DE4026459A1 - Tuerverstaerkerrohr - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Türverstärkerrohr mit hoher Festigkeit, Zähigkeit und Verformungsarbeit als Aufprallträger zum Einbau in die Tür eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Personenkraftwagens.

Diese sogenannten Türverstärkerrohre dienen als Versteifung von Kraftfahrzeugtüren, die im Falle eines seitlichen Zusammenstoßes Aufprallenergie aufnehmen und in mechanische Arbeit umwandeln. Dadurch sollen die Fahrzeuginsassen gegen Verletzungen geschützt werden. Damit ein solches Türverstärkerrohr diese Sicherheitsfunktion übernehmen kann, müssen beispielsweise folgende Werte erfüllt werden.

Zugfestigkeit Rm mindestens 1100 N/qmm
Streckgrenze Rt mindestens 800 N/qmm
Bruchdehnung A5 mindestens 8% oder ein Arbeitsvermögen W-150
von mindestens 1900 Joule je nach Abmessung des Profils.

Diese Mindestanforderungen können je nach Spezifikation des Automobilherstellers niedriger oder höher liegen.

Das Arbeitsvermögen wird getestet, indem ein Türverstärkerrohr in einem 3-Punkt-Biegeversuch 150 mm weit durchgebogen wird. Dabei wird die aufgebrachte Kraft über den Biegeweg registriert und der Flächeninhalt unterhalb der Kurve ermittelt. Dieses Integral ergibt dann das gesuchte Arbeitsvermögen.

Zur Erzielung der geforderten Werte muß die verwendete Stahllegierung für das Türverstärkerrohr einerseits bestimmte Eigenschaften und andererseits das jeweilige Rohr einen bestimmten Querschnitt aufweisen.

Da das Türverstärkerrohr für den Einbau auch in Kleinwagen mit schmalen Türen geeignet sein soll, besteht die Forderung, das Rohr in seinen Umfangsmaßen möglichst klein zu halten. Des weiteren wird die Forderung erhoben, daß das Gesamtgewicht des Kraftfahrzeuges durch den Einbau der Türverstärkerrohre nur unwesentlich erhöht wird.

Ein Lösungsvorschlag in dieser Richtung ist der DE 37 28 476 zu entnehmen, bei dem durch Verwendung einer besonderen Stahllegierung die Werte für die Zugfestigkeit und Streckgrenze eines Türverstärkerrohres gegenüber dem genannten Stand der Technik erhöht sind. Als nachteilig muß bei diesem Vorschlag angesehen werden, daß die die Festigkeit steigernde Wirkung nur durch Zulegierung von teueren Elementen wie Nickel und Molybdän erreicht wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Türverstärkerrohr zu entwickeln, das bei Verwendung einer kostengünstigen Stahllegierung und bei Einhaltung der geforderten mechanischen Werte ein geringeres Gewicht aufweist.

Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteransprüchen festgelegt.

