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Die
Erfindung betrifft die Verwendung eines hochfesten, Aluminium und
Silicium enthaltenden Leichtbaustahls.
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Ein
derartiger Stahl ist aus der
EP
889 144 B1 bekannt, deren Anmeldegegenstand das Problem zu
Grunde liegt, einen gut kaltumformbaren, insbesondere gut tiefziehfähigen, Leichtbaustahl
mit einer Zugfestigkeit bis 1100 MPa und mit TRIP- und TWIP-Eigenschaften
zu finden, der mit preiswerten Elementen legiert und daher kostengünstig herstellbar
ist und zur Herstellung von hoch beanspruchten Blechteilen verwendbar
ist. Die Lösung
dieses Problems wird gemäss
der
EP 889 144 B1 durch
die Verwendung eines kaltumformbaren, insbesondere tiefziehfähigen, austenitischen
Leichtbaustahls herbeigeführt,
welcher eine Zugfestigkeit bis 1100 MPa sowie TRIP-(Transformation Induced
Plasticity) und TWIP-(Twinning Induced Plasticity) Eigenschaften aufweist.
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Der
aus der
EP 889 144 B1 bekannte
Stahl weist (in Masseprozent) folgende Zusammensetzung auf: 1 bis
6% Si, 1 bis 8% Al, wobei die Summe des Aluminium- und des Siliciumgehaltes
kleiner als 12% ist, 10 bis 30% Mn, wobei der Rest im Wesentlichen aus
Eisen einschliesslich der üblichen
Stahlbegleitelemente besteht. Bevorzugt enthält dieser Leichtbaustahl je
2 bis 4% Si und Al sowie 24 bis 26% Mn und als Rest im wesentlichen
Eisen.
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Der
Stahl wird als Blech gemäß dem genannten
Patent für
Karosserieteile und versteifende Karosserieelemente eingesetzt.
Auch ein möglicher Einsatz
als Werkstoff für
warm- und/oder kaltgewalzte Bleche für im Tieftemperaturbereich
eingesetzte Behälter
und/oder Rohrleitungen wird genannt.
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Gemäß dem Patent
EP 889 144 B1 zusammengesetzte
Stähle
zeichnen sich durch Fliessspannungen von 400 MPa aus, die infolge
der hohen Verfestigungsrate Zugfestigkeitswerte bis 1100 MPa aufweisen
und Gleichmassdehnungswerte bis 70 sowie maximale Dehnungen bis
90% erzielen.
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Ein
solcher Stahl weist innerhalb des Legierungsbereichs mit jeweils
3% Si und Al und 25% Mn, Rest Fe, ein austenitisches Gefüge sowie
TRIP- und TWIP-Eigenschaften auf, wobei er bei Temperaturen unter – 150 ⎕C
Dehnungswerte bis 65% bei nahezu konstant gebliebener Energieverzehrrate
von bis zu 0,5 J/mm3 erreichte.
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Diese
hohen Werte der Energieabsorption (dissipative Energie) beruhen
auf einer verformungsinduzierten martensitischen Phasentransformation und
der intensiven Zwillingsbildung in der Austenitphase und bleiben – wie auch
die mechanischen Eigenschaften – bei
extrem hohen Umformgeschwindigkeiten von bis zu 103 s–1 erhalten.
Desgleichen bleibt die ausgezeichnete Plastizität der beschriebenen Stähle bis
zu tiefen Temperaturen erhalten.
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Darüber hinaus
erreichen aus der
EP
889 144 B1 bekannte Stahlqualitäten infolge des Vorhandenseins
des vergleichsweise hohen Gehaltes an den Legierungselemente Al,
Si und Mn eine bis auf 7 g/cm
3 abgesenkte
Dichte.
