DE102010012832A1

DE102010012832A1 - Kraftfahrzeugsäule

Info

Publication number: DE102010012832A1
Application number: DE102010012832A
Authority: DE
Inventors: Markus Pellmann; Dr. Pohl Martin; Martin Schroeter; Stefan Adelbert; Otto Buschsieweke; Dr. Handing Christian
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2010-03-25
Filing date: 2010-03-25
Publication date: 2011-09-29
Anticipated expiration: 2030-03-26
Also published as: DE102010012832B4; US20110233966A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugsäule (1), insbesondere A-Säule (2), B-Säule (4), C-Säule (11) und/oder D-Säule (13), hergestellt durch Warmumformen und Presshärten einer Stahlblechplatine, mit mindestens einem nach dem Presshärten partiell wärmebehandelten Bereich (WB), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem wärmebehandelten Bereich (WB) und dem nicht wärmebehandelten Bereich (NWB) ein Übergangsbereich (ÜB) ausgebildet ist, wobei die Breite a des Übergangsbereiches (ÜB) kleiner gleich 50 mm ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugsäule gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Aus der DE 10 2005 054 847 B3 sind warmgeformte und pressgehärtete Bauteile, die nach dem Endformen und dem Einstellen hochfester mechanischer Eigenschaften im Stahl einer gezielten Wärmebehandlung unterzogen werden, bekannt. Insbesondere bei Struktur- und/oder Sicherheitsbauteilen, die im Crashfall axial belastet werden, soll ein nach der vorgenannten Art hergestelltes Bauteil einerseits hochfest sein und andererseits im Crashfall Falten werfen, um Stoßenergie gezielt abzubauen.
Eine Wärmebehandlung findet gemäß dem Stand der Technik üblicherweise in einem Temperaturbereich zwischen 320°C und 400°C statt und verändert die im Warmform- und Presshärteprozess eingestellten Festigkeitswerte kaum. Gleichzeitig wird jedoch die Duktilität des Werkstoffes derart erhöht, dass im Crashfall eine Faltenbildung möglich ist.
Mit den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ist für viele Serienproduktionsprozesse eine hinreichend zielgenaue Einstellung der gewünschten Werkstoffkonfiguration möglich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Kraftfahrzeugsäule bereit zu stellen, die in gezielten Bereichen vorgegebene Werkstoffgefüge aufweist und großserientauglich und kostengünstig herstellbar ist.
Die vorliegende Aufgabe wird mit einer Kraftfahrzeugsäule gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Weitere Ausführungsformen sind Bestandteil der abhängigen Patentansprüche.
Die vorliegende Erfindung beinhaltet eine Kraftfahrzeugsäule, insbesondere eine A-Säule, eine B-Säule, eine C-Säule und/oder eine D-Säule, hergestellt durch Warmumformen und Presshärten einer Stahlblechplatine, mit mindestens einem nach dem Presshärten partiell wärmebehandelten Bereich, der dadurch gekennzeichnet ist, dass zwischen dem wärmebehandelten Bereich und dem nicht wärmebehandelten Bereich ein Übergangsbereich ausgebildet ist, wobei die Breite a des Übergangsbereiches kleiner gleich 50 mm ist.
Vorteilig bei der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugsäule ist die prozesssicher, gezielt herstellbare Werkstoffeigenschaft in bestimmten Bereichen. Nach dem Warmformen und Presshärten einer Stahlblechplatine aus hochfestem, härtbarem Stahl wird die Kraftfahrzeugsäule mit einer gezielten partiellen Wärmebehandlung nachbehandelt. Durch die partielle Wärmebehandlung unterhalb der Austenitisierungstemperatur sind an der Kraftfahrzeugsäule in den wärmebehandelten Bereichen duktile Werkstoffgefüge hergestellt.
Hierbei ist wiederum besonders vorteilig, dass im Crashfall in den gezielt wärmebehandelten Bereichen eine gewollte Verformung begünstigt wird, ohne dass in diesen Bereichen eine Rissbildung oder ein Ausreißen erfolgt. Dadurch erhöht sich das Energieaufnahmevermögen der Kraftfahrzeugsäule bei gleichzeitig hoher Steifigkeit. In der Folge wird bei einem Kraftfahrzeug, das mit einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugsäule ausgestattet ist, ein hohes Maß an Energie dadurch absorbiert, dass kinetische Energie des Aufpralls in Verformungsarbeit umgewandelt wird, bei gleichzeitiger hoher Steifigkeit der Fahrgastzelle.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung beträgt die Breite weniger als 30 mm, insbesondere weniger als 20 mm. Der Übergangsbereich von wärmebehandeltem zu nicht wärmebehandeltem Bereich ist im Rahmen der Erfindung vergleichbar mit einer Wärmeeinflusszone einer Schweißnaht. In dem Übergangsbereich erfolgt auch eine Gefügeumwandlung, die zwangsläufig nicht immer erwünscht ist.
