DE102007040597A1

DE102007040597A1 - Verfahren zum Herstellen eines Bauteils für eine Sperrmechanik, insbesondere eines Drehriegels eines Türschlosses sowie Bauteil für eine Sperrmechanik

Info

Publication number: DE102007040597A1
Application number: DE200710040597
Authority: DE
Inventors: Jörg Reinert; Udo Riemenschneider; Marion Merklein
Original assignee: Friedrich Alexander Univeritaet Erlangen Nuernberg FAU; Brose Schliesssysteme GmbH and Co KG
Current assignee: Friedrich Alexander Univeritaet Erlangen Nuernberg FAU; Brose Schliesssysteme GmbH and Co KG
Priority date: 2007-08-27
Filing date: 2007-08-27
Publication date: 2009-04-09

Abstract

Um in verfahrenstechnisch einfacher Weise und kostengünstig ein qualitativ hochwertiges Sperrelement mit hoher Formgenauigkeit herzustellen, ist vorgesehen, dass aus einem Rohling (36) mittels einer Massivumformung und eines Presshärtens das Sperrelement (4) insbesondere für ein Kraftfahrzeug-Türschloss gefertigt wird. Bei dem Verfahren ist hierbei vorgesehen, dass der Rohling (36) zunächst auf eine Temperatur im Bereich von etwa 860°C bis 950°C erwärmt und gehalten wird, so dass der Rohling (36) eine austenitische Gefügestruktur einnimmt. Anschließend erfolgt das Massivumformen mit anschließendem Abschrecken in einem Gesenkwerkzeug (34) auf eine Temperatur im Bereich von unterhalb etwa 250°C, so dass eine martensitische Gefügestruktur eingestellt wird. Beim derartigen Herstellverfahren wird eine hohe Formgenauigkeit erreicht, ohne dass Nachbehandlungsschritte, wie beispielsweise Schleifen etc. erforderlich sind. Auch ist kein nachfolgendes Härten mehr erforderlich.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils einer Sperrmechanik sowie auf ein solches Bauteil. Das Bauteil ist insbesondere ein Sperrelement, vorzugsweise ein Kraftfahrzeugbauteil und bevorzugt ein Drehriegel für ein Türschloss.
Unter Sperrelement wird hier allgemein ein Element verstanden, welches durch Ausbildung eines Formschlusses mit einem zweiten Element seine eigene Bewegung oder die des zweiten Elements sperrt bzw. freigibt. Zur Sperrung oder Freigabe ist hierbei eine Bewegung, insbesondere Drehbewegung des Sperrelements vorgesehen. Unter Sperrmechanik werden allgemein Mechaniken verstanden, die ein solches Sperrelement aufweisen. Sperrmechaniken sind beispielsweise Schließ-, Verstell- oder Arretiermechaniken, vorzugsweise im Kraftfahrzeugbereich.
Unter Sperrelement wird insbesondere ein so genannter Drehriegel eines Türschlosses, auch als Schlossfalle bezeichnet, insbesondere für eine Kraftfahrzeugtür, verstanden. Ein Türschloss bildet daher eine Sperrmechanik und besteht im Wesentlichen aus einem so genannten Sperrwerk und einer Aktuatorik zum Betätigen des Sperrwerks. Das Sperrwerk selbst weist als wesentliche Bestandteile den Drehriegel sowie eine Sperrklinke auf. Der Drehriegel und die Sperrklinke wirken hierbei derart miteinander, dass in einer Schließstellung Gegenwirkungsflächen der beiden Bauteile miteinander einen Formschluss ausbilden, so dass die Position der beiden Sperrteile in der Schließstellung sicher fixiert ist. Zum Öffnen wird über die Aktuatorik, beispielsweise ein motorischer Antrieb mit Getriebe, die Sperrklinke in eine Freigabeposition gedreht, so dass der üblicherweise mit Hilfe einer Feder vorgespannte Drehriegel in seine Offenstellung aufschnappen kann. In der Schließstellung wird von dem Drehriegel ein so genannter Schließbügel oder -bolzen gehalten. Der Schließbügel ist hierbei üblicherweise an einer Karosseriesäule des Kraftfahrzeugs angeordnet, wohingegen die restlichen Elemente des Sperrwerks sowie die Aktuatorik in der Kraftfahrzeugtür stirnseitig angeordnet sind. Die Sperrmechanik umfasst als weiteres Bauteil in einigen Ausführungsvarianten auch eine so genannte Zuziehhilfe, die üblicherweise als metallischer Hebel oder Bügel ausgebildet ist. Beim Schließvorgang greift die Zuziehhilfe unterstützend ein, indem sie eine Zwangskraft auf die Sperrklinke ausübt, um diese bzw. das Sperrwerk zuverlässig von einer Vorrast- oder Vorschließstellung in die Hauptrast- oder Hauptschließstellung zu überführen.
Ein derartiges Kraftfahrzeug-Türschloss ist beispielsweise aus der DE 197 10 531 B4 zu entnehmen.
Das Türschloss muss hohen, zum Teil widerstrebenden Anforderungen im Hinblick auf Sicherheit und Komfort genügen. So muss einerseits gewährleistet sein, dass selbst bei extrem hohen Kräften, wie sie beispielsweise bei einem Unfall auftreten können, das Sperrwerk sicher in der Schließstellung bleibt und ein ungewolltes Öffnen der Tür vermieden wird. Um dies zu gewährleisten, sind heutige Schlösser derart ausgebildet, dass sie eine Haltekraft von bis zu 30.000 N aufweisen, was dem Äquivalent zu 3 t Gewichtskraft entspricht. D. h. das Sperrwerk kann in seiner Schließstellung Kräften bis zu 30.000 N standhalten.