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Aufgrund
des geschilderten Eigenschaftsspektrums wird in der
EP 889 144 B1 eine besondere Eignung
von warm- und gegebenenfalls kaltgewalzten Bleche aus dem beschriebenen
Stahl für
crashstabile Karosseriestrukturen von Kraftfahrzeugen abgeleitet,
und – wie
bereits erwähnt – für die Cryogentechnik
als Behälter-
und Rohrleitungswerkstoff.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde den bekannten, eingangs genannten
Leichtbaustahl einem neuen Verwendungszweck zuzuführen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäss
durch die Verwendung eines kaltumformbaren, insbesondere gut tiefziehfähigen, austenitischen
Leichtbaustahls, welcher eine Zugfestigkeit bis 1100 MPa sowie TRIP-
und TWIP-Eigenschaften sowie eine chemische Zusammensetzung mit
(in Masse-%) 10 bis 30% Mn, 1 bis 6% Si und 1 bis 8% Al aufweist,
wobei der summarische Anteil von Al + Si maximal 12% beträgt, und
der Rest im Wesentlichen aus Eisen, einschliesslich üblicher
Stahlbegleitelemente besteht, als Gußwerkstoff zur Herstellung
von Beschlagteilen, wie Scharnierteilen.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass die hervorragenden
Eigenschaften des erfindungsgemäß verwendeten
Leichtbaustahls, so wie er auch mit weiteren immanent oder optional
vorhandenen Eigenschaften, in der
EP 889 144 B1 beschrieben ist, schon nach
einem Gießen – und der Stahl
ist im Fein-, Sand- oder Kokillenguss- vergießbar – für den erfindungsgemäßen Anwendungszweck
nutzbar gemacht werden können.
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Hierbei
ist erfindungsgemäß insbesondere eine
Verwendung bevorzugt, bei der die Beschlagteile Scharniertürhalter,
vorzugsweise für
Fahrzeugtüren,
sind und die damit die Funktion einer hohen Lastaufnahme erfüllen. Es
ist dabei vor allem die hohe Duktilität des Stahls hervorzuheben,
die bei einem Seitenaufprall auf ein Fahrzeug verhindert, dass die
Scharniere zerstört
werden, insbesondere reißen.
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Insbesondere
in der
DE 31 37 134
A1 und der
EP
893 565 B1 sind verschiedene Ausführungen von Scharniertürhaltern
von Fahrzeugtüren
dargestellt, bei denen die Erfindung Anwendung finden kann. So sind
gemäß der
EP 893 565 B1 Scharnierteile
jeweils als einstückige
Formteile, insbesondere aus Leichtmetall-Druckguss oder als Press-
bzw. Schmiedeteile, ausgebildet. Hierbei kann es vorkommen, dass
ein Leichtmetall-Druckgussteil den geforderten Festigkeitswerten
nicht genügt,
so dass spezielle Verfahren, wie Vakuum-Druckguss oder Vakural-Giessen
oder auch ein thixotropes Giessen als bekanntermaßen anwendbar
genannt sind, um diesen Nachteil zu vermeiden. Bei einer Verwendung des
Stahls gemäß der vorliegenden
Erfindung als Gußwerkstoff
für die
Scharnierteile müssen
derartige Verfahren nicht praktiziert werden und es können vorteilhafterweise
dennoch hohe Streckgrenzen und Bruchdehnungen erzielt werden.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen sowie der
folgenden Beschreibung enthalten.
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Anhand
von einigen in der Zeichnung dargestellten, vorteilhaften Ausführungsbeispielen
und Ausführungsvarianten
soll im folgenden die Erfindung näher erläutert werden. Dabei zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung eines Scharniertürhalters in einer ersten Ausführungsform,
bei der die Erfindung Anwendung finden kann,
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2 bis 5 perspektivische
Darstellungen von Teilen eines Scharniertürhalters in einer zweiten Ausführungsform,
bei der die Erfindung Anwendung finden kann,
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6 und 7 perspektivische
Darstellungen von Teilen eines Scharniertürhalters in einer dritten Ausführungsform,
bei der die Erfindung Anwendung finden kann.
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In
den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche und funktionell
einander entsprechende Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen
versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal beschrieben.
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1 zeigt
ein Türscharnier
mit integriertem Türhalter,
insbesondere für
Fahrzeugtüren,
das aus einer ersten Scharnierhälfte 2 und
einer mit dieser mittels eines Scharnierstiftes verbundenen zweiten Scharnierhälfte 4 besteht.
