DE102017120514A1

DE102017120514A1 - Hohlprofil sowie Verfahren zur Herstellung des Hohlprofils aus einer gehärteten Stahllegierung

Info

Publication number: DE102017120514A1
Application number: DE102017120514.4A
Authority: DE
Inventors: Günter Fortmeier; Conrad FRISCHKORN; Julian Grenz; Christian Handing; Christian Hielscher; Thomas Olfermann
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2017-09-06
Filing date: 2017-09-06
Publication date: 2019-03-07
Also published as: US20190070651A1; CN109457084B; CN109457084A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hohlprofil 1, hergestellt aus Platine aus einer härtbaren Stahllegierung, aufweisend einen L-förmigen Querschnitt mit einer oberen vertikalen Hohlkammer 2 und einer unteren horizontalen Hohlkammer 3, wobei an einem dazwischen liegenden Stegbereich 4 die Platine eine Doppellage bildend aneinander liegt und das Hohlprofil 1 zumindest bereichsweise eine Zugfestigkeit Rm größer 1000MPa aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung des Hohlprofils 1.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hohlprofil, hergestellt aus einer Platine aus einer härtbaren Stahllegierung mit den Merkmalen im Anspruch 1.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung des Hohlprofils gemäß den Merkmalen von Anspruch 11 sowie einen Batterieträger gemäß Patentanspruch 10.
Aus dem Stand der Technik sind Batterieträger bekannt, die in Elektrokraftfahrzeugen, zumeist im Unterflurbereich eingesetzt werden. In einem solchen Batterieträger werden eine Vielzahl von Batterien angeordnet, so dass das Elektrokraftfahrzeug mit elektrischer Energie versorgt wird.
Ein solcher Batterieträger kann auch als Battery Tray bezeichnet werden. Der Batterieträger weist hierzu zumeist einen außen umlaufenden Rahmen auf, wobei ein Boden mit dem Rahmen gekoppelt ist, so dass eine Wanne entsteht und in der Wanne die Batterien aufgenommen sind. Zumeist wird der Batterieträger dann noch von einem Deckel verschlossen. Der Rahmen kann aber auch außen um eine tiefgezogene Wanne umlaufend angeordnet sein und diese versteifen.
Für den außen umlaufenden Rahmen werden üblicherweise stranggepresste Hohlprofile verwendet. Diese bieten im Strangpressverfahren die Möglichkeit der freien Wahl einer Querschnittsgeometrie. Aufgrund der Querschnittsgeometrie und der Verwendung von festen bzw. hochfesten Aluminiumlegierungen kann somit eine hinreichende Steifigkeit erzielt werden.
Aus dem Stand der Technik ist es ferner bekannt, Kraftfahrzeugbauteile aus härtbaren Stahllegierungen mittels Warmumformen und Presshärten herzustellen. Hierzu wird der Stahlwerkstoff auf über AC3 Temperatur erwärmt und in diesem warmen Zustand umgeformt und schnell abgeschreckt. Hierbei wird ein festes bzw. hochfestes Werkstoffgefüge im Stahl erzeugt.
Aus der DE 10 2011 051 965 A1 ist es bekannt, ein Hohlprofil aus einem Stahlwerkstoff herzustellen und dieses Hohlprofil warmumzuformen und presszuhärten. Als Umformverfahren wird das Innenhochdruckumformen verwendet, weshalb sich dieses Verfahren zwar zur Herstellung von einzelnen Kraftfahrzeugbauteilen, beispielsweise einer A- oder B-Säule eignet, nicht jedoch für die großserientaugliche Herstellung von Profilen im Endlosverfahren.
Aus dem Stand der Technik ist weiterhin die DE 10 2012 101 474 A1 bekannt, bei der mittels Rollformverfahren sowie einer Prägewalze längenabschnittsweise voneinander verschiedene Querschnittsgeometrien auf ein Hohlprofil aus Stahlwerkstoff aufbringbar ist. Auch können diese so hergestellten Profile austenitisiert und pressgehärtet werden. Ein solches Herstellungsverfahren, insbesondere das Rollformen, erlaubt jedoch nur einen kontinuierlichen Prozess und somit insbesondere keine längenabschnittsweise voneinander verschiedenen Festigkeitseigenschaften. Darüber hinaus sind komplexe oder belastungsangepasste Querschnittsgeometrien mit Rollformen mitunter nicht realisierbar.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend vom Stand der Technik, ein Hohlprofil sowie ein Herstellungsverfahren aufzuzeigen, das mit partiell voneinander verschiedenen hochfesten Eigenschaften großserientauglich hergestellt werden kann.
Die zuvor genannte Aufgabe wird mit einem Hohlprofil gemäß den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst.
Ein verfahrenstechnischer Teil der Aufgabe wird mit einem Verfahren zur Herstellung eines Hohlprofils gemäß den Merkmalen im Anspruch 11 gelöst. Ferner findet das Hohlprofil Anwendung in einem Batterieträger.
Vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das erfindungsgemäße Hohlprofil ist hergestellt aus einer Platine aus einer härtbaren Stahllegierung hergestellt durch Warmumformen und Presshärten. Als Stahl kann beispielsweise 22MnB5 oder andere Mangan-Bor-Stähle verwendet werden. Es weist einen L-förmigen Querschnitt auf mit einer insbesondere oberen vertikalen Hohlkammer und einer unteren horizontalen Hohlkammer, wobei an einem dazwischen liegenden Stegbereich die Platine eine Doppellage bildend aneinander liegt, wobei das Hohlprofil zumindest bereichsweise eine Zugfestigkeit Rm größer 1.350 MPa aufweist. Auch kann das Hohlprofil nur eine Hohlkammer aufweisen, es ist jedoch im Querschnitt L-förmig ausgebildet. Dies bedeutet, die eine Hohlkammer erstreckt sich dann über einen L-förmigen Querschnitt und das Hohlprofil ist aus einer Blechplatine geformt.
Das Hohlprofil ist erfindungsgemäß durch ein Pressumformverfahren aus einer Platine hergestellt. Dies bietet erfindungsgemäß den Vorteil, dass auch Längenabschnitte mit voneinander verschiedenen Eigenschaften und/oder Querschnittskonfigurationen hergestellt werden können als Vorteil gegenüber einem Rollformprozess.
Die härtbare Stahllegierung ist entweder durch Warmumformen und Presshärten hergestellt. Somit ist die Platine zumindest bereichsweise auf über Austenitisierungstemperatur erwärmt worden und durch anschließendes schnelles Abschrecken zumindest bereichsweise gehärtet.
Weiterhin bevorzugt steht von der horizontalen Hohlkammer aus ein Flansch ab. An diesem Flansch ist insbesondere das Hohlprofil durch eine Fügeoperation geschlossen. Bevorzugt ist das Hohlprofil an dem Flansch durch stoffschlüssiges Koppeln, insbesondere Punktschweißen miteinander gefügt. Auch an dem die Doppellage ausbildenden Stegbereich kann das Hohlprofil durch stoffschlüssiges Koppeln, insbesondere Punktschweißen, miteinander gefügt sein.
Weiterhin besonders bevorzugt steht die horizontale Hohlkammer seitlich gegenüber der vertikalen Hohlkammer hervor. Im Querschnitt ergibt sich somit die L-förmige Konfiguration.
Der Flansch selbst kann als Fügeflansch ausgebildet sein. Gegenüber dem Flansch können jedoch weiterhin noch Fügelaschen überstehend ausgebildet sein. Hier ist es möglich, das Hohlprofil mit weiteren Anbauteilen zu koppeln, insbesondere wenn das Hohlprofil als Teil eines Batterieträgers ausgebildet ist, kann an den Fügelaschen ein Boden des Batterieträgers gekoppelt sein. Der Boden kann jedoch auch direkt mit dem Flansch gekoppelt sein. Auch kann der Flansch selbst bereits durch eine Vielzahl von Fügelaschen ausgebildet sein, mithin ist das Hohlprofil nur lokal durch Fügelaschen verbunden.
Weiterhin besonders bevorzugt ist an einem oberen Teil der vertikalen Hohlkammer in zumindest einer Seitenwand, bevorzugt an beiden gegenüberliegenden Seitenwänden eine Einformung vorhanden, insbesondere ist diese Einformung als nach innen gerichtete Sicke ausgebildet. Hierdurch kann eine weitere Aussteifung des Hohlprofils erfolgen, zudem bieten die Sicken Vorteile bei der Umformoperation.
Weiterhin bevorzugt ist ein oberer Teil der vertikalen Hohlkammer, insbesondere ein Dachsteg der vertikalen Hohlkammer als weicher Bereich ausgebildet. Dieser weiche Bereich zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass er eine Zugfestigkeit Rm kleiner 1.000 MPa aufweist. Hier kann im Falle eines Battery Trays ein Deckel angebunden werden.
Der Flansch kann zur Gewichtseinsparung auch weitestgehend ohne Doppellage ausgebildet sein, so dass ein erstes Ende der Platine den eigentlichen Flansch oder die Fügelasche bildet, jeweils dann nicht als Doppellage, sondern einlagig. Das gegenüberliegende zweite Ende der Platine ist in diesem Fall mittels laser- oder MIG/MAG-Schweißen über eine Kehlnaht mit dem ersten Ende verbunden.
Weiterhin sind besonders bevorzugt im Querschnitt die obere vertikale Hohlkammer sowie die untere horizontale Hohlkammer im Wesentlichen jeweils rechteckförmig konfiguriert.
Es können im Querschnitt sowie längenabschnittsweise weiterhin lokal weiche Bereiche vorgesehen sein, die eine Anbindung beispielsweise mittels Schrauben ermöglichen. Gerade im Crashfall wird hier durch die erhöhte Duktilität des weichen Bereiches ein Abreißen der Schraubverbindung vermieden. Insofern, dass zur Herstellung der Schraubverbindung eine nachgelagerte Lochoperation und/oder ein Durchzug gegebenenfalls mit Gewindeeinschnitt durchgeführt wird, wird hier durch einen weicheren Bereich eine werkzeugschonende Möglichkeit gegeben, die Lochoperation durchzuführen. Insbesondere können somit weiche Bereiche vorgesehen sein, in denen später eine Ausnehmung oder auch eine Gewindeausformung vorgesehen wird, um weitere Anbauteile zu koppeln. Ferner können jedoch auch weiche Streifen hergestellt werden. Diese weichen Streifen können beispielsweise als Crashtrigger fungieren. Ebenfalls kann ein Weichschneiden werkzeugschonend an den weichen Streifen durchgeführt werden.