Gleichzeitig soll bei Bedarf das Türschloss sich möglichst leicht mit geringem Kraftaufwand manuell in die Offenstellung überführen lassen.
Beim Übergang von der Schließstellung in die Offenstellung gleiten die zueinander korrespondierenden Gegenwirkungsflächen der Sperrklinke sowie des Drehriegels aneinander ab. Um die Reibungskraft und damit einhergehend die Öffnungskraft möglichst gering zu halten, ist die Formgebung dieser zueinander korrespondierenden Gegenwirkungsflächen sowie eine sehr hohe Oberflächengüte dieser Flächen von wesentlicher Bedeutung.
Um diese erforderliche hohe Formgenauigkeit und hohe Oberflächengüte zu erzielen werden derartige Drehriegel heutzutage in einem mehrstufigen Herstellungsprozess hergestellt. Zunächst wird mit Hilfe eines Feinstanz-Vorgangs die Form des Drehriegels herausgearbeitet. Um die gewünschte hohe Formgenauigkeit zu erzielen erfolgt die Formgebung nach Art eines Schneidvorgangs, bei dem ein Abscheren an den Korngrenzen auftritt. Dieses Feinstanzen erfolgt in einer mehrfach wirkenden Presse: Zunächst wird das Material eingespannt und beispielsweise mit Hilfe einer Ringzacke verriegelt. Im zweiten Schritt erfolgt der Schnitt mit Hilfe eines Schnittstempels. Nach dem Öffnen des Werkzeugs erfolgt schließlich im dritten Schritt das Ausstoßen. Nach dem Feinstanzen ist als zweiter wesentlicher Verfahrensschritt ein Schleifen und Entgraten erforderlich. Schließlich wird das Bauteil anschließend noch gehärtet, damit der Drehriegel die Anforderungen im Hinblick auf die Festigkeit und den Verschleiß erfüllen kann.
Durch dieses mehrstufige, aufwändige Verfahren ist die Herstellung eines Drehriegels vergleichsweise teuer. Insbesondere da der gesamte Drehriegel aufwändig bearbeitet wird, obwohl die im Folgenden auch als Sperrfläche bezeichnete Gegenwirkungsfläche des Drehriegels nur einen geringen Teilbereich des umlaufenden Randes des Drehriegels ausmacht und lediglich der Bereich um die Sperrfläche hochgenau ausgebildet sein muss.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes Herstellungsverfahren für ein Bauteil einer Sperrmechanik, insbesondere für ein Sperrelement sowie ein verbessertes solches Bauteil anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils einer Sperrmechanik, insbesondere eines Drehriegels eines Türschlosses, wobei das Bauteil, insbesondere das Sperrelement, durch Presshärten ausgebildet ist. Beim Presshärten wird hierbei zunächst ein metallischer Rohling auf eine Austenitisierungstemperatur erwärmt, bis er eine austenitische Gefügestruktur einnimmt. Anschließend wird der Rohling in einem Gesenkwerkzeug durch Massivumformen in eine gewünschte Endgeometrie gebracht. Der Rohling wird unmittelbar vor dem Umformen auf die Austenitisierungstemperatur gebracht. Beim daran anschließenden Umformen kühlt der Rohling bereits wieder etwas ab, so dass das Umformen bei einer im Vergleich zur Austenitisierungstemperatur geringeren Rohlingtemperatur, beispielsweise im Bereich con 850°C bis 550°C, erfolgt. Unter Massivumformen wird hierbei ein Umformvorgang verstanden, bei dem ein dreiachsiger, also in drei Raumrichtungen orientierter, Spannungszustand im Rohling induziert wird, so dass eine dreiachsige Formänderung erfolgt. Insbesondere tritt eine bewusste Dickenveränderung des Materials auf. Schließlich wird im anschließenden Schritt nach dem Massivumformen der geformte Rohling im Gesenkwerkzeug abgekühlt, insbesondere abgeschreckt, so dass er eine martensitische Gefügestruktur einnimmt. Schließlich wird der derart abgekühlte, geformte Rohling als fertiges Bauteil aus dem Gesenkwerkzeug entnommen.
Unter fertiges Bauteil wird hierbei ein metallisches Endprodukt verstanden, welches keiner weiteren Nachbehandlungsschritte der Metallbearbeitung, wie beispielsweise Härten, Schleifen, Entgraten, etc. bedarf. Eine solche Nachbehandlung ist auch nicht vorgesehen. Das fertige Bauteil kann jedoch noch beispielsweise mit Schutzschichten zum Korrosionsschutz, mit einem Lack oder einem Kunststoffmantel überzogen werden.
Presshärten wird heutzutage bereits bei der Blechumformung von Karosserieteilen, wie beispielsweise Stoßfängern, Karosseriesäulen, etc. herangezogen. Ein geeignetes Material hierfür ist ein Borstahl, wie er beispielsweise unter dem Handelsnamen „USIBOR 1500P" von Arcelor angeboten wird und welcher auch vorliegend für das Massivumformen vorzugsweise eingesetzt wird.
