bei der vierten alternativen Ausführungsform einen größeren Abstand zwischen den gegenüberliegenden seitlichen Randkanten hat als bei der bevorzugten Ausführungsform. Der Materialsteg 40 wird in Metallrohlinge 52 geschnitten, ungefähr senkrecht zu den gegenüberliegenden seitlichen Randkanten 50. Die Breite eines Metallrohlings 52 entspricht etwa dem Umfang des mittigen Abschnitts 20 des Türbalkens 10. Die Länge des Türbalkens 10 entspricht im wesentlichen der Breite zwischen den seitlichen Randkanten 50 des Materialstegs 40. Der Materialsteg 40 wird zu einem Türbalken rund gebogen, wie in 11 gezeigt ist.
Variationen der vierten alternativen Ausführungsform sind offensichtlich. Beispielsweise kann das Verändern der Proportionen der ersten und der zweiten Dicke 42 und 44 an dem Materialsteg 40 leicht die Proportionen des mittigen Abschnitts 20 und der Endträger 30 ändern. Wenn zudem der Materialsteg 40 wie bei der zweiten alternativen Ausführungsform geformt ist, bei der die zweite Dicke 44 nahe den Randkanten 50 angeordnet ist und die erste Dicke 42 sich nahe der Mitte befindet, kann der Balken 10 mit einem leichten mittigen Abschnitt 30 und mit hochfesten Endabschnitten 30 geformt sein.
Die vorliegende Erfindung kann angewendet werden, um eine breite und in der Tat grenzenlosen Vielfalt von leichten und dennoch hochfesten rohrförmigen Türbalken 10 zu schaffen, die nur soweit wie für eine Balance zwischen Festigkeit und Gewicht erforderlich verstärkt sind. Die vorliegende Erfindung führt zu einem verbesserten Türbalken 10, der mit niedrigen Kosten mit einer erhöhten Aufprallfestigkeit und einem verringerten Gewicht hergestellt ist.

Claims

Fahrzeugtürbalken (10) enthaltend: ein Rohr, das einen mittigen Abschnitt (20) enthält, der gegenüberliegende Enden hat, wobei der mittige Abschnitt (20) gegen sich selbst geschlossen ist und einen Querschnitt hat, der einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich aufweist, die unterschiedliche Dicken haben, wobei das Rohr aus einem verformbaren Steg (40) geformt ist, der gegenüberliegende seitliche Randkanten (50) hat, die an dem mittigen Abschnitt (20) zusammengefügt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Türbalken (10) ein einstückiger Fahrzeugtürbalken ist und ferner Endabschnitte (30) aufweist, die zur Befestigung an einer Tür geformt sind, wobei die Endabschnitte von den gegenüberliegenden Enden des mittigen Abschnitts geformt sind und wobei das Rohr aus einem verformbaren Steg (40) gebildet ist, der ein variierendes Dickenprofil zwischen den gegenüberliegenden seitlichen Randkanten (50) hat.
Türbalken nach Anspruch 1, wobei die gegenüberliegenden seitlichen Randkanten (50) des verformbaren Stegs (40) an dem Rohr zusammengefügt sind und eine Naht bilden.
Türbalken nach Anspruch 2, wobei die Naht geschweißt ist.
Verfahren zur Ausbildung eines Fahrzeugtürbalkens (10) mit folgenden Schritten: Vorrücken eines kontinuierlichen verformbaren Stegs (40), der gegenüberliegende seitliche Randkanten (50) hat und Rundbiegeformen des Stegs zu einem Rohr und zusammenfügen der seitlichen Randkanten (50) in einem mittigen Abschnitt (20); dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ein Verfahren zum Ausbilden eines einstückigen Fahrzeugtürrahmens ist und dass der kontinuierliche verformbare Steg (40) Bereiche unterschiedlicher Dicke quer über seine seitliche Ausdehnung zwischen den gegenüberliegenden seitlichen Randkanten (50) hat, und dass das Verfahren ferner einen Schritt des Formens von Endabschnitten (30) von den gegenüberliegenden Enden des mittigen Abschnitts (20) zur Befestigung an einer Tür aufweist.
Verfahren nach Anspruch 4, ferner enthaltend den Schritt des Schneidens des Rohres auf Länge.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Schritt des Zusammenfügens das Zusammenschweißen der gegenüberliegenden seitlichen Randkanten (50) enthält.
Verfahren nach jedem der Ansprüche 4, 5 oder 6, wobei der Schritt des Formens von Endabschnitten (30) das Formen von Endträgern enthält.