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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils sowie ein Verfahren zum Herstellen eines wenigstens ein Blechbauteil umfassenden Karosseriebauteils eines Kraftwagens der im Oberbegriff des Patentanspruchs 7 angegebenen Art.
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Aus der Serienfertigung von Kraftwagen ist es bekannt, beim Herstellen von Karosseriebauteilen aus Stahlblech diese Bauteile mit Durchgangsöffnungen zu versehen. Diese Durchgangsöffnungen dienen zur Aufnahme von Befestigungsmitteln (Schrauben, Nieten etc.), die zur Verbindung dieser Karosseriebauteile untereinander oder zur Befestigung weiterer Bauteile an diesen Karosserieteilen verwendet werden. Die Durchgangsöffnungen werden typischerweise durch Lochstanzen erzeugt.
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Es hat sich gezeigt, dass es bei der Verwendung hochfester Stahlbleche zu Problemen kommen kann, da das Stanzen zum Einbringen der Durchgangsöffnung bei einem solchen besonders festen Blechbauteil mit hohem Werkzeugverschleiß einhergeht und daher nicht oder nur unter erhöhtem Aufwand durchführbar ist.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils sowie ein Verfahren zum Herstellen wenigstens ein Blechbauteil umfassenden Karosseriebauteils eines Kraftwagens bereitzustellen, welches auch dann eine prozesssichere Erzeugung einer Durchgangsöffnung ermöglicht, wenn das Blechbauteil aus einem hochfesten Stahl besteht.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Der erste Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils, insbesondere für einen Kraftwagen. Das Verbundbauteil umfasst eine Mehrzahl, d. h. wenigstens zwei Blechbauteile, welche in wenigstens einem Überlappungsbereich aneinander anliegen und mit jeweiligen Durchgangsöffnungen versehen sind. Dabei ist wenigstens ein erstes der Blechbauteile aus einem zumindest hochfesten und/oder härtbaren Werkstoff, insbesondere einem Stahl gebildet. Beispielsweise weist das erste Blechbauteil eine höhere Festigkeit und/oder eine höhere Härte auf als das zweite Blechbauteil.
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Bei dem Verfahren wird das erste Blechbauteil zeitlich vor dem Erzeugen der Durchgangsöffnung einer Wärmebehandlung unterzogen, die zur Folge hat, dass die Duktilität des ersten Blechbauteils in einem Bearbeitungsbereich in dem die Durchgangsöffnung eingebracht werden soll, höher ist als in benachbarten Bereichen dieses Blechbauteils. Dadurch ist der Bearbeitungsbereich weicher als die benachbarten Bereiche des Blechbauteils, so dass die Herstellung der Durchgangsöffnung durch ein Trennverfahren, insbesondere durch Stanzen, mit reduziertem Werkzeugverschleiß und somit zeit- und kostengünstig durchgeführt werden kann. Anschließend wird das auf diese Wiese wärmebehandelte erste Blechbauteil in Zusammenbaulage mit dem zweiten Blechbauteil bzw. mit den anderen Blechbauteilen des Verbundbauteils gebracht, wobei der Bearbeitungsbereich des ersten Blechbauteils in dem Überlappungsbereich zu liegen kommt. Dadurch wird ein Blechverbund gebildet, der das erste Blechbauteil und das zweite Blechbauteil umfasst.
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Die Blechbauteile werden dann in dem erzeugten Blechverbund, das heißt im aneinander an- bzw. aufeinander liegenden Zustand, mit den jeweiligen Durchgangsöffnungen versehen, wobei die Durchgangsöffnung des ersten Blechbauteils in dessen Bearbeitungsbereich eingebracht wird.
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Da der Bearbeitungsbereich weicher ist als die anderen, benachbarten Bereiche des ersten Blechbauteils, kann ein Verfahren, insbesondere ein Trennverfahren zum Darstellen der Durchgangsöffnungen besonders zeit- und kostengünstig in Zusammenbaulage der Blechbauteile durchgeführt werden. Dabei kann auf eine Vorlochung des ersten Blechbauteils in dessen Bearbeitungsbereich verzichtet werden, was die Zeit und die Kosten zur Durchführung des gesamten Verfahrens zum Herstellen des Verbundbauteils gering hält.