Besonders vorteilig ist, dass bei der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugsäule ein Übergangsbereich hergestellt ist, der geringe geometrische Abmaße aufweist. Vorzugsweise ist es auch möglich, einen Übergangsbereich von weniger als 15 mm an der Kraftfahrzeugsäule zu realisieren. Insgesamt ist es im Bereich der Fertigung einer crashoptimierten Fahrzeugkarosserie somit möglich, an den einzelnen Bauteilen insbesondere der Kraftfahrzeugsäule die Bereiche klar definiert zuzuordnen, die sich im Crashfall deformieren sollen und die im Crashfall ein möglichst großes Formhaltevermögen aufweisen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante entspricht die Breite dem 0,2- bis 3,0-fachen der Breite und/oder Höhe des wärmebehandelten Bereichs. Bezogen auf den Gesamtspannungsverlauf innerhalb des Bauteils ergibt sich hierdurch eine besonders vorteilige Ausführungsvariante für die Crash- und Steifigkeitskonstruktionen der Fahrzeugkarosserie.
Vorzugsweise sind Fügeflansche partiell wärmebehandelt. Für das Beispiel der selbsttragenden Fahrzeugkarosserie wirkt sich der wärmebehandelte Bereich, insbesondere ausgebildet als Fügeflansch, vorteilig auf die Crasheigenschaft und die Steifigkeit der Karosserie aus. Im Rahmen der Erfindung ist unter einer Kraftfahrzeugsäule eine A-Säule, eine B-Säule, eine C-Säule und/oder eine D-Säule eines Kraftfahrzeugs zu verstehen. Ein Fügeflansch einer Kraftfahrzeugsäule ist der Bereich, der mit anderen Bauteilen gekoppelt wird.
So ist unter einem Fügeflansch beispielsweise der Anbindungsbereich an das Fahrzeugdach bzw. an die Spritzschutzwand oder aber an einen Schweller zu verstehen. Die Anbindung kann dabei durch Kleben, Nieten, Schweißen, Löten oder ähnliche Koppelungsprozesse hergestellt sein.
Der Bereich, der partiell wärmebehandelt ist, neigt nicht zu einem Aufreißen bzw. Abreißen oder aber Ausreißen im Falle eines Unfalls und hält somit die umliegenden und angebundenen Struktur- bzw. Sicherheitsbauteile zusammen. Gerade unter Berücksichtigung eines Fahrgastinnenraums wirkt sich dies besonders vorteilig auf den Insassenschutz aus.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich in Bereichen, die im Falle eines Unfalls einer gewollten Verformung ausgesetzt sind. Hierbei können die Bereiche mit gewollter Verformung deformiert werden, ohne zu reißen. Hieraus bedingt erhöht sich wiederum das Energieaufnahmevermögen der gesamten Kraftfahrzeugkarosserie bei gleichzeitig geringer Eindringtiefe in den Fahrgastinnenraum.
Ein weiterer Anwendungsfall ist beispielsweise auch das gezielte Deformieren einzelner Bereiche, um eine besonders günstige Unfallreparatur zu ermöglichen. Diese Verformung ist vorgesehen, um Energie zum Abbau in die Karosserie einzuleiten, so dass hier wiederum die Crashsicherheit für Fahrzeuginsassen gesteigert wird.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wärmebehandelten Bereiche können dabei im Crashfall so deformiert werden, dass eine gezielte Einfaltung und somit eine gezielte Energieaufnahme stattfindet. Weiterhin tendieren die wärmebehandelten Bereiche weniger zu einer Rissbildung, da ihr Gefüge gegenüber dem warmgeformten und pressgehärteten, harten und spröden Gefüge eher duktil ist.
