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Die
Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugkarosserie aus verschiedenen
Stählen, umfassend einen Karosserierahmen, Karosserieschutzelemente aus
Panzerstahl und Anbauteile oder Befestigungsteile aus Stahl, die
an den Panzerstahl angeschweißt sind, insbesondere am Beispiel
der Türscharnierhalterung, nach den Merkmalen des Oberbegriffs
des Anspruchs 1.
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Anbau
und Befestigungsteile bei so genannten Sonderschutzfahrzeugen, d.
h. gepanzerten Fahrzeugen, welche auf serienmäßigen
Straßenfahrzeugen aufbauen, sind aufgrund eines wesentlich höheren
Gewichts von gepanzerten Karosserieschutzelementen in der Karosserie
oder dem Karosserierahmen sehr hohen Belastung ausgesetzt. Daher
sind an einen Werkstoff, aus welchem diese Anbauteile oder Befestigungsteile
gefertigt sind, hohe Anforderungen an dessen Materialeigenschaften,
insbesondere in Bezug auf dessen Festigkeit und Härte,
zu stellen. Des Weiteren sollten diese Materialeigenschaften auch
nach einer Verarbeitung, insbesondere dem im Fahrzeugbau üblichen Schweißverfahren,
erhalten bleiben.
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Die
im Fahrzeugbau üblichen Karosseriestähle weisen
hinsichtlich der Anforderungen an gute schweißtechnische
Verarbeitbarkeit und thermischer Beständigkeit auf zwar
gute Eigenschaften auf. Aber durch das Schweißen von Karosseriestahl
und Panzerstahl wird der Karosseriestahl teilweise thermisch beeinflusst.
Verluste der Festigkeit durch Anlasseffekte erfordern deshalb zusätzliche
angepasste thermische Verfahrensschritte.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kraftfahrzeugkarosserie
aus verschiedenen Stählen, bzw. Stählen mit unterschiedlichen Stahlgüten,
bereitzustellen, die mit den üblichen Schweißverfahren
darstellbar ist, wobei die verwendeten Stähle ihre Materialeigenschaften
durch den Fertigungsprozess bzw. Fügeprozess nicht verändern.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kraftfahrzeugkarosserie
aus verschiedenen Stählen, umfassend einen Karosserierahmen,
Karosserieschutzelemente aus Panzerstahl und Anbauteile oder Befestigungsteile
aus Stahl, die an den Panzerstahl angeschweißt sind, wobei
die an den Panzerstahl angeschweißten Anbauteile oder Befestigungsteile
der Kraftfahrzeugkarosserie aus Warmarbeitsstahl gebildet sind,
mit den Merkmalen des Anspruchs 1
sowie durch ein Verfahren
zur Herstellung einer Kraftfahrzeugkarosserie aus verschiedenen
Stählen, umfassend die Schritte:
- – Bereitstellen
eines Karosserierahmens aus Panzerstahl,
- – Bereitstellen eines Anbau- oder Befestigungsteils
aus Stahl
- – Fügen des Anbau- oder Befestigungsteils
an den Panzerstahl des Karosserierahmens, wobei die angeschweißten
Anbauteile oder Befestigungsteile aus Warmarbeitsstahl ausgewählt
werden, mit den Merkmalen des Anspruchs 11
gelöst.
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Für
die Lösung der Erfindung ist es somit von wesentlicher
Bedeutung, dass das Anbau- oder Befestigungsteil des Karosserierahmens
aus Warmarbeitsstahl gebildet ist und somit eine Schweißverbindung
zum Panzerstahl ermöglicht wird. Die Kombination aus Stählen
mit verschiedenen Stahlgüten, das heißt Warmarbeitsstahl
und Panzerstahl, lässt thermische Fügeverfahren
und Nachbehandlungen, wie insbesondere das Schweißen zu,
ohne dass es zu einem nachteiligen Einfluss auf die Werkstoffeigenschaften
des Stahls des Anbau- oder Befestigungsteiles kommt. Der Warmarbeitsstahl
leidet im Gegensatz zu den üblichen Karosseriestählen
nicht durch die mittels des Schweißens eingebrachte Wärme. Selbst
für den Panzerstahl gegebenenfalls noch erforderliche thermische
Nachbehandlungen nach dem Schweißen beeinflussen die benötigten
Werkstoffeigenschaften des Warmarbeitsstahls nicht. Der Warmarbeitsstahl
ist zwar teurer und die Bearbeitung wegen der höheren Festigkeit
und Zähigkeit deutlich aufwändiger als beim konventionellen
Karosseriestahl. Diese Nachteile können aber durch die
Vereinfachung des Fertigungsprozesses wieder aufgewogen werden.