Bei dem vorgeschlagenen Türverstärkerrohr macht man sich die Erkenntnis zunutze, daß das Arbeitsvermögen unter anderem von der Größe des Widerstandsmomentes des Konstruktionsteiles abhängig ist. Da der Testversuch zur Ermittlung des Arbeitsvermögens in etwa der Beanspruchung eines frei aufliegenden Trägers mit mittig angreifender Last entspricht, liegt der gefährdete Querschnitt für das Versagen des Bauteiles in seiner Mitte. Entsprechend den bekannten Gleichungen für den statischen Biegeversuch bei einem als Rohr ausgebildeten Träger ist die Durchbiegung f umgekehrt proportional der vierten Potenz des äußeren Durchmessers mit einem Verkleinerungsfaktor in Abhängigkeit vom Verhältnis Durchmesser zu Wanddicke. Um diesen an sich bekannten Zusammenhang optimal im Hinblick auf das Türverstärkerrohr zu nutzen, wird vorgeschlagen, den gefährdeten mittleren Bereich des Türverstärkerrohres gezielt gegen Biegen und/oder Einknicken zu verstärken. Dazu wird vorgeschlagen, ein über eine bestimmte Länge sich erstreckendes außen aufgeschobenes und/oder innen eingeschobenes Rohrstück mit dem Grundrohr zu verbinden. Die Verbindung mit dem Grundrohr ist erforderlich, damit das verstärkende Teil lagemäßig auf dem Grundrohr fixiert ist. Man unterscheidet dabei stoffschlüssige (z. B. Kleben, Löten, Schweißen), formschlüssige (z. B. Nieten) oder kraftschlüssige (z. B. Schrumpfen) Verbindungen. Als Schweißtechniken bieten sich das Punkt-, Buckel-, Laser- oder Kondensatorentladungsschweißen an. Alternativ kann auch ein Schlitzrohr verwendet werden, das in seiner Abmessung so gewählt wird, daß beim Aufschieben auf das Grundrohr bzw. beim Einschieben in das Grundrohr eine Klemmwirkung erreicht wird und eine spezielle Lagebefestigung meistens nicht erforderlich ist. Um sicherzustellen, daß auch nach einem längeren Gebrauch es zu keiner Loslösung des Schlitzrohres kommt, ist es empfehlenswert, auch das Schlitzrohr zusätzlich form- oder stoffschlüssig zu fixieren. Dies gilt auch für die Variante eines aufgeschrumpften Rohrabschnittes.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Verstärkung als ein separater Abschnitt eines Rohres ausgebildet, das mit den beidseitig angrenzenden Abschnitten des Grundrohres verbunden ist. Die Angleichung der Wanddicken im Verbindungsbereich kann entweder durch Abstrecken der Enden des verdickten Abschnittes oder durch Anstauchen der Enden der Abschnitte des angrenzenden Grundrohres erfolgen. Als Verbindungstechnik bietet sich vorteilhafterweise das Reibschweißen an, da damit auch in einfacher Weise unterschiedliche Werkstoffe in kurzen Taktzeiten miteinander verbunden werden können.

Weiterbildend wird außerdem vorgeschlagen, die Verstärkung unmittelbar aus dem Grundrohr in Form eines in der Wand verdickten Abschnittes herzustellen. Dies hat den Vorteil, daß der Übergang vom Grundrohr in den verdickten Bereich kontinuierlich erfolgt und keine Querschnittssprünge auftreten. Im Hinblick auf eine Gewichtsoptimierung ist es besonders vorteilhaft, wenn das Grundrohr insgesamt als Träger gleicher Biegebeanspruchung ausgelegt ist unter der Annahme, daß eine Einzellast mittig angreift und eine bestimmte Durchbiegung zulässig ist. Diese Auslegung hat den Vorteil, daß in jeder Querschnittsebene nur die Wanddicke vorhanden ist, die für die Aufnahme der Last erforderlich ist. Solche über eine bestimmte Länge sich erstreckende Verdickung, unabhängig ob die Verdickung radial nach außen oder nach innen sich erstreckt bzw. gleichmäßig nach außen und nach innen verteilt ist, können über unterschiedliche Verfahrensweisen hergestellt werden. Eine der Möglichkeiten ist z. B. ein Ziehen mit Stufendorn (DE 30 21 482) oder eine spanlose Umformung wie Drücken, Rollen oder Hämmern (DE 36 10 481) und falls erforderlich in Kombination mit einer spanabhebenden Umformung. Der Vorteil der integralen Verdickung gegenüber den aufgeschobenen bzw. eingeschobenen Rohrstücken besteht darin, daß die Verstärkung im Hinblick auf das zulässige größte Außenmaß, das Gewicht des Bauteiles und die Größe des tragenden Querschnittes gezielt radial einmal mehr nach außen bzw. mehr nach innen verschoben werden kann und auch die Länge des verdickten Abschnittes frei wählbar ist.

Eine weitere Möglichkeit den mittleren Bereich des Grundrohres zu verstärken besteht darin, diesen mit einer ein- oder mehrlagigen Umwicklung zu versehen. Dies können Drähte oder Bänder aus Metall oder auch hochfeste Fasern aus Kunststoff wie z. B. Aramidfaser sein. Die letztgenannte Variante hat noch den Vorteil, daß damit erheblich an Gewicht eingespart wird und die Wickeltechnik sehr einfach ist. Die Verstärkungswirkung ist dann besonders groß, wenn die Drähte, Bänder oder Fasern unter Zug aufgewickelt werden. Bei den Kunststoffasern gibt es außerdem noch die Möglichkeit der Einbettung der Fasern in einer sie umhüllenden aushärtbaren Masse, wie z. B. Epoxyharz.