Die partielle Wärmebehandlung von Fügeflanschen ergibt weiterhin den Vorteil, dass die Fügeflansche eine duktile Werkstoffeigenschaft aufweisen. Im Falle einer stoffschlüssigen Verbindung mittels thermischen Fügens findet hier in einem Anschlussprozess wiederum eine Gefügeumwandlung in der Wärmeeinflusszone des Fügeverfahrens statt. Ein duktiler Abschnitt der Kraftfahrzeugsäule wirkt sich hierbei besonders vorteilig auf den Schweißprozess und die sich nach dem Schweißprozess in der Wärmeeinflusszone einstellenden Werkstoffgefüge aus. Besonders vorteilig wirkt sich das im Falle eines Unfalls des Kraftfahrzeugs auf die Haltbarkeit der verbundenen Schweißnähte aus.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind Aussparungen in der Kraftfahrzeugsäule partiell wärmebehandelt. Diese Aussparungen können beispielsweise aus gewichtsoptimierten Gründen oder aber auch aus Gründen der Durchführung von anderen Komponenten, beispielsweise eines Türscharniers oder aber eines Kabelbaums oder ähnlichem, in dem Bauteil vorhanden sein. Gerade im Bereich der Aussparungen und auch im Endbereich von Aussparungen kann es hierbei im Falle eines Unfalls zu Rissbildungen aufgrund von Spannungen in dem Bauteil, insbesondere Oberflächenspannungen, kommen, die sich über das gesamte Bauteil erstrecken können. Durch Reduzierung der Oberflächenspannung stellt sich in diesem Bereich ein duktiles Werkstoffgefüge ein. Dieses steht einer Rissbildung und somit auch einer erleichterten ungewollten Deformation der Kraftfahrzeugsäule entgegen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante ist ein Endbereich der Kraftfahrzeugsäule partiell wärmebehandelt, wobei ein an dem Endbereich angeordneter Fügeflansch nicht wärmebehandelt ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass durch Einbindung der Kraftfahrzeugsäule in eine Kraftfahrzeugkarosserie Belastungen durch Biegewechselspannungen, die beispielsweise durch Karosserietorsion oder aber durch andere Fahreinflüsse, beispielsweise Motorschwingungen oder ähnlichem, in die Karosserie eingeleitet werden, durch die wärmebehandelten Bereiche gedämpft werden. Dies wirkt sich gerade in Bezug auf die Langlebigkeit der Kraftfahrzeugkarosserie durch Reduzierung der Oberflächenspannung in den Endbereichen positiv aus, wobei die nicht wärmebehandelten Fügeflansche für die Anbindung an die Kraftfahrzeugkarosserie gerade im Hinblick auf die geforderte Crasheigenschaft einen besonders positiven Effekt erzielen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind Punktbereiche der Kraftfahrzeugsäule partiell wärmebehandelt, wobei die Punktbereiche eine Größe von weniger als 50 mm, vorzugsweise von weniger als 30 mm aufweisen. Für die Anbindung der Kraftfahrzeugsäule in einer Kraftfahrzeugkarosserie ist es besonders vorteilig, dass Punktbereiche gezielt wärmebehandelt sind, so dass hier in der Fertigungspraxis von Kraftfahrzeugen häufig auftretende Punktschweißungen oder aber punktuelle Laserschweißungen innerhalb der Punktbereiche durchgeführt werden können. Im Falle eines Kraftfahrzeugcrashs neigt die Kraftfahrzeugsäule mit den angekoppelten Bauteilen in diesen verbundenen Punktbereichen wiederum zu einer hohen Verbindungsfestigkeit. Eine Rissbildung oder ein Ausreißen bzw. Abreißen wird durch die wärmebehandelten Punktbereiche tendenziell vermieden.
Vorzugsweise weisen die wärmebehandelten Bereiche eine Streckgrenze zwischen 300 N/mm² und 1.300 N/mm², vorzugsweise 400 N/mm² bis 800 N/mm², insbesondere 400 N/mm² bis 600 N/mm² auf. Weiterhin weisen die wärmebehandelten Bereiche vorzugsweise eine Zugfestigkeit zwischen 400 N/mm² und 1.600 N/mm², vorzugsweise 500 N/mm² bis 1.000 N/mm², insbesondere 550 N/mm² bis 800 N/mm² auf und bevorzugt ein Dehnvermögen zwischen 10% und 20%, wiederum vorzugsweise 14% bis 20%. Hierdurch verfügt der Werkstoff nach wie vor über die notwendigen hochfesten mechanischen Eigenschaften, durch die geringere Zugfestigkeit, Streckgrenze und das höhere Dehnvermögen ist der Werkstoff aber so duktil, dass er bei entsprechender Belastung Falten wirft anstatt zu brechen oder zu reißen. Auch wirkt sich dies besonders vorteilig gegen eine potentielle Rissbildung des Werkstoffs in dem wärmebehandelten Bereich aus.
