DE102022114057A1

DE102022114057A1 - Unterschiedliche Blechdicken und Festigkeiten aufweisendes pressgehärtetes Blechformteil

Info

Publication number: DE102022114057A1
Application number: DE102022114057.1A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Schnapp; Martin Sittenberger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2022-06-03
Filing date: 2022-06-03
Publication date: 2023-12-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein pressgehärtetes Blechformteil (100), insbesondere eine Säulenverstärkung für eine Kraftfahrzeugkarosserie, welches unterschiedliche Blechdicken und Festigkeiten aufweist, mit einem ungehärteten oder nur gering gehärteten ersten Bereich (130) und mit einem pressgehärteten zweiten Bereich (110), wobei der zweite Bereich (110) eine größere oder kleinere Blechdicke als der erste Bereich (130) aufweist. Zwischen dem ersten Bereich (130) und dem zweiten Bereich (110) ist ein Übergangsbereich (140) ausgebildet, der ausgehend vom ersten Bereich (130) eine Blechdickenübergangszone (141) und eine Festigkeitsübergangszone (142) aufweist, wobei die Blechdickenübergangszone (141) und die Festigkeitsübergangszone (142) unmittelbar aneinander grenzen oder sich teilweise überlappen.

Description

Die Erfindung betrifft gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ein pressgehärtetes Blechformteil, das unterschiedliche Blechdicken und Festigkeiten aufweist, wobei es sich insbesondere um eine Säulenverstärkung für eine Kraftfahrzeugkarosserie handelt.
Beim sogenannten Presshärten wird ein zuvor auf Austenitisierungstemperatur erwärmtes presshärtungsgeeignetes Stahlblechmaterial in einem Presshärtewerkzeug geformt und gleichzeitig abgekühlt, wodurch aufgrund eines Härtungseffekts erhebliche Festigkeitssteigerungen erreicht werden. Im Weiteren wird auf entsprechende Fachliteratur verwiesen.
Aus der DE 10 2015 203 644 A1 ist ein pressgehärtetes Blechformteil bekannt, welches unterschiedliche Blechdicken und Festigkeiten aufweist, wobei wenigstens zwei benachbarte Bereiche vorgesehen sind, die mit unterschiedlichen Blechdicken und mit unterschiedlichen Festigkeiten ausgebildet sind, derart, dass einer dieser Bereiche pressgehärtet und der andere Bereich ungehärtet oder nur gering gehärtet ist. Zwischen diesen Bereichen ist ein Übergangsbereich ausgebildet, der zugleich als Dickenübergangsbereich und als Festigkeitsübergangsbereich gestaltet ist.
Gegenüber diesem vorbekannten pressgehärteten Blechformteil weist das erfindungsgemäße pressgehärtete Blechformteil des Patentanspruchs 1 verbesserte Belastungs- und Verformungseigenschaften und insbesondere auch ein verbessertes Crashverhalten auf. Mit dem nebengeordneten Patentanspruch umfasst die Erfindung auch eine erfindungsgemäß ausgebildete Säulenverstärkung für eine Kraftfahrzeugkarosserie. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich sinngemäß für beide Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, der folgenden Erfindungsbeschreibung sowie der Zeichnung. Dies gilt auch für beispielhaft und optional beschriebene Merkmale. Die in der Beschreibung, den Patentansprüchen und der Zeichnung offenbarten Merkmale können ohne Einschränkung, insbesondere auch losgelöst von offenbarten Merkmalskombinationen, zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung kombiniert werden.