Somit weist das Hohlprofil im Querschnitt bereichsweise voneinander verschiedene Festigkeiten auf und/oder längenabschnittsweise voneinander verschiedene Festigkeiten. Die harten Bereiche weisen insbesondere eine Zugfestigkeit Rm größer 1.100 MPa, bevorzugt größer 1.200 MPa, insbesondere größer 1.300 MPa auf. Die Zugfestigkeit Rm sollte nach aktuellem Stand der Technik jedoch 2.500 MPa nicht überschreiten. In den weichen Bereichen weist das Hohlprofil bevorzugt eine Zugfestigkeit Rm kleiner 900 MPa, insbesondere kleiner 800 MPa und besonders bevorzugt kleiner 700 MPa auf. Mindestens soll die Zugfestigkeit jedoch 500 MPa betragen.
Auch ist es vorstellbar, dass das Hohlprofil einen oder mehrere Patches aufweist. Hierbei würde es sich insbesondere um Patches aus metallischem Werkstoff handeln. Insbesondere werden diese Patches vor dem Umformen der Blechplatine mit dieser gekoppelt. Beispielsweise mittels Widerstandspunktschweißen. Die Patches werden dann gemeinsam mit der Platine umgeformt. Alternativ oder ergänzend kann auch eine Platine als tailored blank verwendet werden. Hierbei werden insbesondere tailored blanks mit voneinander verschiedenen Wandstärken verwendet. Diese können beispielsweise durch lokals Formen, jedoch auch durch lokales Abwalzen hergestellt sein. Auch können tailored welded blanks verwendet werden, bei denen einzelne Platinenteile aus voneinander verschiedenen Werkstoffen und/oder voneinander verschiedenen Wandstärken aneinander geschweißt werden.
Weiterhin ist es vorstellbar, dass ein Einsatz in die Hohlkammern geschoben wird. In Verbindung mit Einsätzen aus metallischem Werkstoff hat sich deren lokale Anordnung im ungestützten Längenbereich zwischen zwei Querträgern bzw. Querstreben als vorteilig erwiesen, um die Steifigkeit und insbesondere eine unzulässige Eindringung in bestimmten „Crush“-Szenarien zu unterbinden. Alternativ ist der Einsatz hergestellt aus einem nicht metallischen Werkstoff, beispielsweise einen Kunststoffwerkstoff oder auch einen Schaumwerkstoff möglich. Letzterenfalls könnte auch ein Metallschaum eingesetzt werden. Ein solcher Einsatz dient insbesondere zur weiteren Absorption von Crashenergie. Ein solcher Einsatz kann insbesondere nach Herstellung der Hohlkammer in diese eingeschoben werden. Auch kann der Einsatz und/oder ein Patch nach dem Vorformen eingesetzt werden, so dass danach die Hohlkammer geformt wird, wie später dargestellt in 4.
Weiterhin besonders bevorzugt weist das Hohlprofil lokale Aussparungen auf. Insbesondere ist die horizontale Hohlkammer lokal mehrfach ausgespart, dergestalt, dass eine nach außen gerichtete Rippenstruktur entsteht. Hierdurch wird es ermöglicht, zum einen Gewicht einzusparen, zum anderen durch die Aussparung gezielt Solldeformationsstellen bereitzustellen, so dass bei Verwendung in einem Batterieträger im seitlichen Schwellerbereich die nach außen gerichtete horizontale Hohlkammer Crashenergie durch Verformung absorbieren kann.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen Batterieträger für ein Elektrofahrzeug, der einen außen umlaufenden Rahmen aufweist. Der außen umlaufende Rahmen ist zumindest abschnittsweise hergestellt aus einem zuvor beschriebenen Hohlprofil. Insbesondere sind dies die beiden äußeren Seiten, die im Bereich eines Schwellers des Kraftfahrzeuges liegen. Jedoch können auch die jeweilige in Fahrtrichtung nach vorne und hinten gerichtete Stirnseite aus dem erfindungsgemäßen Hohlprofil hergestellt sein. Der Batterieträger weist dann einen Boden auf. Der Boden ist insbesondere mit dem Flansch und/oder mit zusätzlichen Fügelaschen des Hohlprofils gekoppelt. Ferner ist ein Deckel vorgesehen. Der Deckel ist bevorzugt mit der Oberseite der vertikalen Hohlkammer gekoppelt. Der Boden kann auch einteilig durch Tiefziehen mit umlaufender Wand hergestellt sein. In diesem Fall umläuft der Rahmen aus Hohlprofilen die Wand.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlprofils, wobei sich das Verfahren durch folgende Verfahrensschritte auszeichnet:

• Bereitstellen einer Platine aus einer härtbaren Stahllegierung,
• zumindest partielles Erwärmen der Platine auf AC3 Temperatur,
• Transfer in ein Warmumform- und Presshärtewerkzeug bzw. eine Umformstation, wobei nur ein Teil der Platine umgeformt und gehärtet wird,
• Transfer in ein weiteres Umformwerkzeug bzw. eine weitere Umformstufe der Umformstation und Umformen des zweiten Teils, dergestalt, dass das Hohlprofil hergestellt wird, wobei der zweite Teil optional auch warmumgeformt und pressgehärtet wird, oder dass der erste und zweite Teil umgeformt und zumindest bereichsweise gehärtet werden und in einer nachfolgenden Biegeoperation das Hohlprofil im Querschnitt geschlossen wird.
