DE102011001849A1

DE102011001849A1 - Verfahren zum Herstellen eines Blechstrukturbauteils sowie Blechstrukturteil

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Publication number: DE102011001849A1
Application number: DE201110001849
Authority: DE
Inventors: Christian Handing; Jochen Dörr; Dr. Wibbeke Michael
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2011-04-06
Filing date: 2011-04-06
Publication date: 2012-10-11

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Blechstrukturbauteils für ein Kraftfahrzeug mit folgenden Verfahrensschritten: – Bereitstellen einer Grundblechplatine (16) und einer Verstärkungsblechplatine (17), wobei zumindest eine der Blechplatinen (16, 17) aus einer Leichtmetalllegierung ausgebildet ist; – Klebetechnisches Verbinden der Blechplatinen (16, 16) miteinander; – Einlegen der verbundenen Blechplatinen (16, 17) in ein Umformwerkzeug; – Umformen der Blechplatinen (16, 17) zu einem Blechstrukturbauteil. – Aushärten der Klebstoffverbindung während und/oder nach dem Umformvorgang. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Blechstrukturbauteil für ein Kraftfahrzeug, das nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Blechstrukturbauteils für ein Kraftfahrzeug gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Blechstrukturbauteil für ein Kraftfahrzeug gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 14.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Blechteile zur Verstärkung mit einer partiellen Doppelblechstruktur auszubilden. Beispielsweise ist durch die DE 32 32 612 A1 bekannt, tiefgezogene Motorenteile aus Stahlblech, die nur in Teilbereichen durch gemeinsame tiefgezogene Doppelbleche gebildet sind, herzustellen. Mit der hieraus bekannten Fertigungstechnologie lassen sich jedoch nur relativ kleine Blechstrukturteile in befriedigender Qualität herstellen.
Weiterhin sind beispielsweise aus der DE 197 53 110 A1 Patchworkumformteile bekannt, die ein Basisblech und zur Verstärkung desselben in einem oder mehreren mechanisch höher beanspruchten lokalen Bereichen, z. B. Scharnier und/oder Federbeinaufnahmen und/oder Verstärkungsbleche besitzen. Insbesondere sind solche Patchworkumformteile im Karosseriebau eingesetzt. Die verstärkten Bereiche sind in ihrer Dicke entsprechend dem am Ansatz des Umformteils auftretenden, weitgehend vorbestimmten Belastungen anzupassen und die räumliche Ausdehnung der Verstärkungsbleche auf ein Minimum zu begrenzen. Hiernach werden Metallbauteile in mehrfach Blechstruktur ausgebildet miteinander fixiert und anschließend miteinander mehrstückig umgeformt, wobei ein Metallklebstoff aufgebracht werden kann, der erst während oder nach dem Umformen aushärtet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren sowie ein Kraftfahrzeugstrukturbauteil aufzuzeigen, das gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren einfacher produzierbar ist, eine hohe Festigkeit aufweist, bei gleichzeitig geringem Eigengewicht.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Herstellen eines Blechstrukturbauteils gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst.
Die vorliegende Erfindung wird weiterhin mit einem Blechstrukturbauteil für ein Kraftfahrzeug gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 14 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung sind Bestandteil der abhängigen Patentansprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Blechstrukturbauteils für ein Kraftfahrzeug, welches aus einem Grundblech und zumindest partiell aus einem Verstärkungsblech ausgebildet wird, ist gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

– Bereitstellen einer Grundblechplatine und einer Verstärkungsblechplatine, wobei zumindest eine der Blechplatinen aus einer Leichtmetalllegierung ausgebildet ist;
– Klebetechnisches Verbinden der Blechplatinen miteinander;
– Einlegen der verbundenen Blechplatinen in eine Umformwerkzeug;
– Umformen der Blechplatinen zu einem Blechstrukturbauteil.
– Aushärten der Klebstoffverbindung während und/oder nach dem Umformvorgang.

Unter einer Leichtmetalllegierung ist im Rahmen der Erfindung insbesondere eine Aluminiumlegierung zu verstehen, vorzugsweise eine Aluminiumlegierung, die zusätzlich mindestens eines der folgenden Legierungselemente aufweist: Mangan; Magnesium, Kupfer, Silizium, Nickel, Zink und Zirkonium.
