DE102004062777A1 - Verfahren zur Herstellung eines Karosseriebauteils und Karosseriebauteil - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines Karosseriebauteils und Karosseriebauteil Download PDFInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Karosseriebauteils aus einem Stahlrohr 2 und ein solches Karosseriebauteil. Das Stahlrohr 2 wird in einem Pressenwerkzeug 6 warm umgeformt und anschließend zumindest partiell gehärtet. Beim Umformvorgang im Pressenwerkzeug 6 wird das Stahlrohr 2 mit Löchern 3 versehen. Die Löcher 3 sind als Durchzüge mit umlaufenden Kragen 4 ausgebildet, wobei die Kragen 4 zum Rohrinnenraum 5 hin umgestellt werden. Der Umformvorgang erfolgt bei einer Temperatur von 850 DEG C bis 950 DEG C.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Karosseriebauteils aus einem Stahlrohr sowie ein solches Karosseriebauteil.
- Höchstfeste Rohre werden in der Fahrzeugstruktur eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise im A-, B- oder C-Säulenbereich eingesetzt, um die Karosserie im Hinblick auf eine Sicherheitssteigerung, insbesondere bei einer Crashbelastung gezielt zu verstärken bzw. auszusteifen. Hierbei kommen Rohre aus höchstfesten Stählen zum Einsatz, die in einem Pressenwerkzeug warm umgeformt werden. In nachfolgenden Operationen werden in die umgeformten Rohrbauteile Löcher eingebracht, die im Wesentlichen aus Freigangs- und Lackführungsgründen benötigt werden. In der Praxis erfolgt das Einbringen der Löcher, beispielsweise mittels einer Laserbearbeitung, einer spanabhebenden Bearbeitung wie bohren oder Plasmaschneiden. Dieses nachträgliche Bearbeiten ist sehr kostenintensiv.
- Durch die
DE 24 52 486 A1 zählt ein Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Blechprofils aus einer Platine in einem Presshärtverfahren zum Stand der Technik, bei dem eine aus härtbarem Stahl bestehende Platine auf Härtetemperatur erhitzt, dann in einem Pressenwerkzeug warm umgeformt und anschließend ausgehärtet wird, während das Blechprofil im Pressenwerkzeug verbleibt. Da das Blechprofil bei der im Zuge des Härtungsvorgangs vorgenommenen Kühlung im Pressenwerkzeug eingespannt ist, erhält man ein Produkt mit guter Maßhaltigkeit. - Im Rahmen der WO 99/07492 ist vorgesehen, dass vorbeschriebene Pressehärtverfahren zu modifizieren und im Pressenwerkzeug die randseitigen Bereiche von vorgefertigten Löchern abzubiegen, so dass Kragen entstehen.
- In diesem Zusammenhang ist es ferner durch die
DE 101 20 910 A1 bekannt, beim Umformvorgang die Kragen aus ungelochten Bereichen der Platine auszuformen. - Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein fertigungstechnisch und ökonomisch verbessertes Karosseriebauteil zu schaffen und ein Verfahren zu dessen Herstellung aufzuzeigen.
- Die Lösung des verfahrensmäßigen Teils der Aufgabe besteht in einem Verfahren gemäß Patentanspruch 1.
- Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigen die abhängigen Patentansprüche 2 bis 8.
- Die Lösung des gegenständlichen Teils der Aufgabe besteht in einem Karosseriebauteil gemäß den Merkmalen von Patentanspruch 9.
- Erfindungsgemäß wird das Stahlrohr beim Warmumformvorgang im Pressenwerkzeug mit Löchern versehen. Dies erfolgt mittels einem oder mehreren in das Pressenwerkzeug integrierten Lochstempeln ohne Gegenhalter. Ein Vorlochen des Stahlrohrs ist nicht notwendig. Das Verfahren arbeitet abfalllos. Die ansonsten notwendigen Arbeitsschritte in der Vorfertigung bzw. in der Nachbearbeitung des Karosseriebauteils können entfallen. Hierdurch werden Werkzeug- und Arbeitskosten eingespart. Laser-, Bohr- oder Schneidanlagen sind für die Herstellung der Löcher in den Karosseriebauteilen nicht erforderlich.
- Die Lochung der Stahlrohre im Pressenwerkzeug kann im Grunde mit beliebiger Richtung frei gewählt sein. Es wird vorteilhafterweise hydraulisch mit Lochzylindern gelocht. Beim Lochvorgang erfolgt kein Rohrverzug, da das Stahlrohr im Pressenwerkzeug voll umfänglich aufgenommen ist.
