用于机动车辆的保险杠横梁及用于生产保险杠横梁的方法与流程

1.本发明涉及一种用于机动车辆的保险杠横梁以及一种用于生产保险杠横梁的方法。


背景技术：

2.提供一种用于机动车辆的改进的保险杠横梁以及一种用于生产保险杠横梁的改进的方法并且消除其它现有技术的缺点将是理想的和有利的。


技术实现要素：

3.根据本发明的一个方面，一种用于机动车辆的保险杠横梁由挤压成形的中空型材生产而成并且包含形成撞击侧的前侧、与所述前侧相对的后侧、被构造成用于连接至所述机动车辆的端部区域、在所述端部区域之间延伸并且朝向所述撞击侧弯曲的中心区域、以及将所述后侧和所述前侧连接并且各自具有突出的凸缘的顶侧和底侧，所述突出的凸缘通过分离切口与所述后侧分离，所述分离切口被构造成在所述端部区域之前终止，以使得所述凸缘在所述端部区域中与所述保险杠横梁连接。
4.当在说明书中使用时，术语“侧”涉及所述侧的相对于所述保险杠横梁的横截面的位置。一个侧可以具有渐变、斜面、凹陷或圆角并且不一定涉及直壁。关于“中空型材”，目前优选地使用具有矩形基底构造的中空型材。
5.根据本发明，所述挤压成形的中空件被切割成所需的长度并且形成用于生产保险杠横梁的起始结构。挤压成形的中空型材的凸缘有利地指向相反的方向、亦即指向上和指向下。端部区域可以具有外端部，所述外端部的尺寸被设置成突出超过与所述机动车辆的连接区域。所述保险杠横梁朝向所述撞击侧弯曲，而所述端部区域远离所述撞击侧弯曲。因此，从所述机动车辆的中部观察，所述保险杠横截面具有与所述机动车辆的轮廓和其它参数相对应的大致凹形轮廓。
6.根据本发明，所述凸缘在所述保险杠横梁的中心区域中通过分离切口与所述后壁分离。所述分离切口没有延伸过所述保险杠横梁的整个长度并且在所述端部区域之前终止。带有所述分离切口的保险杠横梁包含单件结构，所述单件结构具有所有的壁以及所述凸缘，所述壁和凸缘由原始的且普通的挤压工艺生产而成并且因此在由同一材料制成的一个部件中连接至彼此。
7.根据本发明的保险杠横梁提供更大的构造自由度，因为所述凸缘的如与所述后壁分离的区域在最终产品中可以具有与所述保险杠横梁的后壁不同的轮廓。有利地，由于所述分离切口和随后的成形操作，所述凸缘的分离区域与所述后壁的距离增加。结合所述保险杠横梁的朝向所述撞击侧的弓形曲率，建立具有两个平行弦的拱形，其中所述两个弦由所述凸缘的分离区域形成。结果，所述凸缘在所述中心区域中有利地笔直地且横向于车辆纵向轴线延伸，而所述保险杠横梁在所述中空型材的区域中弯曲。
8.所述横梁的由弦状凸缘形成的后部分能够吸收应力，所述应力在发生撞击的情况
下将所述横梁的前部分的端部推开。所述凸缘响应拉伸应力而所述保险杠横梁的前侧或撞击侧响应压力。由于所述凸缘的距所述后侧的距离增加，抵抗弯曲的截面模量增加，而不会使挤压成形的中空型材的总重量增加。因此，本发明提供一种教导，以使得能够由单个中空型材生产保险杠横梁，其中所述保险杠横梁具有前第一横梁和后第二横梁，而这两个横梁不需要通过额外的制造步骤相互连接。因此，可以以成本有效的方式进行整体生产。因此，根据本发明的保险杠横梁包含中心区域，其中这两个横梁中的一个在另一个后面。
9.根据本发明的另一个有利特征，所述凸缘可以具有前表面和后表面，其中所述凸缘的前表面或后表面在中心区域中彼此面对。有利地，所述后表面和前表面以平行关系延伸，其中所述凸缘在所述中心区域中围绕它们自身的纵向轴线弯曲，以使得一个凸缘的前表面或后表面面对另一个凸缘的前表面或后表面。在本文中，术语“彼此面对”应当被理解为前表面或后表面都限定小于90
°
的角度、特别地小于45
°
的角度。目前优选的是小于20
°