Durch Hinzulegierung der einzelnen Legierungsbestandteile lassen sich die Festigkeitswerte in weiten Grenzen erhöhen und auch andere mechanische Eigenschaften bzw. thermische Eigenschaften der verwendeten Aluminiumlegierung beeinflussen. Je nachdem, ob die gewünschten Festigkeitssteigerungen nur durch die Hinzulegierung einzelner Elemente sowie Kaltverfestigung oder aber vorzugsweise durch eine Aushärtebehandlung erreicht werden, unterscheidet man zwischen den aushärtbaren und den nicht aushärtbaren Legierungen. Insbesondere ist in der Herstellung von Kraftfahrzeugbauteilen ein Leichtbau gefordert, der durch den Einsatz der in Rede stehenden Leichtmetalllegierungen erfüllt wird. Darüber hinaus besitzen die Leichtmetalllegierungen automatisch einen Korrosionsschutz, weshalb aufwendige Nachbehandlungen entfallen. Insbesondere ergibt sich der Vorteil mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, ein gepatchtes Bauteil herzustellen, das lokal gezielt verstärkt ist bei gleichzeitig geringem Eigengewicht. Insbesondere ist es hier beispielsweise vorstellbar, Kraftfahrzeugstrukturbauteile in Form von Querträgern, Säulen, beispielsweise A-Säulen, B-Säulen, C-Säulen oder aber auch Schwellern oder Dachrahmenbauteile herzustellen, deren Produktionskosten im Vergleich zu einer Einzelfertigung der jeweiligen Bauteilkomponente bedeutend geringer ist.
Bekannte Patchworklösungen in Serie sind derzeit nur für hochfeste und/oder warmgeformte Stähle bekannt, wobei erfindungsgemäß eine Verbesserung mit entsprechendem Gewichtsvorteil durch den Einsatz einer Aluminiumlegierung als Patchbauteil zu sehen ist. Insbesondere ist nicht nur der Einsatz von regulären handelsüblichen Aluminiumlegierungen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verarbeitbar, sondern es ist auch der Einsatz von hochfesten Aluminiumlegierungen möglich.
Hierbei werden insbesondere Aluminiumknetlegierungen nach der EN 573-3/4 verarbeitet, vorzugsweise 5xxx, nachfolgend 5000er, 6xxx, nachfolgend 6000er, 7xxx, nachfolgend 7000er Aluminiumlegierungen verarbeitet. Insbesondere ergeben sich die Vorteile bei der 5000er Aluminiumlegierung im Zustand O (weichgeglüht), dass sie sehr gut umformbar sind. Bei 5000er Aluminiumlegierungen im Zustand Hxx (kaltverfestigt) ist eine bessere Umformbarkeit durch eine Schnellumformung möglich, als dies bei sonst üblichen Umformverfahren erreichbar ist. Bei 7000er Aluminiumlegierungen ergibt sich der Vorteil, dass diese im weichen Zustand gut umformbar sind und beispielsweise durch Lösungsglühen und anschließende Warmumformung mit Abschrecken komplexe Geometrien bei hochfesten Bauteilen herstellbar sind. Die Kombination der jeweiligen Legierung für ein Grundblech bzw. Verstärkungsblech sind abhängig von an das herzustellende Bauteil gestellter Forderungen, insbesondere mit Hinblick auf die Produktionskosten und die geforderte Festigkeit, vorzugsweise die Crashfähigkeit oder aber Torsions- oder aber Biegesteifigkeit.
Weiterhin ist eine vorteilhafte Ausführungsvariante der Erfindung, dass an den Bauteilen zusätzlich zu dem klebetechnischen Verbinden eine weitere Verbindung ausgebildet ist, beispielsweise durch Formschluss und/oder Stoffschluss.
Insbesondere ist es Bestandteil der Erfindung, dass das hergestellte Blechstrukturbauteil nicht mehr mechanisch aufwändig nachbearbeitet werden muss bzw. eine Passformnachbearbeitung gänzlich entfällt. Es ist Bestandteil der Erfindung, dass weitere Fügeoperationen oder aber eine chemische und/oder physikalische Nachbehandlung z. B. zur Koppelung mit anderen Bauteilen bzw. Maßnahmen zu generellen Korrosionsbeständigkeitssteigerung vorgenommen wird. Beispielsweise wird an dem fertig bearbeiteten Bauteil gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren weiterhin ein KTL-Prozess durchgeführt.