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Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das erste Blechbauteil aus einem hochfesten, insbesondere einem ultrahochfesten, und gegebenenfalls warmumgeformten Stahl gebildet ist. Dabei weist das erste Blechbauteil beziehungsweise der Stahl grundsätzlich eine besonders geringe Duktilität und eine besonders hohe Festigkeit bzw. Härte auf. Da allerdings erfindungsgemäß die Duktilität in dem Bearbeitungsbereich gegenüber den anderen Bereichen des ersten Blechbauteils lokal erhöht wird, ist der Bearbeitungsbereich weicher als die anderen Bereiche des hochfesten Blechbauteils, weswegen auch das in den anderen Bereichen hochfeste Blechbauteil dem Trennverfahren unterzogen und die Durchgangsöffnung ausgebildet werden kann, ohne dass eine Vorlochung oder dergleichen zeit- und kostenaufwändiger Bearbeitungsschritt zeitlich vor dem Trennverfahren durchzuführen wäre.
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Zum Einbringen der Durchgangsöffnung werden die Blechbauteile in dem Überlappungsbereich beispielsweise gestanzt beziehungsweise schergeschnitten, wodurch die Durchgangsöffnungen besonders zeit- und kostengünstig herstellbar ist und wodurch besonders geringe Taktzeiten zur Herstellung einer besonders hohen Anzahl an Karosseriebauteilen in einer nur geringen Zeit realisierbar sind. Da das zweite Blechbauteil im Vergleich zum ersten Blechbauteil eine geringer Festigkeit und/oder Härte aufweist, kann das zweite Blechbauteil im gleichen Prozessschritt relativ unaufwändig mit einer Durchgangsöffnung versehen werden. Da aufgrund der lokal erhöhten Duktilität auch das erste Blechbauteil in seinem Bearbeitungsbereich relativ unaufwändig gestanzt bzw. geschnitten versehen werden kann, können die Blechbauteile unter Ausbildung des Blechverbunds in Zusammenbaulage in einem den Blechbauteilen gemeinsamen Verfahren gleichzeitig zeit- und kostengünstig mit den jeweiligen Durchgangsöffnungen versehen werden.
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Im Rahmen des Wärmebehandlungsverfahrens wird das erste Blechbauteil beispielsweise pressgehärtet. Zur Darstellung der höheren Duktilität des Bearbeitungsbereichs wird von der Presshärtung ausgespart, so dass im Gegensatz zu den anderen Bereichen keine Härtung bewirkt wird. Dadurch kann die höhere Duktilität des Bearbeitungsbereichs zumindest im Wesentlichen zeit- und kostenneutral dargestellt werden. Zum Ausnehmen des Bearbeitungsbereichs von der Härteung kann beispielsweise ein Keramikeinsatz und/oder ein Luftspalt im Presshärtewerkzeug verwendet werden, der ein schnelles Abschrecken des betreffenden Bereichs verhindert.
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Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, die Duktilitätserhöhung im Bearbeitungsbereich durch ein weiteres, dem Presshärten nachfolgendes Wärmebehandlungsverfahren herzustellen. In diesem Fall wird im Rahmen der Presshärtung das gesamte erste Blechbauteil (also auch im Bearbeitungsbereich) gehärtet, wodurch der Bearbeitungsbereich eine hohe Festigkeit und eine geringe Duktilität erhält. In dem darauffolgenden Wärmebehandlungsverfahren wird der Bearbeitungsbereich des ersten Blechbauteils entsprechend behandelt, so dass seine Duktilität erhöht und er weicher als die restlichen Bauteilbereiche ausgebildet wird.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können die Blechbauteile auch mit mehreren Durchgangsöffnungen versehen werden. Dabei werden beispielsweise mehrere Bearbeitungsbereiche mit höherer Duktilität erzeugt, oder es werden mehrere Durchgangsöffnungen in den Bearbeitungsbereich eingebracht. Beispielsweise kann einer ersten Durchgangsöffnung ein erster Bearbeitungsbereich mit erhöhter Duktilität zugeordnet werden, während einer zweiten Durchgangsöffnung ein zweiter, von dem ersten Bearbeitungsbereich separater Bearbeitungsbereich zugeordnet ist, welcher eine höhere Duktilität aufweist als die anderen Bereiche (außer gegebenenfalls der erste Bearbeitungsbereich).
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Der zweite Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines wenigstens ein Blechbauteil umfassenden Karosseriebauteils eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, bei welchem in das wenigstens eine Blechbauteil in einem Bearbeitungsbereich des Blechbauteils eine Durchgangsöffnung mittels eines Trennverfahrens eingebracht wird. Mit anderen Worten wird das Blechbauteil in dem Bearbeitungsbereich einem Trennverfahren unterzogen, wodurch die Durchgangsöffnung ausgebildet wird.