Das erfindungsgemäße pressgehärtete Blechformteil (nachfolgend auch nur als Blechformteil bezeichnet, womit ein durch Umformung erzeugtes, räumlich geformtes beziehungsweise eine räumliche Formgebung aufweisendes Blechteil gemeint ist) hat einen ungehärteten oder nur gering gehärteten ersten Bereich und einen pressgehärteten zweiten Bereich, wobei der zweite (pressgehärtete) Bereich eine größere oder kleiner Blechdicke als der erste Bereich aufweist. Erfindungsgemäß ist zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich ein Übergangsbereich ausgebildet, der ausgehend vom ersten Bereich (in Richtung des zweiten Bereichs) eine Blechdickenübergangszone und eine Festigkeitsübergangszone aufweist beziehungsweise umfasst, wobei die Blechdickenübergangszone und die Festigkeitsübergangszone direkt beziehungsweise unmittelbar (das heißt ohne einen Abstand beziehungsweise ohne eine Zwischenzone) aneinander grenzen oder sich teilweise überlappen.
Das erfindungsgemäße Blechformteil weist mindestens einen solchen Übergangsbereich auf. Das erfindungsgemäße Blechformteil kann aber auch mehrere solcher Übergangsbereiche aufweisen, die jeweils zwischen entsprechenden Bereichen mit unterschiedlichen Festigkeiten und Blechdicken angeordnet beziehungsweise ausgebildet sind.
Bei dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich, womit insbesondere Flächenbereiche gemeint sind, handelt es sich um benachbarte Blechformteilbereiche beziehungsweise Bauteilbereiche, die nur durch den Übergangsbereich zueinander beabstandet sind. Bevorzugt befindet sich der komplette Übergangsbereich zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich, womit insbesondere gemeint ist, dass sich der Übergangsbereich weder in den ersten Bereich noch in den zweiten Bereich hineinerstreckt.
Das erfindungsgemäße Blechformteil ist zumindest im zweiten Bereich pressgehärtet. Das Presshärten kann sowohl im sogenannten direkten Verfahren als auch im sogenannten indirekten Verfahren erfolgen. Das Blechformteil ist vollständig, oder zumindest im zweiten Bereich, aus presshärtegeeignetem Stahlblechmaterial (beispielsweise 22MnB5 oder 34MnB5) gebildet. Der zweite Bereich weist eine höhere Festigkeit als der erste Bereich auf. Im zweiten Bereich weist das Blechformteil eine durch Presshärten erzielte Festigkeit (womit hier und im Weiteren die Zugfestigkeit gemeint ist) von bevorzugt mindestens 1000 MPa, insbesondere mindestens 1300 MPa, auf.
Der erste Bereich des Blechformteils ist ungehärtet oder nur gering gehärtet und weist somit eine niedrigere Festigkeit als der zweite Bereich auf, wobei jedoch im ersten Bereich die Duktilität höher sein kann als im (pressgehärteten) zweiten Bereich. Unter „ungehärtet“ wird insbesondere verstanden, dass der erste Bereich eine Festigkeit aufweist, die im Wesentlichen der Ausgangsfestigkeit des Stahlblechmaterials entspricht. Unter „gering gehärtet“ wird insbesondere verstanden, dass der erste Bereich eine Festigkeit aufweist, die höher ist als die Ausgangsfestigkeit des Stahlblechmaterials und geringer ist als die beim Presshärten erzielte Festigkeit im zweiten Bereich, was bei der Herstellung des Blechformteils durch geeignete Maßnahmen erreicht werden kann, wozu auf entsprechende Fach- und Patentliteratur verwiesen wird. Im ersten Bereich weist das Blechformteil bevorzugt eine Festigkeit von 300 MPa bis 800 MPa auf. Grundsätzlich kann auch der erste Bereich pressgehärtet sein, wobei beim Presshärten eine geringere Festigkeit als im zweiten Bereich erzielt wurde.