Alle genannten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Türverstärkerrohres haben den Vorteil, daß das Türverstärkerrohr nur in dem kritischen mittleren Bereich einen größeren Querschnitt aufweist, während in den angrenzenden Bereichen die Querschnitte geringer sind, so daß das Gesamtgewicht des Bauteiles geringer ist als vergleichbare Türverstärkerrohre. Die Verstärkung wird in fertigungstechnisch einfacher Weise erzielt ohne daß ein legierungstechnisch teurer Werkstoff verwendet werden muß und ohne daß aufwendige Fertigungsverfahren - wie beispielsweise eine zusätzliche Wärmebehandlung - erforderlich sind.

Die verstärkende Wirkung kann in der Weise noch weiter erhöht werden, wenn z. B. der Innenraum des verstärkten Bereiches ausgeschäumt wird. Stoffmischungen für solche verstärkende Ausschäumungen sind z. B. der US-PS 48 61 097 zu entnehmen. Alternativ kann im Innenraum des verstärkten Bereiches auch ein Versteifungselement wie z. B. eine Zugfeder oder eine um die neutrale Faser verdrilltes Stahlband angeordnet werden. Die letztgenannten Versteifungselemente legen sich schraubenlinienförmig an die Innenwand des verstärkten Bereiches an und erhöhen somit den Widerstand das gefährdeten mittleren Bereiches gegen Einknicken. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist das Versteifungselement ein rechteckiges Hohlprofil, dessen lange Seite in Stoßrichtung liegt.

Bei der Anordnung von Rohrstücken bzw. Schlitzrohrabschnitten ist ein weiterer vorteilhafter Aspekt zu beachten. Um die Werkstoffkosten für das gegenüber dem verstärkten Bereich sehr viel längere Grundrohr niedrig zu halten, kann ein einfacher handelsüblicher Stahl, wie z. B. St.52 verwendet werden. Um nun den gefährdeten mittleren Bereich gezielt zu verstärken, weist der auf- bzw. eingeschobene oder auch eingeschweißte Rohrabschnitt eine höhere Festigkeit und/oder Zähigkeit auf als das Grundrohr. Die besseren mechanischen Werte können durch die Wahl eines bestimmten Werkstoffes z. B. durch Zulegierung ausgesuchter Elemente oder durch eine Kombination einer gezielten Umformung in Verbindung mit einer bestimmten Wärmebehandlung erreicht werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Oberfläche des Rohrstückes z. B. durch Aufkohlen oder Aufsticken zu härten.

In der Zeichnung wird anhand einiger Ausführungsbeispiele das erfindungsgemäße Türverstärkerrohr näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 im Längsschnitt ein erstes Ausführungsbeispiel mit einem aufgeschobenen Außenrohr,

Fig. 2 im Längsschnitt ein zweites Ausführungsbeispiel mit einem eingeschobenen Innenrohr,

Fig. 3 im Längsschnitt einen Türverstärker mit integralem Verstärkungsabschnitt,

Fig. 4 wie Fig. 1 jedoch mit einem zusätzlichen Versteifungselement in Form eines Stahlbandes,

Fig. 5 im Querschnitt die Anordnung eines zusätzlichen Versteifungselementes in Form eines Rechteckhohlprofiles alternativ eines Stegbleches,

Fig. 6 wie Fig. 3 jedoch mit einem eingeschweißten Verstärkungsteil.

Fig. 1 zeigt in einem Längsschnitt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Türverstärkerrohres mit einem Grundrohr 1 und einem darauf aufgeschobenen Rohrabschnitt 2. Dieser aufgeschobene Rohrabschnitt 2 dient zur Verstärkung des mittleren Bereiches des Grundrohres 1. Die Art der Fixierung des aufgeschobenen Rohrabschnittes 2 wurde hier nicht dargestellt, da dies in der vorhergehenden Beschreibung ausführlich behandelt worden ist.

Eine Abwandlung von diesem Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 2 mit dem Unterschied, daß der verstärkende Rohrabschnitt 3 in das Grundrohr 1 eingeschoben ist. Eine weitere Variante ergibt sich dadurch, daß sowohl ein Außenrohr 2 aufgeschoben als auch ein Innenrohr 3 eingeschoben wird. Dieselben Möglichkeiten ergeben sich auch bei Anordnung eines klemmenden Schlitzrohres auf der Außen- und/oder Innenseite des Grundrohres 1.

Fig. 3 zeigt in einem Längsschnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem der verstärkte mittlere Abschnitt 4 integraler Bestandteil des Grundrohres 1 ist. Auf die Möglichkeiten der Herstellung eines solchen Abschnittes 4 ist in der vorhergehenden Beschreibung ausführlich eingegangen worden. Mit Hinweis auf Fig. 6 sei noch hinzugefügt, daß die Wandverdickung ebenso auch ganz oder teilweise nach innen gelegt sein kann.

