专利名称：立体框架结构形式的汽车的承载结构中的支柱的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种立体框架结构形式的汽车的承载结构，具有一包括纵梁和横梁的车顶框架和两侧的设置在汽车底板高度上的空心型材纵梁，以及具有空心型材形式的支柱，这些支柱将车顶框架的纵梁与底板侧的纵梁相连。
立体框架结构形式的汽车的承载结构具有许多梁和支柱，它们做成空心型材。在支柱的情况下存在各种不同的工艺，用以给空心型材赋予各种所希望的形状。由轧制型材形成支柱有这样的优点，即加工比较经济，其中可通过采用所谓的定制带材(Tailored Strips)使所用材料在其强度和品质方面适合使用者的规定。此外可以不花大的费用在型材内集成用于密封件的凸缘。但是在这些优点另一方面存在决定性的缺点，即用轧制工艺不可能得到可变的横截面。由此得出结论，不可能制造在现代汽车中典型的支柱延伸形状，其具有一对于汽车的撞击性能方面有利的在下部区域内大的横截面以及一从设计观点来看所希望的在窗边上方窄的横截面，例如B柱、C柱或D柱。
采用所谓的DAVEX型材(DAVEX-Profile)，即由两个相互对置的带和两个将所述带相连接的接条组成的空心型材，同样具备支柱可经济地制造的优点。此外从一开始就存在由制造工艺决定的多个用来安装密封件的凸缘。但是在这种型材中也存在沿着其长度横截面恒定不变的缺点。此外DAVEX型材只能在一定的最小材料厚度条件下进行制造，这造成从轻型结构的观点看不再能接受的支柱重量。
按照另一种已知的制造工艺方案，为了产生支柱，可以对一管状原始型材进行内高压成形加工。这里虽然可以有限制地制造出变横截面的支柱延伸形状，但是其中不得不造成在具有小的横截面的区域内、例如在窗边以上区域内过高的材料消耗量。这些多余的材料必须通过向内的卷边(压槽)来隐蔽，但是这带来支柱过大的总重量。支柱在支柱与沿汽车纵向分布的梁的连接区(接头区)内较剧烈的横截面变化在一个空心型材内不能通过内高压成形(Innenhochdruckumformen)产生。另一个缺点是，用于密封件的凸缘在一个附加工序中加设在空心型材上。最后从轻型结构的观点看，在内高压成形的空心型材上难以制造复杂造型的连接区。
因此本发明的目的是，创造一种立体框架结构形式的汽车的承载结构，它特别是在支柱区域内可以不用大的费用地与使用者规定的形状相适应，并且其特点是具有高的刚性和撞击安全性。
按照本发明，对于开头所述类型的承载结构，这个目的通过这样的方式实现，即承载结构的至少两个相对置的支柱，特别是B柱、C柱或D柱，由在其环周边缘处焊接的内高压成形的双板坯构成，其中环周边缘形成用于门和/或窗密封件(密封条)的凸缘，并且支柱的各相应的末端构造成与底板侧的纵梁和车顶框架的纵梁的形状相匹配的连接区，用以连接到底板侧的纵梁和车顶框架的纵梁上。
在本发明的承载结构中，设计成内高压成形双板坯的支柱在其造型方面具有很大的可变性。因此它可以按规定的形状进行制造，而不需要其他的成形工序。此外做成连接区的支柱末端可以方便地与车顶框架纵梁或底板侧的纵梁的形状及相对位置匹配。从而可以借助于高刚度的节点结构将支柱可靠地连接在承载结构上，这决定性地有助于整个承载结构的撞击安全性。
此外，用内高压成形为支柱的双板坯的环周边缘，提供了可以很好地利用的用于门和窗密封件的凸缘。凸缘可以用作密封件的止挡面，而它更适宜于安装密封件本身。
如果双板坯的两个板坯由不同的材料组成，那么可以达到承载结构更好的撞击安全性。例如构成支柱外侧的板坯可以由高强度钢组成。如果双板坯的两个板坯中的至少一个由一种定制坯料(TailoredBlank)组成，那么从撞击和轻型结构的观点看也是有利的。通过采用定制坯料可以按要求在特别是有撞击危险的区域内加强支柱的刚性，而在与撞击关系较小的区域内可以通过较小的壁厚减轻重量。
在本发明的承载结构中可以形成具有在其长度上变化的横截面的支柱，从而，如开头所述，支柱在下部，特别是有撞击危险的区域内具有大的横截面，而在上部区域，亦即在窗边以上具有一根据设计规定选得小的横截面。
按照本发明的结构设想，相应的至少一个支柱末端扩大。通过扩大的支柱末端可以在本发明的承载结构中产生体积大的、因此特别刚硬的节点结构。
