DE102008035388B4

DE102008035388B4 - Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeug-Panzerungsbauteils

Info

Publication number: DE102008035388B4
Application number: DE200810035388
Authority: DE
Inventors: Birgit Peters; Paul Schwarte; Udo Dr. Klasfauseweh
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2008-07-29
Filing date: 2008-07-29
Publication date: 2011-01-20
Anticipated expiration: 2028-07-30
Also published as: DE102008035388A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeug-Panzerungsbauteils aus einer Panzerstahlplatine (2, 7), wobei die Panzerstahlplatine (2, 7) in einem Pressenwerkzeug warm umgeformt und zumindest partiell gehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Panzerstahlplatine (2, 7) vor dem Warmformen perforiert wird und beim Umformvorgang eine dreidimensionale Struktur erhält.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeug-Panzerungsbauteils aus einer Panzerstahlplatine, wobei die Panzerstahlplatine in einem Pressenwerkzeug warmumgeformt und zumindest partiell gehärtet wird.
Ballistischer Schutz oder so genannte antiballistische Platten kommen heutzutage aus unterschiedlichsten Werkstoffen zur Panzerung von Kraftfahrzeugen zum Einsatz. Wegen seiner guten antiballistischen Eigenschaften ist der Einsatz von Panzerstahl weit verbreitet. Panzerstahl ist immer noch das Material erster Wahl, da es im Vergleich zu anderen Materialien leicht und billig herzustellen und zu verarbeiten ist. Beim Panzerstahl handelt es sich um einen Stahl, der sowohl eine hohe Zähigkeit (gegen Rissbildung) als auch eine hohe Härte (hoher Eindringwiderstand) aufweist.
Panzerstähle werden üblicherweise als massive homogene Platten, Kant- oder Formteile ausgeführt. Diese werden entweder im gehärteten Anlieferungszustand durch einfaches Biegen bzw. Kanten verarbeitet, kommen als zugeschnittene ebene Platten zum Einsatz oder werden durch Warm- oder Kaltumformung zu Formteilen verarbeitet. Aus der DE 10 2004 006 093 B3 ist ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Panzerungsbauteils für Fahrzeugkarosserien bekannt, wobei das Warmumformen und das Abschreckhärten einer Stahlplatine in einem Arbeitsgang durchgeführt werden.
Die EP 0 432 031 B1 beschreibt eine Panzerung zum Schutz gegen ballistische Geschosse, bei der vor der eigentlichen Panzerplatte eine Zusatzplatte aus Keramik angeordnet ist, die von einer großen Anzahl von Zellen durchsetzt ist. Die Zellen sollen in einem regelmäßigen quadratischen Flächenmuster angeordnet sein und aus Öffnungen bestehen, die senkrecht zur Mittelebene der Zusatzplatte orientiert sind.
Zum Stand der Technik zählt ferner die EP 0 423 004 B1 bzw. die DE 690 15 103 T2 , die eine Panzerung und deren Herstellungsverfahren beschreibt. Hierbei werden in eine Panzerstahlplatine nach dem Walzen Öffnungen geschlagen. Die Panzerstahlplatine wird mit den durchgeschlagenen Öffnungen anschließend gehärtet und dann angelassen. Die Härtung erfolgt in einem Ölbad. Diese Vorgehensweise ebenso wie der notwendige Anlassprozess ist aufwändig und nicht ausreichend prozesssicher, um qualitativ hochwertige, sehr maßhaltige Kraftfahrzeug-Panzerungsbauteile rationell herzustellen.
Aus der EP 1 266 972 A1 ist die Herstellung eines gehärteten Blechbauteils mit Durchzügen bekannt. Hierbei geht es vorrangig um die Herstellung von Kraftfahrzeug-Crashstrukturbauteilen. Aus der DE 10 2004 006 093 B3 ist ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Kraftfahrzeugbauteils bekannt. Hierbei sind keinerlei Perforierungen vorgesehen, so dass eine Zusatzpanzerung bzw. ein hohes Bauteilgewicht mit dem dreidimensional geformten Kraftfahrzeugbauteil einhergeht.