Der Türhalter
weist dabei ein an einer Scharnierhälfte 2 befestigtes,
federbelastetes Rastglied 6, wie eine Kugel, auf. Das federbelastete
Rastglied 6 ist dabei starr an der Scharnierhälfte 2 in
einem Gehäuse 8 über der
Rastebene eines Rastarmes 10 federnd angeordnet. Dieser
mit dem Rastglied 6 zusammenwirkende Rastarm 10 ist an
der anderen Scharnierhälfte 4 ausgebildet,
die auch Rastausnehmungen 12 für das Rastglied 6 aufweist.
Die Rastebene des Rastarms ist durch ein Einsatzteil 14 aus
Kunststoff gebildet, das bevorzugt aus glasfaserverstärktem Polyamid
bestehen kann. Die jeweiligen Drehachsen des Türhalters und des aus den beiden
Hälften 2, 4 gebildeten
Scharniers – fallen in
einer gemeinsamen Achse X-X aufeinander, die durch einen Scharnierstift 16 definiert
ist. Für
das Öffnen
des Scharniers ist ein Endanschlag vorgesehen, der durch Fortsätze 18 gebildet
ist, die jeweils an Scharnierbuchsen 20 der beiden Scharnierhälften 2, 4 ausgebildet
sind.
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Die
Scharnierhälften 2, 4 bestehen
aus einem Gußwerkstoff,
der aus einem kaltumformbaren, insbesondere gut tiefziehfähigen, austenitischen Leichtbaustahl
gebildet ist, welcher eine Zugfestigkeit bis 1100 MPa sowie TRIP-
und TWIP-Eigenschaften sowie eine chemische Zusammensetzung mit
(in Masse-%) 10 bis 30% Mn, 1 bis 6% Si, und 1 bis 8% Al aufweist,
wobei der summarische Anteil von Al + Si maximal 12% beträgt, und
der Rest im Wesentlichen aus Eisen, einschliesslich üblicher Stahlbegleitelemente
besteht. Der Leichtbaustahl kann im Fein-, Sand- oder Kokillenguss
vergossen sein.
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Im
Besonderen kann vorgesehen sein, dass der Leichtbaustahl (in Masse-%)
2,0 bis 4,0% Si, 2,0 bis 4,0% Al, 24 bis 26% Mn, Rest im Wesentlichen
Eisen, einschliesslich üblicher
Stahlbegleitelemente enthält,
wobei eine bevorzugte Ausführung
des Scharniertürhalters
darin besteht, dass der Leichtbaustahl (in Masse-%) jeweils 3% Al
und Si sowie 25% Mn, Rest im wesentlichen Eisen, einschliesslich üblicher
Stahlbegleitelemente enthält.
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Bei
der in 2 bis 5 dargestellten Ausführung eines
Scharniertürhalters
besteht dieser aus zwei, mittels eines Scharnierstiftes (Bezugszeichen 16 in 5)
um eine nicht näher
bezeichnete Drehachse schwenkbeweglich verbundenen Scharnierteilen 2, 4.
Von den Scharnierteilen 2, 4, die aus dem gleichen,
erfindungsgemäß verwendeten
Gußwerkstoff
wie die erste Ausführung
bestehen, ist eine Variante für
das erste Scharnierteil 2 in perspektivischer Einzeldarstellung
in 4 und eine weitere Variante in perspektivischer
Explosionsdarstellung mit weiteren Teilen des Scharniertürhalters
in 5 dargestellt. Eine Einzeldarstellung des zweiten
Scharnierteils zeigt 3.
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Der
Scharniertürhalter
kann ebenfalls insbesondere für
Fahrzeugtüren
zur Anwendung kommen, wobei das erste Scharnierteil 2 insbesondere
einem ortsfesten Fahrzeug-Rahmenteil
und das zweite Scharnierteil 4 der schwenkbeweglichen Fahrzeugtür zugeordnet
ist.
