DE102015222184B4

DE102015222184B4 - Armor component for a vehicle

Info

Publication number: DE102015222184B4
Application number: DE102015222184.9A
Authority: DE
Inventors: Michael Arnold; Daniel Huber; Nikolaus Oancea; Stefan Schlegl; Manfred Wühr
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-11-11
Filing date: 2015-11-11
Publication date: 2022-07-07
Anticipated expiration: 2035-11-12
Also published as: DE102015222184A1

Abstract

Panzerungsbauteil für ein Fahrzeug, welches Wandbereiche (7, 8) unterschiedlicher Wandstärke und einen dreidimensionalen Formverlauf aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Panzerungsbauteil als einteiliges Gussbauteil und als Stirnwand (1) ausgebildet ist, wobei die Stirnwand (1) eine Mehrzahl von Durchbrüchen (6) für jeweilige Funktionsbauteile aufweist, wobei im Bereich dieser Durchbrüche (6) dreidimensionale Formverläufe der Stirnwand (1) vorliegen, die von einem ebenen Verlauf abweichen.Armor component for a vehicle, which has wall regions (7, 8) of different wall thicknesses and a three-dimensional shape, characterized in that the armor component is designed as a one-piece cast component and as an end wall (1), the end wall (1) having a plurality of openings (6 ) for respective functional components, wherein in the region of these openings (6) there are three-dimensional shapes of the end wall (1) that deviate from a flat shape.

Description

Die Erfindung betrifft ein Panzerungsbauteil für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an armor component for a vehicle according to the preamble of patent claim 1.

Sollen derartige Panzerungsbauteile mit unterschiedlicher Wandstärke und/oder einem dreidimensionalen Formverlauf hergestellt werden, wie diese beispielsweise bei großformatigen Strukturbauteilen des Rohbaus des Kraftwagens zum Beispiel als vordere Stirnwand, hintere Trennwand, Dachelement, Seitenwandelement oder Säulenelement der Kraftwagen-Fahrgastzelle zum Einsatz kommen, so können diese nur in äußerst engen Grenzen umgeformt werden, ohne dass es zu unerwünschten Gefügeänderungen beziehungsweise Dickenveränderungen kommt, welche schlussendlich die ballistischen Eigenschaften einzelner Bauteilbereiche negativ beeinflussen. Überdies können Panzerungsteile höherer Beschuss- beziehungsweise Widerstandsklassen, welche demzufolge eine erhebliche Wandstärke aufweisen, ohnehin nur sehr schwer oder gar nicht umgeformt werden.If such armor components with different wall thicknesses and/or a three-dimensional shape are to be produced, such as those used in large-format structural components of the body shell of the motor vehicle, for example as a front bulkhead, rear partition wall, roof element, side wall element or column element of the motor vehicle passenger compartment, these can be used can only be formed within extremely narrow limits, without undesired structural changes or changes in thickness occurring, which ultimately have a negative impact on the ballistic properties of individual component areas. In addition, armor parts of higher ballistic or resistance classes, which consequently have a considerable wall thickness, can in any case be shaped only with great difficulty or not at all.

Aus diesem Grund ist es bereits bekannt, ein derartiges Panzerungsbauteil aus einer Mehrzahl von kleinen Bauteilstücken zusammenzusetzen, die miteinander verschweißt werden, um ein Panzerungsbauteil mit unterschiedlichen Wandstärken und/oder einem komplexen, von einer Ebene abweichenden Formverlauf zu gestalten. Allerdings führt das Verschweißen der einzelnen Bauteilstücke infolge des damit verbundenen Wärmeeintrags ebenfalls zu einer nachteiligen Beeinflussung der ballistischen Eigenschaften des Panzerungsbauteils, sodass zur Gewährleistung einer hinreichenden Panzerung im Bereich der Schweißnähte entsprechende Maßnahmen wie beispielsweise eine überlappende Anordnung der jeweiligen Bauteilstücke oder eine Aufdopplung oder dergleichen erfolgen muss.For this reason, it is already known to assemble such an armor component from a plurality of small component pieces which are welded together in order to form an armor component with different wall thicknesses and/or a complex shape that deviates from a plane. However, the welding of the individual component pieces as a result of the associated heat input also leads to a disadvantageous influence on the ballistic properties of the armor component, so that appropriate measures such as an overlapping arrangement of the respective component pieces or a doubling or the like must be taken to ensure sufficient armor in the area of the weld seams .