Der Erfindung liegt daher ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein rationelles Verfahren zur Schaffung von qualitativ hochwertigen und gewichtsmäßig reduzierten Kraftfahrzeugpanzerungsbauteilen mit einer dreidimensional ausgebildeten Struktur aufzuzeigen.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einem Verfahren gemäß Patentanspruch 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des grundsätzlichen Erfindungsgedankens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 8.
Die Erfindung sieht vor, dass eine Panzerstahlplatine vor dem Warmformen und Härten perforiert wird. Die vorgeschlagene neue Lösung basiert auf dem Einsatz der Warmformtechnik, bei der Panzerstahlplatinen, also Blechabschnitte eines ballistischen Stahls unterschiedlicher Dicke, beispielsweise zwischen 1 mm und 15 mm im nicht gehärteten, weichen Zustand, regelmäßig oder unregelmäßig mit Löchern bzw. Durchbrüchen unterschiedlicher Form versehen werden. Diese können so ausgeführt werden, dass Hohlräume und damit eine Gewichtsverringerung von 20% bis 60% entstehen. Hierzu werden 20% bis 60% der Flächen der Panzerstahlplatine perforiert. Das Einbringen der Durchbrüche kann durch spanende oder spanlose Formgebung sowie durch Schneidvorgänge erfolgen, beispielsweise mittels Plasma-, Wasserstrahl- oder Laserschneiden.
Beim Warmformvorgang erhält die Panzerstahlplatine vorzugsweise eine dreidimensional konfigurierte Struktur. Auf diese Weise können Panzerungsbauteile auch mit komplizierten Geometrien mit hoher Maßhaltigkeit rationell und wirtschaftlich hergestellt werden.
Die perforierte Panzerstahlplatine wird vor dem Umformvorgang auf Härtetemperatur gebracht, d. h. auf eine über Ac₃ liegende Temperatur, bei der sich der Stahl in einem austenitischen Zustand befindet. Unmittelbar im Anschluss hieran werden die erwärmten Panzerstahlplatinen in einem Pressenwerkzeug umgeformt und gehärtet, wobei die Panzerstahlplatine beim Härtevorgang im Pressenwerkzeug eingespannt bleibt. Durch den Kontakt des kalten, gegebenenfalls von innen oder außen gekühlten, Werkzeugs wird das Blechteil überkritisch abgekühlt, so dass ein Härtungsprozess stattfindet. Nach dem Abkühlen im Werkzeug kann das Formteil ohne weitere thermische Nachbehandlung, wie beispielsweise Anlassen, der Weiterverarbeitung bzw. dem Einbau, zugeführt werden.
Zum Härten kann die Panzerstahlplatine beim Härtevorgang im Pressenwerkzeug in direkten Kontakt mit einem Kühlmittel gebracht werden. Wie erwähnt, ist auch eine indirekte Kühlung der Panzerstahlplatine beim Härtevorgang möglich.
Die erfindungsgemäß hergestellten perforierten Kraftfahrzeug-Panzerungsbauteile kommen insbesondere mit dem Zweck einer Vorzerstörung von Geschossen oder ähnlichem zum Einsatz. In diesem Zusammenhang ist es zweckmäßig, der perforierten Panzerstahlplatine eine weitere nicht perforierte Platine zuzuordnen. Auch die Anordnung von zwei perforierten Panzerstahlplatinen hintereinander, wobei die Durchbrüche in den Platinen nicht fluchtend zueinander angeordnet sind, ist möglich. Vorzugsweise besteht auch die zusätzliche Platine aus einem Panzerstahl. Grundsätzlich kann die zusätzliche Platine aber auch aus anderen Werkstoffen bestehen, z. B. aus einer Keramik, einem Kompositwerkstoff oder aus einem Kunststoff, wie z. B. Aramid. Die Kontur der optionalen zusätzlichen Platine kann insbesondere an den Verlauf der perforierten Panzerstahlplatine angepasst sein oder aber auch davon abweichen, also eben oder gekrümmt sein.
Ergänzend ist die Erfindung anhand der schematischen Darstellungen in den 1 und 2 erläutert. Es zeigen:
1 eine Ansicht auf ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug-Panzerungsbauteil und
2 ebenfalls technisch vereinfacht, ein Kraftfahrzeug-Panzerungsbauteil in einer Schnittdarstellung.