• Optionales Verschweißen des hergestellten Hohlprofils.

Das Verfahren bietet erfindungsgemäß den Vorteil, dass das Hohlprofil gezielt bereichsweise bzw. partiell mit voneinander verschiedenen Festigkeitseigenschaften versehen werden kann. Hierzu wird zunächst ein erster Teil, insbesondere der überwiegende Teil, der Platine warmumgeformt und pressgehärtet. Im Anschluss daran wird die somit teilweise umgeformte und gehärtete Platine in ein weiteres Umformwerkzeug transferiert und hier durch insbesondere eine oder mehrere Biegeoperation derart geschlossen, so dass das im Querschnitt geschlossene Hohlprofil hergestellt wird, wobei bevorzgut der zweite Teil nicht gehärtet wird.
Dabei kann optional der zweite Teil nicht nur umgeformt werden, sondern gleichzeitig auch gehärtet werden. Hierzu wird der Umformprozess in kurzen Taktzeiten durchgeführt, so kann die Platine auch beim zweiten Umformschritt noch warmumgeformt und pressgehärtet werden. Optional kann beispielsweise bei der ersten Umformung ein beheiztes Werkzeug verwendet werden. Auch die Verwendung eines lufthärtbaren Stahls würde nach dem weiteren Umformen bzw. Biegen im zweiten Teil eine Härtung mit bainitischem Gefüge bewirken. Daran anschließen würde sich ein Verschweißen, insbesondere Punktschweißen, des hergestellten Hohlprofils. Optional können weitere Loch- und/oder Stanzoperationen durchgeführt werden.
Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausführungsvarianten werden in schematischen Figuren dargestellt. Diese dienen dem einfacheren Verständnis der Erfindung. Es zeigen:

1 das erfindungsgemäß Hohlprofil in einer Querschnittsansicht,
2 einen Batterieträger in Draufsicht,
3a) und b) eine jeweilige Querschnittsansicht durch einen Batterieträger, eingebaut in einen Schweller,
4 ein Hohlprofil im Querschnitt während der Herstellung,
5 ein Hohlprofil im Querschnitt mit Sicken,
6 ein Hohlprofil im Querschnitt während der Herstellung,
7 ein Hohlprofil im Querschnitt während der Herstellung mit weichen Bereichen in Längsrichtung,
8 ein Hohlprofil im Querschnitt während der Herstellung mit Aussparungen,
9 einen erfindungsgemäßen Herstellungsprozess,
10 a) bis c) einen erfindungsgemäßen Herstellungsprozess,
11a) bis h) eine perspektivische Ansicht auf ein Hohlprofil mit Aussparungen,
12 a) und b) eine Draufsicht auf einen Batterieträger,
13 eine perspektivische Ansicht auf ein Hohlprofil und
14 a) bis c) Biegepunkte/Biegebereiche während der Herstellung eines Hohlprofils.

1 zeigt das erfindungsgemäße Hohlprofil 1 in einer Querschnittsansicht. Es ist eine auf die Bildebene sowie auf die spätere Einbaulage bezogene obere vertikale Hohlkammer 2 vorgesehen sowie eine untere horizontale Hohlkammer 3. Zwischen der oberen vertikalen Hohlkammer 2 und der unteren horizontalen Hohlkammer 3 ist ein Stegbereich 4 ausgebildet. In diesem Stegbereich 4 kommt die Platine eine Doppellage bildend aneinander zur Anlage.
Die obere Hohlkammer 2 ist hier dargestellt im Wesentlichen im Querschnitt rechteckig konfiguriert. Die untere horizontale Hohlkammer 3 liegt unterhalb der vertikalen Hohlkammer 2 und steht seitlich gegenüber der vertikalen Hohlkammer 2 über. Sie ist leicht trapezförmig und nach außen schmaler werdend konfiguriert. Hierdurch wird eine im Wesentlichen L-förmige Querschnittskonfiguration des Hohlprofils 2 bereitgestellt. Hier dargestellt weist das Hohlprofil 1 überall eine konstante Wandstärke W auf. Es können jedoch auch im Querschnitt voneinander verschiedene Wandstärken ausgebildet sein. Hierzu kann beispielsweise als Platine zur Herstellung ein Tailored Blank eingesetzt werden. Beispielsweise kann dies hergestellt sein durch partielles Abwalzen oder mechanisches Abstrecken bzw. das Aneinanderschweißen von verschiedenen Platinen mit voneinander verschiedenen Wandstärken und/oder Werkstoffeigenschaften.
Von der unteren horizontalen Hohlkammer 3 steht weiterhin ein Flansch 5 seitlich ab. Auch im Bereich des Flansches 5 ist eine Doppellage ausgebildet. Sowohl im Stegbereich 4 als auch im Bereich des Flansches 5 können jeweils Punktschweißungen 6 oder auch Laserschweißen vorgesehen sein. Ferner steht eine Fügelasche 7 gegenüber dem Flansch 5 außenseitig ab. Ein oberer Dachsteg 8 der oberen vertikalen Hohlkammer 2 weist insbesondere ein weiches Werkstoffgefüge mit einer Zugfestigkeit Rm kleiner 1.000 MPa auf.