Fig. 4 ist vergleichbar dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel nur mit dem Unterschied, daß in dem Innenraum des verstärkten Bereiches zusätzlich ein gewendeltes Stahlband 5 angeordnet ist. Dieses Stahlband 5 dient der weiteren Versteifung des mittleren Bereiches des Grundrohres 1.

Fig. 5 zeigt in einem Querschnitt die Anordnung eines rechteckigen Hohlprofilteiles 6, dessen lange Seite 7 in der Stoßrichtung 8 des zu erwartenden Aufpralles liegt. Das sich ergebende höhere Gewicht durch das zusätzlich angeordnete Versteifungselement ist relativ gering, da die Wanddicke des Versteifungselementes 6 gering gehalten werden kann. Alternativ ist auch die Anordnung eines Stegbleches 9 (hier gestrichelt dargestellt) möglich, das gewichtsmäßig sich noch günstiger verhält als das Hohlprofilteil 6.

In Fig. 6 ist vergleichbar wie in Fig. 3 ein verstärkendes Teil 12 angeordnet, das durch zwei Schweißnähte 10, 10′ mit den Grundrohrabschnitten 1, 1′ verbunden ist. Die Verbindungsnähte 10, 10′ können beispielsweise Nähte sein, die durch Reibschweißen entstanden sind. Die im Teil 12 eingetragene gestrichelte Linie 11 soll andeuten, daß alternativ die verstärkende Wanddicke auch ganz oder teilweise nach innen gelegt werden kann. Die Wandangleichung im Verbindungsbereich kann durch Verformung der Enden des verstärkenden Teiles 12 oder alternativ durch Anstauchung der Enden der beiden Grundrohrabschnitte 1, 1′ erfolgen.

Claims (15)

1. Türverstärkerrohr mit hoher Festigkeit, Zähigkeit und Verformungsarbeit als Aufprallträger zum Einbau in die Tür eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Personenkraftwagens, dadurch gekennzeichnet, daß das Türverstärkerrohr aus einem Grundrohr (1) besteht mit einem verstärkten Abschnitt (2, 3, 4, 12), der sich über eine bestimmte Länge im mittleren Bereich des Grundrohres (1) erstreckt.

2. Türverstärkerrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung ein Abschnitt eines Rohres ist, das als Außen (2)- und/oder Innenrohr (3) mit dem Grundrohr (1) verbunden ist.

3. Türverstärkerrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung ein Abschnitt eines Schlitzrohres ist, das außen und/oder innen mit dem Grundrohr (1) verbunden ist.

4. Türverstärkerrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung ein integraler Teil (4) des Grundrohres (1) ist, die nach beiden Seiten kontinuierlich in das Grundrohr (1) übergeht.

5. Türverstärkerrohr nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundrohr (1) als Träger gleicher Biegebeanspruchung ausgebildet ist.

6. Türverstärkerrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum des verstärkten Bereiches ausgeschäumt ist.

7. Türverstärkerrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß im Innenraum des verstärkten Bereiches ein Versteifungselement (5, 6, 7) angeordnet ist.

8. Türverstärkerrohr nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Versteifungselement eine Zugfeder ist.

9. Türverstärkerrohr nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Versteifungselement ein um die neutrale Faser verdrilltes Stahlband (5) ist.

10. Türverstärkerrohr nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Versteifungselement ein rechteckiges Hohlprofil (6) ist, dessen lange Seite in Stoßrichtung (8) liegt.

11. Türverstärkerrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung ein Abschnitt (12) eines Rohres ist, das mit den beidseitig angrenzenden Abschnitten (1, 1′) des Grundrohres verbunden ist.

12. Türverstärkerrohr nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung eine Reibschweißnaht (10, 10′) aufweist.

13. Türverstärkerrohr nach den Ansprüchen 2 oder 3 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohr (2, 3, 4, 12)- bzw. Schlitzrohrabschnitt eine höhere Festigkeit und/oder Zähigkeit als das Grundrohr (1) aufweist.

14. Türverstärkerrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung aus einer ein- oder mehrlagigen Umwicklung des Grundrohres (1) besteht.

15. Türverstärkerrohr nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwicklung eine unter Zug aufgewickelte Faser aufweist.