的角度。这些表面分别指向上和指向下，而相应的其它表面的表面法线相交。凸缘的成角度或扭转降低所述保险杠横梁的在所述中心区域中的结构高度，而不会不利地影响所述凸缘的加强特征。由于所述凸缘的部分分离、特别地由于成角度，为所述机动车辆的散热器形成额外的进气口选择。
10.所述凸缘的部分扭转和扭曲也实现了所述凸缘的缩短。这种缩短至少部分地补偿由于所述中空型材朝向所述撞击侧弯曲而引起的所述保险杠横梁的缩短。另外，所述凸缘的轮廓可以包含纵向延伸的弯曲，以进一步缩短总长度。
11.根据本发明的另一个有利特征，所述凸缘的前表面或后表面可以在所述中心区域中限定在
±
60
°
的范围内的角度、有利地在
±
40
°
的范围内的角度。目前优选的是在
±
20
°
的范围内的角度。对正负符号的引用在此应当被理解为所述凸缘具有指向所述中空型材或背离所述中空型材的分离切口边缘。
12.当然，在本发明的范围内，还可想到避免扭转所述凸缘或所述前表面和后表面。在这种情况下，所述凸缘或所述前表面和后表面对应于所述保险杠横梁的安装位置大致竖直地延伸。
13.所述中空型材的中心区域可以被拉伸、亦即它的长度可以增加，以便使所述凸缘处于拉伸应力下并且充当响应拉伸应力的系杆。
14.在不增加所述凸缘的在所述中空型材的后端部处的结构体积或重量的情况下，可以提供连接件，在所述中空型材被挤压成形时生产所述连接件。与多部件结构不同，在生产所述凸缘时不需要焊接操作。因此，根据本发明的保险杠横梁的生产变得显著地更具成本效益并且制造起来更快且更有效。
15.根据本发明的另一个有利特征，所述凸缘的前表面或后表面可以在所述中心区域中大致上平行于所述横梁的顶侧和底侧延伸、亦即大致上水平地延伸。有利地，所述凸缘的前表面或后表面被扭转90
°
。当在一个行程中实施分离切割和扭转操作时，由于材料的回弹，提供偏离90
°
的角度是可能的。
16.有利地，至少部分地在执行分离切割之前按时间顺序执行扭转操作。为此，可以使用单步执行成形和切割工具。该工具被构造成使得成形构件首先接触所述凸缘以扭转它们，然后切割构件在同一行程中用切割边缘执行分离切割，同时所述中空型材被支撑于所述后壁的区域中。
17.在所述中心区域中扭转分离的凸缘使得所述保险杠横梁的在所述中心区域中的高度小于所述保险杠横梁的在所述端部区域中的高度。所述凸缘在所述端部区域中承担连接所述保险杠横梁与所述机动车辆的任务。根据本发明的另一个有利特征，所述凸缘的后表面和所述后侧因此可以在所述端部区域中具有相同的取向、亦即大致上沿所述机动车辆的竖直方向定向。
18.根据本发明的另一个有利特征，过渡区域可以设置于所述中心区域与所述端部区域之间。所述凸缘的前表面和后表面的取向在所述过渡区域中改变。所述凸缘的前表面和后表面在所述过渡区域中可以具有这样的取向：该取向在所述过渡区域中渐进地扭曲60
°‑
90
°
、有利地扭曲70
°‑
90
°
。目前优选的是在所述过渡区域中将所述凸缘的前表面和后表面扭转80
°‑
90
°
。结果，所述凸缘的前表面和后表面彼此面对。渐进过渡应当被理解为与所述凸缘的方向的改变有关，所述方向的改变不是突然的，亦即方向的改变不是在非常短的长度部分之上实现的。以这种方式，消除引起变形的材料应力的存在。
19.根据本发明的另一个有利特征，所述过渡区域各自具有一定的长度并且所述凸缘各自具有一定的高度，其中所述过渡区域的长度至少相当于所述凸缘的高度的两倍。目前优选的是所述过渡区域的最小长度，所述最小长度是所述凸缘的高度的两至四倍。以这种方式，以螺旋曲率的形状实现平滑过渡。
20.所述凸缘可以成60
°‑
90
°
的角度、有利地成70
°‑
90
°