Zur Vermeidung dieser Probleme ist es aus der DE 10 2007 039 998 A1 bereits bekannt, ein Panzerungsbauteil mit unterschiedlichen Wandstärken und/oder einem dreidimensionalen Formverlauf durch eine Stahlplatine zu erzeugen, welche in unterschiedlichen Bereichen unterschiedliche Wandstärken aufweist und anschließend durch Warmumformen und Presshärten behandelt wird, um die entsprechenden ballistischen Eigenschaften zu erreichen. Allerdings sind auch diesem Verfahren Grenzen gesetzt, gerade bei höheren Beschuss- beziehungsweise Widerstandsklassen.To avoid these problems it is out of the DE 10 2007 039 998 A1 It is already known to produce an armor component with different wall thicknesses and/or a three-dimensional shape using a steel blank, which has different wall thicknesses in different areas and is then treated by hot forming and press hardening in order to achieve the corresponding ballistic properties. However, there are also limits to this method, especially in the case of higher ballistic or resistance classes.

Aus der gattungsbildenden WO 2003/031252 A1 ist bereits ein mehrteiliges Panzerungsbauteil für ein Fahrzeug bekannt, das einen dreidimensionalen Formverlauf aufweist, und das als Gussbauteil ausgestaltet sein kann.From the generic WO 2003/031252 A1 a multi-part armor component for a vehicle is already known, which has a three-dimensional shape and which can be designed as a cast component.

Als weiterer Stand der Technik ist die DE 20 2014 104 378 U1 zu nennen.Another prior art is the DE 20 2014 104 378 U1 to call.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein großformatiges Panzerungsbauteile mit hervorragenden ballistischen Eigenschaften zu realisieren.The object of the present invention is therefore to realize a large-format armor component with outstanding ballistic properties.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Panzerungsbauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by an armor component having the features of patent claim 1 .

Das erfindungsgemäße Panzerungsbauteil zeichnet sich dadurch aus, dass dieses als einteiliges Gussbauteil ausgebildet ist. Gerade Panzerungsbauteile höherer Beschussbeziehungsweise Widerstandsklassen wie beispielsweise die der Klasse VR 9 erfordern relativ hohe Wandstärken, sodass Bauteile unterschiedlicher Wandbereiche und/oder eines entsprechend komplexen dreidimensionalen Formverlaufs fertigungstechnisch äußerst günstig hergestellt werden können, wenn diese einteilig in einem Gießverfahren erzeugt werden. Im Unterschied zum bisherigen Stand der Technik mit zusammengeschweißten Bauteilstücken gibt es somit beim erfindungsgemäßen Panzerungsbauteil keine Schweißverbindungen, in deren Bereich infolge von Gefügeumwandlungen die Gefahr von mangelhaften ballistischen Eigenschaften gegeben ist, die zu einem Versagen des Bauteils führen können beziehungsweise die Zusatzmaßnahmen wie Aufdopplungen und Überlappungen erforderlich machen, welche im Weiteren zu Lasten des Bauteilgewichts gehen. Überdies lassen sich in einem Gießprozess äußerst komplexe Strukturen unterschiedlicher Wandstärke und/oder komplexen Formverlaufs erzeugen, welche beispielsweise auch aus einer Blechplatine durch anschließendes Warmumformen und Presshärten gemäß dem Stand der Technik nicht ohne Weiteres hergestellt werden können.The armor component according to the invention is characterized in that it is designed as a one-piece cast component. Especially armor components of higher ballistic or resistance classes such as class VR 9 require relatively high wall thicknesses, so that components with different wall areas and/or a correspondingly complex three-dimensional shape can be manufactured extremely cheaply if they are produced in one piece in a casting process. In contrast to the previous state of the art with component pieces welded together, there are no welded joints in the armor component according to the invention, in the area of which there is a risk of inadequate ballistic properties as a result of structural changes, which can lead to failure of the component or which require additional measures such as doubling and overlapping make, which are subsequently at the expense of the component weight. In addition, extremely complex structures with different wall thicknesses and/or complex shapes can be produced in a casting process, which, for example, cannot be easily produced from a sheet metal blank by subsequent hot forming and press hardening according to the prior art.