Die vorliegende Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass sich das aus der Blechumformung bekannte Verfahren auch beim Massivumformen einsetzen lässt und dass mit dem Presshärten in Verbindung mit dem Massivumformen hochpräzise Formteile mit sehr guter Oberflächengüte erreicht werden. Dabei ist die Qualität eines durch Massivumformen hergestellten Formbauteils überraschenderwei se derart gut, dass die extrem hohen Anforderungen selbst bei einem Drehriegel ohne spezielle weitere ergänzende Maßnahmen erreichbar sind. Die Herstellung insbesondere eines Drehriegels durch ein Massivumformen und Presshärten lässt sich daher in kostengünstiger Weise mit hoher Qualität erzielen.
Hierbei wird ausgenutzt, dass bei dem Verfahren durch das Erwärmen der Rohling zunächst in die austenitische Gefügemodifikation überführt wird, in der eine Umformung mit vergleichsweise geringem Kraftaufwand möglich ist. Dies erlaubt bei vergleichsweise geringen Umformkräften eine hohe Formgenauigkeit. Durch das sich anschließende schnelle Abkühlen (Abschrecken) in die martensitische Gefügestruktur wird zum einen die hochgenaue Geometrie erhalten und gleichzeitig wird der geformte Rohling gehärtet, so dass keine nachfolgenden Härteschritte mehr erforderlich sind und vorgenommen werden.
Das Massivumformen ist hierbei vorzugsweise weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Rohlings auch entgegen einer Pressrichtung des Gesenkwerkzeugs fließt. Beim Massivumformen wird allgemein ein dreiachsiger Spannungszustand im Material erzeugt, der ein Stauchen, ein Breiten/Längen sowie ein Steigen des Materials bedingt. Unter Steigen wird hierbei das Fließen des Materials entgegen der Stauchrichtung verstanden, wobei die axiale Stauchrichtung der Pressrichtung des Gesenkwerkzeugs entspricht.
Vorzugsweise wird der Rohling vor dem Massivumformen auf eine Austenitisierungstemperatur im Bereich von etwa 850–950°C erwärmt, um sicher die austenitische Gefügestruktur auszubilden. Hierbei wird mit einer geeigneten Aufheizrate der Rohling erhitzt. Diese Aufheizrate liegt im Bereich von etwa 15–20°C pro Sekunde. Hat er diese Temperatur erreicht, so verbleibt er für eine Verweildauer von etwa 3–8 Minuten auf diesem Temperaturniveau, damit sich die austenitische Gefügestruktur ausbilden kann. Das Erwärmen und Halten auf der Temperatur erfolgt vorzugsweise außerhalb des Gesenkwerkzeugs, um eine möglichst hohe Taktrate zu erzielen. Nach der Verweildauer oder der Haltezeit wird also der erwärmte Rohling in das Gesenkwerkzeug überführt. Hierbei ist darauf zu achten, dass keine oder nur eine begrenzte Abkühlung auftritt. Schließlich wird der Rohling mit hoher Umformgeschwindigkeit umgeformt. Die Dauer für die Massivumformung liegt etwa im Bereich von 1 Sekunde. Parallel zum Umformen kann bereits die Abkühlung beginnen. Die Abkühlrate ist hierbei vorzugsweise deutlich größer als die Aufwärmrate und liegt insbesondere in einem Bereich von oberhalb etwa 25°C pro Sekunde. Der geformte Rohling wird nunmehr innerhalb des formgebenden Gesenkwerkzeugs auf eine Temperatur von unterhalb etwa 280°C–250°C abgeschreckt, so dass eine martensitische Gefügestruktur ausgebildet und eingefroren wird. Erst nach abgeschlossener Umwandlung wird das Gesenkwerkzeug geöffnet und das Sperrelement entnommen.
Gemäß einer zweckdienlichen Weiterbildung ist zur Reduzierung von möglichen Spannungen innerhalb des Sperrelements eine zusätzliche Wärmebehandlung, das so genannte Anlassen, vorgesehen. Dies kann prinzipiell noch innerhalb des Gesenkwerkzeugs erfolgen. Im Sinne einer hohen Taktrate erfolgt das Anlassen vorzugsweise jedoch außerhalb des Gesenkwerkzeugs. Das Sperrelement weist bereits ohne diesen zusätzlichen Anlass-Vorgang regelmäßig eine ausreichend hohe Duktilität auf, die für den vorgesehenen Anwendungszweck, nämlich insbesondere die Verwendung als Drehriegel, ausreichend ist. Bei diesem Anlass-Vorgang wird das Sperrelement in an sich bekannter Weise für eine gewisse Verweildauer noch einmal auf ein erhöhtes Temperaturniveau von beispielsweise 350°C erwärmt.
In einer bevorzugten Weiterbildung wird als Ausgangsstoff für den Rohling ein insbesondere mit einem metallischen Aluminium-Silizium-Beschichtung versehener Stahl verwendet. Die spezielle Beschichtung macht nachträgliche Korrosionsschutzmaßnahmen überflüssig. Zugleich wirkt diese Beschichtung einer Verzunderung, also der Ausbildung einer Oxidschicht an der Oberfläche, beim Herstellungsprozess entgegen.
Im Sinne einer möglichst kostengünstigen Herstellung ist zweckdienlicherweise vorgesehen, dass das Sperrelement keiner weiteren Nachbehandlung, wie bei spielsweise Schleifen, Entgraten, Härten, etc. unterzogen wird. Vielmehr ist allein durch das Presshärten in nur einem Arbeitsvorgang das Sperrelement abschließend herstellbar.