的角度。目前优选的是所述凸缘成80
°‑
90
°
的角度。至少部分地实现、有利地大致上实现所述凸缘的成角度，同时所述凸缘仍然连接至所述中空型材。在经历分离切割之后，所述结构部件的任何进一步的成形操作可以被彼此独立地实施。
21.根据本发明的另一个有利特征，所述分离切口可以延伸直至所述过渡区域。由于提供相对长的分离切口，所述凸缘可以被更容易地操作和弯曲。另外，不管所述凸缘的轮廓如何，长的分离切口使得所述中空型材的成形操作更简单。
22.所述中空型材在发生撞击的情况下吸收所述保险杠横梁的主应力。所述凸缘为所述中空型材提供支撑，并且考虑到所述长的分离切口，可以以目标方式相对于所述中空型材移动至期望的位置。
23.根据本发明的另一个有利特征，所述凸缘沿朝向所述撞击侧的方向可以被构造成具有曲率，所述曲率小于所述中空型材的朝向所述撞击侧的曲率。另外，有利地可以仅仅在短的长度部分中提供所述凸缘的弯曲，以使得所述凸缘的主要长度部分像弦一样笔直地延伸。因此，当从所述撞击侧观察时，所述凸缘在所述中心区域中与所述后侧相隔一定距离。该距离朝向所述端部区域渐进地减小。
24.根据本发明的另一个有利特征，所述距离可以在5mm至200mm的范围内。
25.所述凸缘的弯曲或所述弯曲的沿撞击方向的路线偏离所述中空型材的弯曲的路线，特别是在所述过渡区域中。有利地，所述中心区域被构造成使得所述中空型材和所述凸缘在特定的长度部分上大致上以平行关系延伸。沿撞击方向弯曲的保险杠横梁有利地在所述过渡区域中具有拥有更大弯曲度的区域，在所述过渡区域中所述凸缘也弯曲。所述横梁或中空型材的过渡区域有利地大于或长于所述凸缘的过渡区域。
26.根据本发明的另一个有利特征，所述凸缘可以具有分离切口边缘以及与所述分离切口边缘相对的自由边缘。目前优选的构造是，所述自由边缘在所述中心区域中背离所述
横梁的后侧。作为替代方案，也可想到首先在至少一个区域中使所述凸缘分离，然后在分离之后围绕纵向轴线扭转所述凸缘，以使得它们的自由边缘指向朝向所述撞击侧的方向，同时所述分离切口边缘向后弯曲。然而，出于制造原因，可能更有利的是向后扭转所述凸缘，以使得所述自由边缘指向所述机动车辆并且所述分离切口边缘指向朝向所述保险杠横梁的前侧的方向。当然，在本发明的范围内，还可以不同地扭转所述凸缘，以使得最终一个凸缘的后表面指向另一个凸缘的前表面。
27.根据本发明的另一个有利特征，所述中空型材可以被实施为具有至少一个腔室的周向封闭中空型材。所述中空型材还可以在它的内部中具有分离壁，以便实现多腔室型材。可以通过挤压工艺以成本有效的方式容易地实现所述中空型材的这样的加强。所述中空型材的内部结构可以完全独立于所述凸缘的构造来构造。
28.所述凸缘本身不构成中空型材。有利地，所述凸缘包含由挤压工艺确定的高度均匀的基本上平坦的幅材。通过压缩所述中空型材的至少一个区域，所述中空型材的高度或深度可以沿纵向方向变化。所述中空型材在生产之后可以有利地经历材料移除工艺，以便产生切割区域，例如以为牵引装置提供开口或者将所述中空型材与碰撞盒连接。
29.根据本发明的另一个方面，一种用于生产保险杠横梁的方法包含：使挤压成形的中空型材成形，所述挤压成形的中空型材具有中空的腔室以及上侧和下侧，所述上侧和下侧各自具有指向相反方向的凸缘；通过使冲压工具沿从所述中空型材的前侧至后侧的方向移动并且在所述中空型材的中心区域中使所述凸缘分离来部分地使所述凸缘分离；以及使所述中空型材的中心区域沿所述前侧的方向弯曲，以便增加所述凸缘在所述中心区域中距所述后侧的距离。
30.根据本发明，所述凸缘在所述中空型材的端部区域中保持与所述中空型材连接。