Erfindungsgemäß wird auf mindestens eines der beiden Bleche vor dem Einlegen in ein Umformwerkzeug ein Klebstoff appliziert und die beiden Blechplatinen werden miteinander gekoppelt. Vorzugsweise wird eines der beiden Bleche vor der Koppelung erwärmt, so dass der Klebstoff bevorzugt auf das nicht erwärmte Blech aufgebracht wird. Durch die in dem erwärmten Blech befindliche Restwärme erfolgt eine gute Umformbarkeit bei gleichzeitiger Vorhärtung im Falle eines thermisch aushärtenden Klebstoffes. Eine Erwärmung wäre im Rahmen der Erfindung auch in dem Umformwerkzeug selber vorstellbar, so dass ein Warmformprozess durchgeführt werden kann. Im Rahmen der Erfindung wäre es auch vorstellbar, anschließend presszuhärten.
Im Rahmen der Erfindung kann das Verfahren insbesondere durch Schnellumformung und/oder Hochgeschwindigkeitsumformung durchgeführt werden.
Im Rahmen der Erfindung ist unter einer Schnellumformung und/oder Hochgeschwindigkeitsumformung insbesondere ein Erwärmen auf eine Temperatur von 200° bis 400°C innerhalb von 1 bis 60 Sekunden zu verstehen. Vorzugsweise wird auf 270° bis 350°C innerhalb von 30 Sekunden erwärmt. Im Anschluss hieran wird auf unter 300°C innerhalb von 60 Sekunden abgekühlt, vorzugsweise auf unter 260°C. Anschließend hieran wird die Temperatur zur Aushärtung des thermisch aktivierbaren Klebers für eine Zeit bis 30 Minuten bei mehr als 150° gehalten. Gegebenenfalls kommen lokal niedrigere Erwärmungs- und Abkühltemperaturen hinzu, die ebenfalls Bestandteil der vorliegenden Erfindung sind. Darüber hinaus ist es vorstellbar, den thermisch aktivierbaren Kleber auch während eines KTL-Verfahrens bei 150° bis 190°C zu aktivieren und aushärten zu lassen.
Die eigentliche Umformoperation der Schnellumformung erfolgt dabei innerhalb einer Zeit von weniger als 3 Sekunden, bevorzugt weniger als 2 Sekunden und insbesondere weniger als 1 Sekunde.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zumindest eine Blechplatine vor und/oder während des Umformprozesses erwärmt. Unter Erwärmen ist im Rahmen der Erfindung zum einen ein Erwärmen auf mehr als Raumtemperatur, insbesondere mehr als 50°C, besonders bevorzugt mehr als 100°C zu verstehen, so dass zum einen eine bessere Umformbarkeit des zu erwärmenden Bauteils erreicht wird und gleichzeitig ein Aushärten eines thermisch aushärtenden Klebstoffs beschleunigt wird.
Unter Erwärmen ist im Rahmen der Erfindung ebenfalls ein Erwärmen auf mehrere 100°C, insbesondere mehr als 200°C, besonders bevorzugt mehr als 250°C und vorzugsweise mehr als 300°C zu verstehen, so dass eine gute Warmformbarkeit des umzuformenden Bauteils gegeben ist. Auch hier kommt wiederum durch die im Bauteil befindliche Restwärme der Vorteil des thermisch aushärtbaren Klebstoffes zutage.
Insbesondere wird hierbei auf das nicht erwärmte Blechbauteil der Klebstoff appliziert. Danach werden beide Blechplatinen miteinander kombiniert und in ein Umformwerkzeug verbracht. Hierbei ist im Rahmen der Erfindung insbesondere darauf zu achten, dass der verwendete Klebstoff durch die Restwärme in seinen Festigkeitseigenschaften nicht beeinträchtigt wird. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, beide Blechplatinen zu erwärmen und in diesem Rahmen ist es weiterhin möglich, auf zumindest eine Blechplatine aufgebrachten Klebstoff vor der Erwärmung miteinander zu kombinieren und dann parallel zu erwärmen bzw. in dem Umformwerkzeug selber die Erwärmung durchzuführen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante wird vor dem Umformprozess ein Klebstoff aufgetragen. Vorzugsweise handelt es sich dabei um einen thermisch aushärtbaren Klebstoff. Der Klebstoff kann somit bereits während der Koppelung beider Blechplatinen aktiviert werden und während des Umformvorganges aushärten. Insbesondere ergibt sich eine Relativverschiebung zwischen den beiden Blechbauteilen während des Umformvorgangs im Wesentlichen, wenn es sich bei dem Umformvorgang um einen Tiefziehvorgang handelt. Ein während der Umformung nicht ganz ausgehärteter Klebstoff erleichtert somit die Umformoperation und härtet erst nach abgeschlossener Umformoperation vollständig aus. Im Ergebnis ist eine kraftschlüssige und/oder stoffschlüssige Koppelung durch den Klebevorgang selbst zwischen den hergestellten Blechbauteilen sichergestellt.
Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, die Blechbauteile vor dem Auftragen des Klebstoffes vorzubehandeln. Die Vorbehandlung kann beispielsweise chemisch oder physikalisch erfolgen. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, ein mehrkomponentiges Klebstoffsystem zu verwenden, wobei ein Primer zunächst aufgetragen wird oder aber ein Klebstoff, dessen Aushärtung durch den beim Umformen auftretenden Pressdruck aktiviert wird. Vorzugsweise wird der Klebstoff auf der nicht erwärmten Blechplatine appliziert. Im Rahmen der Erfindung wird ein einkomponentiges oder mehrkomponentiges Klebstoffsystem verwendet.
Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin möglich, die Grundblechplatine und die Verstärkungsblechplatine zusätzlich miteinander zu koppeln, insbesondere durch formschlüssiges und/oder stoffschlüssiges Koppeln. Vorzugsweise wird hierbei ein Clinchen, ein Nieten, ein Schrauben und besonders bevorzugt ein Schweißen, insbesondere ein Punktschweißen, Schutzgasschweißen und/oder Widerstandsschweißen durchgeführt. Die zusätzliche formschlüssige und/oder stoffschlüssige Koppelung kann dabei vor, während oder nach dem Umformen geschehen. Beispielsweise kann im Rahmen der Erfindung der Klebstoff auf mindestens eine der zwei zu koppelnden Platinen appliziert werden, diese miteinander gekoppelt werden und dann fest miteinander durch formschlüssige und/oder stoffschlüssige Koppelung verbunden werden. Anschließend erfolgt eine Umformoperation und ein Aushärten des zuvor aufgetragenen Klebstoffes. Beispielsweise kann jedoch die formschlüssige und/oder stoffschlüssige Koppelungsmethode auch während oder nach Abschluss des Umformvorgangs durchgeführt werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung wird als Grundblechplatine eine 5000er Aluminiumlegierung und als Verstärkungsblechplatine eine 7000er Aluminiumlegierung eingesetzt. Die Aluminiumlegierung der Verstärkungsblechplatine weist weiterhin insbesondere die Legierungselemente Zink und Magnesium und optional Kupfer auf. Hierdurch wird eine Grundblechplatine mit einer kostengünstigen 5000er Legierung verwendet, wohingegen als Verstärkungsblechplatine eine hochfeste 7000er Aluminiumlegierung verwendet wird. Diese besitzt eine gute Verformungsresistenz im Crashfall, was sich bei der erfindungsgemäßen Koppelungsmethode besonders vorteilig auf ein Crashdämpfungsverhalten des hergestellten Kraftfahrzeugstrukturbauteils auswirkt. Insbesondere ist die 5000er Aluminiumlegierung in diesem Fall weich geglüht, so dass sie eine geringe Festigkeit bei großer Verformbarkeit während des Umformvorganges aufweist.
Insbesondere wird die Verstärkungsblechplatine hierbei auf 450 bis 550°C und vorzugsweise auf ca. 500°C erwärmt und dann warmumgeformt. Die Koppelung mit der Grundblechplatine und dem Klebstoff kann dabei vor oder nach der Erwärmung erfolgen. Erfolgt die Koppelung vor der Erwärmung, wird die Grundblechplatine als kaltverfestigte, insbesondere harte, rückgeglühteharte und/oder stabilisierte-harte Aluminiumlegierung verwendet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine weichgeglühte 5000er Aluminiumlegierung als Grundblechplatine verwendet und die Verstärkungsblechplatine auf 150 bis 300°C, vorzugsweise auf 180 bis 270°C erwärmt und anschließend warmumgeformt. Insbesondere wird auch in diesem Fall als Verstärkungsblechplatine eine Platine aus einer 7000er Aluminiumlegierung verwendet. Die Koppelung mit der Grundblechplatine erfolgt dabei wiederum vor oder nach dem Erwärmen. Wird die Koppelung von Grundblechplatine und Verstärkungsblechplatine vor dem Erwärmen durchgeführt, so dass die Grundblechplatine mit erwärmt wird, kann bei einer längeren Haltezeit auf der Temperatur um die Aushärtung des Klebstoffs zu ermöglichen, eine 5000er Aluminiumlegierung als kaltverfestigt-hart, kaltverfestigtrückgeglüht-hart oder aber kaltverfestigt-stabilisiert-hart eingestellt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung wird eine Grundblechplatine aus einer 5000er Aluminiumlegierung und als Verstärkungsblechplatine eine 5000er Aluminiumlegierung eingesetzt, wobei beide Blechplatinen kaltverfestigt und rückgeglüht und/oder stabilisiert sind. Hierbei wird die 5000er Legierung jeweils schon mit erhöhter Festigkeit als Ausgangswerkstoff verwendet, mit dem Vorteil einer weiteren Festigkeitssteigerung durch den Umformvorgang. Insbesondere kommen hier geringe Materialkosten im Vergleich zu einer 7000er Legierung bei vergleichbaren Festigkeitswerten zum Einsatz. Die Umformung erfolgt insbesondere bei komplexen Geometrien mit einer schnellen Erwärmung auf ca. 200 bis 350°C mit anschließender Formung in einem kalten Werkzeug. Hierbei sind hohe Umformgrade möglich.
