DE102010019546A1

DE102010019546A1 - Karosseriebauteil

Info

Publication number: DE102010019546A1
Application number: DE102010019546A
Authority: DE
Inventors: Konrad Dipl.-Ing. Eipper; Arndt Dr.-Ing. Gerick
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Eipper Konrad Dipl-Ing De
Priority date: 2010-05-05
Filing date: 2010-05-05
Publication date: 2010-12-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Karosseriebauteil (10) für einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen, aus einem Verbundblech, insbesondere einer maßgeschneiderten Platine, mit einem ersten flächigen Teilbereich (16) aus einer Aluminiumlegierung und einem zweiten flächigen Teilbereich (18) aus einem Stahl, wobei die Aluminiumlegierung und der Stahl zumindest im Wesentlichen gleiche Festigkeiten aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Karosseriebauteil für einen Kraftwagen nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Im Zuge von Leichtbaubestrebungen im Kraftwagenbau sowie zur lokalen Optimierung der Eigenschaften von Karosseriebauteilen werden zur Herstellung von solchen Karosseriebauteilen zunehmend maßgeschneiderte Platinen, so genannte Tailored Blanks, eingesetzt. Solche maßgeschneiderte Platinen sind Bleche aus auf Stoß verbundenen unterschiedlichen Materialien. Insbesondere maßgeschneiderte Platinen mit Teilbereichen aus unterschiedlichen Varianten der gleichen Basislegierung, wie beispielsweise Stahl-Stahl-Platinen oder Aluminium-Aluminium-Platinen, finden bereits seit Längerem weite Anwendung.
Um weitere Leichtbaupotentiale zu erschließen und einen größeren Gestaltungsspielraum bei der lokalen Optimierung der Materialeigenschaften von Karosseriebauteilen zu eröffnen, finden zunehmend auch maßgeschneiderte Platinen mit Teilbereichen aus unterschiedlichen Basislegierungen Anwendung. Ein Beispiel hierfür ist die Kombination von Aluminiumlegierungen mit Stählen innerhalb einer maßgeschneiderten Platine. Derartige Platinen bieten zwar einen großen Gestaltungsspielraum für die Eigenschaftsoptimierung von Karosseriebauteilen, weisen jedoch am Übergang zwischen den Teilbereichen aus unterschiedlichen Materialien einen merklichen Festigkeits-, Dichte- und E-Modulsprung auf. Aus diesem Grund sind derartige Platinen nur schwer umformbar. Gerade beim Tiefziehen unterscheiden sich die Materialien oft stark im Grad der Rückfederung nach dem Zug, so dass einheitliche Ziehergebnisse nur schwer zu realisieren sind und die Ziehtiefe insgesamt begrenzt ist. Insbesondere der Festigkeitssprung am Übergang zwischen den unterschiedlichen Materialien kann auch im Betrieb eines solchen Bauteils zu Problemen führen.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Karosseriebauteil nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 bereitzustellen, welches gut umformbar und besonders belastungsresistent ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Karosseriebauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Ein derartiges Karosseriebauteil für einen Kraftwagen, insbesondere für einen Personenkraftwagen, besteht aus einem Verbundblech, insbesondere aus einer maßgeschneiderten Platine. Dieses weist einen ersten flächigen Teilbereich aus einer Aluminiumlegierung und einen zweiten flächigen Teilbereich aus einem Stahl auf. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Aluminiumlegierung und der Stahl zumindest im Wesentlichen gleiche Festigkeiten aufweisen. Hierdurch wird eine besonders gute Umformbarkeit gewährleistet, da das Umformverhalten im Wesentlichen von der Festigkeit bestimmt wird und so über die gesamte Platine homogen ist. Die beiden Teilbereiche können jedoch noch immer unterschiedliche E-Module und unterschiedliche Dichten aufweisen, so dass eine freie Gestaltung der Materialeigenschaften des Karosseriebauteils ermöglicht ist. Da kein nennenswerter Festigkeitssprung im Übergangsbereich zwischen den beiden flächigen Teilbereichen auftritt, sind solche Karosseriebauteile auch besonders widerstandsfähig gegenüber Belastungen. Beispielsweise kann ein solches Karosseriebauteil nun so ausgelegt werden, dass bei gleicher Festigkeit in Bereichen, in denen unter Belastung keine hohen Ansprüche an den E-Modul gestellt werden, ein Werkstoff mit geringerer Dichte – hier die Aluminiumbasislegierung – eingesetzt wird. Dies trifft insbesondere für crashbeanspruchte Bauteile zu.