Um ein Sperrelement mit guten mechanischen Eigenschaften, insbesondere hoher Steifigkeit, auszubilden, ist zweckdienlicherweise vorgesehen, dass für die Umformung ein speziell geformter Stempel des Gesenkwerkzeugs verwendet wird. Dieser ist derart ausgebildet, dass ein insbesondere umlaufender Randsteg entsteht, der eine Senke zwischen sich einschließt. Der Randsteg wirkt hierbei nach Art einer Versteifungsrippe. Das Material des Rohlings wird beim Massivumformen in diesen randseitigen Bereich hineingepresst und fließt zur Ausbildung des Randstegs entgegengesetzt zu der Pressrichtung, steigt also an.
Um eine hochgenaue Formgebung im Randbereich, insbesondere im stirnseitigen Randbereich, in dem die Sperrfläche ausgebildet wird, zu erreichen, steigt eine Stempelfläche des Stempels in Richtung zum Randsteg zweckdienlicherweise an. Der Anstieg ist hierbei vorzugsweise kontinuierlich und stetig mit konstanter oder auch zunehmender Steigung. Durch diese gleichmäßig ansteigende Stempelfläche wird das Material zum einen vom tiefsten Punkt aus gesehen seitlich nach außen verdrängt. Zugleich steigt das Material durch die ansteigende Stempeloberfläche auch entgegen der Pressrichtung an.
Um einen definierten Materialfluss beim Umformvorgang zu erzeugen weist die Stempelfläche vorzugsweise eine als Stempelspitze ausgebildete Auswölbung, auf, die – im Querschnitt betrachtet – sich insbesondere zum tiefsten Punkt hin beispielsweise etwa dreieckförmig verjüngt, und die eine Barriere für den Materialfluss darstellt. Sie bildet daher eine Fließgrenze, so dass das Material ausgehend von der Auswölbung in definierter Weise seitlich zur Auswölbung umgeformt wird. Die im Rohling ausgebildete Senke weist daher eine in etwa parallel zum Randsteg verlaufende kanalartige Vertiefung auf.
Das Sperrelement lässt sich allgemein in einen randseitigen Hauptfunktionsbereich und einen Nebenfunktionsbereich untergliedern. Unter Hauptfunktionsbereich wird allgemein derjenige Bereich verstanden, der eine Sperr- oder Verriegelungsfunktion aufweist und mit einem weiteren Sperrteil zusammenwirkt. Im Falle eines Drehriegels ist der Hauptfunktionsbereich daher durch die randseitigen Bereiche um die Sperrfläche sowie um eine Bolzenaufnahme gebildet. Der Drehriegel ist insgesamt ein klauenartiges, flächiges Bauteil mit zwei Riegelarmen, die zwischen sich die maulartige Bolzenaufnahme einschließen. In der Schließstellung des Türschlosses liegt in der Bolzenaufnahme der Schließbolzen oder Schließbügel ein. Der Stempel ist nunmehr zweckdienlicherweise derart ausgebildet, dass beim Umformvorgang in dem Hauptunktionsbereich eine vollständige Füllung und in dem Nebenfunktionsbereich eine Unterfüllung des Gesenkwerkzeugs erfolgt. Durch diese Maßnahme wird daher ein exaktes Füllen des Gesenkwerkzeugs in dem wichtigen Hauptunktionsbereich zuverlässig gewährleistet, um dort die hohe Formgenauigkeit zu gewährleisten. Gleichzeitig wird in den weniger wichtigen Nebenfunktionsbereichen ein ausreichender Freiraum gelassen, so dass beim Umformvorgang der Stempel des Gesenkwerkzeugs immer in definierter Position relativ zu einer Matrize des Gesenkwerkzeugs gebracht werden kann, um die Umformung reproduzierbar, in der genau gewünschten Art und Weise ausführen zu können. Durch diese Maßnahme werden daher Toleranzschwankungen bei der Maßhaltigkeit des Rohlings und damit einhergehend Volumenschwankungen ausgeglichen.
Zweckdienlicherweise ist dabei vorgesehen, dass der tiefste Punkt der Stempeloberfläche sehr nahe am Rand des Nebenfunktionsbereichs ist. Der tiefste Punkt bildet quasi einen Trennsteg, von dem ausgehend das Material in Richtung einerseits zum Hauptfunktionsbereich und andererseits in Richtung zum Nebenfunktionsbereich verschoben wird. Da eine vergleichsweise lange Strecke für die Materialverschiebung hin zum Randsteg des Hauptfunktionsbereichs ausgebildet ist, ist im Hauptfunktionsbereich eine sehr sanfte Umformung erzielt. D. h. es erfolgt keine abrupte Umformung auf kurzen Distanzen. Insgesamt ist hierdurch unter ande rem die Bildung von unerwünschten, bleibenden Spannungszuständen im Hauptfunktionsbereich vermieden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß weiterhin gelöst durch ein Sperrelement, insbesondere ein Drehriegel eines Türschlosses einer Kraftfahrzeugtür, welches durch Presshärten und einer Massivumformung hergestellt ist. Das Sperrelement weist hierbei einen umlaufenden Randsteg auf, der eine Senke zwischen sich einschließt. Zweckdienlicherweise sind auf zwei gegenüberliegenden Oberflächenseiten umlaufende Randstege mit jeweils eingeschlossener Senke ausgebildet. Das Sperrelement ist daher im Querschnitt gesehen nach Art eines Doppel-T-Trägers ausgebildet und weist daher eine sehr hohe Steifigkeit bei vergleichsweise geringem Materialeinsatz auf.