支柱与承载结构的纵向分布的型材件连接的一种优良方式是，相应的至少一个支柱末端插入与它相配的底板侧的纵梁或车顶框架的纵梁中，并在那里支承在相应纵梁的对置的侧面上，特别是在那里形成的卷边上。这里支柱的插入端起到壁板的作用，从而特别是提高纵梁的扭转刚性。通过这种特别适合于支柱与底板侧的纵梁例如底板门坎连接的插入方案产生高刚度的节点结构，通过它保证在侧面撞击时承载结构有最佳的乘客保护。此外节点结构可以设计成这样，使得其撞击性能等同于一个撞击箱(碰撞吸能箱)，亦即通过一定的变形按要求卸去在撞击时造成的力。
按照本发明另一种结构设想，相应的至少一个支柱端被切边。通过合适的切边在这个支柱末端上产生凸缘，通过凸缘使支柱紧靠在承载结构的纵梁上，并且可以与它结合。这种类型的结合使得可以得到特别紧凑的节点结构，它特别适合于支柱上端与车顶框架纵梁的连接，并具有足够的刚性。切边的支柱末端适宜于紧贴在与它相配的底板侧的纵梁或车顶框架的纵梁的外侧上和至少另一个侧面上。由此防止在强烈侧面撞击时(此撞击例如导致焊缝或类似接缝的开裂)，支柱以其一端挤入汽车内腔而可能导致乘客受伤。通过这样的方式达到特别可靠的连接，即所述至少一个切边的支柱末端U形包围与它相配的纵梁。
下面借助于一个表示一实施例的附图详细说明本发明。附图表示
图1一由空心型材组成的具有一车顶框架、底板侧的纵梁和连接车顶框架与纵梁的支柱的立体框架结构形式的汽车承载结构，
图2a-c以两侧视图以及按图2a II-II的剖视图表示图1的承载结构的B柱，图3a，b以两侧视图表示用来将图2的B柱连接在图1的承载结构车顶框架的纵梁上的节点结构，图4a，b以两视图以及按图4a的IV-IV线的剖视图表示用来将图2的B柱连接在图1承载结构的底板侧的纵梁上的节点结构，图5a，b以两侧视图表示图1承载结构的D柱，图6a，b以两侧视图表示用来将图5的D柱连接在图1承载结构的车顶框架纵梁上的节点结构，图7a，b以两侧视图表示用来将图5的D柱连接在图1承载结构的底板侧的纵梁上的节点结构。
在图1中所示的由空心型材组成的承载结构包括一具有纵梁和横梁1a、1b的车顶框架1以及设置在汽车底板高度上的两侧的纵梁2a、2b。沿汽车纵向设置在中心的纵梁2a设计成底板门坎。纵梁2b从前面的保险杠一直延伸到承载结构的尾段。此外承载结构包括三对空心型材形式的支柱，亦即B柱3、C柱4，以及D柱5，其中B柱和C柱连接车顶框架1与纵梁2a，D柱5连接车顶框架1与纵梁2b。
以在图3至7中所示的B柱和D柱3，5为例，支柱3，4，5分别设计成在其环周边缘处焊接的内高压成形双板坯，其中环周边缘构成用于门和/或窗密封件的凸缘3c，5c。最好凸缘3c，5c本身安装密封件。当然对于-未详细画出的-C柱的环周边缘也一样。
图2中详细表示承载结构的B柱。通过内高压成形使双板坯的两个板坯成形为具有共同的环周边缘的一内壳3a和一外壳3b。支柱3的两个壳3a，3b最好由不同材料组成。例如B柱3的在撞击时受力特别大的外壳3b可以由高强度钢组成。壳3a、3b之一或两者也可以分别由定制坯料组成。从而在对撞击特别敏感的区域内结构可以加强，而在与撞击关系不大的区域内可以通过较小的壁厚减轻重量。
如特别是在图2b中所示，B柱3具有一在支柱3长度上变化的横截面。在其上端B柱3扩大并切边，形成一上连接区31。如在图3a和3b中详细表示的那样，B柱3在其上连接区31内由于切边而具有两个向上伸出的平行凸缘31a，它们U形包围车顶框架1(局部剖开表示)的纵梁1a，以使支柱连接在车顶框架1上，并与纵梁通过焊缝31b连接。由此在B柱和车顶框架1之间形成一非常紧凑和足够刚硬的连接节点。
如特别是由图2a可见，B柱3在其下端在一个尺寸上扩大，形成另一连接区32。图4a-c中表示B柱3在承载结构纵梁2a上的连接。据此B柱3以其下连接区32插入纵梁2a内，穿过在纵梁顶面上形成的开口21a。为了保证B柱3在纵梁2a内可靠的固定，纵梁在其两个侧面上分别具有两个上下设置的、沿纵梁2a纵向分布的压槽(卷边)22a。这里成对地相对置的压槽22a的位于内部的顶点相互离开这样的距离，使它们在两侧无间隙地紧贴在插入的B柱3的壳3a，3b上。在这些接触点处，B柱3通过焊缝32a与底板门坎2a牢固连接。这里焊缝32a最好用激光束通过纵梁2a的熔焊产生。