Der erfindungsgemäß vorgesehene Übergangsbereich befindet sich zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich, sodass diese beiden eigentlich benachbarten Bereiche nicht direkt beziehungsweise unmittelbar aneinander angrenzen, sondern durch den Übergangsbereich, also quasi nur indirekt, miteinander verbunden sind. Dieser Übergangsbereich zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich weist erfindungsgemäß eine Blechdickenübergangszone und eine Festigkeitsübergangszone auf. Insbesondere ist vorgesehen, dass der erste Bereich direkt (das heißt ohne Abstand) an die Blechdickenübergangszone des Übergangsbereichs angrenzt und/oder dass der zweite Bereich direkt an die Festigkeitsübergangszone des Übergangsbereichs angrenzt, ohne dass sich der erste Bereich in die Blechdickenübergangszone und der zweite Bereich in die Festigkeitsübergangszone hineinerstrecken.
Durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Übergangsbereich werden ungünstige Festigkeits- und Blechdickensprünge zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich vermieden. Anders als bei dem aus der DE 10 2015 203 644 A1 vorbekannten pressgehärteten Blechformteil ist der Übergangsbereich des erfindungsgemäßen Blechformteils in mehrere Zonen unterteilt, derart, dass eine Blechdickenübergangszone und eine Festigkeitsübergangszone ausgebildet sind. Einerseits ermöglicht die erfindungsgemäße Unterteilung des Übergangsbereichs in mehrere Zonen eine bessere Einstellbarkeit des Verformungsverhaltens, speziell des Knickverhaltens, insbesondere unter Berücksichtigung des Verwendungszwecks sowie der geometrischen Anschlussbedingungen des Blechformteils. Andererseits begünstigt die erfindungsgemäße Unterteilung des Übergangsbereichs in mehrere Zonen im Belastungsfall, insbesondere im Crashfall, eine Verteilung der Belastung auf mehrere Zonen und eine damit verbundene Entzerrung von Spannungsspitzen. Es werden also verbesserte Belastungs- und Verformungseigenschaften und insbesondere auch ein verbessertes Crashverhalten erzielt.
Ausgehend vom ersten Bereich in Richtung des zweiten Bereichs ist erfindungsgemäß zunächst eine Blechdickenübergangszone (erste Zone) vorgesehen, innerhalb derer ein Blechdickenübergang von der Blechdicke des ersten Bereichs zu der vergleichsweise größeren oder kleineren Blechdicke des zweiten Bereichs ausgebildet ist. Die Blechdickenübergangszone ist quasi ein kohärenter Abschnitt, innerhalb dessen der Blechdickenübergang erfolgt. Bevorzugt erstreckt sich der Blechdickenübergang über die gesamte Blechdickenübergangszone oder zumindest über die gesamte Breite beziehungsweise Streifenbreite (siehe unten) der Blechdickenübergangszone. Im Rahmen der Erfindung ist bezüglich des Übergangsbereichs mit dem Begriff „Breite“ allgemein die Erstreckung ausgehend vom ersten Bereich in Richtung des zweiten Bereichs (oder umgekehrt) gemeint. Bevorzugt ist in der Blechdickenübergangszone ein kontinuierlicher Blechdickenübergang, das heißt ein sprungfreier Blechdickenübergang (ohne Blechdickensprünge), vorgesehen. Bevorzugt ist in der Blechdickenübergangszone ein gradueller Blechdickenübergang, also ein allmählicher sprungfreier Blechdickenübergang, vorgesehen, das heißt, der Blechdickenübergang in der Blechdickenübergangszone ist graduell ausgebildet. Bevorzugt ist der Blechdickenübergang stetig ausgebildet, wie untenstehend erläutert. Bevorzugt ist die Blechdickenübergangszone mit einer zumindest im Wesentlichen homogenen beziehungsweise gleichbleibenden Festigkeit, nämlich der Festigkeit des ersten Bereichs, ausgebildet, das heißt, der Blechdickenübergang erfolgt bei konstanter Festigkeit.