Als weitere vorteilhafte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird für die Grundblechplatine eine Aluminiumlegierung und für die Verstärkungsblechplatine eine Stahllegierung eingesetzt oder für die Grundblechplatine eine Stahllegierung und für die Verstärkungsblechplatine eine Aluminiumlegierung eingesetzt. Als Werkstoffe für die Aluminiumlegierung kommen hierbei 7000er, 6000er oder 5000er Aluminiumlegierungen in Betracht. Als Stahllegierung werden bevorzugt hochfeste Stahlwerkstoffe eingesetzt. Insbesondere erfolgt bei dem Einsatz eines hochfesten Stahlwerkstoffes als Verstärkungsblech die Möglichkeit, die Crashresistenz des Bauteils weiter zu steigern, ohne das Gewicht großflächig zu erhöhen. Im Falle des Grundbleches aus einer Stahllegierung besteht die einfache Möglichkeit, bei der Weiterverarbeitung des erfindungsgemäß hergestellten Blechstrukturbauteils. Beispielsweise kann eine solchermaßen hergestellte B-Säule in eine Kraftfahrzeugseitenwand durch Fügetechnik mit anderen Stahlkomponenten mit Standardfügemethoden, z. B. Punktschweißen, verbunden werden. Die Umformtemperaturen für eine dermaßene Werkstoffkombination richten sich insbesondere nach dem jeweils eingesetzten Aluminiumwerkstoff.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Blechstrukturbauteil für ein Kraftfahrzeug, das als mindestens zweilagiges Blechbauteil hergestellt ist und ein Grundblech und ein Verstärkungsblech aufweist. Erfindungsgemäß ist das Blechstrukturbauteil gemäß einem Verfahren mit mindestens einem der zuvor beschriebenen Merkmale hergestellt und weist die sich daraus ergebenden und beschriebenen Eigenschaften mit den verbundenen Vorteilen auf.
Im Rahmen der Erfindung handelt es sich hierbei insbesondere um einen Bumper, um eine Kraftfahrzeugsäule, um einen Längsträger, um einen Schweller oder aber auch um eine Crashbox oder sonstige crashrelevante Bauteile an einem Kraftfahrzeug.
Die zuvor genannten Vorteile sowie Verfahrens- und Merkmalseigenschaften sind beliebig untereinander kombinierbar, ohne dabei den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und weitere Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung sind Bestandteil der folgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausführungsformen werden in den schematischen Figuren dargestellt. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung. Es zeigen:
1 bis 5 Temperatur Zeitdiagramme von verschiedenen Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen Verfahrens,
6a, b eine Fertigungslinie zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und
7a, b ein erfindungsgemäß hergestelltes Bauteil.