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Als
Warmarbeitsstahl wird bevorzugt eine Eisenlegierung eingesetzt,
durch Temperaturbehandlungen bis zu 700°C keine Veränderung
der hohen Warmfestigkeit und Warmhärte erfährt.
Hierdurch wird insbesondere erreicht, dass der Stahl durch ein Verschweißen
keine Abnahme von Warmfestigkeit und Warmhärte erfährt.
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Ein
bevorzugter Stahl weist neben Eisen und Verunreinigungen die folgenden
Legierungsbestandteile in Gew.% auf:
Kohlenstoff: 0,2 bis 0,8
Silizium:
0,1 bis 0,8
Mangan: 0,2 bis 1,5
Chrom: 1,5 bis 4
Molybdän:
0,3 bis 1,5
Nickelgehalt: 0,5 bis 2
Vanadium: 0,1 bis
1,1.
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Eine
besonders bevorzugte Stahlzusammensetzung weist neben Eisen und
Verunreinigungen einen Kohlenstoffgehalt von 0,28 Gewichtsprozent,
einen Siliziumgehalt von 0,3 Gewichtsprozent, einen Mangangehalt
von 0,7 Gewichtsprozent, einen Chromgehalt von 2,8 Gewichtsprozent,
einen Molybdängehalt von 0,6 Gewichtsprozent, einen Nickelgehalt
von 1 Gewichtsprozent und einen Vanadiumgehalt von 0,4 Gewichtsprozent
auf, wobei die Mengenangaben jeweils mit einem Toleranzbereich von +/–20%
zu verstehen sind. Des Weiteren können Zugaben von Niob,
Vanadium oder Titan enthalten sein.
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Die
Karosserieschutzelemente aus Panzerstahl sind an den Karosserierahmen
angebracht oder auch als Bestandteile des Karosserierahmens anzusehen.
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Für
die Karosserieschutzelemente aus Panzerstahl kann auf unterschiedlichste
bereits bekannte Panzerstähle zurückgegriffen
werden. So ist aus der
US
5 458 704 A ein Panzerstahl bekannt, der 0,25 bis 0,32%
C; 0,05 bis 0,75% Si; 0,10 bis 1,50% Mn; 0,90 bis 2,00% Cr; 0,10
bis 0,70% Mo; 1,20 bis 4,50% Ni und 0,01 bis 0,08% Al enthält.
Beispielsweise ist aus der
EP
1052296 A1 ein Panzerstahl der Zusammensetzung 0,15 bis
0,2% C, 0,1 bis 0,5% Si, 0,7 bis 1,7% Mn, < 0,02% P, < 0,005% S, < 0,01% N, 0,009 bis 0,1% Al, 0,5 bis
1,0% Cr, 0,2 bis 0,7% Mo, 1,0 bis 2,5% Ni und 0,05 bis 0,25% V,
Rest Eisen einschließlich unvermeidbarer Verunreinigungen,
bekannt. Weitere bekannte Panzerstähle sind auch ARMOX 500
T, 560 T und 600 T von SSAB oder SECURE 400, 450, 500 und 600 von
ThyssenKrupp.
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Eine
weiterer geeigneter Panzerstahl ist auch aus der
DE 10 2005 014 298 B4 bekannt,
mit einer Stahllegierung, die in Gewichtsprozent ausgedrückt
eine Zusammensetzung aufweist von 0,2 bis 0,4% Kohlenstoff 0,3 bis
0,8% Silizium 1,0 bis 2,5% Mangan max. 0,02% Phosphor max. 0,02%
Schwefel max. 0,05% Aluminium max. 2% Kupfer 0,1 bis 0,5% Chrom
max. 2% Nickel 0,1 bis 1% Molybdän 0,001 bis 0,01% Bor
0,01 bis 1% Wolfram max. 0,05% Stickstoff.
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Unter
den Panzerstählen werden bevorzugt diejenigen eingesetzt,
die sich zum ballistischen Schutz von Fahrzeugen besonders eignen.