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2 zeigt
eine Draufsicht auf das zweite Scharnierteil 4 im Zusammenbau
mit dem ersten Scharnierteil 2, aus der ersichtlich ist,
dass zwischen den beiden Scharnierteilen 2, 4,
die wie in der ersten Ausführung
ebenfalls als Scharnierhälften 2, 4 bezeichnet
werden könnten,
eine verschiedene Relativdrehstellungen definierende Rasteinrichtung 30 integriert
ist, wobei die Rasteinrichtung 30 einerseits aus mindestens
einem kinematisch mit dem ersten Scharnierteil 2 verbundenen
und in einer zur Drehachse senkrechten Wirkrichtung federbelasteten Rastelement 6 besteht
sowie andererseits aus einer kinematisch mit dem zweiten Scharnierteil 4 verbundenen,
im wesentlichen kreissektorförmigen
und bezüglich
ihres Krümmungsradius
zur Drehachse koaxial angeordneten, mindestens eine, vorzugsweise zwei,
mit dem Rastelement 6 zusammenwirkende Raststelle(n) 12 aufweisenden
Laufbahn 32.
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Für diese
zweite Ausführung
ist besonders charakteristisch, dass der Scharnierstift 16 mit
dem ersten Scharnierteil 2 über Verbindungsmittel derart lösbar verbunden
werden kann, dass die Scharnierteile 2, 4 durch
Lösen der
Verbindungsmittel unter Aufrechterhaltung der Verbindung zwischen
dem Scharnierstift 6 und dem zweiten Scharnierteil 4 sowie
der letzterem zugeordneten Rasteinrichtung 30 trennbar
sind.
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Die
Rasteinrichtung 30 ist innerhalb eines mit dem zweiten
Scharnierteil 4 – vorzugsweise
einstückig – verbundenen
Gehäuses 40 untergebracht,
wobei innerhalb des Gehäuses 40 die
hierzu ortsfeste Laufbahn 32 sowie ein das Rastelement 6 führendes, mit
dem Scharnierstift 16 drehmomentschlüssig verbundenes Führungsteil 46 angeordnet
sind.
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2 veranschaulicht
auch, dass das Rastelement 6 in einer zur Drehachse radialen
Richtung verschiebbar in einer nicht näher bezeichnete Führungsaufnahme
des Führungsteils 46 angeordnet und
von einem Federelement 52 in Richtung der Laufbahn 32 mit
Federkraft F beaufschlagt ist.
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Das
Rastelement 6 ist dabei als Rolle ausgebildet und über eine
Achse 54 in einem kolbenartig in dem Führungsteil 46 angeordneten
Aufnahmeteil 56 um eine zur Scharnier-Drehachse parallele
Rotationsachse drehbar gelagert.
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Die
Laufbahn 32 ist von einem lösbar in dem Gehäuse 40 gehalterten
Einsatzteil 60 gebildet, wobei die Raststellen 12 insbesondere
als Rastvertiefungen 62 mit an das Rastelement 6 angepaßter Kontur
ausgebildet sind.
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Die
Laufbahn 32 sowie das Rastelement 6 im Bereich
seiner Umfangsfläche
bestehen aus verschiedenen Materialien – und zwar einerseits aus Metall
mit einer definiert aufgerauhten Oberflächenstruktur und andererseits
aus einem derart elastisch nachgiebigen Material, daß zwischen
dem Rastelement 6 und der Laufbahn 32 durch elastische
Verformung des nachgiebigen Materials ein flächiger Anlagekontakt mit Kraftschluß erreicht
wird.
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Insbesondere
kann dabei vorgesehen sein, dass das Rastelement 6 aus
Metall besteht das die definiert aufgerauhte, insbesondere gerändelte Oberflächenstruktur
aufweist, während
die Laufbahn 32 aus dem elastisch nachgiebigen Material,
insbesondere einem Kunststoff mit einer Härte etwa im Bereich von 72
bis 80 Shore-D, besteht.