1 zeigt einen Temperatur Zeitverlauf der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Hierbei wird ein Verstärkungsblech aus einer 7000er lösungsgeglühten Aluminiumlegierung mit einer auf Raumtemperatur befindlichen 5000er-Hxx Grundblechplatine zusammen umgeformt. Der Punkt 1 zeigt einen Klebeauftrag, der in etwa bei Raumtemperatur erfolgt. Im Anschluss hieran wird von Punkt 2 zu Punkt 3 eine Erwärmung der Verstärkungsblechplatine durchgeführt. Die Zeit Z2 bis Z3 ist dabei vorzugsweise weniger als 60 Sekunden gewählt. Die Umformung beginnt ab dem Punkt 4, wobei der Punkt 4 eine Warmumformung für die lösungsgeglühte Verstärkungsblechplatine und der Punkt 4' der Umformbeginn für die bei Raumtemperatur befindliche Grundblechplatine darstellt. Es erfolgt ein Temperaturausgleich durch Wärmeleitung und Wärmestrahlung zwischen den beiden zusammen umgeformten Platinen, sodass das Umformen an dem Punkt 5 beendet ist. Hiernach erfolgt eine Abkühlung mit gleichzeitiger Kleberaushärtung eines thermisch aktivierten Klebers. Die Zeit zur Aushärtung des Klebers, also von Z5 bis Z6, dauert vorzugsweise 1 bis 30 Minuten, insbesondere 1 bis 15 Minuten. Im Anschluss hieran wird ab dem Punkt 6 eine Abkühlung durchgeführt, die hier dargestellt einen degressiven Verlauf aufweist. Ist die Raumtemperatur erreicht, ist die aktive Abkühlung beendet. Natürlich ist es auch möglich, bei besonders hohen Steifigkeitsanforderungen eine hochfeste Grundblechplatine aus 7.000er Legierung zur besseren Umformbarkeit lösungszuglühen und mit einer kälteren 5000er-Hxx Verstärkungsblechplatine zusammen umzuformen. Die Temperatur-Zeitverlaufe entsprechen 1, wobei für den Umformbeginn in diesem Fall unter Punkt 4' der Umformbeginn der Verstärkungsplatine und unter Punkt 4 der Umformbeginn der lösungsgeglühten Grundblechplatine zu verstehen ist.
2 zeigt eine weitere mögliche Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei hier drei Varianten durchführbar sind, auf die im Einzelnen nachfolgend eingegangen wird.

1.) Eine Ausführungsvariante, die unter 2 fällt, ist eine Grundblechplatine aus 5000er Aluminiumlegierung und eine Verstärkungsblechplatine aus 7000er Aluminiumlegierung im Zustand T4 frisch, welche zusammen kalt umgeformt werden. Hierbei beginnt am Punkt 4 eine Umformung bei Raumtemperatur, die zum Zeitpunkt des Punktes 5 beendet ist. An die Umformung anschließend erfolgt ein Kleberauftrag, welcher durch eine zusätzliche Koppelung im Punkt 8 unterstützt wird. Hieran beginnt eine Erwärmung auf mindestens 200°C, wodurch der thermisch aushärtende Kleber aktiviert wird. Im Punkt 6 ist die Kleberaushärtung beendet und es folgt eine rasche Abkühlung auf Raumtemperatur, welche hier mit einem linearen Verlauf dargestellt ist.
2.) Eine zweite Ausführungsvariante in 2 dargestellt, ist eine Verstärkungsblechplatine und eine Grundblechplatine, welche beide aus einer 7000er Aluminiumlegierung im Zustand T4 frisch zusammen kalt umgeformt werden. Die oben genannten Ausführungen gemäß 1.) zur Beschreibung der Durchführung des Verfahrens gelten hier entsprechend.
3.) Eine weitere Ausführungsvariante gemäß 2 ist die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß oben unter 1.) genannter Verfahrensschritte, die unter Verwendung einer Verstärkungsblechplatine und einer Grundblechplatine aus einer weichgeglühten 5000er Aluminiumlegierung, die zusammen kalt umgeformt werden.