Vorzugsweise erstreckt sich die Senke von einem tiefsten Punkt aus gleichmäßig ansteigend zum Randsteg. Der tiefste Punkt liegt hierbei in unmittelbarer Nähe des Nebenfunktionsbereichs. Zum Randsteg im Hauptfunktionsbereich weist daher die Senke eine sehr geringe Steigung auf, die um ein Vielfaches geringer ist als die Steigung der Senke zum Randsteg im Nebenfunktionsbereich.
Zweckdienlicherweise ist weiterhin vorgesehen, dass die Oberseite des Randstegs im Nebenfunktionsbereich auf einem geringen Höhenniveau liegt als die Oberseite des Randstegs im Hauptfunktionsbereich. Dies wird herstellungstechnisch durch die Unterfüllung im Nebenfunktionsbereich erzielt, um ein qualitativ hochwertiges Sperrelement mit hoher Maß- und Formgenauigkeit zu erhalten.
Insgesamt ist durch das Sperrelement und das spezielle Herstellungsverfahren durch das Massivumformen und das Presshärten eine kostengünstige Herstellung eines qualitativ hochwertigen Sperrelements erreicht. Das Sperrelement ist hierbei insbesondere ein Drehriegel eines Türschlosses. In gleicher Weise kann auch die Sperrklinke des Türschlosses auf diese Weise hergestellt werden. Prinzipiell lassen sich auch andere Bauteile insbesondere im Kraftfahrzeug, die als Sperrelemente wirken, wie beispielsweise ein Drehbeschlag für einen Kraftfahrzeugsitz, auf diese Art und Weise herstellen. Das Verfahren eignet sich für alle Bauteile, bei denen unter Ausbildung eines Formschlusses mit einem weiteren Sperrteil zum Sperren einer Bewegung eine hochgenaue Formtreue insbesondere in Kombination mit einer hohen Oberflächengüte erforderlich ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen jeweils in schematischen und vereinfachten Darstellungen
1 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Türschlosses,
2 eine perspektivische Darstellung eines als Drehriegel ausgebildeten Sperrelements,
3a, 3b in einer stark vereinfachten Querschnittsdarstellung einen Rohling in einem Gesenkwerkzeug zur Erläuterung des Umformvorgangs, wobei die 3a die Situation vor Beginn des Umformvorgangs und 3b die Situation nach dem Umformvorgang zeigt,
4 eine zu 3a vergleichbare Darstellung mit einer alternativen Ausführungsvariante für das Gesenkwerkzeug.
In den Figuren sind gleich wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Anhand der 1 wird zunächst das prinzipielle Zusammenwirken der einzelnen Teile bei einem Türschloss 2 näher erläutert. Das Türschloss 2 umfasst einen Drehriegel 4 sowie eine Sperrklinke 6, die in einer in 1 gezeigten Schließstellung formschlüssig ineinander greifen. Und zwar liegt eine Sperrfläche 8 des Drehriegels 4 an einer zugeordneten Gegenwirkungsfläche 10 der Sperrklinke 6 an.
Der Drehriegel 4 ist ein flächiges Bauteil aus einem gehärteten Stahl. Er ist klauenartig mit zwei Riegelarmen 4A, 4B, ausgebildet, die zwischen sich eine einseitig offene Bolzenaufnahme 5 einschließen. In der Bolzenaufnahme 5 liegt in der Schließstellung ein nicht dargestellter Schließbolzen oder Schließbügel ein, der üblicherweise an einer Karosseriesäule befestigt ist, und in den der Drehriegel 4 beim Schließen der Tür „einfällt".
Der Drehriegel 4 ist um eine erste Drehachse 12 drehbar entgegen der von einem Federelement 14 ausgeübten Vorspannung gelagert. Das Federelement 14 ist im Ausführungsbeispiel als eine Druckfeder ausgebildet, die sich an einer Halterung 16 abstützt. Die Halterung 16 ist ortsfest innerhalb einer üblicherweise als Modul ausgebildeten Türschlosseinheit angeordnet, in der sämtliche zum Türschloss gehörigen Komponenten, nämlich das so genannte Sperrwerk sowie die Aktuatorik, untergebracht sind.
Die Sperrklinke 6 ist um eine zweite Drehachse 18 drehbar und ebenfalls gegen die Vorspannkraft eines zweiten Federelements 20 drehbar gelagert. Die Sperrklinke 8 wird hierbei von einem Betätigungshebel 22 betätigt, auf den das zweite Federelement 20 einwirkt. Über den Betätigungshebel 22 wirkt die hier nicht näher dargestellte Aktuatorik, beispielsweise ein Elektromotor mit entsprechendem Getriebe, auf die Sperrklinke 6 ein.
Zur Freigabe des Drehriegels 4 wird der Betätigungshebel 22 und mit ihm die Sperrklinke 8 gegen die Federkraft des zweiten Federelements 20 entgegen dem Uhrzeigersinn bewegt. Während dieser Drehbewegung gleitet die Gegenwirkungsfläche 10 an der Sperrfläche 8 entlang und gibt schließlich den Drehriegel 4 frei. Dieser dreht dann ebenfalls entgegen dem Uhrzeigersinn etwa um 90° in seine Offenstellung.