Vorzugsweise nimmt die Streckgrenze und/oder Zugfestigkeit im Übergangsbereich von wärmebehandeltem Bereich zu nicht wärmebehandeltem Bereich mit einem Gradienten von mehr als 100 N/mm² pro 1 cm, insbesondere mehr als 200 N/mm² pro 1 cm und besonders bevorzugt mehr als 400 N/mm² pro 1 cm ab. Ein sich hieraus ergebender Vorteil ist, dass sehr kleine lokale Bereiche wärmebehandelt und die Übergangsbereiche in dessen Relation kleiner gehalten sind. Der sich aus dem Gradienten ergebende Übergangsbereich zwischen dem warmumgeformten und pressgehärteten, nicht wärmebehandelten Bereich und dem partiell wärmebehandelten Bereich beträgt daher eine Größe von weniger als 50 mm, insbesondere bevorzugt zwischen 1 mm und 20 mm. Hierdurch entstehen kleine, scharf berandete lokal wärmebehandelte Bereiche, mit in dessen Relation kleineren Übergangsbereichen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist die partielle Wärmebehandlung der Kraftfahrzeugsäule durch Aufheizen des wärmezubehandelnden Bereichs auf eine Aufwärmtemperatur, Halten der Aufwärmtemperatur für eine Haltezeit, Abkühlen von der Aufwärmtemperatur in mindestens zwei Phasen hergestellt.
Vorzugsweise werden das Aufwärmen des Bauteils und das Halten der Aufwärmtemperatur in einem Temperaturbereich zwischen 500°C und 900°C durchgeführt. Durch den Temperaturbereich zwischen 500°C und 900°C für das Aufwärmen bzw. das Halten der Aufwärmtemperatur ist ein besonders gezielter produktionssicherer Spannungsabbau in den wärmebehandelten Bereichen hergestellt.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist die Aufwärmung in einem Zeitraum bis 30 Sekunden, vorzugsweise bis 20 Sekunden, insbesondere bis zu 10 Sekunden und besonders bevorzugt bis zu 5 Sekunden durchgeführt. Die kurze Aufwärmehase zum Erreichen der Aufwärmtemperatur wirkt sich in Kombination mit einer daran anschließenden Haltephase besonders vorteilig auf die Prozesssicherheit des hergestellten Bauteils aus.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform liegt die Haltezeit in einem Zeitraum bis zu 30 Sekunden, vorzugsweise bis zu 20 Sekunden, insbesondere bis zu 10 Sekunden und besonders bevorzugt bis zu 5 Sekunden. Durch die gezielte Werkstoffgefügeumwandlungssteuerung bei konstanter Temperatur, nur beeinflusst durch die Dauer der Haltezeit, ist der Vergütungsprozess im Rahmen der Erfindung besonders prozesssicher durchgeführt worden. Für die Haltezeit wird dabei im Wesentlichen die erreichte Aufwärmtemperatur gehalten.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist die erste Phase der Abkühlung in Relation zu der zweiten Phase der Abkühlung länger andauernd durchgeführt. Dies wirkt sich insbesondere vorteilig auf das herzustellende Werkstoffgefüge sowie die angebundenen Verarbeitungsschritte aus. Mit einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugsäule kann ein direkt daran anschließender Nachbearbeitungsprozess stattfinden. So ist es im Rahmen der Erfindung vorstellbar, dass die wärmebehandelten Bereiche sowie die Kraftfahrzeugsäule eine Bauteiltemperatur von 200°C aufweisen, um einen Nachbearbeitungsvorgang zugeführt zu werden.
Weiterhin ist besonders bevorzugt die zweite Phase in einem Zeitraum bis zu 120 Sekunden, vorzugsweise bis zu 60 Sekunden durchgeführt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, bevorzugte Ausführungsformen anhand der schematischen Zeichnungen. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung. Es zeigen:
1 zeigt einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugsäule;
2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer A-Säule;
3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer B-Säule;
4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer C-Säule;
5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer D-Säule und
6 zeigt verschiedene Temperaturverläufe bei der Herstellung einer Kraftfahrzeugsäule.