Zum Verbinden der flächigen Teilbereiche aus unterschiedlichen Materialien finden vorzugsweise spezielle Schweißverfahren, wie das Reibrührschweißen oder Kaltmetalltransferschweißen Anwendung, da bei derartigen Schweißverfahren eine hoch qualitative Schweißnaht bei nur geringem Wärmeeintrag erzielt werden kann. Ein Karosseriebauteil mit einer derartigen Schweißnaht weist daher auch im Übergangsbereich zwischen den beiden flächigen Teilbereichen eine besonders gute Gefügequalität auf.
Im Folgenden soll die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Die einzige Abbildung zeigt hierbei eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Karosseriebauteils.
Das insgesamt mit 10 bezeichnete Karosseriebauteil ist hier als Schale für einen in Schalenbauweise ausgebildeten Träger eines Kraftwagens ausgeführt. Es umfasst einen aufgewölbten Mittenbereich 12 sowie zwei Flanschbereiche 14 zum Verbinden mit weiteren Schalen des Trägers. In Längsrichtung besteht das Karosseriebauteil 10 aus zwei Teilbereichen 16, 18 die aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
Im gezeigten Beispiel besteht der Teilbereich 16 aus einer hochfesten Aluminiumlegierung der Legierungsgruppe 7000, welche eine gute Ermüdungsstärke bei geringer Korrosionsneigung aufweisen. Der Teilbereich 18 ist dagegen aus einem Dualphasenstahl des Typs DP500 gebildet. Legierungen der Aluminiumlegierungsgruppe 7000 und Dualphasenstähle des Typs DP500 weisen, wie gefordert, eine im Wesentlichen gleiche Festigkeit auf, so dass die genannten Vorteile zum Tragen kommen. Aufgrund der hohen Festigkeiten der beiden Materialgruppen können so Karosseriebauteile geschaffen werden, die auch unter Belastung besonders stabil sind. Die beiden genannten Legierungen sind aber nur exemplarisch für eine Kombination einer Aluminium-Legierung mit einem Stahlwerkstoff zu sehen.
Die beiden Teilbereiche 16, 18 sind über eine Schweißnaht 20 verbunden, die beispielsweise durch Reibrührschweißen, Laserschweißen, Elektronenstrahlschweißen oder Kaltmetalltransferschweißen erzeugt werden kann. Das Verschweißen der Teilbereiche 16, 18 erfolgt dabei vor dem Umformen des Blechs zum fertigen Karosseriebauteil 10, welches wiederum durch Tiefziehen erfolgen kann.
Die Legierungen der beiden Teilbereiche 16 bis 18 weisen trotz unterschiedlicher Dichte und unterschiedlichen E-Moduls eine im Wesentlichen gleiche Festigkeit von in etwa 600 MPa auf. Die Umformbarkeit des Bauteils ist daher homogen über seine gesamte Fläche, so dass auch hohe Ziehtiefen beim Tiefziehen erzielt werden können.
Die für den Teilbereich 16 gewählten Aluminiumlegierungen der Legierungsgruppe 7000 besitzen Zink als primäres Legierungselement. Es handelt sich um hochfeste Legierungen deren Festigkeit mit vielen Stählen vergleichbar ist und die gute Ermüdungsstärke und Korrosionsfestigkeit besitzen. Beispielsweise kann für den Teilbereich 16 die Aluminiumlegierung 7075 verwendet werden, die 5,1 bis 6,1% Zink, 2,1 bis 2,9% Magnesium, 1,2 bis 2% Kupfer sowie weniger als jeweils 0,5% Silizium, Eisen, Mangan, Titan, Chrom enthält. Die Legierungen werden üblicherweise noch wärmebehandelt um ihre Festigkeit zu erhöhen. Meist findet hierzu eine T6-Wärmebehandlung statt.
Für den zweiten Teilbereich 18, der aufgrund der Betriebsbelastungen des Bauteils 10 ein höheres E-Modul besitzen soll, ist dagegen ein Dualphasenstahl eingesetzt. Dualphasenstähle sind höchstfeste Stähle, die eine Ferritmatrix mit darin eingeschlossenen martensitischen Inseln aufweisen. Der Martensit erhöht dabei die Zugfestigkeit des Stahls.
Insgesamt ist das Karosseriebauteil 10 daher besonders fest, aufgrund des Aluminiumanteils im Teilbereich 16 gleichzeitig besonders leicht. Aufgrund der homogenen Umformbarkeit, die durch die gleichmäßige Festigkeit zwischen den Bereichen 16 und 18 bedingt ist, ist das Bauteil 10 gleichzeitig auch besonders kostengünstig und einfach in seiner Herstellung.

Claims

Karosseriebauteil (10) für einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen, aus einem Verbundblech, insbesondere einer maßgeschneiderten Platine, mit einem ersten flächigen Teilbereich (16) aus einer Aluminiumlegierung und einem zweiten flächigen Teilbereich (18) aus einem Stahl, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumlegierung und der Stahl zumindest im Wesentlichen gleiche Festigkeiten aufweisen.
Karosseriebauteil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilbereiche (16, 18) durch Reibrührschweißen oder Kaltmetalltransferschweißen verbunden sind.