DE102007046732A1

DE102007046732A1 - Verfahren zur Herstellung eines verstärkten Blechbauteils einer Fahrzeugkarosserie

Info

Publication number: DE102007046732A1
Application number: DE102007046732A
Authority: DE
Inventors: Michael Dr. Kohnhäuser; Florian Bechmann; Manfred WÜHR; Azita Dr. Menlo Park Khalili
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2009-04-02

Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung eines verstärkten Blechbauteils einer Fahrzeugkarosserie wird ein Blechbauteil in einem Gießwerkzeug an einer Anlagefläche angelegt, mindestens ein Formelement aus einem porösen Keramikwerkstoff an der freien Seite des Blechbauteils angelegt und eine Metallschmelze in das Gießwerkzeug eingebracht, wobei sich die Metallschmelze nach einer Infiltration des porösen Keramikwerkstoffs des Formelements mit dem Blechbauteil verbindet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines verstärkten Blechbauteils.
Zur Panzerung von Sicherheitsfahrzeugen werden hochfeste und gleichzeitig duktile Werkstoffe benötigt, um das Eindringen von Projektilen in den Fahrzeuginnenraum zu verhindern. Hierfür werden derzeit vorwiegend hochfeste Stähle mit großen Blechstärken eingesetzt, die aufgrund ihrer hohen Dichte zu einer wesentlichen Erhöhung des Fahrzeuggewichts führen. Dieses Mehrgewicht verschlechtert jedoch die Agilität und Dynamik des Fahrzeugs, was lediglich teilweise durch eine erhöhte Motorleistung und verstärkte Achs- und Karosseriekonzepte kompensiert werden kann.
Aus der US 7,026,045 B2 ist eine Verbundstruktur bekannt, die durch eine Infiltration eines porösen Keramikwerkstoffs mit einer Metallmatrix die Herstellung von Sicherheitsplatten, die trotz eines geringen Gewichts eine hohe Durchschlagssicherheit gegen Projektile aufweisen sollen, ermöglichen soll. Die mehrschichtige Verbundstruktur in der US 7,026,045 B2 sieht einen Kern aus einem porösen Keramikwerkstoff vor, der in einem aus Stahlplatten, die mit einer Vielzahl von Öffnungen versehen sind, zusammengeschweißten Käfig angeordnet ist. Der Käfig einschließlich des Keramikkerns wird daraufhin in einem Gießwerkzeug mit einem metallischen Werkstoff, vorzugsweise einem Leichtmetall, umgossen, wobei der Metallwerkstoff durch die Öffnungen in dem Käfig hindurch tritt und in den porösen Keramikwerkstoff infiltriert, wobei eine stoffschlüssige Verbindung der Einzelelemente bewirkt wird. Der Käfig dient dazu, die durch die Wärmezufuhr beim Umgießen bedingte Ausdehnung des Keramikkerns zu begrenzen, um einen Bruch desselben zu verhindern. In der US 7,026,045 B2 ist explizit hervorgehoben, dass der Käfig einschließlich des Keramikkerns vollständig von dem metallischen Gusswerkstoff umgeben sein muss.
Das in der US 7,026,045 B2 offenbarte Verfahren ist aufwändig. Zudem werden hierbei Sicherheitsplatten hergestellt, die für eine Verstärkung einer Sicherheitskarosserie eines Fahrzeugs nachträglich auf der Innenseite der Karosseriebleche befestigt werden müssen. Dies erhöht wiederum den Arbeitsaufwand; weiterhin entstehen an der Kontaktstelle benachbarter Sicherheitsplatten potentielle Schwachstellen der Panzerung.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftlicheres Verfahren zur Herstellung eines verstärkten Blechbauteils einer Fahrzeugkarosserie anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und/oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen entnehmen.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, zur Herstellung eines verstärkten Blechbauteils einer Fahrzeugkarosserie das Blechbauteil, bei dem es sich insbesondere auch um eine Blechstruktur, wie beispielsweise ein bereits umgeformtes und aus mehreren Blechelementen gefügtes Türmodul handeln kann, in einem Gießwerkzeug an einer Anlagefläche angelegt wird und Formelemente aus einem porösen Keramikwerkstoff, deren Geometrie vorzugsweise an die Geometrie des Blechbauteils angepasst sind, um ein mög lichst distanzloses Anliegen des Formelements an dem Blechbauteil zu ermöglichen, an der freien Seite des Blechbauteils angelegt wird und eine Metallschmelze in das Gießwerkzeug (beispielsweise in einem im übrigen bekannten Druckgussprozess) eingebracht wird, wobei sich die Metallschmelze nach einer Infiltration der porösen Keramik mit dem Blechbauteil verbindet.
Die Verbindung der (ausgehärteten) Metallschmelze mit dem Blechbauteil kann insbesondere stoffschlüssiger Art sein. Sofern ein oder mehrere Hinterschnitte in dem Blechbauteil vorgesehen sind, die während des Herstellvorgangs von der Metallschmelze umgossen werden, kann zudem auf vorteilhafte Weise eine formschlüssige Verbindung erzielt werden.