In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Teile dieselben Bezugszeichen verwendet, wobei entsprechende oder vergleichbare Vorteile erreicht werden, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
1 zeigt einen Ausschnitt einer Kraftfahrzeugsäule 1. Hierbei ist umliegend zu erkennen, dass ein in einem nicht wärmebehandelten Bereich NWB ein wärmebehandelter Bereich WB gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist. Zwischen dem nicht wärmebehandelten Bereich NWB und dem wärmebehandelten Bereich WB ist ein Übergangsbereich ÜB angeordnet. In dem wärmebehandelten Bereich WB ist ein tendenziell duktiles Werkstoffgefüge hergestellt, in dem nicht wärmebehandelten Bereich NWB ein hartes, sprödes Werkstoffgefüge. Der Übergangsbereich ÜB ergibt sich zwangsläufig aus der Wärmebehandlung des wärmebehandelten Bereichs WB. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung weist der Übergangsbereich ÜB im Wesentlichen einen Breite a von wärmebehandeltem Bereich zu nicht wärmebehandeltem Bereich auf, die in Relation zu dem wärmebehandelten Bereich WB besonders klein ausfällt und im Wesentlichen scharf berandet ist.
2 zeigt eine Kraftfahrzeugsäule 1 in Form einer A-Säule 2 einer hier nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugkarosserie. Die A-Säule 2 weist an ihren jeweiligen Seiten 2a, 2b Fügeflansche 3 auf, die partiell wärmebehandelt sind. Die A-Säule 2 hat demnach durch ihren mittleren Profilteil eine hohe Festigkeit und Härte, die im Crashfall den Schutz eines Fahrgastraumes garantiert und in ihren Fügeflanschen 3 gegenüber dem mittleren Profilteil eine eher duktile Werkstoffeigenschaft aufweist, so dass an den Fügeflanschen 3 angebundene Komponenten, die hier nicht näher dargestellt sind, mit der A-Säule 2 verbunden bleiben und kein Abreißen in den Verbindungsstellen, gekennzeichnet durch die Fügeflansche 3, geschieht.
3a bis 3c zeigen jeweils eine erfindungsgemäße B-Säule 4 mit verschiedenen Bereichen, die wärmebehandelt und nicht wärmebehandelt sind.
3a zeigt eine B-Säule 4, die einen mittleren Teil 5, einen oberen Teil 6 und einen unteren Teil 7 aufweist. Im mittleren Teil 5 ist exemplarisch eine Vertiefung 8 ausgebildet, wobei die Übergangsbereiche 8a, 8b der Vertiefung 8 zum mittleren Teil 5 hin auch partiell wärmebehandelt sind, um hier eine gezielte Deformationsmöglichkeit zu erzielen.
Durch die scharf berandeten Übergangsbereiche 8a, 8b zwischen dem wärmebehandelten Bereich und dem nicht wärmebehandelten Bereich ist es möglich, ganz gezielt – wie hier dargestellt – eine wärmebehandelte Vertiefung 8 auszubilden, um so im Falle eines Fahrzeugcrashs einen besonders vorteiligen Effekt für die Gesamtfahrzeugkarosserie zu erzielen.
Die Vertiefung 8 sitzt im Bereich der Anbindung eines hier nicht dargestellten Scharniers für eine Tür. Durch den wärmebehandelten Bereich in der Vertiefung 8 wird auch hier das Scharnier an einem spröden Ausreißen im Falle eines Crashs gehindert. Weiterhin weist die B-Säule 4 in 3a Fügeflansche 3 auf, die wärmebehandelt worden sind. Diese Fügeflansche 3 dienen im mittleren Teil 5 zur Anbindung weiterer Bauteile an die B-Säule 4 und im oberen Teil 6 zur Anbindung an eine hier nicht dargestellte Dachpartie und im unteren Teil 7 zur Anbindung an einen hier nicht dargestellten Schweller.
Weiterhin dargestellt sind Punktbereiche 9, die ebenfalls wärmebehandelt worden sind. In diesen Punktbereichen 9 kann beim Einbau der B-Säule 4 in eine Fahrzeugkarosserie eine Anbindung beispielsweise durch Punktschweißung erfolgen. Durch die gezielte Wärmebehandlung in dem Punktbereich 9, welcher sich in einer Größenordnung zwischen 1 mm und 50 mm befindet, ist es hier möglich, zusätzliche Crashsicherheiten für die Gesamtfestigkeit der Karosserie herzustellen, so dass ein Abreißen der B-Säule 4 beispielsweise im unteren Teil 7 von dem hier nicht dargestellten Schweller erschwert wird.