Der Blechdickenübergangszone folgt erfindungsgemäß eine Festigkeitsübergangszone (zweite Zone), innerhalb derer ein Festigkeitsübergang von der Festigkeit des ersten Bereichs zu der vergleichsweise größeren Festigkeit des zweiten Bereichs ausgebildet ist. Da die Festigkeit und Härte typischerweise korrelieren, kann die Festigkeitsübergangszone auch als Härteübergangszone bezeichnet werden. Die Festigkeitsübergangszone ist quasi ein kohärenter Abschnitt, innerhalb dessen der Festigkeitsübergang erfolgt. Bevorzugt erstreckt sich der Festigkeitsübergang über die gesamte Festigkeitsübergangszone oder zumindest über die gesamte Breite beziehungsweise Streifenbreite (siehe unten) der Festigkeitsübergangszone. Bevorzugt ist in der Festigkeitsübergangszone ein kontinuierlicher Festigkeitsübergang, das heißt ein sprungfreier Festigkeitsübergang (ohne Festigkeitssprünge) vorgesehen. Bevorzugt ist in der Festigkeitsübergangszone ein gradueller Festigkeitsübergang, also ein allmählicher sprungfreier Festigkeitsübergang, vorgesehen, das heißt, der Festigkeitsübergang in der Festigkeitsübergangszone ist graduell ausgebildet. Bevorzugt ist die Festigkeitsübergangszone mit einer zumindest im Wesentlichen homogenen beziehungsweise gleichbleibenden Blechdicke, nämlich der Blechdicke des zweiten Bereichs, ausgebildet, das heißt, der Festigkeitsübergang erfolgt bei konstanter Blechdicke.
Es kann vorgesehen sein, dass die Blechdickenübergangszone und die Festigkeitsübergangszone des Übergangsbereichs direkt beziehungsweise unmittelbar (das heißt ohne einen Abstand beziehungsweise ohne eine Zwischenzone) aneinander liegen beziehungsweise aneinander grenzen, ohne dass sich die eine Zone in die andere Zone hineinerstreckt beziehungsweise ohne Überlappung der Zonen. Damit werden in Hinblick auf den vorgesehenen Verwendungszweck des Blechformteils konkrete Belastungseigenschaften, Verformungseigenschaften und/oder Crasheigenschaften erreicht.
Es kann allerdings auch vorgesehen sein, dass die Blechdickenübergangszone und die Festigkeitsübergangszone des Übergangsbereichs sich teilweise überlappen beziehungsweise überschneiden, womit ausdrücklich eine nur teilweise Überlappung beziehungsweise Überschneidung gemeint ist. Die Überlappung beziehungsweise Überschneidung kann als Zwischenzone (dritte Zone) aufgefasst werden, innerhalb derer zugleich ein teilweiser Blechdickenübergang und ein teilweiser Festigkeitsübergang erfolgt, die quasi übereinandergelegt beziehungsweise ineinandergelegt sind. Der Übergangsbereichs weist dann gewissermaßen drei Zonen auf, nämlich (ausgehend vom ersten Bereich in Richtung des zweiten Bereichs) eine Blechdickenübergangszone (erste Zone), eine Überlappungszone beziehungsweise Zwischenzone (dritte Zone) und eine Festigkeitsübergangszone (zweite Zone), wobei die vorausgehenden Erläuterungen analog gelten. Damit werden in Hinblick auf den vorgesehenen Verwendungszweck des Blechformteils konkrete Belastungseigenschaften, Verformungseigenschaften und/oder Crasheigenschaften erreicht. Insbesondere bildet die Zwischenzone beziehungsweise die Überlappungszone zwischen der Blechdickenübergangszone und der Festigkeitsübergangszone im Crashfall eine zusätzliche Verformungszone mit besonderen Verformungseigenschaften. Bevorzugt beträgt die Breite der Überlappungszone nicht mehr als 50 % (das heißt ≤ 50 %) der Gesamtbreite des Übergangsbereichs (siehe unten).