Die Erfindung ermöglicht die Herstellung eines verstärkten Blechbauteils einer Fahrzeugkarosserie in einem integrierten Verfahren; im Gegensatz zu den bekannten Verfahren, die ein separates Herstellen der Sicherheitsplatten und deren nachträgliche Fixierung an den Karosserieblechen des Kraftfahrzeugs vorsehen, kann durch das erfindungsgemäße Verfahren der Montageaufwand deutlich reduziert werden. Im Vergleich zu den bekannten Sicherheitskarosserien für Kraftfahrzeuge, deren Panzerung im wesentlichen ausschließlich auf der Verwendung von Blechen aus hochfestem Stahl und großen Blechdicken beruht, kann durch die Verwendung von erfindungsgemäß hergestellten, verstärkten Blechbauteilen das Fahrzeuggewicht erheblich reduziert werden. Weiterhin ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung von verstärkten Blechbauteilen einer Fahrzeugkarosserie aus preiswerten Ausgangsmaterialien in einem weitgehend automatisierbaren Prozess und ohne wesentlichen nachfolgenden Montageaufwand. Folglich zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren durch seine Wirtschaftlichkeit aus.
Werden – beispielsweise aufgrund der Komplexität der Geometrie des Blechbauteils oder aufgrund dessen Größe – mehrere Formelemente an der freien Seite des Blechbauteils angelegt, so können diese vorzugsweise so ausge bildet sein, dass sie sich im Kontakt bereichsweise überdecken, um mögliche Schwachstellen in der Panzerung zu vermeiden. Die Verwendung mehrerer, aneinander liegender Formelemente weist zudem den Vorteil auf, dass ein Riss, der ein Formelement durchläuft, an dessen Rand ausläuft und sich nicht auf ein angrenzendes Formelement überträgt.
Vorzugsweise wird für das Blechbauteil Stahl verwendet, da sich dieser Werkstoff insbesondere durch geringe Materialkosten und gute mechanische Kennwerte, insbesondere hinsichtlich der Festigkeit auszeichnet. Zur Herstellung besonders leichter verstärkter Blechbauteile können beispielsweise auch Titan- oder Aluminiumbleche zum Einsatz kommen.
Um das durch die Panzerung bedingte Zusatzgewicht der Fahrzeugkarosserie möglichst gering zu halten, wird für die Metallschmelze vorzugsweise ein Leichtmetall, besonders bevorzugt Aluminium oder Magnesium verwendet.
Um die während des Gießprozesses von der Metallschmelze verdrängte Luft abzuführen, kann vorzugsweise vorgesehen sein, in dem Blechbauteil und dem Abschnitt des Gießwerkzeugs, an dem das Blechbauteil anliegt, eine oder mehrere Entlüftungsöffnungen vorzusehen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
In der Zeichnung zeigt 1 in einer schematischen Darstellung einen Querschnitt durch ein Gießwerkzeug, in dem mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens ein verstärktes Blechbauteil für eine Fahrzeugkarosserie hergestellt wird.
Das Gießwerkzeug besteht aus einem Werkzeugober- 1 und -unterteil 2, die in vertikaler Richtung zueinander verfahrbar sind. Im geschlossenen Zustand bilden die beiden Gießwerkzeugteile eine geschlossene Kavität 3 aus, deren Kontur der geometrischen Form des herzustellenden, verstärkten Blechbauteils entspricht. In das Werkzeugunterteil 2 wird ein gegebenenfalls bereits umgeformtes Stahlblech 4 eingelegt, das in der Kavität des Werkzeugunterteils 2 zum Anliegen kommt. Auf der freien Seite des Stahlblechs 4 werden daraufhin poröse Keramikelemente 5 aus einem Al/Al-Oxid-Verbund mit einer Dichte von ca. 3,2 g/cm³ aufgelegt. Bei einem dreidimensional verformten Stahlblech sind die Keramikelemente 5 vorzugsweise in ihrer geometrischen Form an die des Stahlblechs 4 angepasst.
Über eine Einfüllöffnung 6 in dem Werkzeugoberteil 1 des Gießwerkzeugs wird daraufhin eine Metallschmelze aus Aluminium oder Magnesium in die Kavität 3 eingebracht, wobei die Metallschmelze die porösen Keramikelemente vollständig infiltriert und sich daraufhin stoffschlüssig mit dem Stahlblech 4 verbindet.
In dem Stahlblech 4 sowie dem Werkzeugunterteil 2 sind eine Mehrzahl von Entlüftungskanälen 7 vorgesehen, durch die die Luft, die von der Metallschmelze verdrängt wird, aus der Kavität 3 des Gießwerkzeugs abgeführt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 7026045 B2 [0003, 0003, 0003, 0004]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines verstärkten Blechbauteils einer Fahrzeugkarosserie, wobei ein Blechbauteil (4) in einem Gießwerkzeug an einer Anlagefläche angelegt wird, mindestens ein Formelement (5) aus einem porösen Keramikwerkstoff an der freien Seite des Blechbauteils (4) angelegt wird und eine Metallschmelze in das Gießwerkzeug eingebracht wird, wobei sich die Metallschmelze nach einer Infiltration des porösen Keramikwerkstoffs des Formelements (5) mit dem Blechbauteil (4) verbindet.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für das Blechbauteil (4) Stahl verwendet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Metallschmelze Aluminium oder Magnesium verwendet wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Blechbauteil (4) und dem Abschnitt des Gießwerkzeugs, an dem das Blechbauteil (4) anliegt, eine oder mehrere Entlüftungsöffnungen (7) vorgesehen werden.