Ein Kraftfahrzeug-Panzerungsbauteil 1 besteht aus einer Panzerstahlplatine 2. Die Panzerstahlplatine 2 wird im nicht gehärteten, weichen Zustand perforiert und mit regelmäßig und/oder unregelmäßig angeordneten Durchbrüchen 3 bzw. 4 versehen. Eine regelmäßige Anordnung der Durchbrüche 3 erkennt man in 1 in der oberen Bildhälfte. Eine unregelmäßige Anordnung der Durchbrüche 4 ist in 1 in der unteren Bildhälfte dargestellt. Durch die Perforation der Panzerstahlplatine 2 wird deren Ausgangsgewicht verringert.
Die perforierte Panzerstahlplatine 2 wird dann auf Austenitisierungstemperatur erwärmt und in einem Pressenwerkzeug umgeformt und gehärtet. Beim Härtevorgang bleibt die Panzerstahlplatine 2 im Pressenwerkzeug eingespannt. Das Warmumformen und Härten im Pressenwerkzeug ist auf Grund der Kombination von Umform- und Vergütungsvorgang in einem Werkzeug eine rationelle Arbeitsweise. Durch die Einspannung des umgeformten Panzerungsbauteils 1 im Pressenwerkzeug beim Härtevorgang erhält man ein Bauteil mit hoher Maßhaltigkeit und geringem Verzug. Die Kühlung im Pressenwerkzeug kann direkt oder indirekt durchgeführt werden. Bei der direkten Kühlung wird die Panzerstahlplatine 2 unmittelbar in Kontakt mit einem Kühlmittel gebracht. Bei der indirekten Kühlung wird das Pressenwerkzeug bzw. Teile hiervon gekühlt.
2 zeigt ein Kraftfahrzeug-Panzerungsbauteil 5, umfassend eine mittels Durchbrüchen 6 perforierte und anschließend warmumgeformte sowie im Pressenwerkzeug gehärtete Panzerstahlplatine 7 und eine hinter der ersten perforierten Panzerstahlplatine 7 angeordnete, nicht perforierte zweite Panzerstahlplatine 8. Die mögliche Anprallrichtung eines Geschosses ist durch den Pfeil P gekennzeichnet. Die zweite Panzerstahlplatine 8 kann auf Grund der Vorlagerung der perforierten ersten Panzerstahlplatine 7 deutlich weniger dick als herkömmlich ausgeführt werden. Insgesamt führt dies, ebenso wie der Einsatz der perforierten Panzerstahlplatine 7, zu einem hohen Gewichtseinsparungspotenzial.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug-Panzerungsbauteil
2: Panzerstahlplatine
3: Durchbruch
4: Durchbruch
5: Kraftfahrzeug-Panzerungsbauteil
6: Durchbruch
7: Panzerstahlplatine
8: Panzerstahlplatine
P: Pfeil

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeug-Panzerungsbauteils aus einer Panzerstahlplatine (2, 7), wobei die Panzerstahlplatine (2, 7) in einem Pressenwerkzeug warm umgeformt und zumindest partiell gehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Panzerstahlplatine (2, 7) vor dem Warmformen perforiert wird und beim Umformvorgang eine dreidimensionale Struktur erhält.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Perforation durch in der Panzerstahlplatine (2, 7) regelmäßig und/oder unregelmäßig angeordnete Durchbrüche (3, 4, 6) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Perforation in den zu härtenden Bereichen der Panzerstahlplatine (2, 7) erzeugt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass 20%–60% der Fläche der Panzerstahlplatine (2, 7) perforiert werden.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Panzerstahlplatine (2, 7) vor dem Umformvorgang auf Härtetemperatur erwärmt und anschließend im Pressenwerkzeug umgeformt und gehärtet wird, wobei die Panzerstahlplatine (2, 7) beim Härtevorgang im Pressenwerkzeug eingespannt gehalten wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Panzerstahlplatine (2, 7) beim Härtevorgang im Pressenwerkzeug in direkten Kontakt mit einem Kühlmittel gebracht wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Panzerstahlplatine (2, 7) beim Härtevorgang im Pressenwerkzeug indirekt gekühlt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der gehärteten Panzerstahlplatine (2, 7) zumindest eine weitere Platine (8) zugeordnet wird.