Bevorzugt überlappen beziehungsweise überschneiden sich die Blechdickenübergangszone und die Festigkeitsübergangszone streifenartig beziehungsweise bandartig, wobei die streifenartige Überlappung (womit eine streifenartige beziehungsweise bandartige Überlappungszone beziehungsweise Zwischenzone gemeint ist) bevorzugt eine Breite beziehungsweise Streifenbreite (siehe unten) von kleiner oder gleich 20 mm (das heißt ≤ 20 mm), besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 10 mm (das heißt ≤ 10 mm) und insbesondere von kleiner oder gleich 5 mm (das heißt ≤ 5 mm) aufweist. Somit besteht eine nur relativ schmale Überlappung beziehungsweise Überlappungszone. Die Breite beziehungsweise Streifenbreite der streifenartigen Überlappungszone kann variieren.
Das erfindungsgemäße pressgehärtete Blechformteil ist bevorzugt aus einer, das heißt aus einer einzelnen, Tailored Rolled Blank (TRB) hergestellt beziehungsweise gefertigt. Das heißt, die für die Herstellung verwendete Stahlblechplatine weist bei schweißnahtfreier einstückiger Ausbildung den Bereichen des Blechformteils entsprechende Platinenbereiche mit unterschiedlichen Blechdicken auf, die durch Walzen, insbesondere durch sogenanntes flexibles Walzen, erzeugt sind.
Bevorzugt ist die Blechdickenabnahme oder Blechdickenzunahme in der Blechdickenübergangszone stetig oder zumindest im Wesentlichen stetig ausgebildet, womit insbesondere eine konstante Steigung beziehungsweise Rampensteigung gemeint ist. Vorzugsweise erstreckt sich die Steigung beziehungsweise Rampensteigung über die gesamte Breite der Blechdickenübergangszone (siehe auch 2 der Zeichnung). Die Blechdickenabnahme oder Blechdickenzunahme beträgt vorzugsweise 0,05 mm bis 0,2 mm pro 10 mm Übergangszone (in Richtung der zweiten Zone) und insbesondere ca. 0,1 mm pro 10 mm Übergangszone (in Richtung der zweiten Zone). Die Breite der Blechdickenübergangszone kann also durch Vorgabe einer bestimmten Blechdickenabnahme oder Blechdickenzunahme eingestellt werden (oder umgekehrt), insbesondere bereits beim Walzen zur Herstellung einer Tailored Rolled Blank.
Bevorzugt sind die Blechdickenübergangszone und die Festigkeitsübergangszone des Übergangsbereichs als streifenartige beziehungsweise bandartige Zonen (Bänder) ausgebildet, die sich, insbesondere direkt nebeneinanderliegend, zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich erstrecken. Die streifenartige Blechdickenübergangszone kann eine Breite bzw. Streifenbreite (siehe auch 2 der Zeichnung) von 30 mm bis 110 mm, bevorzugt von 30 mm bis 60 mm, aufweisen. Die streifenartige Festigkeitsübergangszone kann eine Breite bzw. Streifenbreite (siehe auch 2 der Zeichnung) von 20 mm bis 70 mm, bevorzugt von 30 mm bis 60 mm, aufweisen. Für beide Zonen gilt, dass die Breite beziehungsweise Streifenbreite (innerhalb der angegebenen Wertebereiche) über der Streifenlängserstreckung variieren kann (variable Streifenbreite). Die streifenartigen Zonen, das heißt die Blechdickenübergangszone und die Festigkeitsübergangszone, können unterschiedliche Breiten aufweisen. Die streifenartigen Zonen, das heißt die Blechdickenübergangszone und die Festigkeitsübergangszone, können aber auch mit einer im Wesentlichen gleichen Breite (zum Beispiel +/- 5 mm), also quasi symmetrisch zu einer gedachten Mittellinie des Übergangsbereichs, ausgebildet sein. Der Übergangsbereich kann somit eine Gesamtbreite von 50 mm bis 180 mm, bevorzugt von 60 mm und 120 mm aufweisen (gemessen vom ersten Bereich zum zweiten Bereich). Eine Überlappung beziehungsweise Überlappungszone zwischen der Blechdickenübergangszone und der Festigkeitsübergangszone ermöglicht eine entsprechende Reduzierung der Gesamtbreite beziehungsweise eine schmalere Ausbildung des Übergangsbereichs.