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Die
das Rastelement 6 beaufschlagende Federkraft F kann bevorzugt über den
Bewegungsbereich hinweg mittels einer Steuereinrichtung 70 beeinflußt werden,
und zwar insbesondere derart, daß im Bereich der Raststellen 12 eine
verstärkte
Rastung bewirkt wird.
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Hierbei
kann insbesondere vorgesehen sein, dass das das Rastelement 6 beaufschlagende
Federelement 52 anderseitig über ein in dem Führungsteil 46 in
Feder-Wirkrichtung beweglich angeordnetes Abstützelement 72 abgestützt ist,
welches auf seiner dem Federelement 52 gegenüberliegenden Seite
mit Steuernocken 76 zur Erhöhung oder Reduzierung der Federkraft
F zusammenwirkt.
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Was
die Ausführung
des zweiten Scharnierteils 4 als Gussstück betrifft, so ist in 3 erkennbar,
dass das Gehäuse 40 des
zweiten Scharnierteils 4. dessen Wandung mit dem Bezugszeichen 42 bezeichnet
ist, einstückig
mit einer Montageplatte 80 ausgebildet ist. Besonders hervorzuheben
sind dabei in der Wandung 42 die mit dem Bezugszeichen 64 bezeichneten
schwalbenschwanzartigen Nutführungen,
denen bei der Entformung nach dem Gießen besondere Aufmerksamkeit
gewidmet werden muss, damit sie nicht beschädigt werden.
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Was
die, insbesondere gegossene, Ausführung des ersten Scharnierteils 2 betrifft,
so ist 4 zu entnehmen, dass das erste Scharnierteil 2 aus
einem im wesentlichen plattenförmigen
Montageabschnitt 180, mit dem das erste Scharnierteil 2 an
einer insbesondere vertikalen Montagefläche befestigbar ist, sowie
aus einem kragarmartig vorspringenden Tragabschnitt 200 besteht,
der über
den Scharnierstift 6 mit dem zweiten Scharnierteil 4 verbindbar ist.
Durch eine Lochöffnung,
die in 4 mit dem Bezugszeichen 36 bezeichnet
ist, kann eine Schraube der Verbindungsmittel in eine axiale Gewindebohrung
des Scharnierstiftes 16 eingreifen, was jedoch im Hinblick
auf die Erfindung von untergeordneter Bedeutung und daher nicht
im Detail dargestellt ist.
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In 5 ist – alternativ
zu 4 – eine
Ausführungsvariante
des ersten Scharnierteils 2 veranschaulicht, welches als
Stanzbiegeformteil aus Stahlblech besteht. Durch diese Darstellung
wird insbesondere die Einbaulage des Scharnierstiftes 16 veranschaulicht,
die auch für
die in 4 dargestellte Variante charakteristisch ist.
Des Weiteren wird daran deutlich, dass die beiden Scharnierteile 2, 4 nicht zwangsläufig aus
dem gleichen Material bestehen und in gleicher technologischer Weise
gefertigt sein müssen,
wenngleich es sich bei dem Stahl von der Zusammensetzung her um
das gleiche Material wie für
ein erfindungsgemäß gegossenes
Teil handeln kann. Um eine sichere, starre Befestigung des Scharnierstiftes 16 zu
erreichen, ist gemäß 5 zweckmässigerweise
ein Buchsenelement 84 vorgesehen.
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Die
in 6 und 7 gezeigte dritten Ausführungsform
eines Scharniertürhalters,
bei der die Erfindung Anwendung finden kann, weist wie die erste
und zweite Ausführung
eine erste Scharnierhälfte (Säulenteil 2)
und einer mit dieser mittels eines Scharnierstiftes 16 verbundene
zweite Scharnierhälfte
(Türteil 4)
auf. Als weitere vorhandene Teile zeigt die Explosionsdarstellung
in 6: eine vorzugsweise aus Stahl bestehende Unterlage 101,
ein vorzugsweise metallisches Dichtpad 102, eine vorzugsweise aus
Stahl bestehende Kegelschraube 103 zur Befestigung des
Scharnierstiftes 16, vorzugsweise stählerne Karoserieschrauben 104,
insbesondere aus Kunststoff hergestellte Gleitbuchsen 105,
einen vorzugsweise aus Stahl bestehenden Gleiter 106, Druckfedern 107,
ein Gleitergehäuse 108 und
eine Hülse 109,
die wie der Gleiter 106 ebenfalls bevorzugt aus Stahl gefertigt
sein können,
eine Laufbuchse 110, sowie eine Dichtung 111 und
einen Deckel 112 für
das Türteil 4,
wobei die Laufbuchse 110 und die Dichtung 111 bevorzugt
aus Kunststoff und der Deckel 112 aus Metall, z.B. Aluminium,
bestehen können.