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Erfindungsgemäß wird das Blechbauteil zeitlich vor dem Trennverfahren einem Behandlungsverfahren, insbesondere einem Wärmebehandlungsverfahren, unterzogen, das bewirkt, dass der Bearbeitungsbereich eine höhere Duktilität aufweist als andere Bereiche des Blechbauteils. Anschließend wird das Blechbauteil in Einbaulage bewegt und mit der Karosserie des Kraftwagens verbaut und in verbautem Zustand, das heißt in Einbaulage, mit der Durchgangsöffnung versehen. Vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren des zweiten Aspekts ermöglicht somit die zeit- und kostengünstige Herstellung des Karosseriebauteils und damit der Karosserie des Kraftwagens. Dabei ist es nicht vonnöten und nicht vorgesehen, das Blechbauteil zeitlich vor dem Verbauen mit der (übrigen) Karosserie mit der Durchgangsöffnung zu versehen oder in dem Bearbeitungsbereich vorzulochen. Vielmehr kann die Durchgangsöffnung in Einbaulage direkt, beispielsweise durch Stanzen, in den Bearbeitungsbereich eingebracht werden.
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Das Blechbauteil des zweiten Aspekts der Erfindung ist beispielsweise aus einem hochfesten, insbesondere einem ultrahochfesten, und gegebenenfalls warmumgeformten Stahl gebildet.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht eines Verbundbauteils für eine Karosserie eines Kraftwagens mit vier Blechbauteilen, welche durch Stanzen mit einer jeweiligen Durchgangsöffnung versehen sind, wobei mindestens eines der Blechbauteile zeitlich vor dem Stanzen vorgelocht wird, um das Blechbauteil anschließend Stanzen zu können;
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2 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht des Verbundbauteils gemäß 1, wobei die Blechbauteile über ihre Durchgangsöffnungen miteinander verschraubt sind;
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3 ausschnittsweise eine schematische Draufsicht eines Karosseriebauteils mit vier Blechbauteilen, welche durch Stanzen mit einer jeweiligen Durchgangsöffnung versehen werden, wobei eines der Blechbauteile zeitlich vor dem Stanzen einem Wärmebehandlungsverfahren unterzogen wird, wonach ein Bearbeitungsbereich dieses Blechbauteils, in welchem die Durchgangsöffnung dieses Blechbauteils einzubringen ist, eine höhere Duktilität aufweist als benachbarte Bereiche dieses Blechbauteils;
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4 eine schematische Schnittansicht des Karosseriebauteils gemäß 3; und
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5 eine weitere schematische Schnittansicht des Karosseriebauteils gemäß den 3 und 4.
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Die 1 und 2 dienen zur Erläuterung des Hintergrunds der Erfindung, der für das Verständnis der Erfindung nützlich ist.
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Die 1 und 2 zeigen ein Verbundbauteil in Form eines Karosseriebauteils 10', das durch ein herkömmliches Verfahren hergestellt wurde. Das Karosseriebauteil 10' umfasst ein erstes Blechbauteil 12', ein zweites Blechbauteil 14', ein drittes Blechbauteil 16' sowie ein viertes Blechbauteil 18', die in wenigstens einem Überlappungsbereich 19' in gegenseitiger Überlappung angeordnet sind und aufeinander liegen. Durch die Blechbauteile 12', 14', 16' und 18' ist somit ein Blechpaket 20' mit vier Lagen dargestellt, wobei jede der Lagen durch eines der Blechbauteile 12', 14', 16' und 18' gebildet wird. Jedes der Blechbauteile 12', 14', 16' und 18 ist zumindest im Wesentlichen aus Metall, insbesondere aus einem Stahl, gebildet. Dabei ist das dritte Blechbauteil 16' durch Presshärten aus einem hochfesten, warmumformbaren Stahl gebildet und fungiert als Verstärkungsteil, durch welches das Karosseriebauteil 10' verstärkt ist. Somit weist das dritte Blechbauteil 16' eine höhere Festigkeit auf als die anderen Blechbauteile 12', 14' und 18'.
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Zur Darstellung der besonders hohen Festigkeit des dritten Blechbauteils 16' wird das dritte Blechbauteil 16' vorzugsweise einem Härteverfahren in Form von Presshärten unterzogen. Dabei wird eine Platine aus warmumformbarem Stahlblech auf eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur erhitzt, in ein Presshärtewerkzeug eingelegt und in diesem Presshärtewerkzeug schnell auf eine Temperatur unterhalb der Austenitisierungstemperatur abgekühlt. Das Presshärten bewirkt demnach eine Wärmebehandlung des Bauteils, bei der im Bauteil ein martensitischer und/oder bainitischer Gefügezustand eingestellt wird. Dabei ist das Blechbauteil im Presshärtewerkzeug fixiert, wodurch die bei der Wärmebehandlung auftretenden Verzügeminimiert werden.