Um ein möglichst kraftarmes Überführen der Sperrklinke 6 in die Offenstellung zu ermöglichen, kommt es auf eine hochgenaue Ausgestaltung der Form des Drehriegels 4 im Bereich der Sperrfläche 8 an. Im Bereich der Sperrfläche 8 weist der Riegelarm 4A eine Hauptnase 24 auf an deren Stirnseite, die Sperrfläche 8 liegt. Die Hauptnase 24 weist am stirnseitigen Übergang zu der Sperrfläche 8 eine Rundung auf, die entscheidend für ein leichtes Öffnen ist, so dass die Hauptnase 24 an der Sperrklinke 6 abgleiten kann.
Am Riegelarm 4A ist endseitig eine weitere als Nebennase 25 bezeichnete Nase gebildet, die in einer Vor-Schließstellung mit der Sperrklinke 6 zusammenwirkt. Dabei liegt eine Nebensperrfläche 8' der Nebennase 25 an der Gegenwirkungsfläche 10 der Sperrklinke 6 an.
Aus der 2 ist ein mittels Presshärten und Massivumformen hergestellter Drehriegel 4 zu entnehmen. Dieser zeichnet sich dadurch aus, dass er einen umlaufenden Randsteg 26 aufweist, der in seiner Mitte eine Senke 28 begrenzt. Im Querschnitt betrachtet ist der Drehriegel 4 daher T-förmig nach Art eines Doppel T-Trägers ausgebildet. Er weist daher eine hohe Steifigkeit bei geringem Materialeinsatz und damit geringem Gewicht auf. Auch der in 2 dargestellte Drehriegel 4 umfasst die beiden Riegelarme 4A, 4B, wobei an dem einen Riegelarm 4A die Hauptnase 24 mit der Sperrfläche 8 ausgebildet ist, auf deren hochgenaue Ausbildung es insbesondere ankommt. Im Bereich zwischen den beiden Riegelarmen 4A, 4B ist ein Durchgangsloch 30 vorgesehen, welches zur Aufnahme eines Drehbolzens ausgebildet ist, um den sich der Drehriegel 4 im eingebauten Zustand dreht. Der Drehriegel 4 ist insgesamt ein flaches, plattenartiges Gebilde mit zwei gegenüberliegenden Seiten. Vorzugsweise sind beide Oberflächenseiten identisch und weisen jeweils den umlaufenden Randsteg 26 und die Senke 28 auf.
Die in der Schließstellung belasteten Bereiche des Drehriegels 4, insbesondere des Randstegs 26 bilden einen Hauptfunktionsbereich A. Dieser erstreckt sich daher von der Nebennase 25 über die Hauptnase 24 des ersten Riegelarms 4A entlang der Bolzenaufnahme 5 bis zum zweiten Riegelarm 4B. Der übrige Teilbereich des Randstegs 26 wird als Nebenfunktionsbereich B bezeichnet. In 2 sind zur Kenntlichmachung Trennstriche 32 eingezeichnet.
Im Hauptfunktionsbereich A kommt es entscheidend auf eine hochgenaue, formtreue Ausgestaltung des Drehriegels 4 an. Demgegenüber ist im Nebenfunktions bereich B eine hochgenaue und formgenaue Ausgestaltung weniger wichtig bzw. von untergeordneter Bedeutung.
Das Verfahren zur Herstellung des Drehriegels 4, wie er in 2 dargestellt ist, wird nachfolgend anhand der 3a, 3b näher erläutert. Diese beiden Figuren zeigen eine stark vereinfachte Querschnittsdarstellung eines Gesenkwerkzeugs 34 mit darin einliegendem Rohling 36. Das Gesenkwerkzeug 34 umfasst einen Stempel 38 sowie eine Matrize 40, in der der Rohling 36 einliegt.
Der Rohling 36 wurde vor dem Einbringen in das Gesenkwerkzeug 34 mit einer Aufwärmrate von etwa 16°C pro Sekunde auf eine Temperatur im Bereich zwischen 860° und 950° erwärmt und dort mehrere Minuten, beispielsweise 3 bis 8 Minuten gehalten. Der Rohling 36 selbst ist aus einem geeigneten Stahl, insbesondere Borstahl ausgebildet.
Der Stempel 38 verfährt beim Umformvorgang in Pressrichtung 42 gegen die Matrize 40 und formt hierbei den Rohling 36 entsprechend der Kontur des Stempels 38 um, so dass der Rohling 36 an seiner Oberseite die in 3b dargestellte Kontur einnimmt. In dem Ausführungsbeispiel der 3a, 3b ist die Ausbildung der Kontur nur an einer Oberflächenseite des Rohlings 36 gezeigt. In identischer Weise wird der Rohling auch an seiner Unterseite verformt. Hierzu ist die Matrize, also das Unterstück des Gesenkwerkzeugs 34, spiegelbildlich zu dem Stempel 38 ausgebildet.
Der Stempel 38 weist eine charakteristische Oberflächenkontur auf. Und zwar umfasst er eine Stempelspitze 44, die einen tiefsten Punkt definiert, mit der der Stempel 38 als erstes in das Material des Rohlings 36 eintaucht. Die Stempelspitze 44 ist im Querschnitt nach Art eines Dreiecks ausgebildet. Die eine Dreiecksflanke wird steil ansteigend nach oben geführt, um schließlich üblicherweise unter Ausbildung einer kleinen Rundung in eine im Wesentlichen horizontal verlaufende Randseite auszulaufen. Die in den 3a, 3b auf der rechten Bildhälfte angeordneten Randseite definiert zugleich die Ausgestaltung im Nebenfunktionsbereich B.