Bevorzugt weist der zweite Bereich eine größere Blechdicke als der erste Bereich auf. Der erste Bereich kann eine Blechdicke zwischen 1,2 mm und 2,1 mm aufweisen. Der zweite Bereich kann eine Blechdicke zwischen 2,3 mm und 2,9 mm aufweisen. Dabei handelt es sich insbesondere um homogene oder zumindest um im Wesentlichen homogene Blechdicken.
Das erfindungsgemäße pressgehärtete Blechformteil kann blank (im Sinne von unbeschichtet) sein oder auch eine einseitige oder beidseitige Beschichtung, insbesondere eine metallische Korrosionsschutzbeschichtung, aufweisen. Die Beschichtung kann bereits auf der für die Herstellung verwendeten Stahlblechplatine beziehungsweise auf dem Ausgangsblechmaterial aufgebracht sein oder erst nach dem Presshärten aufgebracht werden.
Bei dem erfindungsgemäßen pressgehärteten Blechformteil handelt es sich bevorzugt um ein Fahrwerksbauteil oder Karosseriebauteil, insbesondere Strukturbauteil, für ein Kraftfahrzeug. Das erfindungsgemäße Blechformteil ist beispielsweise als Längsträgerelement, Querträgerelement, Stirnwandelement, Tunnelverstärkungselement, Windlaufelement, Dachrahmenelement, Seitenschwellerelement, Seitenaufprallelement oder dergleichen ausgebildet.
Bei dem erfindungsgemäßen pressgehärteten Blechformteil handelt es sich insbesondere um eine sogenannte Säulenverstärkung für eine Kraftfahrzeugkarosserie, vorzugsweise für eine B-Säule (B-Säulenverstärkung), alternativ auch für eine A-Säule, C-Säule oder D-Säule. Die Säulenverstärkung weist einen ungehärteten oder nur gering gehärteten Fußbereich (erster Bereich) auf und einen pressgehärteten Mittelbereich (zweiter Bereich), wobei der Mittelbereich mit einer größeren oder kleineren Blechdicke, insbesondere einer größeren Blechdicke, als der Fußbereich ausgebildet ist. Analog zu den vorausgehenden Erläuterungen ist zwischen dem Fußbereich und dem Mittelbereich ein Übergangsbereich ausgebildet, der ausgehend vom Fußbereich (in Richtung des Mittelbereichs) eine Blechdickenübergangszone und eine Festigkeitsübergangszone aufweist beziehungsweise umfasst, wobei die Blechdickenübergangszone und die Festigkeitsübergangszone unmittelbar aneinander grenzen oder sich teilweise überlappen. Durch den erfindungsgemäß ausgebildeten Übergangsbereich kann im Crashfall das Einknicken der Säulenverstärkung im unteren Bereich verringert werden. Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich ebenfalls analog zu den vorausgehenden Erläuterungen.
Eine konkrete Auslegung des erfindungsgemäßen pressgehärteten Blechformteils kann mittels Simulation erfolgen. Zur Herstellung des erfindungsgemäßen pressgehärteten Blechformteils wird auf entsprechende Erläuterungen und Hinweise in der DE 10 2015 203 644 A1 sowie außerdem auf die nachfolgenden Erläuterungen im Zusammenhang mit der Zeichnung verwiesen. Im Weiteren wird auch auf entsprechende Fachliteratur verwiesen.
Die Erfindung wird nachfolgend in nicht einschränkender Weise mit Bezug auf die Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können (auch einzeln) allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung weiterbilden. In der Zeichnung zeigen:

1 eine Draufsicht auf eine Säulenverstärkung für eine PKW-Kraftfahrzeugkarosserie;
2 eine vergrößerte Schnittdarstellung des Übergangsbereichs (erste Variante) zwischen dem Fußbereich und dem Mittelbereich an der Säulenverstärkung der 1;
3 eine vergrößerte Schnittdarstellung des Übergangsbereichs (zweite Variante) zwischen dem Fußbereich und dem Mittelbereich an der Säulenverstärkung der 1; und
4 eine Möglichkeit zur Erzeugung eines erfindungsgemäßen Übergangsbereichs.