31.根据本发明的另一个有利特征，所述凸缘在所述中心区域中可以被成形为使得所述凸缘的前表面或后表面在所述中心区域中彼此面对。有利地，所述凸缘弯曲60
°‑
90
°
。所述可选的成形操作可以至少部分地在所述切割操作之前、有利地在上述60
°‑
90
°
的角度范围内实施。在已经执行分离之后，也可以继续所述成形操作。分离操作也可以代表可选的成形操作期间的中间步骤。有利地可以通过同一冲压工具在单个行程中执行可选的成形操作和分离操作。为此，使所述冲压工具运动经过所述凸缘的顶侧和底侧。所述冲压工具被操纵成使得它沿所述凸缘的方向从所述前侧运动，其中所述凸缘被沿行程方向向后扭转。当已经实施期望的扭转时，使所述冲压工具进一步移动，直至所述冲压工具的切割边缘作用于所述凸缘上，以使所述凸缘与所述中空型材的顶侧和底侧分离。在整个工艺期间，所述中空型材(包含所述凸缘)的端部区域被固定于适当位置中，以使得所述凸缘不会在该区域中发生变形。形成于所述凸缘的成形的中心区域与固定的端部区域之间的是过渡区域，在所述过渡区域中，所述凸缘螺旋地扭转大约60
°
至90
°
。在所述工艺的这种变型中，所述凸缘的前表面在经历成形操作之后指向外。如果希望提供应当指向内的前表面，则沿相反的方向执行成形操作，以使得所述凸缘的分离切口边缘背离所述中空型材的后侧。
32.在随后的制造步骤中，通过使端部沿撞击方向相对于所述中心区域移动来使所述中空型材弯曲。同时，调节所述凸缘的相对于所述后侧的端部位置，以使得所述自由边缘不会在后部突出超过所述端部区域，而是在所述中心区域中延伸于距所述端部区域一定距离处。最大距离可以为5mm至200mm、有利地为30mm至150mm。
33.根据本发明的另一个有利特征，所述中空型材可以在它的长度上被拉伸，以便张紧所述凸缘的暴露区域。所述端部最终可以被修整并且设置有用于附接至机动车辆的开口。保险杠横梁可以进一步经历校准步骤以呈现它的期望的形状。
附图说明
34.通过参考附图阅读对本发明的当前优选的示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征和优点将变得更明显，其中：
35.图1为用于生产根据本发明的保险杠横梁的中空型材的一个实施例的立体图；
36.图2为所述中空型材的在其凸缘成形时的立体图；
37.图3为所述中空型材的在其凸缘继续成形并且经历分离切割时的立体图；
38.图4为所述中空型材的立体图，其中描绘处于进一步的成形状态中的部分地分离的凸缘；
39.图5为所述中空型材的立体图，其中描述处于进一步的成形状态中的部分地分离的凸缘；
40.图6为经历弯曲操作的中空型材的立体图；
41.图7为在经历弯曲操作之后的中空型材的立体图；
42.图8为所述中空型材的在修整它的端部之前的横截面立体图；
43.图9为在所述端部已经被修整之后的成品保险杠横梁的顶视图；
44.图10为图1的中空型材的在经历成形操作之前的横截面；
45.图11为用于生产根据本发明的保险杠横梁的中空型材的另一个实施例的横截面；
46.图12为具有不同的成形凸缘的成品保险杠横梁的顶视图；
47.图13a为具有面对的后表面的保险杠横梁的中心区域的横截面；
48.图13b为具有面对的前表面的保险杠横梁的中心区域的横截面；
49.图14为根据本发明的保险杠横梁的顶视图；
50.图14a为图14的保险杠横梁的、沿着图14中的截面线i-i截取的横截面；以及
51.图14b为图14的保险杠横梁的、沿着图14中的截面线ii-ii截取的横截面。
具体实施方式