3 zeigt ein Temperatur Zeitdiagramm gemäß einer weiteren Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei hier eine Verstärkungsblechplatine und eine Grundblechplatine aus einer 7000er Aluminiumlegierung, welche lösungsgeglüht sind, umgeformt werden. Hierzu wird im Punkt 1 ein Kleber aufgetragen und anschließend ab dem Punkt 2 auf eine Temperatur T oberhalb von 500°C bis zum Erwärmungsende 3 im Punkt 3 erwärmt. Anschließend wird in einem Umformwerkzeug transferiert bzw. beginnt die Umformung ab dem Punkt 4, wobei in einem kalten Werkzeug umgeformt wird. Ab dem Punkt 5 ist die Umformung beendet und es erfolgt ein Halten ungefähr auf dem Temperaturniveau des Umformendes. Das Halten kann hier beispielsweise passiv oder auch aktiv geschehen. Insbesondere erfolgt bei einem passiven Halten auf der Temperatur die Nutzung der Restwärme in dem Bauteil selber. Ab dem Punkt 6 ist dann die Kleberaushärtung beendet und es erfolgt eine weitere Abkühlung, welche entweder wiederum aktiv oder aber auch passiv durchgeführt werden kann. Danach ist auf Raumtemperatur RT abgekühlt worden. 4 zeigt eine weitere Temperatur Zeitverlaufskurve einer alternativen Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens. Hierbei wird eine Verstärkungsblechplatine aus einer 7000er Aluminium-Zink-Mangan-Kupfer-Legierung im Zustand T6 weichgeglüht und zusammen mit der Verstärkungsblechplatine warmgeformt. Hierzu erfolgt wiederum bei Raumtemperatur RT im Punkt 1 ein Kleberauftrag 1, welcher gefolgt ab dem Punkt 2 mit einem Erwärmungsbeginn auf eine Temperatur oberhalb von 230°C erwärmt wird. Im Punkt 3 ist die Erwärmung beendet und ab dem Punkt 4 beginnt die Umformung bis zum Punkt 5, in dem die Umformung beendet ist. Von dem Punkt 5 aus wird eine Zeit zur Aushärtung des Klebers bereitgestellt, in der die Temperatur nur minimal abfällt, jedoch zum Aushärtungsende des Klebers, welches durch den Punkt 6 dargestellt ist, mit leicht degressivem Verlauf abnimmt. Im Punkt 7 ist bei Erreichen der Raumtemperatur RT die Abkühlung beendet.
Eine weitere mögliche Ausführungsvariante zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahren ist in der Temperaturzeitkurve gemäß 5 dargestellt. Hiernach wird eine Verstärkungsblechplatine und eine Grundblechplatine aus einer 5000er-Hxx Aluminiumlegierung weichgeglüht und mittels einer Schnellumformung umgeformt. Der Aushärteverlauf wird dabei durch den Kleber bestimmt. Wiederum wird ein Kleber im Punkt 1 aufgetragen und vom Punkt 2 an wird auf eine Temperatur oberhalb von 300°C erwärmt. Im Punkt 4 beginnt die Umformung, welche im Punkt 5 bereits nach kurzer Zeit beendet ist. Hierbei kommt ein geringer Temperaturverlust von weniger als 100°C zustande. Vom Punkt 5, dem Ende der Umformung aus, erfolgt die Kleberaushärtung 6 mit einem progressiven oder degressiven Verlauf, alternativ auch mit einem linearen Verlauf bis zum Punkt 7, bei dem auf Raumtemperatur RT abgekühlt ist und die Kleberaushärtung 6 beendet ist.
6 zeigt in 6a und 6b zwei verschiedene exemplarische Ausführungsvarianten von Anlagen zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Hiernach sind zwei Stationen mit einem Coil 8, wobei eine Station zur Herstellung der Grundblechplatinen 16 und eine zweite Station zur Herstellung der Verstärkungsblechplatine 17 vorgesehen ist. Die Coils 8 werden an einer jeweiligen Beschneidestation 9 beschnitten und von einem Manipulator 10 zusammengesetzt sowie in eine Presse 11 transferiert. Die Presse 11 ist hier dargestellt an einem Kühlwassersystem 12 angeschlossen. Nach der Umformung in der Presse 11 erfolgt ein weiterer Transfer an einen Ofen 13, in dem ein jeweiliger Wärmenachbehandlungsschritt ausgeführt wird.
6b zeigt einen ähnlichen Aufbau gemäß 6a, wobei hier bereits nach dem Zusammensetzen der Verstärkungsblechplatine 17 und der Grundblechplatine 16 eine Wärmebehandlung in einem Zwischenofen 14 stattfindet. Hieran anschließend erfolgt der Transfer an eine Presse 11, in der der Umformvorgang durchgeführt wird, wonach anschließend wiederum in einem weiteren Ofen 13 wärmenachbehandelt wird.
7 zeigt ein erfindungsgemäß hergestelltes Kraftfahrzeugbauteil in Form einer B-Säule 15, wobei in 7b die B-Säule 15 aus Grundblechplatine 16 und Verstärkungsblechplatine 17 nebeneinander abgebildet ist, welche in 7a miteinander gekoppelt dargestellt sind.