Das erfindungsgemäße Hohlprofil 1 kann insbesondere gemäß 2 als zumindest teilweise außen umlaufender Rahmen 9 eines Batterieträgers 10 angeordnet sein. Ein Schweller 11 eines Kraftfahrzeuges kann dann gemäß der Schnittansicht A-A, dargestellt in 3a, als Schnitt aus 2 ausgestaltet sein. Der Schweller 11 ist mit einer oberen Seitenwand 12 gekoppelt, beispielsweise über ein Formschlusselement 13 in Form eines Niets oder einer Schraube. Hierzu kann eine Aussparung 14 vorhanden sein, so dass durch die untere Seitenwand 15 hindurch die Koppelung mit dem Schweller 11 erfolgen kann. Ferner ist der obere Dachsteg 8 der oberen vertikalen Hohlkammer 2 mit einem Deckel 16 des Batterieträgers 10 gekoppelt. Die untere Fügelasche 7 ist mit einem Boden 17 des Batterieträgers 10 gekoppelt. Die Koppelung erfolgt jeweils über Formschlusselemente 13, beispielsweise Nieten oder Schrauben. Bevorzugt weisen insbesondere die Anbindungsbereiche, mithin die Bereiche, in denen ein Formschlusselement 13 vorgesehen ist, partiell bzw. bereichsweise ein weiches Werkstoffgefüge auf. Dies bietet zum einen die Möglichkeit, entsprechende Lochoperationen und/oder Gewindeschneidoperationen vorzunehmen. Zum Weiteren bietet dies jedoch gleichsam die Möglichkeit, dass im Crashfall hier ein Aus- bzw. Abreißen vermieden wird aufgrund eines weicheren bzw. duktilen Werkstoffgefüges.
3b zeigt eine analoge Ausführungsvariante zur 3a mit dem Unterschied, dass hier bei dem Batterieträger eine Wanne eingesetzt ist, die tiefgezogen ist.
Mithin ist die Seitenwand SW der Wanne selbst sowie der Boden einstückig und werkstoffeinheitlich aus einer Blechplatine tiefgezogen. Das erfindungsgemäße Hohlprofil 1 dient somit als Träger der Wanne und zur seitlichen Verstärkung bzw. Aussteifung. Die Kontur des Hohlprofils 1 kann anders als dargestellt auch an die Kontur der Seitenwand SW angepasst ausgebildet sein.
4 und 5 zeigen das Hohlprofil 1 während des Herstellungsprozesses sowie eine bevorzugte Ausgestaltungsvariante. Der spätere Dachsteg 8 ist bevorzugt als Biegezone ausgebildet. Durch angedeutete Werkzeuge 18 erfolgt eine Biegeoperation von zwei zuvor durch Pressumformung hergestellten Teilen 19, 20. Die beiden Teile 19, 20 können gleichzeitig und/oder zeitlich versetzt durch Umformoperation hergestellt sein, insbesondere durch Warmumformen und Presshärten, so dass die spätere Querschnittskontur mit zunächst teilweise harten Bereichen ausgebildet ist, jedoch noch nicht das Hohlprofil 1. Das Hohlprofil 1 wird durch die in 4 dargestellte Biegeoperation um eine Biegezone im Bereich des späteren Dachsteges 8 hergestellt. Hierdurch wird das in 5 dargestellte Hohlprofil 1 hergestellt. Dies weist zunächst auch die gleichen Merkmale auf wie das in 1 dargestellte Hohlprofil 1. An gegenüberliegenden Seitenwänden 21, 22 der oberen vertikalen Hohlkammer 2 ist jeweils eine nach innen gerichtete Sicke 23 eingeformt. Dargestellte Umformwerkzeuge 24 sorgen hier für eine hohe Maßhaltigkeit im Bereich der Sicken 23. Die Sicken erhöhen die Biegesteifigkeit des Hohlprofils. Im Anschluss wird das hergestellte Hohlprofil 1 bevorzugt durch stoffschlüssiges Fügen, insbesondere Punktschweißen nochmals verstärkt. Nach außen hin bzw. zu einer Außenwand (43) hin verjüngt sich bevorzugt die untere Hohlkammer 3. Mithin nimmt die Höhe H1 ab zu der Höhe H2. Dies bietet Vorteile beim Herstellen, insbesondere beim Tiefziehen, aber auch beim Abschrecken im Warmformprozess. Gleichzeitig ist die Crashperformance bei einem Seitenaufprall verbessert hinsichtlich des Stauchungsverhaltens.
Das Vorprodukt zur anschließenden Durchführung des Biegeprozesses ist ausschnittsweise nochmals perspektivisch dargestellt in den 6 bis 8 in voneinander verschiedenen Ausführungsformen. 6 entspricht der Ausführungsvariante von 4. Ebenfalls dargestellt ist, dass in Längsrichtung L die Fügelasche 7 sich nur abschnittsweise erstreckt und somit nicht über den gesamten Bereich des später ausgebildeten Flansches 5.
Gemäß der Ausgestaltungsvariante von 7, jedoch auch gemäß 6, ist das Vorprodukt vor der Biegeoperation bereits warmumgeformt und pressgehärtet. Es sind harte Bereiche 25 ausgebildet sowie in den schraffierten Flächen weiche Bereiche 26. Die weichen Bereiche 26 sind insbesondere vorgesehen für nachgeschaltete Biege-/Umform- und/oder Lochoperationen. Die weichen Bereiche 26.2 - 26.3 können jedoch ergänzend oder alternativ gezielt zur Beeinflussung des Crashverhaltens des Hohlprofils 1 eingesetzt werden.