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Unter
den hochlegierten Stählen ist die folgende Legierungszusammensetzung
besonders geeignet (Zusammensetzung in Gew.%):
C: 0,01–0,06
Si:
0,01–0,2
Mn: 0,01–0,25
P: 0,001–0,02
S:
0,001–0,02
Cr: 0,05–0,8
Mo: 4–6
Ni:
15–21
Co: 7–15
Ti: 0,5–1,8
Rest
Eisen und übliche Verunreinigungen.
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Unter
den unlegierten Stählen sind die folgenden Legierungszusammensetzung
besonders geeignet (Zusammensetzung in Gew.%):
C: 0,22–0,38
Si:
0,08–0,6
Mn: 0,3–1,0
P: 0,005–0,02
S:
0,005–0,02
Cr: 0,8–1,9
Mo: 0,05–0,5
Ni:
0,1–1,2
Rest Eisen und übliche Verunreinigungen.
C:
0,22–0,28
Si: 1,2–1,6
Mn: 0,3–1,1
P: < 0,03
S: < 0,03
Al: < 0,05
Cr: 1,1–1,6
Mo:
0,15–0,35
Ni: 0,5–1,2
Rest Eisen und übliche
Verunreinigungen.
C: 0,15–0,20
Si: 0,20–0,35
Mn:
1,15–1,4
P: < 0,03
S: < 0,03
Al: < 0,05
Cu: < 0,25
Ni: < 0,25
Cr: 1,1–1,4
Ti:
0,02–0,06
B: 0,0015–0,008,
Rest Eisen
und übliche Verunreinigungen.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung ist es, dass sich auch noch nicht
gehärtete Panzerstähle verwenden lassen. Die nachträgliche
Härtung des Panzerstahls ist dann für den Warmarbeitsstahl
unschädlich. Die erfindungsgemäß gewählte
Kombination mit den Warmarbeitsstählen lässt diese
thermische Behandlung zu, ohne dass die Anbau und Befestigungsteile durch
die thermische Behandlung geschädigt werden.
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Die
Erfindung wird am Beispiel einer Türscharnierhalterung
stellvertretend für Anbau- oder Befestigungsteile weiter
erläutert. Die Türscharnierhalterung muss dabei
aus einem Werkstoff mit einer hohen Festigkeit gefertigt sein, wobei
diese auch während und nach einer Bearbeitung, d. h. insbesondere
während eines Schweißvorgangs, zur Befestigung
an der Fahrzeugkarosserie und damit verbundener thermischer Einflüsse
erhalten bleiben. Auch nachfolgend auf die Türscharnierhalterung
einwirkende thermische Einflüsse, beispielsweise eine Erwärmung
aufgrund eines Trocknungsvorgangs nach einer Lackierung, dürfen
keinen Einfluss auf Materialeigenschaften des Werkstoffs der Türscharnierhalterung
haben.
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Ein
Vorteil der erfindungsgemäßen Kombination der
Stähle ist eine problemlose und sichere Befestigung der
Türscharnierhalterung an der Fahrzeugkarosserie, welche
Karosserieschutzelemente aus Panzerstahl beinhaltet, d. h. aus einem
anderen Material als die Türscharnierhalterung gefertigt
ist, beispielsweise mittels eines Metall-Aktivgas-Schweißverfahrens.
Auf diese Weise ist ein bisher bereits angewandter Fertigungsablauf
unverändert anwendbar, so dass mit der erfindungsgemäßen Lösung
beim Einbau in die Karosserie keine höheren Kosten verbunden
sind. Eine dem Schweißverfahren nachgelagerte gezielte
Wärmebehandlung der Türscharnierhalterung zur
Erhöhung der Festigkeit, welche nicht oder nur sehr schwer
realisierbar wäre, ist durch die erfindungsgemäße
Lösung der Verwendung von Warmarbeitsstahl nicht notwendig.
Andererseits kann eine gezielte Wärmebehandlung für eine
gegebenenfalls durchzuführende Härtung des Panzerstahl
durchgeführt werden, ohne den Warmarbeitsstahl zu schädigen.
Bei einer notwendigen Reparatur von Türscharnierhalterungen
nach dem Stand der bisherigen Ausführung, welche beispielsweise
aufgrund eines Unfalles oder eines anderen Schadensfalles verformt
sind, sind diese problemlos durch die erfindungsgemäßen
Türscharnierhalterungen ersetzbar.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
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Dabei
zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen
Türscharnierhalterung.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 1 mit einer
erfindungsgemäßen Türscharnierhalterung 2.