Somit wird durch das erfindungsgemäße Panzerungsbauteil ein völlig neuer Weg begangen, nämlich dieses als einteiliges Gussbauteil zu gestalten, welches im Anschluss in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung einer thermischen oder thermochemischen Wärmebehandlung unterzogen werden kann. Dabei lassen sich derartige thermische beziehungsweise thermochemische Wärmebehandlungen gegebenenfalls auch nur partiell in einzelnen Teilbereichen des Panzerungsbauteils vornehmen, je nachdem, welche ballistischen Eigenschaften in jeweiligen Bereichen gewünscht beziehungsweise erforderlich sind.The armor component according to the invention thus takes a completely new approach, namely designing it as a one-piece cast component which, in an advantageous embodiment of the invention, can then be subjected to a thermal or thermochemical heat treatment. In this case, such thermal or thermochemical heat treatments can also be carried out only partially in individual partial areas of the armor component, depending on which ballistic properties are desired or required in the respective areas.

Bei dem Gussbauteil sind dabei alle gängigen Gießprozesse, insbesondere Metallgießprozesse denkbar, mit denen Bauteile entsprechender Wandstärke beziehungsweise entsprechenden Formverlaufs herstellbar sind.In the case of the cast component, all common casting processes, in particular metal casting pro processes are conceivable with which components with a corresponding wall thickness or corresponding shape can be produced.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der anschließenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie im Zusammenhang mit der Zeichnung.Further details of the invention result from the following description of a preferred exemplary embodiment and in connection with the drawing.

Die einzige Fig. zeigt dabei in einer Vorderansicht ein Panzerungsbauteil in Form einer vorderen Stirnwand einer Fahrgastzelle eines gepanzerten Fahrzeugs, welche Wandbereiche unterschiedlicher Wandstärke sowie einen dreidimensionalen Formverlauf aufweist und als einteiliges Gussbauteil gestaltet ist.The only figure shows a front view of an armor component in the form of a front bulkhead of a passenger cell of an armored vehicle, which has wall areas of different wall thicknesses and a three-dimensional shape and is designed as a one-piece cast component.

Wie anhand der Fig. erkennbar ist, ist im erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ein Panzerungsbauteil für eine Kraftwagenkarosserie in Form einer vorderen Stirnwand 1 dargestellt, welche bei einem gepanzerten Personenkraftwagen die Fahrgastzelle nach vorne hin zu einem Motorraum begrenzt. An einer unteren Breitseite 2 ist die Stirnwand 1 dabei an den Verlauf eines sich rückwärtig anschließenden Pedal- beziehungsweise Fahrzeugbodens angepasst und umfasst in einem zentralen Bereich 3 eine Aussparung für einen Mitteltunnel. An einer Oberseite 4 beziehungsweise an jeweiligen Außenseiten 5 verläuft die Stirnwand 1 vorliegend im Wesentlichen gerade.As can be seen from the figure, an armoring component for a motor vehicle body is shown in the exemplary embodiment according to the invention in the form of a front bulkhead 1, which in an armored passenger car delimits the passenger cell at the front towards an engine compartment. On a lower broad side 2, the end wall 1 is adapted to the course of a pedal floor or vehicle floor adjoining it at the rear and comprises a cutout for a center tunnel in a central area 3. In the present case, the end wall 1 runs essentially straight on an upper side 4 or on the respective outer sides 5 .