52.在所有附图中，相同的或相对应的元件通常可以由相同的附图标记表示。所描绘的这些实施例应当被理解为对本发明的示例说明，而不以任何方式进行限制。还应当理解的是，附图不一定是按比例的，并且实施例可以通过图形符号、假想线、图解表示和局部视图来示例说明。在某些情况下，可能已经省略了对于理解本发明不必要的细节或者使得其它细节难以理解的细节。
53.现在转到附图，特别是图1，示出用于生产根据本发明的保险杠横梁的中空型材的一个实施例的立体图，所述中空型材通常由附图标记1表示。作为半成品的中空型材1具有两个腔室并且由铝合金制成。中空型材1通过挤压生产而成并且被切割成期望的尺寸。
54.中空型材1以及由中空型材1生产而成的保险杠横梁具有前侧2，所述前侧2在图1的绘图平面中处于顶部并且代表撞击侧。相对于机动车辆坐标系，x轴指向上方，y轴在绘图平面中指向右，并且z轴在绘图平面中指向左。中空型材1具有后侧3，因此所述后侧3在绘图
平面中处于下方。观察者看到底侧5，而顶侧4背离后侧3。上凸缘6和下凸缘7位于后侧3的平面中，并且垂直于顶侧4和底侧5延伸超过顶侧4和底侧5。凸缘6、7各自为平直的并且相反地布置。
55.为了由中空型材1生产保险杠横梁，在中心区域11中使凸缘6、7成形。以未更详细示出的方式，使成形工具沿如箭头a所示的撞击方向运动经过顶侧4和底侧5，以便使凸缘6、7向下和向后成形，如图2中所示，同时凸缘6、7在成形操作期间在端部区域8、9中固定于适当位置中。为了简单起见，图2仅仅描绘与处于下面的凸缘7相关的成形操作。本领域技术人员将理解的是，处于上面的凸缘6经历相同的成形操作。
56.图3示出成形操作期间的另一个方法步骤，其中执行分离切口10以使凸缘6、7与中空型材1部分地分离。分离切口10沿纵向方向(y方向)延伸并且紧邻顶侧4和底侧5。同时，凸缘6、7在中心区域11中经历进一步的成形操作，如图4中所示。在该连续的成形操作期间，使已经在中心区域11中分离的凸缘7弯转几乎90
°
。在相对的端部上邻接中心区域11的是过渡区域12、13，其中凸缘6、7在几乎90
°
的角度上呈现螺旋形形状。凸缘7的分离切口边缘14在绘图平面中指向上、亦即朝向前侧2，而凸缘7的自由边缘15背离前侧2。
57.图5示出在经历上述成形操作之后并且在使中空型材1成形之前的凸缘7。图6示出正在经历弯曲操作的中空型材1，其中使中空型材1朝向撞击侧以拱形方式弯曲、亦即在绘图平面中向上弯曲。结果，凸缘6、7与中空型材1的后侧3之间的距离在中心区域11中增加、亦即在已经构成分离切口10的地方增加。图7示出在经历弯曲操作之后并且在弯曲操作之后修整端部之前的最终状态。端部区域8、9构成中空型材1的最后的区域，以使得凸缘6、7的中心区域11不会向后突出超过端部区域8、9。
58.图8为成形的中空型材或保险杠横梁1的横截面立体图。显而易见的，凸缘6、7在中心区域11中具有这样的位置，在该位置中，它们的后表面16、17彼此面对。后表面16、17即使不是完全成90
°
的角度，但是仍然成大于80
°
的角度。两个凸缘6、7因此有效地以平行关系延伸。凸缘6、7在过渡区域13中螺旋地弯曲并且在端部区域9中再次相对于后侧3大致平行地延伸。在该区域处，凸缘6、7可以附接至碰撞盒，所述碰撞盒在此没有被更详细地示出。图8中所示的端部区域8、9仍然必须经历修整操作。由此生产的保险杠横梁1然后可以被校准并且经历材料移除操作，例如冲压、切割操作，以将该结构连接至机动车辆。凸缘6、7至后侧3的最大距离d1为5mm-200mm。