1 zeigt eine Säulenverstärkung 100 für eine B-Säule. Die Säulenverstärkung 100 weist einen Fußbereich (Fußabschnitt) 130 zur Anbindung an einen Seitenschweller, einen Kopfbereich (Kopfabschnitt) 120 zur Anbindung an einen Dachrahmen und einen Mittelbereich 110 auf. Die Säulenverstärkung 100 ist als pressgehärtetes Blechformteil ausgebildet und weist Bereiche mit unterschiedlichen Blechdicken und unterschiedlichen Festigkeiten auf, wodurch eine beanspruchungsgerechte und gewichtsoptimierte Gestaltung erreicht wird. Die Säulenverstärkung 100 ist aus einer einzelnen (schweißnahtfreien) Tailored Rolled Blank hergestellt.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Säulenverstärkung 100 einen pressgehärteten Mittelbereich 110 auf, in dem das Stahlblechmaterial M eine durch Presshärten erzielte Festigkeit von beispielsweise mindestens 1000 MPa, bevorzugt mindestens 1300 MPa, aufweist. Der Mittelbereich 110 kann mit homogener Blechdicke ausgebildet sein oder kann mehrere im Wesentlichen gleichfeste (das heißt mit gleicher Festigkeit ausgebildete) Teilbereiche 111, 112, 113 mit unterschiedlichen Blechdicken aufweisen. Der pressgehärtete Mittelbereich 110 hat zumindest im untersten beziehungsweise dem Fußbereich 130 zugewandten Teilbereich 113 eine Blechdicke von beispielsweise 2,5 mm. Im Fußbereich 130 ist das Stahlblechmaterial M nur gering gehärtet oder ungehärtet und weist beispielsweise eine Festigkeit von 300 MPa bis 800 MPa auf. Im Fußbereich 130 beträgt die Blechdicke beispielsweise 2,0 mm. Im Kopfbereich 120 ist das Stahlblechmaterial M ebenfalls pressgehärtet und weist eine Festigkeit von beispielsweise mindestens 1000 MPa auf, wobei auch vorgesehen sein kann, dass das Stahlblechmaterial M im Kopfbereich 120 (ähnlich wie im Fußbereich 130) nur gering gehärtet oder ungehärtet ist. Die Blechdicke im Kopfbereich 120 kann der Blechdicke des Fußbereichs 130 oder einer Blechdicke des Mittelbereichs 110 entsprechen.
Die Säulenverstärkung 100 ist somit im Mittelbereich 110, an den besonders hohe Festigkeits- und Steifigkeitsanforderungen gestellt werden (beispielsweise wegen des Insassenschutzes sowie wegen der Anbindung von Türscharnieren und Türschlössern), vergleichsweise dick und fest ausgebildet. Hingegen ist die Säulenverstärkung 100 im Fußbereich 130, der für die Anbindung der Säulenverstärkung 100 an einen Seitenschweller oder dergleichen vorgesehen ist, vergleichsweise dünn und weich beziehungsweise duktil ausgebildet, um im Crashfall eine gezielte Verformung (beispielsweise ein Einknicken) zu ermöglichen und Reißer sowie Sprödbrüche zu verhindern. Mit anderen Worten: Der Mittelbereich 110 beziehungsweise dessen unterster Teilbereich 113 ist fester und dicker ausgebildet als der Fußbereich 130 und der Fußbereich 130 ist dünner und weicher beziehungsweise duktiler ausgebildet als der Mittelbereich 110 beziehungsweise dessen unterster Teilbereich 113.