Des Weiteren ist ersichtlich, dass die Stirnwand 1 eine Mehrzahl von Durchbrüchen 6 für jeweilige Funktionsbauteile wie beispielsweise eine Lenksäule, Kabelbäume, Bauteile der Fahrzeugklimatisierungsanlage oder dergleichen umfasst. Im Bereich dieser Durchbrüche 6 sind entsprechende dreidimensionale Formverläufe der Stirnwand 1 erkennbar, in welchen diese von einem ebenen Verlauf abweicht. So ist beispielhaft ein jeweiliger Randbereich 7 für einen zugehörigen Durchbruch 6 zu erwähnen, in welchem die Stirnwand 1 einen dreidimensionalen Formverlauf hat beziehungsweise von einer ebenen Gestaltung abweicht. Außerdem weist die Stirnwand 1 in den jeweiligen Randbereichen 7 gegebenenfalls andersartige Wandstärken auf als in angrenzenden Wandbereichen 8.Furthermore, it can be seen that the bulkhead 1 includes a plurality of openings 6 for respective functional components such as a steering column, cable harnesses, components of the vehicle air conditioning system or the like. In the area of these openings 6, corresponding three-dimensional shapes of the front wall 1 can be seen, in which these deviate from a flat shape. A respective edge region 7 for an associated opening 6 should be mentioned as an example, in which end wall 1 has a three-dimensional shape or deviates from a flat shape. In addition, the end wall 1 may have different wall thicknesses in the respective edge areas 7 than in the adjacent wall areas 8.

Um nun diese komplexe Struktur gerade großformatiger Panzerungsbauteile wie beispielsweise der gezeigten Stirnwand 1 fertigungstechnisch einfach herstellen zu können und überdies optimale ballistische Eigenschaften zu erzielen, ist die vorliegende Stirnwand 1 als einteiliges Gussbauteil aus einem entsprechenden Panzerstahl oder dergleichen Metallwerkstoff gebildet. Hierdurch können die komplexen Geometrien eines derartigen Panzerungsbauteils, also beispielsweise unterschiedliche Wandstärken in aneinander angrenzenden Wandbereichen und/oder dreidimensionale Formverläufe, welche von einem ebenen Verlauf abweichen, in optimaler Weise erzeugt werden.In order to be able to produce this complex structure of large-format armor components such as the front wall 1 shown in a simple manner and also to achieve optimal ballistic properties, the present front wall 1 is formed as a one-piece cast component from a corresponding armor steel or similar metal material. In this way, the complex geometries of such an armor component, ie, for example, different wall thicknesses in adjacent wall areas and/or three-dimensional shapes that deviate from a planar shape, can be produced in an optimal manner.

Der große Vorteil einer in einem entsprechenden Gießverfahren hergestellten Stirnwand 1 besteht somit zunächst in einer hohen Gestaltungsfreiheit bei der Herstellung des Panzerungsbauteils. Im Unterschied zu bisherigen, insbesondere großformatigen Panzerungsbauteilen, welche aus einzelnen Bauteilsegmenten beispielsweise durch Schweißen zusammengesetzt sind, sind vorliegend keine entsprechenden Zonen mit problematischem Gefüge vorhanden, welche beispielsweise infolge des Wärmeeintrags beim Schweißen entstehen und erhebliche weitere Maßnahmen wie beispielsweise Materialaufdopplungen oder Überlappungen erfordern, nötig. Auch sind ersichtlicher Weise weitaus geringere gestalterische Grenzen vorhanden, als wenn beispielsweise eine aus mehreren Segmenten zusammengesetzte Platine zum Einsatz kommt, welche entsprechend umgeformt und pressgehärtet wird.The great advantage of an end wall 1 produced in a corresponding casting process is therefore initially a high degree of design freedom in the production of the armor component. In contrast to previous, especially large-format armored components, which are assembled from individual component segments, for example by welding, there are no corresponding zones with a problematic structure, which arise, for example, as a result of the heat input during welding and require considerable further measures such as material doubling or overlaps. Also, as can be seen, there are far fewer design limits than if, for example, a blank composed of several segments is used, which is correspondingly formed and press-hardened.