3b zeigt eine B-Säule 4, deren oberer Teil 6 und unterer Teil 7 wärmebehandelt worden sind. In der hier gezeigten Ausführungsvariante sind jeweils der gesamte obere Teil 6 und der gesamte untere Teil 7 wärmebehandelt, wodurch sich in dem gesamten Bereich eine duktile Anbindung an die hier nicht dargestellte Karosserie ergibt. Auch hier ist besonders vorteilig, dass im Falle eines Fahrzeugcrashs die B-Säule 4 nur sehr schwer in den Koppelungsstellen aus der Karosserie ausreißt. Weiterhin weist die B-Säule 4 gemäß 2b Fügeflansche 3 auf, die ebenfalls wärmebehandelt worden sind. Auch an diesen Fügeflanschen 3 ist es vorstellbar, hier nicht dargestellte weitere Bauteile anzubinden, die im Falle einer ungewollten Deformation nur sehr schwer von der B-Säule 4 abreißen. Insgesamt weist die B-Säule 4 jedoch eine hohe Steifigkeit und Festigkeit im mittleren Teil 5 auf.
3c zeigt eine weitere Ausführungsvariante einer B-Säule 4, wobei der obere Teil 6 und der untere Teil 7 analog zur 2b im gesamten Bereich wärmebehandelt sind. Hier dargestellt ist jedoch ein jeweils über den oberen Teil 6 bzw. den unteren Teil 7 überstehender Flanschbereich 10, der nicht wärmebehandelt ist. Dies wirkt sich beispielsweise besonders vorteilig im Falle eines Crashs auf die Anbindungen aus, indem die wärmebehandelten Bereiche eine gute Anbindungsmöglichkeit der B-Säule 4 an die Karosserie sicherstellen und die Flanschbereiche 10 eine hohe Steifigkeit aufweisen, so dass diese im Falle einer Faltung bei einem Crash im Zusammenspiel mit den wärmebehandelten Bereichen ein optimiertes Faltenwurfverhalten aufweisen. Im Ergebnis wird ein gezielter Crashenergieabbau ermöglicht.
4 zeigt eine erfindungsgemäß partiell wärmebehandelte C-Säule 11. Auch die C-Säule 11 weist Fügeflansche 3 auf, die wärmebehandelt sind. Weiterhin weist die C-Säule 11 Vertiefungen 8 auf, die ausgebildet sind, um beispielsweise hier nicht dargestellte Türscharniere aufzunehmen. Auch können die Vertiefungen 8 ausgebildet sein, um ein Vorbeischwenken beweglicher Klappen oder Türen der Fahrzeugkarosserie zu ermöglichen.
In Übergangsbereichen zu der Vertiefung 8 kann es vorkommen, dass die Vertiefung 8 nahezu bis an den Fügeflansch 3 angrenzt. Durch die partielle Wärmebehandlung des Fügeflanschs 3 und eines sehr geringen hier nicht dargestellten Übergangsbereichs bleibt die Gesamtfestigkeit der C-Säule 11 im Wesentlichen erhalten bei gleichzeitig verbesserten Ab- bzw. Ausreißeigenschaften von angebundenen Bauteilen bzw. von Anbindungspunkten 12 an andere Karosseriekomponenten.
5 zeigt eine D-Säule 13, die partiell wärmebehandelt ist. Die D-Säule 13 weist ebenfalls Fügeflansche 3 zur Anbindung weiterer Bauteile bzw. Anbindungspunkte 12 zur Koppelung an die Fahrzeugkarosserie auf. In der D-Säule 13 sind daher mehrere verschiedene Festigkeitseigenschaften eingestellt.
In dem hier dargestellten Anwendungsfall ist an dem auf die Bildebene bezogenen rechten Anbindungspunkt 12 an die hier nicht dargestellte Fahrzeugkarosserie eine sehr duktile Werkstoffeigenschaft gefordert. An die daran angrenzenden Fügeflansche 3 im Bereich ist ebenfalls eine duktile Werkstoffeigenschaft gefordert, die gleichzeitig ein hohes Deformationssteifigkeitsverhalten sicherstellen soll. In einem mittleren Teil 14 der D-Säule 13 ist eine besonders harte und steife Werkstoffeigenschaft gefordert, um hier im Falle eines Fahrzeugcrashs, beispielsweise eines Überschlags, eine besonders verbindungssteife Fahrzeugkarosserie sicherzustellen.