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Auch
bei dieser Ausführung
können
beide oder mindestens eines der Scharnierteile 2, 4 wiederum
aus dem erfindungsgemäßen Gußwerkstoff
bestehen.
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Besonders
bevorzugt ist jedoch eine Ausführung,
bei der – wie
aus 7 hervorgeht – das
Türteil 4 ein
Stahlkernteil 4K umfaßt,
das mit einer Kunststoffumspritzung 4U umgeben ist, die
ein Gehäuse 40 bildet.
Hierbei kann insbesondere das Stahlkernteil 4K aus dem
erfindungsgemäßen Gußwerkstoff bestehen.
Dadurch entsteht ein Verbundteil, in dem sich die vorteilhaften
Eigenschaften, insbesondere Festigkeitseigenschaften, des Stahls
mit denen des Kunststoffs, beispielsweise seiner geringeren Dichte, in
optimaler Weise verbinden können.
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In
die Kunststoffumspritzung 4U kann die – ähnlich wie bei der zweiten
Ausbildung ausgebildete – Laufbahn 32 als
ein in dem Gehäuse 40 gehalterten Einsatzteil 60 integriert
sein, wobei die Raststellen 12 wiederum insbesondere als
Rastvertiefungen 62 mit an das Rastelement 6 angepaßter Kontur
ausgebildet sind. Das Rastelement 6 ist in 6 und 7 nicht
dargestellt, es kann sich aber dabei – wie in der zweiten Ausführung – bevorzugt
um einen tonnenartigen Rollkörper
oder – wie
durch die Ausführung
des Gleiters 106 in 7 mit zwei
Federn 107 – auch
um zwei Kugeln handeln.
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Wie
bereits erwähnt,
sollte die Laufbahn 32 derart aus einem elastisch nachgiebigen
Material gebildet sein, daß zwischen
dem Rastelement und der Laufbahn 32 durch elastische Verformung
des nachgiebigen Materials ein flächiger Anlagekontakt mit Kraftschluß erreicht
wird. Hierzu ist es gemäß der dritten
Ausführung
der Erfindung bevorzugt vorgesehen, dass auch das in dem Gehäuse 40 gehalterten Einsatzteil 60 mit
der Laufbahn 32 und den Raststellen 62, gegebenenfalls
gemeinsam und materialeinheitlich mit einer Gleitbuchse 105,
als eine Kunststoffspritzung hergestellt ist, wobei das Gehäuse 40 mit
einer vergleichsweise höheren
Festigkeit und das Einsatzteil 60 mit einer vergleichsweise
höheren elastischen
Nachgiebigkeit vorteilhafterweise auf fertigungstechnisch günstige Weise
durch eine Zweikomponentenspritzung hergestellt werden können.
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Die
Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern
umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen
und optional vorhandene Details, wie diese insbesondere in der
DE 31 37 134 A1 und
der
EP 893 565 B1 beschrieben
sind.
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Ferner
ist die Erfindung nicht auf die im Anspruch 1 definierte Merkmalskombination
beschränkt,
sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten
Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmale definiert sein.
Dies bedeutet, daß grundsätzlich praktisch
jedes Einzelmerkmal des Anspruchs 1 weggelassen bzw. durch mindestens
ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt
werden kann. Insofern ist der Anspruch 1 lediglich als ein erster
Formulierungsversuch für
eine Erfindung zu verstehen.