Das Fahrzeug 1 ist ein gepanzertes Fahrzeug 1,
d. h. eine Fahrzeugkarosserie 3 des Fahrzeugs 1 weist
Karosserieschutzelemente aus Panzerstahl auf. Da bei derartigen
Fahrzeugen 1 auch Fahrzeugtüren 4 aus
Panzerstahl und deren Scheiben aus Panzerglas gefertigt sind, weisen
diese ein sehr hohes Gewicht auf, welches erheblich höher
ist als das Gewicht von Fahrzeugtüren 4 ungepanzerter
Fahrzeuge 1. Daher sind insbesondere Türscharnierhalterungen 2,
welche an der Fahrzeugkarosserie 3 befestigt sind und an
welchen die Fahrzeugtüren 4 befestigt sind, sehr
stabil auszulegen, um Verformungen dieser Türscharnierhalterungen 2 zu
vermeiden. Die Türscharnierhalterungen sind unmittelbar
mit dem Panzerstahl schweißtechnisch verbunden.
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Ein
weiteres Problem ist eine Befestigung dieser Türscharnierhalterungen 2 an
der Fahrzeugkarosserie 3, da diese aus unterschiedlichen
Materialien gefertigt sind. Die erfindungsgemäße
Türscharnierhalterung 2 ist aus einem Warmarbeitsstahl
gefertigt, welcher beispielsweise aus einer Eisenlegierung mit einem
Kohlenstoff von 0,28 Gewichtsprozent, einem Siliziumgehalt von 0,3
Gewichtsprozent, einem Mangangehalt von 0,7 Gewichtsprozent, einem
Chromgehalt von 2,8 Gewichtsprozent, einem Molybdängehalt
von 0,6 Gewichtsprozent, einem Nickelgehalt von 1 Gewichtsprozent
und einem Vanadiumgehalt von 0,4 Gewichtsprozent gebildet ist und bis
zu einer Temperatur von 650°C bis 700°C eine unverändert
hohe Warmfestigkeit und Warmhärte aufweist. Aufgrund dieser
Materialzusammensetzung, ist diese Türscharnierhalterung 2 problemlos beispielsweise
mittels eines Metall-Aktivgas-Schweißverfahrens an der
Fahrzeugkarosserie 3 befestigbar, ohne dass eine Materialschwächung durch
thermische Prozesse eintreten. Dieses Schweißverfahren
ist auch zur Befestigung von Türscharnierhalterungen 2 aus
konventionellen kostengünstigen Karosseriestählen
nach dem Stand der Technik bereits im Einsatz, wodurch beim Umstellen bestehender
Fertigungsprozesse mit der erfindungsgemäßen Lösung
diesbezüglich kein zusätzlicher Fertigungsaufwand
beim Einbau und keine zusätzlichen Kosten verbunden sind.
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Das
Material der erfindungsgemäßen Türscharnierhalterung 2 weist
eine hohe Warmfestigkeit und Warmhärte auf, d. h. die Materialeigenschaften des
Warmarbeitsstahls bleiben während und nach dem Schweißvorgang
konstant, wodurch keine nachgelagerte Wärmebehandlung erforderlich
ist. Auch bei weiteren thermischen Einflüssen, wie beispielsweise
einer thermischen Trocknung nach einer Lackierung, oder einer Härtungsbehandlung
des Panzerstahls, bleiben die Materialeigenschaften konstant, so
dass eine hohe Härte und Festigkeit der erfindungsgemäßen
Türscharnierhalterung 2 und dadurch auch im Dauereinsatz
bei einer durch die schweren Fahrzeugtüren 4 hervorgerufenen
starken Belastung eine ordnungsgemäße Funktion
sichergestellt ist. Die Erfindung zeigt daher auch den Vorteil, dass
sich bisher verbaute konventionelle Türscharnierhalterungen 2 bei
einer Reparatur, welche beispielsweise aufgrund einer Verformung
notwendig ist, problemlos gegen die erfindungsgemäßen
Türscharnierhalterungen 2 ersetzen lassen.
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Türscharnierhalterung
- 3
- Fahrzeugkarosserie
- 4
- Fahrzeugtür
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 5458704
A [0011]
- - EP 1052296 A1 [0011]
- - DE 102005014298 B4 [0012]