Durch die erfindungsgemäße D-Säule 13 sind die Übergangsbereiche zwischen Fügeflansch 3, Anbindungspunkten 12 an die Fahrzeugkarosserie und mittlerer Teil 14 der D-Säule 13 im Bereich B besonders klein ausgeprägt, so dass hier verschiedene Werkstoffeigenschaften in Bezug auf Festigkeit und Crashsicherheit auf kleinstem Bauraum vereint sind.
6a zeigt eine Temperaturverlauf über der Zeit mit den Zeitabschnitten Aufwärmzeit (t1), Haltezeit (t2), Abkühlzeit erste Phase (t3) und Abkühlzeit zweite Phase (t4). Weiter sind auf der Achse der Temperatur die Aufwärmtemperatur (T1) sowie eine erste Abkühltemperatur (T2) gezeigt.
Beginnend von einer warmumgeformten und pressgehärteten Kraftfahrzeugsäule (1), die sich im Wesentlichen auf einer Temperatur unter 200°C befindet, wird diese in der Aufwärmzeit auf die Aufwärmtemperatur (T1) erwärmt. Bei einer Ausgangstemperatur von unter 200°C, jedoch über Raumtemperatur wird im Rahmen der Erfindung die Restwärmeenergie des Warmumform- und Presshärteprozesses für die partielle Wärmebehandlung genutzt.
Die Erwärmung weist einen linearen Temperaturanstieg über die Zeit auf. Nach Abschluss der Aufwärmzeit (t1) wird die Aufwärmtemperatur (T1) für eine Haltezeit (t2) gehalten. Die Aufwärmtemperatur (T1) wird über die gesamte Haltezeit (t2) im Wesentlichen konstant gehalten. Temperaturschwankungen in Form eines Temperaturanstiegs oder Temperaturabfalls sind hier nicht dargestellt, können jedoch im Rahmen der Erfindung während der Haltezeit (t2) aus Gründen der gewünschten Werkstoffgefügeumwandlung oder aber auch aus Kostengründen des Produktionsprozesses stattfinden.
Nach Abschluss der Haltezeit (t2) findet eine erste Abkühlung auf eine Abkühltemperatur (T2) statt. Der Temperaturverlauf fällt dabei linear über die Abkühlzeit der ersten Phase (t3) ab auf die Abkühltemperatur (T2). Die Abkühltemperatur (T2) kann dabei in einem Bereich zwischen 100°C und der Aufwärmtemperatur (T1) liegen.
In einer daran anfolgenden zweiten Abkühlphase findet eine weitere lineare Temperaturabnahme in der Abkühlzeit der zweiten Phase (t4) statt. Die Temperaturabnahme kann dabei im Wesentlichen auf Raumtemperatur oder aber eine gewünschte, hier nicht näher dargestellte Zieltemperatur stattfinden. Auch ist es im Rahmen der Erfindung vorstellbar, dass weitere Abkühlphasen, die hier nicht näher dargestellt sind, stattfinden.
6b zeigt eine im Wesentlichen zeitlich ähnliche Staffelung der Wärmebehandlung mit dem Unterscheid zu 5a, dass der Temperaturanstieg während der Aufwärmzeit (t1) einen progressiven Verlauf aufweist und die Abkühlung während der ersten und der zweiten Phase einen jeweils degressiven Temperaturverlauf über der Zeit (t3, t4) besitzt.
6c zeigt ergänzend zu 6a und 6b, dass der Temperaturverlauf während der Aufwärmzeit (t1) einen degressiven Verlauf aufweist und während der einzelnen Abkühlphasen einen jeweils progressiven Verlauf der Temperaturabnahme über der Zeit (t3, t4) besitzt.