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Wie aus 1 und 2 ersichtlich, ist das Karosseriebauteil 10' mit einer Durchgangsöffnung 24' versehen, die beispielsweise zur Aufnahme eines Befestigungsmittels wie einer Schraube 28, eines Niets oder dergleichen dient und auf diese Weise eine Verbindung der Blechbauteile 12', 14', 16', 18' untereinander und/oder eine Befestigung anderweitiger Bauteile am Karosseriebauteil 10' ermöglicht. Diese Durchgangsöffnung 24' wird durch ein Trennverfahren, insbesondere durch Stanzen der Blechbauteile 12', 14', 16', 18' erzeugt. Während die Blechbauteile 12', 14' und 18' eine vergleichsweise hohe Duktilität haben und deswegen vergleichsweise einfach gestanzt werden können, geht das Stanzen eines pressgehärteten Bauteils 16' mit hohem Werkzeugverschleiß einher. Um ein Beschneiden im gehärteten Zustand zu vermeiden, wird das hochfeste Bauteil 16' daher vorteilhafterweise bereits vor dem Presshärten mit einer Durchgangsöffnung 26'' versehen, so dass nach Abschluss des Presshärtens kein weiterer Beschnitt erfolgen muss. Aufgrund der Toleranzen der Blechbauteile 12', 14', 16', 18' muss die Durchgangsöffnung 26'' des pressgehärteten Bauteils 16' mit einem größeren Durchmesser D versehen werden als die spätere Durchgangsöffnung 24' des Zusammenbaus 10', um sicherzustellen, dass die Durchgangsöffnung 26'' des pressgehärteten Bauteils 16' mit den Durchgangsöffnungen der anderen Blechbauteile 12', 14' und 18' ausreichend überlappt, um beispielsweise die Schraube 28 durch die Durchgangsöffnung 24' hindurch zu führen. In gleicher Weise müssen auch die Durchgangsöffnungen der anderen Blechbauteile 12', 14' und 18' entsprechend groß gewählt werden.
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Während die Blechbauteile 12 und 14' im Blechpaket 20' gestanzt werden können, muss das jenseits des pressgehärteten Bauteils 16' angeordnete vierte Blechbauteil 18' ebenso vorgelocht werden, weil ihm beim Stanzen im Blechpaket 20' (Verbund) ein Gegenblech fehlen würde. Beim Vorlochen der Blechbauteile 16' und 18' müssen jeweiligen Durchmesser D, d der Löcher 26'', 28'' so auf die Bauteil- und Fügetoleranzen abgestimmt werden, so dass sichergestellt werden kann, dass die Durchgangsöffnungen der Blechbaueile 12' und 14' mit den Löchern 26'', 28'' der Blechbauteile 16' und 18' überlappen. Wie in 2 gezeigt, hat dies Auswirkungen auf eine Verschraubung der Bauteile 12', 14', 16', 18': Hier ist der Durchmesser d der Durchgangsöffnung 28'' des Blechbauteils 18' so groß, dass eine Unterlegscheibe 32, die zwischen der Schraube 28 und einer auf diese Schraube 28 aufgezogene Mutter 30 eingespannt ist, beim Anziehen dieser Verschraubung teilweise in diese Durchgangsöffnung 28'' hineingezogen wird. Infolgedessen findet bei der Verschraubung ein undefinierter Drehmomentenabfall statt, de zum Auftreten von unerwünschten Setzerscheinungen der Verschraubung führen kann. Eine Überprüfung, ob die Verschraubung eine erwünschte Festigkeit hat, gestaltet sich daher sehr schwierig.
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Die Vermeidung dieser Problematik ist nun anhand der 3 bis 5 geschildert. Die 3 bis 5 zeigen ein Verbundbauteil in Form eines Karosseriebauteils 10 für einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen. Das Karosseriebauteil 10 umfasst ein erstes Blechbauteil 12, ein zweites Blechbauteil 14, ein drittes Blechbauteil 16 sowie ein viertes Blechbauteil 18, die in wenigstens einem Überlappungsbereich 19 in gegenseitiger Überlappung angeordnet sind. In diesem Überlappungsbereich 19 soll eine gemeinsame Durchgangsöffnung 24 – beispielsweise zur Aufnahme einer Schraube oder eines Niets – geschaffen werden. Durch die Blechbauteile 12, 14, 16 und 18 ist ein Blechpaket 20 mit vier Lagen dargestellt, wobei jede der Lagen durch eines der Blechbauteile 12, 14, 16 und 18 gebildet wird. Jedes der Blechbauteile 12, 14, 16 und 18 ist zumindest im Wesentlichen aus Metall, insbesondere aus einem Stahl, gebildet. Dabei bestehen die Blechbauteile 12, 14, 18 aus einem vergleichsweise weichen Stahlblech, das mit Hilfe eines herkömmlichen Stanzwerkzeugs leicht gelocht werden kann.