8 zeigt eine weitere alternative Ausführungsvariante. Hierbei sind neben einem weichen Bereich 26 an dem später ausgebildeten Dachsteg 8 zusätzlich Aussparungen 27 vorgesehen, so dass insbesondere in der späteren horizontalen Hohlkammer 3 eine nach außen gerichtete Rippenstruktur hergestellt ist. Dies spart gleichsam Material und damit auch Gewicht ein. Darüber hinaus kann wiederum gezielt das Crashverhalten beeinflusst werden, indem die horizonale Hohlkammer eine erste Lastspitze durch Verformung auf für die Batterien unkritisches Niveau abmildert.
9 zeigt eine erfindungsgemäße Prozessanlage bei der Durchführung des Verfahrens. Ein Coilmaterial 28 wird abgewickelt und auf einer Beschnittanlage 29 zu Platinen 30 vereinzelt. Die einzelnen Platinen 30 können dann in einer Temperierstation 31 zumindest teilweise austenitisiert werden. Ein Handlingroboter 32 überführt die zumindest teilweise austenitisierten Platinen 30 dann in eine Umformstation 33. Die Umformstation 33 ist hierbei mehrstufig ausgebildet und weist insgesamt drei Umformstufen 34 auf. Somit können die einzelnen Pressform- und Biegeoperationen in den einzelnen Umformstufen nacheinander ausgeführt werden. Ferner weist zumindest das erste Umformwerkzeug einen Kühlkreislauf K auf, um eine Presshärteoperation durchführen zu können.
10 a bis c zeigen schematisch vereinfacht das Umformverfahren zum Herstellen des Hohlprofils 1. Zunächst wird hier ein erster Teil 19 umformtechnisch bearbeitet, was insbesondere durch Warmumformen und Presshärten geschehen kann. In diesem Beispiel ist der zweite Teil 20 zunächst unbearbeitet. Der zweite Teil kann jedoch gleichsam ebenfalls umformtechnisch bearbeitet werden.
Gemäß 10 b wird dann der zweite Teil 20 in einer Biegeoperation zur Anlage mit dem ersten Teil 19 gebracht, so dass die einzelnen Hohlkammern 2, 3 entstehen sowie jeweils Doppellagen in einem Stegbereich 4 sowie Flansch 5 zur Anlage bildend hergestellt werden.
Gemäß 10 c wird dann eine Folgeoperation, d. h. ein Loch mit einem umlaufenden Kragen, durchgeführt, hier wird ein Durchzug 35b eingebracht, um beispielsweise eine Koppelstelle des Hohlprofils 1 mit einem weiteren nicht näher dargestellten Bauteil zu ermöglichen.
11a zeigt das erfindungsgemäße Hohlprofil 1 in einer teilperspektivischen Ansicht. Hier sind an der unteren horizontalen Hohlkammer 3 Aussparungen 27 vorgesehen. Ferner sind Anbindungsbereiche 36 ausgebildet zur Koppelung mit einem nicht näher dargestellten Schweller. 11b und 11c zeigen das erfindungsgemäße Hohlprofil in teilperspektivischer Ansicht. Hierbei ist jeweils in der unteren Hohlkammer 3 eine seitlich umlaufende Einprägung 44 bzw. Verprägung ausgebildet. Die Verprägung ist so an der oberen Seitenwand 12 in Kraftfahrzeugquerrichtung Y, an der Außenwand 43 sowie teilweise an der unteren Seitenwand 15 ebenfalls in Kraftfahrzeugquerrichtung sich erstreckend ausgebildet. Die Verprägung kann beispielsweise durch Einformen oder Eindrücken insbesondere vor oder während der Herstellung des Hohlprofils hergestellt sein. Nachträgliche Formschritte am gehärteten Bauteil können so vermieden werden. Gemäß 11c sind in Kraftfahrzeug-X-Richtung parallel zueinander beabstandet zwei Einprägungen 44 hergestellt. Insbesondere bewirken die Einprägungen einen erhöhten Widerstand gegen Stauchung in Kraftfahrzeugquerrichtung Y. Insbesondere wirkt dieses einem Eindrücken bzw. Einbeulen bei einem Poltest bzw. Seitenaufpralltest entgegen. Bevorzugt sind die Einprägungen in Kraftfahrzeuglängsrichtung X auf Höhe einer B-Säule angeordnet. 11d zeigt dabei eine Querschnittsansicht durch das Hohlprofil 1 entlang der Schnittlinie D-D aus 11b. 11e zeigt eine alternative Ausgestaltungsvariante der Einprägung 44. Diese ist nicht parallel verlaufend in Kraftfahrzeug-Y-Richtung ausgebildet, sondern vergrößert sich zur Außenwand 43 hin. Insbesondere erfolgt diese Vergrößerung v-förmig, so dass ein größerer stabiler Auftreffbereich bereitgestellt ist.