- Besonders vorteilhaft werden die Löcher als Durchzüge mit umlaufenden Kragen ausgebildet, wobei die Kragen zum Rohrinnenraum umgestellt werden. Hierdurch wird eine Gratbildung außen am Lochrand vermieden. Die Kragen können darüber hinaus als Einführhilfe für nachgeschaltete Handlingoperationen, beispielsweise dem Handling mittels Robotern dienen. Darüber hinaus wird das Karosseriebauteil durch die umgestellten Kragen verstärkt und in der Knicksteifigkeit im Bereich des Lochs erhöht. Hierdurch kann die ansonsten zwangsläufig resultierende Schwächung der Steifigkeit des Stahlrohrs durch das Loch vermieden bzw. verringert werden.
- Im Rahmen der Erfindung wird eine Warmumformung der Stahlrohre bei einer Temperatur zwischen 850°C und 950°C als zweckdienlich erachtet, wobei ein bevorzugter Temperaturbereich zwischen 910°C und 940°C liegt.
- Beim Warmformvorgang wird dem Stahlrohr die grundsätzliche Kontur des Karosseriebauteils gegeben. Hierbei wird das Stahlrohr gebogen und gegebenenfalls partiell geplättet.
- Vorteilhafterweise erfolgt die Härtung des Stahlrohrs im Pressenwerkzeug. Hierbei ist das umgeformte Stahlrohr im Pressenwerkzeug eingespannt und wird durch schnelle Abkühlung zumindest partiell gehärtet.
- Als Ausgangsrohr für die Herstellung des Karosseriebauteils kann sowohl ein nahtlos gezogenes Stahlrohr als auch ein geschweißtes Stahlrohr Verwendung finden. Insbesondere kommt ein Stahlrohr zum Einsatz mit einem Durchmesser zwischen 30 mm und 90 mm, sowie einer Wandstärke von 1,5 mm bis 3,0 mm, wobei Löcher im Stahlrohr mit einem Durchmesser zwischen 6 mm und 12 mm erzeugt werden.
- Vorzugsweise kommt ein Stahlrohr aus einer Stahllegierung mit einem Kohlenstoffanteil zwischen 0,15 Gew.-% und 0,3 Gew.-% für die Fertigung der Karosseriebauteile zur Anwendung. Dieser Werkstoff lässt sich wirtschaftlich warm umformen und vollständig oder partiell vergüten. Darüber hinaus weist er die notwendigen Werkstoffeigenschaften hinsichtlich der geforderten Festigkeit und des Crashabsorptionsverhaltens auf.
- Insbesondere bietet sich eine Stahllegierung an, die in Gewichtsprozenten ausgedrückt besteht aus Kohlenstoff (C) 0,18% – 0,3%, Silizium (Si) 0,1% – 0,7%, Mangan (Mn) 1,0% – 4,0%, Chrom (Cr) 0,1 % – 0,8%, Molybdän (Mo) 0,1 % – 0,5%, Titan (Ti) 0,02% – 0,05%, Bor (B) 0,002% – 0,05%, Aluminium (Al) 0,01 % – 0,06%, Schwefel (S) max. 0,01 %, Phosphor (P) max. 0,025%, wobei der Rest aus Eisen (Fe) besteht einschließlich etwaiger erschmelzungsbedingter Verunreinigungen.
- Im Rahmen der Erfindung ist angestrebt, dass die verwendete Stahllegierung bzw. das daraus hergestellte Karosseriebauteil eine Streckgrenze RP 0,2 von ≥ 950 N/mm2, eine Zugfestigkeit Rm von ≥ 1.300 N/mm2 sowie eine Dehnung A5 von ≥ 6% besitzt.
- Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:
-
1 ein erfindungsgemäßes Karosseriebauteil aus einem warm umgeformten gebogenen Stahlrohr und -
2 im Schema technisch stark vereinfacht einen Ausschnitt aus einem Pressenwerkzeug mit einem darin befindlichen Stahlrohr beim Lochvorgang. -
1 zeigt ein Karosseriebauteil1 bestehend aus einem warm umgeformten gebogenen Stahlrohr2 , welches über die Länge verteilt mit Löchern3 versehen ist. Die Löcher3 sind als Durchzüge mit umlaufenden Kragen4 ausgebildet, wobei die Kragen4 zum Rohrinnenraum5 umgestellt sind (siehe hierzu auch2 ). - Bei der Herstellung des Karosseriebauteils
1 wird ein Stahlrohr2 in einem Pressenwerkzeug6 warm umgeformt. Hierfür wird das Stahlrohr2 auf eine Temperatur von 850°C bis 950°C, vorzugsweise auf 910°C bis 940°C erwärmt. Die Formgebung erfolgt dann im Pressenwerkzeug6 , wobei beim Umformvorgang die Löcher3 hergestellt werden. Hierzu sind im Pressenwerkzeug6 Lochstempel7 in Form von Dornen integriert. Diese fahren beim Umformvorgang in das Stahlrohr2 ein und durchstoßen die Wand8 des Stahlrohrs2 , wobei die Löcher3 mit den umlaufenden Kragen4 erzeugt werden. - Noch im Pressenwerkzeug
6 eingespannt wird das umgeformte Stahlrohr2 dann durch schnelle Abkühlung gehärtet. Dies kann vollständig oder auch nur partiell in Bereichen des Karosseriebauteils1 erfolgen. Beim Umformvorgang kann das Stahlrohr2 nicht nur gebogen, sondern auch partiell geplättet werden. - Als Ausgangsprodukt kommt ein Stahlrohr
2 aus härtbarem Stahl zum Einsatz. Hierbei kann sowohl ein nahtlos gezogenes Stahlrohr2 als auch ein geschweißtes Stahlrohr2 Verwendung finden. - Das Stahlrohr
2 weist einen Durchmesser dR zwischen 30 mm und 90 mm bei einer Wandstärke s von 1,5 mm bis 3,0 mm auf. Die im Pressenwerkzeug6 hergestellten Löcher3 besitzen einen Durchmesser dL zwischen 6 mm und 12 mm, wobei für die Praxis ein Verhältnis des Lochdurchmessers dL zum Rohrdurchmesser dR von 1: 3 als vorteilhaft angesehen wird. -
- 1
- Karosseriebauteil
- 2
- Stahlrohr
- 3
- Loch
in
2 - 4
- Kragen
an
3 - 5
- Rohrinnenraum
v.
2 - 6
- Pressenwerkzeug
- 7
- Lochstempel
in
6 - 8
- Wand
v.
2 - dR
- Rohrdurchmesser
v.
2 - dL
- Lochdurchmesser
v.
3 - s
- Wandstärke v.
2
Claims (9)
- Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Karosseriebauteils aus einem Stahlrohr, wobei das Stahlrohr in einem Pressenwerkzeug warm umgeformt und anschließend zumindest partiell gehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlrohr (
2 ) beim Umformvorgang im Pressenwerkzeug (6 ) mit Löchern (3 ) versehen wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher (
3 ) als Durchzüge mit umlaufenden Kragen (4 ) ausgebildet werden, wobei die Kragen (4 ) zum Rohrinnenraum (5 ) umgestellt werden. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlrohr (
2 ) vor dem Umformvorgang auf eine Temperatur von 850 °C bis 950 °C, vorzugsweise 910 °C bis 940 °C, erwärmt wird. - Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlrohr (
2 ) beim Umformvorgang gebogen und partiell geplättet wird. - Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Härtung des Stahlrohrs (
2 ) im Pressenwerkzeug durchgeführt wird. - Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein nahtlos gezogenes Stahlrohr (
2 ) verwendet wird. - Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein geschweißtes Stahlrohr (
2 ) verwendet wird. - Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stahlrohr (
2 ) mit einem Durchmesser (dR) zwischen 30 mm und 90 mm sowie einer Wandstärke(s) von 1,5 mm bis 3,0 mm verwendet wird und Löcher (3 ) im Stahlrohr (2 ) mit einem Durchmesser (dL) zwischen 6 mm und 12 mm erzeugt werden. - Karosseriebauteil für ein Kraftfahrzeug bestehend aus einem warmumgeformten Stahlrohr, wobei das Stahlrohr (
2 ) Löcher (3 ) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlrohr (2 ) einen Durchmesser (dR) zwischen 30 mm und 90 mm sowie eine Wandstärke(s) von 1,5 mm bis 3,0 mm hat und die Löcher (3 ) im Stahlrohr einen Durchmesser (dL) zwischen 6 mm und 12 mm besitzen, wobei die Löcher (3 ) umfangsseitig einen umlaufenden zum Rohrinnenraum (5 ) gerichteten Kragen (4 ) aufweisen.
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