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Das dritte Blechbauteil 16 ist durch Presshärten aus einem hochfesten, warmumformbaren Stahl gebildet und fungiert als Verstärkungsteil, durch welches vorliegend ein Dachholm 22 der Fahrzeugkarosserie verstärkt ist (siehe 5). Zur Darstellung der hohen Festigkeit des dritten Blechbauteils 16 wird dieses Bauteil 16 einer Presshärtung unterzogen, bei der ein Halbzeug aus warmumformbarem Stahlblech auf eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur erhitzt, in ein Presshärtewerkzeug eingelegt und in diesem Presshärtewerkzeug schnell auf eine Temperatur unterhalb der Austenitisierungstemperatur abgekühlt wird. Auf diese Weise wird im Bauteil ein martensitischer und/oder bainitischer Gefügezustand eingestellt. Ein solches pressgehärtetes Bauteil hat eine hohe Festigkeit kann mit herkömmlichen (mechanischen) Stanzwerkzeugen nicht (oder nur sehr schwer) gestanzt werden. Erfindungsgemäß wird bei dieser Wärmebehandlung ein Bearbeitungsbereich 26 des Blechbauteils 16 von der Presshärtung ausgespart, so dass dieser Bearbeitungsbereich 26 eine höhere Duktilität aufweist und somit weicher ist als anderweitige, sich an den dritten Bearbeitungsbereich 26 anschließende Bereiche 25 des dritten Blechbauteils 16.
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Anschließend wird das wärmebehandelte Blechbauteil 16 in Zusammenbaulage mit den anderen Blechbauteilen 12, 14, 18 gebracht. Dabei kommt der Bearbeitungsbereich 26, in dem die Duktilität des Blechbauteils 16 selektiv erhöht wurde, in dem Überlappungsbereich 19 zu liegen, in dem die Durchgangsöffnung 24 des Karosseriebauteils 10 vorgesehen ist. Da die Blechbauteile 12, 14 und 18 gegenüber dem dritten Blechbauteil 16 weicher sind und eine höhere Duktilität aufweisen, sind die Blechbauteile 12, 14 und 18 relativ problemlos zu stanzen. Weiterhin weist das Blechbauteil 16 in dem für die Stanzung vorgesehenen Bearbeitungsbereich 26 eine erhöhte Duktilität auf. Daher ist es möglich, die in Überlappung angeordneten Blechbauteile 12, 14, 16, 18 in diesem Bereich gemeinsam zu stanzen. Es ist also nicht notwendig, eine Vorlochung des dritten Blechbauteils 16 und des vierten Blechbauteils 18 durchzuführen.
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Die lokale Erhöhung der Duktilität des dritten Blechbauteils 16 im Bearbeitungsbereich 26 ermöglicht somit einen besonders geringen Fertigungsaufwand. Darüber hinaus ist eine besonders hohe dimensionale Genauigkeit der Durchgangsöffnung 24 möglich, da das Stanzen zu einem Zeitpunkt durchgeführt werden kann, in dem die Blechbauteile 12, 14, 16 und 18 in dem Blechverbund (Blechpaket 20) vorliegen, in dem sie beispielsweise bereits miteinander verbunden sein können. Dadurch sind besonders geringe Toleranzen beim Stanzen und beim Durchmesser der jeweiligen Durchgangsöffnungen 24 realisierbar.
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Dies bedeutet auch, dass die Durchgangsöffnung 24 in allen Blechlagen 12, 14, 16, 18 den gleichen Durchmesser hat; da diese Durchgangsöffnung 24 in Zusammenbaulage dieser Blechlagen erzeugt wird, kann der Durchmesser genau auf den Durchmesser der Schraube bzw. des Niets abgestimmt werden. Dadurch werden beispielsweise besonders vorteilhafte Auflagebedingungen für die Unterlegscheibe 32 geschaffen, so dass die Unterlegscheibe 32 beim Verschrauben nicht in die Durchgangsöffnungen 24 hineingezogen beziehungsweise hineingedrückt und unerwünschterweise verformt wird.