59.图9的顶视图示出成品保险杠横梁1的最终轮廓。根据本发明的保险杠横梁1的特别的优点是，具有面对的后表面16、17或面对的前表面18、19的凸缘6、7在中心区域11中具有的功能与端部区域8、9中的功能不同。凸缘6、7在端部区域8、9中指向上和指向下并且具有容许保险杠横梁1安装至机动车辆的功能，而凸缘6、7在中心区域11中与中空型材1分离，从而具有在第一横梁后面的第二横梁的功能或弧形的弦的功能。凸缘6、7充当端部区域8、9之间的支架，并且增加整个保险杠横梁1的抵抗由撞击引起的变形的截面模量。另外，可以使用简单的成形操作来通过单个制造步骤生产凸缘6、7，而不需要接合操作并且不会增加挤压成形的中空型材或成品保险杠横梁1的总重量。
60.凸缘6、7具有一致的高度h1(图8)。凸缘6、7在过渡区域12、13中的扭曲不会引起不利的微观结构改变，并且甚至能够影响这些区域中的应变硬化。如图8中所示，过渡区域12、13具有长度l1，所述长度l1相当于下凸缘7的高度h1的大约两倍或三倍。处于上面的凸缘6
可以具有不同于处于下面的凸缘7的高度h1的高度。
61.以未更详细示出的方式，分离切口10延伸直至过渡区域12、13。如根据图9显而易见的，凸缘6、7的过渡区域12、13比中空型材1的过渡区域20、21短。相应地，相对于凸缘6、7的中心区域11大于中空型材1的中心区域22。在中心区域11、22重叠的区域中，凸缘6、7相对于中空型材1以平行关系延伸。由于中空型材1的弯曲程度比凸缘6、7大，所以中空型材1的过渡区域20、21更宽。结果，与分离切口边缘14相对的自由边缘15在相应的中心区域11、22中背离中空型材(或成品保险杠横梁)的后侧3，但是在中空型材1的中心区域22中也比在凸缘6、7的过渡区域12、13中以显著地更大的距离与后侧3相间隔。
62.图10示出中空型材1的横截面，而图11示出用于生产根据本发明的保险杠横梁的中空型材的另一个实施例的横截面，所述中空型材通常由附图标记100表示。显而易见的，中空型材1、100包含具有不同的拐角构造的多腔室设计。例如，中空型材1、100具有两个腔室。凸缘6、7与后侧3位于一个平面中并且分别从顶侧4和底侧5垂直地延伸。
63.图12示出成品保险杠横梁1的变型的顶视图。与图9中的部分相对应的部分由相同的附图标记表示并且不再被解释说明。下面的描述将集中于实施例之间的差异。在该实施例中，凸缘6、7被定向成使得在中心区域11中，它们的前表面18、19指向彼此并且它们的后表面16、17指向外。
64.图13a和13b示出保险杠横梁1的两种构造的横截面。当前表面18、19彼此面对时，凸缘6、7限定角度w，所述角度w为正的 w，当后表面16、17彼此面对时，凸缘6、7限定角度w，所述角度w为负的-w。角度w大于60
°
。
65.图14为根据本发明的保险杠横梁1的顶视图，其中凸缘6、7尚未被围绕它们的纵向轴线扭曲。如从图14a(图14a为沿着图14中的截面线i-i截取的截面)可以看到的，凸缘6、7在中心区域11中具有与在端部区域8、9中相同的取向。图14b(图14b为沿着图14中的截面线ii-ii截取的截面)示例说明在中心区域11中凸缘6、7与后侧3之间的最大距离d1。中空型材1为弯曲的并且可以被通过合适的成形操作拉伸，以使得凸缘6、7在中心区域11中被拉伸。
66.虽然已经结合详细示出和描述的当前优选的实施例示例说明和描述了本发明，但是本发明不限于所示的细节，因为在不以任何方式脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种修改和结构改变。选择和描述实施例是为了解释说明本发明的原理和实际应用，从而使本领域技术人员能够最佳地利用本发明以及具有适合于预期的特定用途的各种修改的各种实施例。
67.被声称为新的并且期望由专利证书保护的内容在所附权利要求中被阐述并且包含其中所详述的元素的等同物。