11f zeigt eine weitere alternative Ausgestaltungsvariante des Hohlprofils 1 in Querschnittsansicht. Hier ist die Einprägung 44 nur an der unteren Seitenwand 15 ausgebildet, somit sind obere 2 und untere Hohlkammer 3 anders eingeteilt. Insgesamt ist das Hohlprofil 1 jedoch im Querschnitt L-förmig ausgebildet. Die obere 12 und untere Seitenwand 15 bilden somit im Bereich des unteren L-Schenkels eine Doppellage. Die außen auf die Bildebene bezogen rechte vertikal orientierte Hohlkammer 2 ist somit durchgehend. Auf die Bildebene bezogen links ist nur eine kleine untere Hohlkammer 3 dargestellt.
11g zeigt eine vollständig alternative Ausgestaltungsvariante des Hohlprofils 1 in Querschnittsansicht. Hierbei ist das Hohlprofil 1 im Querschnitt ebenfalls L-förmig ausgebildet. Es gibt jedoch nur eine Hohlkammer 2. Es ist eine Einprägung dargestellt, welche im oberen vertikalen Bereich dargestellt ist. Die Einprägung ergibt jedoch keine Doppellage.
11h zeigt eine nochmals alternative Ausgestaltungsvariante, insbesondere zu 1. Hierbei ist der die Doppellage ausbildende Steg 4 von beiden Seiten her eingedrückt und unterteilt somit das Hohlprofil 1 in die obere Hohlkammer 2 und die untere Hohlkammer 3, beides jedoch im Querschnitt L-förmig.
12 a und b zeigen jeweils eine Draufsicht auf einen hergestellten Batterieträger 10. Der Batterieträger 10 weist einen außen umlaufenden Rahmen 9 auf. Innerhalb des Batterieträgers 10 sind Querstreben 37 angeordnet zur Aussteifung und/oder Anbindung nicht näher dargestellter Batterien.
Gemäß 12 a ist der Rahmen 9 außen umlaufend ausgebildet und weist abschnittsweise in dessen Längsrichtung Einsätze 45 auf. Die Einsätze 45 sind insbesondere in einer jeweiligen Ecke 38 umlaufend ausgebildet. Die lokalen Einsätze 45 dienen der Versteifung des Hohlprofils 1 und können bei Anordnung in der nach außen gerichteten Hohlkammer einer Eindringung bzw. einem unzulässigen Einbeulen entgegenwirken. Anstelle der Einsätze 45 ist auch eine Patch einsetzbar. Ein jeweiliger Einsatz 45 füllt insbesondere das Hohlprofil 1 im Querschnitt (der jeweiligen Hohlkammer) aus und erstreckt sich in Längsrichtung L abschnittsweise. Gleichzeitig ist es optional möglich, dass das Hohlprofil 1 im Bereich der Einsätze 45 selbst duktil ist, mithin weich. Durch den Einsatz 45 erhält es eine hinreichende Steifigkeit. Verbindungsbauteile reißen aufgrund des weichen Werkstoffgefüges nicht ab.
Gemäß 12 b ist eine jeweilige Längsseite des Rahmens 9 aus dem erfindungsgemäßen Hohlprofil 1 ausgebildet. Eine jeweilige Stirnseite 40 kann aus einem anderweitigen Hohlprofil hergestellt sein. Ebenfalls sind hier längenabschnittsweise in Längsrichtung des Hohlprofils 1 Einsätze 45 ausgebildet, insbesondere im Bereich der Ecken 38, wo eine Verbindung von Längsseite 39 und Stirnseite 40 stattfindet. Gerade im Crashfall kommt es hier somit nicht zu einem Ab- bzw. Ausreißen.
13 zeigt ein erfindungsgemäß hergestelltes Hohlprofil 1 in perspektivischer Teilansicht. In Längsrichtung L sind an dem Hohlprofil 1 von dem Flansch 5 abstehend mehrere einzelne Fügelaschen 7 ausgebildet, welche gemäß 3 mit einem Boden 17 eines Batterieträgers 10 gekoppelt werden können. Die obere vertikale Hohlkammer 2 ist über den Stegbereich 4 verbunden mit der unteren horizontalen Hohlkammer 3.
14 a) bis c) zeigen verschiedene Ausführungsvarianten zur Herstellung eines geschlossenen Hohlprofils 1 aus einem Vorprodukt. Es wird hierbei eine Biegeoperation durchgeführt. Hierzu sind zunächst ein erster Teil 19 durch Warmumformen und Presshärten hergestellt.
Es entsteht ein Vorprodukt mit im Querschnitt dargestellter Kontur. Im Bereich des späteren Dachsteges 8 ist bevorzugt jeweils ein weicher Bereich 26 vorgesehen. Dieser weiche Bereich 26 erstreckt sich insbesondere in Längsrichtung L über die gesamte Länge des Vorproduktes.
In einer nachfolgenden Biegeoperation werden zwei Teile 19, 20 um den einen Biegepunkt 41, der sich in Längsrichtung L erstreckt und somit auch eine Biegelinie darstellt, gebogen und kommen formschlüssig zur Anlage.
Gemäß 14 b) sind zwei Biegepunkte 41 dargestellt. Diese rahmen den späteren Dachsteg 8 ein. Es erfolgt eine Biegeoperation um die beiden Biegepunkte 41 zur Herstellung des Hohlprofils 1.
Gemäß 14 c) ist ein Biegebereich 42 dargestellt. Dieser Biegebereich 42 erstreckt sich ebenfalls in Längsrichtung L über die gesamte Länge und stellt den Bereich des späteren Dachsteges 8 dar.