Die andere Dreiecksseite der Stempelspitze 44 geht in eine langsam ansteigende Flanke 46 über, die zum linken Randsteg 26 hin am Ende bogenförmig unter Ausbildung eines Radiusses verläuft, bevor auch hier wieder die Stempeloberfläche in eine horizontalen Randseite übergeht. Der linke Teilbereich legt hierbei den Hauptfunktionsbereich A fest.
Durch diese spezielle Stempelform wird eine charakteristische Geometrie der jeweiligen Oberflächenseite des Drehriegels 4 mit der Senke 28 und den umlaufenden Randstegen 26 ausgebildet. Im Nebenfunktionsbereich B verläuft daher unmittelbar am Randsteg 26 angrenzend eine durch die Stempelspitze 44 ausgebildete Vertiefung 47. Aufgrund der langsam, gleichmäßig und kontinuierlich ansteigenden Flanke 46 erfolgt ein vergleichsweise schonendes Umformen des Rohlings 36 hin zum Hauptfunktionsbereich A. Im Unterschied hierzu treten im Bereich der Stempelspitze 44 sehr hohe Spannungsspitzen auf. Durch das Gesenkwerkzeug 34 wird insgesamt ein dreiachsiger Spannungszustand auf den Rohling 36 ausgeübt. Neben einer in Axialrichtung, also in Pressrichtung 42 wirkenden Axialspannung σ_a, durch die das Material des Rohlings 36 gestaucht wird, erfährt das Material weiterhin eine radiale Spannungskomponente σ_r, die ein Breiten/Längen des Rohlings 36 hervorruft. Schließlich erfährt das Material noch – neben einer tangentialen in Umfangsrichtung wirkenden Spannungskomponente – eine entgegengesetzt zur Pressrichtung 42 orientierte Spannungskomponente σ_a', d. h. das Material steigt entgegen der Pressrichtung 42, so dass in den Randbereichen zur Ausbildung des Randstegs 26 jeweils eine Materialverdickung und im mittleren Bereich der Senke 28 eine Reduzierung der Dicke erfolgt.
Von wesentlicher Bedeutung ist weiterhin, dass im rechten Bereich des Nebenfunktionsbereichs B im Zustand des geschlossenen Gesenkwerkzeugs 34 am Ende der Umformung ein Freiraum zwischen dem Randsteg 26 und der Stempeloberfläche ausgebildet ist, d. h. in diesem Bereich liegt eine so genannte Unterfüllung 48 vor. Dies führt dazu, dass der Teilbereich des Randstegs 26 im Hauptfunktionsbereich A auf einem höheren Höhenniveau H_A liegt als der Teilbereich des Randstegs 26 im Nebenfunktionsbereich B, wo der Randsteg 26 lediglich ein Höhenniveau von H_B einnimmt. Die 3b zeigt also den Zustand, bei dem der Stempel 38 sich in seiner Endposition befindet und sich auf der Matrize 40 abstützt.
In dieser Position verharrt der Stempel 38 während des Abschreckvorgangs des nunmehr geformten Rohlings 36. Dabei ist eine Abkühlung mit einer Abkühlrate von etwa 30°C pro Sekunde vorgesehen, und zwar bis zu einem Temperaturniveau von unterhalb 280°C bis 250°C, so dass eine martensitische Gefügestruktur erhalten und eingefroren wird. Bei Erreichen dieses Temperaturniveaus wird das Gesenkwerkzeug 34 wieder geöffnet und der nunmehr fertige Drehriegel 4 wird aus dem Gesenkwerkzeug 34 beispielsweise mit Hilfe von Auswerferstiften ausgeworfen.
Ferner kann eine zusätzliche Wärme-Nachbehandlung, das so genannte „Anlassen" vorgesehen sein, um eventuell verbliebene Spannungen im Materialgefüge des fertigen Bauteils zu reduzieren.
Aufgrund des derartigen Herstellungsverfahrens, nämlich dem Massivumformen mittels Presshärten, wird eine hohe Formtreue und Maßhaltigkeit insbesondere im Hauptfunktionsbereich A erhalten. Gleichzeitig sind die Umformkräfte vergleichsweise niedrig, so dass insgesamt der werkzeugtechnische Aufwand gering ist. Aufgrund der hohen Formgenauigkeit sind auch keinerlei Nachbehandlungsschritte, wie Schleifen, etc. erforderlich. Schließlich ist durch die Überführung in die martensitische Struktur während des Presshärtens auch keine weitere Härtung erforderlich.
In 4 ist eine alternative Geometrie des Stempels 38 in einer zur 3a vergleichbaren Darstellung dargestellt. Der wesentliche Unterschied zu dem Stempel 38 gemäß 3a ist darin zu sehen, dass nunmehr keine dreieckförmige Stempelspitze 44 vorgesehen ist, sondern dass die Flanke 46 direkt in den zum rechten Randsteg 26 hin ansteigenden Teilbereich übergeht. Die hierdurch definierte Übergangsstelle ist insbesondere als Knick ausgebildet, der die Stempel spitze 44 definiert. Auch hier ist daher der tiefste Punkt die Kante zwischen der flachen Flanke 46 und dem steil ansteigenden Teilstück auf der rechten Seite. Bei dieser Ausführungsvariante werden im Bereich der Stempelspitze 44 geringere Spannungen im Rohling 36 erzeugt.