Bezugszeichenliste

1: Kleberauftrag
2: Erwärmungsbeginn
3: Erwärmungsende
4: Umformbeginn
5: Umformende
6: Kleberaushärtung Ende
7: Abkühlung Ende
8: Coil
9: Beschneidestation
10: Manipulator
11: Presse
12: Kühlsystem
13: Ofen
14: Zwischenofen
15: B-Säule
16: Grundblechplatine
17: Verstärkungsblechplatine
RT: Raumtemperatur
T: Temperatur
Z: Zeit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3232612 A1 [0003]
DE 19753110 A1 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

EN 573-3/4 [0013]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Blechstrukturbauteils für ein Kraftfahrzeug, welches aus einem Grundblech und zumindest partiell aus einem Verstärkungsblech ausgebildet wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Bereitstellen einer Grundblechplatine (16) und wenigstens einer Verstärkungsblechplatine (17), wobei zumindest eine der Blechplatinen (16, 17) aus einer Leichtmetalllegierung ausgebildet ist; – Klebetechnisches Verbinden der Blechplatinen (16, 17) miteinander; – Einlegen der verbundenen Blechplatinen (16, 17) in eine Umformwerkzeug; – Umformen der Blechplatinen (16, 17) zu einem Blechstrukturbauteil. – Aushärten der Klebstoffverbindung während und/oder nach dem Umformvorgang.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformverfahren als Schnellumformung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Blechplatine (16, 17) vor und/oder während dem Umformprozess erwärmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf zumindest eine Blechplatine (16, 17) vor dem Umformprozess ein Klebstoff aufgetragen wird, vorzugsweise ein thermisch aushärtender Klebstoff.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff auf einer nicht erwärmten Blechplatine (16, 17) appliziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundblechplatine (16) und die Verstärkungsblechplatine (17) vor oder nach dem Umformen zusätzlich miteinander gekoppelt werden, insbesondere durch formschlüssiges und/oder stoffschlüssige Koppelungsmethoden, insbesondere Clinchen, Nieten, Schrauben und besonders bevorzugt durch Schweißen, ganz besonders bevorzugt durch Punktschweißen, Schutzgasschweißen und/oder Laserschweißen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Grundblechplatine (16) eine 5000er Aluminiumlegierung und als Verstärkungsblechplatine (17) eine 7000er Aluminiumlegierung eingesetzt werden, wobei die Verstärkungsblechplatine (17) insbesondere weiterhin die Legierungselemente Zink und/oder Magnesium und/oder Kupfer aufweist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsblechplatine (17) auf 450 bis 550°C, vorzugsweise 500°C erwärmt wird und anschließend warmumgeformt wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine weichgeglühte 5000er Aluminiumlegierung als Grundblechplatine (16) verwendet wird und die Verstärkungsblechplatine (17) auf 150 bis 300°C, vorzugsweise auf 180 bis 270°C erwärmt wird und anschließend warm umgeformt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Grundblechplatine (16) eine 7000er Aluminiumlegierung und als Verstärkungsblechplatine (17) eine 7000er Aluminiumlegierung verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Grundblechplatine (16) eine 5000er Aluminiumlegierung und als Verstärkungsblechplatine (17) eine 5000er Aluminiumlegierung verwendet werden, wobei beide Blechplatinen (16, 17) weichgeglüht sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Grundblechplatine (16) eine 5000er Aluminiumlegierung und als Verstärkungsblechplatine (17) eine 5000er Aluminiumlegierung eingesetzt werden, wobei beide Blechplatinen (16, 17) kaltverfestigt und rückgeglüht und/oder stabilisiert sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die Grundblechplatine (16) eine Aluminiumlegierung und für Verstärkungsblechplatine (17) eine Stahllegierung eingesetzt werden oder für die Grundblechplatine (16) eine Stahllegierung und für Verstärkungsblechplatine (17) eine Aluminumlegierung eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Grundblechplatine (16) und eine Verstärkungsblechplatine (17) aus einer 5000er-Hxx-Legierung verwendet werden, wobei die Grundblechplatine (16) und die Verstärkungsblechplatine (17) auf 200° bis 350°C erwärmt werden und die Erwärmung in weniger als fünf Minuten, vorzugsweise weniger als einer Minute, besonders bevorzugt weniger als 30 Sekunden durchgeführt werden und die erwärmten Platinen (16; 17) zusammen umgeformt werden.
Blechstrukturbauteil für ein Kraftfahrzeug, das als mindestens zweilagiges Blechbauteil (16, 17) hergestellt ist und ein Grundblech (16) und wenigstens ein Verstärkungsblech (17) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass es nach einem Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 14 hergestellt ist.