Bezugszeichenliste

1: - Hohlprofil
2: - vertikale Hohlkammer
3: - horizontale Hohlkammer
4: - Stegbereich
5: - Flansch
6: - Punktschweißung
7: - Fügelasche
8: - Dachsteg
9: - Rahmen
10: - Batterieträger
11: - Schweller
12: - obere Seitenwand zu 3
13: - Formschlusselement
14: - Aussparung
15: - untere Seitenwand zu 3
16: - Deckel
17: - Boden
18: - Werkzeug
19: - erster Teil
20: - zweiter Teil
21: - Seitenwand zu 2
22: - Seitenwand zu 2
23: - Sicke
24: - Umformwerkzeug
25: - harter Bereich
26: - weicher Bereich
27: - Aussparung
28: - Coilmaterial
29: - Beschnittanlage
30: - Platine
31: - Temperierstation
32: - Handlingroboter
33: - Umformstation
34: - Umformstufe
35: - Durchzug
36: - Anbindungsbereich
37: - Querstrebe
38: - Ecke
39: - Längsseite zu 9
40: - Stirnseite zu 9
41: - Biegepunkt
42: - Biegebereich
43: - Außenwand
44: - Einprägung
45: - Einsätze
W: - Wandstärke
L: - Längsrichtung
K: - Kühlkreislauf
Y: - Kraftfahrzeugquerrichtung
X: - Kraftfahrzeuglängsrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011051965 A1 [0007]
DE 102012101474 A1 [0008]

Claims

Hohlprofil (1), hergestellt aus einer Platine aus einer härtbaren Stahllegierung, durch Warmumformen und Presshärten, aufweisend einen L-förmigen Querschnitt mit mindestens einer Hohlkammer (2), wobei das Hohlprofil (1) zumindest bereichsweise eine Zugfestigkeit Rm größer 1.350 MPa aufweist.
Hohlprofil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine obere, insbesondere vertikale Hohlkammer (2) und eine unten liegende, insbesondere horizontale Hohlkammer (3) ausgebildet sind und dass weiterhin bevorzugt an einem dazwischen liegenden Stegbereich (4) die Platine eine Doppellage bildend aneinander liegt und die Hohlkammern (2, 3) unterteilt.
Hohlprofil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass von der horizontalen Hohlkammer (3) ein Flansch (5) abstehend ausgebildet ist, insbesondere ist der Flansch (5) durch eine Doppellage gebildet, bevorzugt sind Fügelaschen (7) an dem Flansch (5) angeordnet.
Hohlprofil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die horizontale Hohlkammer (3) seitlich gegenüber der vertikalen Holkammer (2) hervorstehend ausgebildet ist, wobei sich die Hohlkammer (3) zu einer Außenwand (43) nach außen hin verjüngt.
Hohlprofil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an einem oberen Teil der vertikalen Hohlkammer (2) in zumindest einer Seitenwand (21, 22), bevorzugt an beiden gegenüberliegenden Seitenwänden (21, 22) eine Einformung vorhanden ist, insbesondere eine nach innen gerichtete Sicke (23).
Hohlprofil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Teil der vertikalen Hohlkammer (2), insbesondere ein Dachsteg (8) der vertikalen Hohlkammer (2) als weicher Bereich (26) ausgebildet ist, insbesondere mit einer Zugfestigkeit Rm kleiner 1000MPa.
Hohlprofil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlprofil (1) in sich verschweißt ist, bevorzugt widerstandspunktgeschweißt, lasergeschweißt oder rollnahtgeschweißt.
Hohlprofil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlprofil (1) im Querschnitt bereichsweise voneinander verschiedene Festigkeiten aufweist und/oder dass das Hohlprofil (1) längenabschnittsweise voneinander verschiedene Festigkeiten aufweist.
Hohlprofil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlprofil (1) lokale Aussparungen (14) aufweist, insbesondere ist die horizontale Hohlkammer (3) lokal mehrfach ausgespart, bevorzugt dergestalt, dass eine nach außen gerichtete Rippenstruktur hergestellt ist.
Batterieträger (10) für ein Elektrokraftfahrzeug aufweisend einen außen umlaufenden Rahmen (9), zumindest abschnittsweise hergestellt, aus einem Hohlprofil (1) mit den Merkmalen von Anspruch 1, sowie einen mit dem Rahmen (9) gekoppelten Boden (17) und optional einen mit dem Rahmen (9) gekoppelten Deckel (16), wobei der Boden (17) bevorzugt als tiefgezogene Wanne hergestellt ist.
Verfahren zur Herstellung eines Hohlprofils (1) mit den Merkmalen von mindestens Anspruch 1, gekennzeichnet, durch folgende Verfahrensschritte: • Bereitstellen einer Platine (30) aus einer härtbaren Stahllegierung, • zumindest partielles Erwärmen der Platine auf AC3 Temperatur, • Transfer in ein Warmumform- und Presshärtewerkzeug bzw. eine Umformstation (33), wobei nur ein erster Teil (19) der Platine (30) umgeformt und gehärtet wird, • Transfer in ein weiteres Umformwerkzeug bzw. eine weitere Umformstufe (34) und Umformen eines zweiten Teils (20. • Optionales Beschneiden und/oder Lochen. • Optionales Verschweißen des hergestellten Hohlprofils (1).