Im Rahmen der Erfindung ist es auch vorstellbar, den Temperaturverlauf über der Zeit in Mischformen von progressivem, linearem und degressivem Verlauf zu kombinieren und auch eine Temperaturänderung mit progressiven, degressiven oder linearen Verlauf während der Haltezeit (t2) zu realisieren.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeugsäule
2: A-Säule
2a: Seite zu 2
2b: Seite zu 2
3: Fügeflansch
4: B-Säule
5: mittlerer Teil zu 4
6: oberer Teil zu 4
7: unterer Teil zu 4
8: Vertiefung
8a: Übergangsbereiche zu 8
8b: Übergangsbereiche zu 8
9: Punktbereich
10: Flanschbereich
11: C-Säule
12: Anbindungspunkt
13: D-Säule
14: mittlerer Teil zu 13
B: Bereich
NWB: nicht wärmebehandelter Bereich
WB: wärmebehandelter Bereich
ÜB: Übergangsbereich
a: Breite
t1: Aufwärmzeit
t2: Haltezeit
t3: Abkühlzeit erste Phase
t4: Abkühlzeit zweite Phase
T1: Aufwärmtemperatur
T2: Abkühltemperatur erste Phase

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005054847 B3 [0002]

Claims

Kraftfahrzeugsäule, insbesondere A-Säule, B-Säule, C-Säule und/oder D-Säule, hergestellt durch Warmumformen und Presshärten einer Stahlblechplatine, mit mindestens einem nach dem Presshärten partiell wärmebehandelten Bereich, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem wärmebehandelten Bereich (WB) und dem nicht wärmebehandelten Bereich (NWB) ein Übergangsbereich (ÜB) ausgebildet ist, wobei die Breite a des Übergangsbereiches (ÜB) kleiner gleich 50 mm ist.
Kraftfahrzeugsäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite a weniger als 30 mm, insbesondere weniger als 20 mm beträgt.
Kraftfahrzeugsäule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite a dem 0,2- bis 3,0-fachen der Breite und/oder Höhe des wärmebehandelten Bereiches entspricht.
Kraftfahrzeugsäule nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Fügeflansche (3) partiell wärmebehandelt sind.
Kraftfahrzeugsäule nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Aussparungen partiell wärmebehandelt sind.
Kraftfahrzeugsäule nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Vertiefungen (8) partiell wärmebehandelt sind.
Kraftfahrzeugsäule nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Endbereich partiell wärmebehandelt ist, wobei ein an dem Endbereich angeordneter Fügeflansch (3) nicht wärmebehandelt ist.
Kraftfahrzeugsäule nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Punktbereiche (9) partiell wärmebehandelt sind, wobei die Punktbereiche (9) eine Größe von weniger als 50 mm, vorzugsweise von weniger als 30 mm aufweisen.
Kraftfahrzeugsäule nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmebehandelten Bereiche (WB) ein Streckgrenze zwischen 300 N/mm² und 1.300 N/mm², vorzugsweise 400 N/mm² bis 800 N/mm², insbesondere 400 N/mm² bis 600 N/mm² aufweisen.
Kraftfahrzeugsäule nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmebehandelten Bereiche (WB) ein Zugfestigkeit zwischen 400 N/mm² und 1.600 N/mm², vorzugsweise 500 N/mm² bis 1.000 N/mm², insbesondere 550 N/mm² bis 800 N/mm² aufweisen.
Kraftfahrzeugsäule nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmebehandelten Bereiche (WB) ein Dehnvermögen zwischen 10% und 20%, wiederum vorzugsweise 14% bis 20% aufweisen.
Kraftfahrzeugsäule nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Streckgrenze und/oder Zugfestigkeit im Übergangsbereich mit einem Gradienten von mehr als 100 N/mm² pro 1 cm, insbesondere mehr als 200 N/mm² pro 1 cm und besonders bevorzugt mehr als 400 N/mm² pro 1 cm abnimmt.
Kraftfahrzeugsäule nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die partielle Wärmebehandlung durch Aufheizen des Bereiches auf eine Aufwärmtemperatur (T1), Halten der Aufwärmtemperatur (T1) für eine Haltezeit (t2), Abkühlen von der Aufwärmtemperatur (T1) in mindestens zwei Phasen hergestellt ist.
Kraftfahrzeugsäule nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufwärmen des Bauteils und/oder das Halten der Aufwärmtemperatur (T1) in einem Temperaturbereich zwischen 500°C und 900°C durchgeführt ist.
Kraftfahrzeugsäule nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufwärmung in einem Zeitraum bis 30 Sekunden, vorzugsweise bis 20 Sekunden, insbesondere bis 10 Sekunden und besonders bevorzugt bis 5 Sekunden durchgeführt ist.
Kraftfahrzeugsäule nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltezeit in einem Zeitraum bis 30 Sekunden, vorzugsweise bis 20 Sekunden, insbesondere bis 10 Sekunden und besonders bevorzugt bis 5 Sekunden durchgeführt ist.
Kraftfahrzeugsäule nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Phase der Abkühlung in Relation zu der zweiten Phase länger andauernd durchgeführt ist.
Kraftfahrzeugsäule nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Phase in einem Zeitraum bis zu 120 Sekunden, vorzugsweise bis zu 60 Sekunden durchgeführt ist.