Anstelle des Drehsiegels 4 können auch weitere Bauteile einer Sperrmechanik, beispielsweise eine Zuziehhilfe, ein Sperrelement bei einem Beschlag etc. mit dem beschriebenen Verfahren hergestellt werden.

2: Türschloss
4: Drehriegel
4A, 4B: Riegelarm
5: Bolzenaufnahme
6: Sperrklinke
8: Sperrfläche
8': Nebensperrfläche
10: Gegenwirkungsfläche
12: erste Drehachse
14: erstes Federelement
16: Halterung
18: zweite Drehachse
20: zweites Federelement
22: Betätigungshebel
24: Hauptnase
25: Nebennase
26: Randsteg
28: Senke
30: Durchgangsloch
32: Trennstrich
34: Gesenkwerkzeug
36: Rohling
38: Stempel
40: Matrize
42: Pressrichtung
44: Stempelspitze
46: Flanke
47: Vertiefung
48: Unterfüllung
A: Hauptfunktionsbereich
B: Nebenfunktionsbereich
H_A: Höhenniveau im Hauptfunktionsbereich
H_B: Höhenniveau im Nebenfunktionsbereich
σ_a, σ_r, σ_a',: Spannungskomponenten

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19710531 B4 [0004]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Bauteils (4) für eine Sperrmechanik, insbesondere eines Drehriegels eines Türschlosses (2), wobei das Bauteil (4) durch Presshärten ausgebildet ist, bei dem a) ein metallischer Rohling (36) zunächst auf eine Austenitisierungstemperatur erwärmt wird, so dass er eine austenitische Gefügestruktur einnimmt, b) der Rohling (36) anschließend in einem Gesenkwerkzeug (34) durch Massivumformen in eine gewünschte Endgeometrie gebracht wird, c) der geformte Rohling (36) im Gesenkwerkzeug (34) abgekühlt wird, so dass er eine martensitische Gefügestruktur einnimmt und d) als fertiges Bauteil (4) aus dem Gesenkwerkzeug (34) entnommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem beim Massivumformen das Material des Rohlings (36) auch entgegen einer Pressrichtung (42) des Gesenkwerkzeugs (34) fließt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Rohling (36) auf eine Austenitisierungstemperatur im Bereich von etwa 850° bis 950°C erwärmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der geformte Rohling (36) mit einer Abkühlrate größergleich 27°C/s auf eine Endtemperatur im Bereich von unterhalb etwa 280°–250°C abgekühlt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem nach dem Abkühlen der geformte Rohling (36) einem zusätzlichen Anlassvorgang unterzogen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein insbesondere mit einer Al-Si-Beschichtung beschichteter Ausgangswerkstoff für den Rohling (36) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem nach dem Presshärten das fertige Sperrelement (4) keiner weiteren Nachbehandlung unterzogen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem für die Umformung ein Stempel (38) des Gesenkwerkzeugs (34) verwendet wird derart, dass ein insbesondere umlaufender Randsteg (26) ausgebildet wird, der eine Senke (28) begrenzt.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Stempel (38) derart ausgebildet ist, dass seine Stempelfläche zum Randsteg (26) ansteigt.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Stempelfläche eine Stempelspitze (44) aufweist, die beim Umformvorgang als Barriere für das Fließen des Materials wirkt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem der Stempel (38) derart ausgebildet ist, dass in einem Hauptfunktionsbereich (A) des Bauteils (4) eine vollständige Füllung und in einem Nebenfunktionsbereich (B) des Bauteils (4) eine Unterfüllung (48) des Gesenkwerkzeugs (34) im Randbereich erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem – im Querschnitt betrachtet – ein tiefster Punkt des Stempels (38) nahe am Randsteg (26) des Nebenfunktionsbereichs (B) angeordnet ist und die Stempelfläche von dort gleichmäßig in Richtung zum Randsteg (26) des Hauptfunktionsbereichs (A) ansteigt.
Bauteil (4) für eine Sperrmechanik, insbesondere Drehriegel eines Türschlosses (2) einer Kraftfahrzeugtür, das durch Presshärten in einer Massivumformung hergestellt ist, wobei ein umlaufender Randsteg (26) ausgebildet ist, der eine Senke (28) zwischen sich einschließt.
Bauteil (4) nach Anspruch 13, bei dem auf zwei gegenüberliegenden Oberflächenseiten umlaufende Randstege (26) mit jeweils eingeschlossener Senke (28) ausgebildet sind.
Bauteil (4) nach Anspruch 13 oder 14, bei dem die Senke (28) von einem tiefsten Punkt aus gleichmäßig zum Randsteg (26) ansteigt.
Bauteil (4) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, das einen Hauptfunktionsbereich (A) und einen gegenüberliegenden Nebenfunktionsbereich (B) aufweist, wobei der tiefste Punkt der Senke (28) nahe des Nebenfunktionsbereichs (B) angeordnet ist.
Bauteil (4) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, bei dem die Oberseite des Randstegs (26) im Nebenfunktionsbereich (B) auf einem geringeren Höhenniveau (H_B) liegt als die Oberseite des Randstegs (26) im Hauptfunktionsbereich.