通过B柱3与纵梁2a按上述方式的连接，其中B柱插入纵梁2a的末端起到一壁板的作用，形成了高强度的节点结构，承载结构通过它在侧面撞击的情况下对汽车乘客提供高的安全性。
图5表示承载结构的D柱5。它同样具有一在支柱5长度上变化的横截面，并且和上述B柱3一样在其上端处扩大并切边，以形成一连接区51。如图6中详细表示的那样，D柱5在其上连接区51区域内在外壳5b处具有一朝上伸出的凸缘51a以及在内壳5a处具有一90°折弯的朝向汽车内腔方向的凸缘51b。两个凸缘51a，51b L形包围车顶框架1的局部示出的纵梁1a，并与它通过焊缝51c连接。
如图5和7所示，D柱5的下端扩大和局部切边，形成一下连接区52。具体来说，D柱5的内壳5a相对于外壳5b后缩切割，使得D柱5以其下连接区52 L形包围底板门坎2a。为了形成刚硬的连接节点，D柱5与纵梁2a通过焊缝52a牢固连接。
权利要求
1.立体框架结构形式的汽车的承载结构，具有一包括纵梁(1a)及横梁(1b)的车顶框架(1)和两侧的设置在汽车底板高度上的空心型材纵梁(2a，2b)，以及具有空心型材形式的支柱(3，4，5)，这些支柱将车顶框架(1)的纵梁(1a，1b)与底板侧的纵梁(2a，2b)相连，其特征为承载结构的至少两个相对置的支柱(3，4，5)，特别是B柱、C柱或D柱，由在其环周边缘处焊接的内高压成形的双板坯构成，其中环周边缘形成用于门和/或窗密封件的凸缘(3c，5c)，并且支柱(3，4，5)的各相应的末端设计成与底板侧的纵梁(2a，2b)和车顶框架(1)的纵梁(1a)的形状匹配的连接区(31，51，32，52)，用以连接到底板侧的纵梁(2a、2b)和车顶框架(1)的纵梁(1a)上。
2.按权利要求1的承载结构，其特征为凸缘(3c，5c)安装一密封件。
3.按权利要求1或2的承载结构，其特征为双板坯的两块板坯由不同的材料组成。
4.按权利要求1至3之任一项的承载结构，其特征为双板坯的两块板坯中的至少一块由定制坯料组成。
5.按权利要求1至4之任一项的承载结构，其特征为支柱(3，4，5)具有在其长度上变化的横截面。
6.按权利要求1至5之任一项的承载结构，其特征为相应的至少一个支柱末端是扩大的。
7.按权利要求1至6之任一项的承载结构，其特征为相应的至少一个支柱末端插入与其相配的底板侧的纵梁(2a，2b)或车顶框架(1)的纵梁(1a)内，并在那里支承在相应纵梁(2a，2b)的相对置的侧面上，特别是支承于在那里成形的卷边上。
8.按权利要求1至6之任一项的承载结构，其特征为相应的至少一个支柱末端是切边的。
9.按权利要求8的承载结构，其特征为所述至少一个切边的支柱末端紧贴在与它相配的底板侧的纵梁(2a，2b)或车顶框架(1)的纵梁(1a)的外侧和至少另一个侧面上。
10.按权利要求9的承载结构，其特征为所述至少一个切边的支柱末端U形包围与它相配的纵梁(2a，2b，1a)。
全文摘要
本发明涉及一种立体框架结构形式的汽车的承载结构，具有一包括纵梁(1a)和横梁(1b)的车顶框架(1)和两侧的设置在汽车底板高度上的空心型材纵梁(2a，2b)，以及具有空心型材形式的支柱(3，4，5)，这些支柱将车顶框架(1)的纵梁(1a，1b)与底板侧的纵梁(2a，2b)相连。此承载结构的特征是，承载结构的至少两个相对置的支柱(3，4，5)，特别是B柱、C柱或D柱，设计成在其环周边缘处焊接的、内高压成形的双板坯，其中环周边缘形成用于门和/或窗密封件的凸缘(3c，5c)，支柱(3，4，5)的各相应的末端设计成与底板侧的纵梁(2a，2b)和车顶框架(1)的纵梁(1a)的形状匹配的连接区(31，51，32，52)，用以连接到底板侧的纵梁(2a，2b)和车顶框架(1)的纵梁(1a)上。
文档编号B62D31/00GK1842461SQ200480024665
公开日2006年10月4日 申请日期2004年8月9日 优先权日2003年8月27日
发明者T·弗勒斯, A·格吕内克勒, B·奥斯布尔格, L·帕特贝格, S·施瓦茨 申请人:蒂森克虏伯钢铁股份公司