Das erfindungsgemäße Gussbauteil kann dabei insbesondere aus einem entsprechenden Panzerstahl gegossen sein, gegebenenfalls auch in einem Präzisionsgießverfahren. Im Anschluss an den Gießprozess kann dabei das Panzerungsbauteil, also im vorliegenden Fall die Stirnwand 1, einer thermischen Wärmebehandlung, also beispielsweise einem Härte- oder Vergütungsverfahren unterzogen werden, oder aber einer thermochemischen Wärmebehandlung wie beispielsweise einem Aufkohl- oder Nitrierverfahren unterzogen werden. Dem Fachmann sind hierbei sowohl geeignete Metallgusswerkstoffe beziehungsweise Metallpulverwerkstoffe als auch Wärmebehandlungsverfahren bekannt, um entsprechende ballistische Eigenschaften zu erzielen.The cast component according to the invention can in particular be cast from a corresponding armored steel, possibly also in a precision casting process. After the casting process, the armor component, i.e. in the present case the end wall 1, can be subjected to a thermal heat treatment, i.e. for example a hardening or tempering process, or a thermochemical heat treatment such as a carburizing or nitriding process. Suitable cast metal materials or metal powder materials as well as heat treatment methods are known to the person skilled in the art in order to achieve appropriate ballistic properties.

Dabei eignet sich das erfindungsgemäße Gießverfahren auch besonders für Panzerungsbauteil, welche hohen Widerstands- beziehungsweise Beschussklassen, beispielsweise der Klasse VR 9, genügen sollen. Gerade derartige Panzerungsbauteile sind nämlich durch Zusammensetzen einzelner Bauteilstücke nur äußerst schwierig beziehungsweise durch Umformen gar nicht mehr herzustellen.The casting method according to the invention is also particularly suitable for armor-plating components which are intended to meet high resistance or bullet resistance classes, for example class VR 9. Armor components of this type in particular are extremely difficult to produce by assembling individual component pieces or can no longer be produced at all by forming.

Die Wärmebehandlung des jeweiligen Panzerungsbauteils kann dabei höchst individuell erfolgen. So ist es beispielsweise denkbar, entsprechende Wärmebehandlungen nur partiell, also in einzelnen Bauteilbereichen, vorzunehmen. Gleichfalls ist es natürlich auch möglich, das komplette Panzerungsbauteil einheitlich einer - oder gegebenenfalls auch gar keiner - Wärmebehandlung zu unterziehen.The heat treatment of the armored component in question can be highly customized. For example, it is conceivable to carry out corresponding heat treatments only partially, i.e. in individual component areas. It is also possible, of course, to subject the entire armored component to a heat treatment in a uniform manner—or possibly not to do so at all.

BezugszeichenlisteReference List

11: Stirnwandbulkhead
22: Breitseitebroadside
33: Bereicharea
44: Oberseitetop
55: Außenseiteoutside
66: Durchbruchbreakthrough
77: Randbereichedge area
88th: Wandbereichwall area

Claims

Armor component for a vehicle, which has wall areas (7, 8) of different wall thicknesses and a three-dimensional shape, characterized in that the armor component is designed as a one-piece cast component and as an end wall (1), the end wall (1) having a plurality of openings (6 ) for respective functional components, wherein in the region of these openings (6) there are three-dimensional shapes of the front wall (1) that deviate from a flat shape.

armor component claim 1 , characterized in that the armor component is subjected to a heat treatment following the casting process.