Zwischen dem Fußbereich 130 und dem Mittelbereich 110 ist ein Übergangsbereich 140 ausgebildet, der ausgehend vom Fußbereich 130 (erster Bereich) in Richtung des Mittelbereichs 110 (zweiter Bereich) beziehungsweise dessen unterstem Teilbereich 113 eine dem Fußbereich 130 zugewandte Blechdickenübergangszone (erste Zone) 141 und eine dem Mittelbereich 110 beziehungsweise dessen unterstem Teilbereich 113 zugewandte Festigkeitsübergangszone (zweite Zone) 142 aufweist. Bezüglich der in 1 gezeigten Einbaulage der Säulenverstärkung 100 befindet sich die Festigkeitsübergangzone 142 oberhalb der Blechdickenübergangszone 141 beziehungsweise die Blechdickenübergangszone 141 befindet sich unterhalb der Festigkeitsübergangzone 142.
Die Zonen 141, 142 des Übergangsbereichs 140 sind bezüglich der in 1 gezeigten Draufsicht (oder Seitenansicht) streifen- beziehungsweise bandartig ausgebildet und erstrecken sich direkt nebeneinanderliegend von einem Außenrand der Säulenverstärkung 100 zum gegenüberliegenden Außenrand. Die streifenartige Blechdickenübergangszone 141 kann eine Breite B1 von 30 mm bis 110 mm, bevorzugt von 30 mm bis 60 mm, aufweisen. Die streifenartige Festigkeitsübergangszone 142 kann eine Breite B2 von 20 mm bis 70 mm, bevorzugt von 30 mm bis 60 mm, aufweisen. Damit ist jeweils die Streifenbreite quer zur Streifenlängserstreckung gemeint (siehe 2). Die streifenartigen Zonen 141, 142, können eine zumindest näherungsweise konstante oder auch eine variable Breite B1, B2 aufweisen.
2 veranschaulicht in einer schematischen (nicht maßstabsgerechten) Schnittdarstellung den Übergangsbereich 140. In der Blechdickenübergangszone 141 (erste Zone) erfolgt bei einer gleichbleibenden beziehungsweise homogenen Festigkeit (300 MPa bis 800 MPa) ein gradueller (das heißt ein stufenbeziehungsweise sprungfreier) Blechdickenübergang beziehungsweise Blechdickenanstieg von der Blechdicke des Fußbereichs 130 (2,0 mm) zur Blechdicke des Mittelbereichs 110 beziehungsweise dem untersten Teilbereich 113 des Mittelbereichs 110 (2,5 mm). Der Blechdickenübergang ist somit quasi weich ausgebildet. (Der gezeigte Blechdickenübergangsverlauf ist lediglich beispielhaft und dient der Veranschaulichung.) In der Festigkeitsübergangszone 142 (zweite Zone) erfolgt bei einer gleichbleibenden beziehungsweise homogenen Blechdicke (2,5 mm) ein gradueller (das heißt ein stufen- beziehungsweise sprungfreier) Festigkeitsübergang beziehungsweise Festigkeitsanstieg von der Festigkeit des Fußbereichs 130 (300 MPa bis 800 MPa) zur Festigkeit des Mittelbereichs 110 beziehungsweise dem untersten Teilbereich 113 des Mittelbereichs 110 (größer/gleich 1000 MPa). Der Festigkeitsübergang ist somit quasi dick ausgebildet. Die Blechdickenübergangszone 141 erstreckt sich nicht in den Fußbereich 130 hinein und die Festigkeitsübergangszone 142 erstreckt sich nicht in den Mittelbereich 110 beziehungsweise deren untersten Teilbereich 113 hinein.
Bei der in 2 gezeigten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Blechdickenübergangszone 141 und die Festigkeitsübergangszone 142 des Übergangsbereichs 140 direkt beziehungsweise unmittelbar aneinander liegen beziehungsweise aneinander grenzen, ohne dass sich die Zonen 141, 142 überlappen. Im Weiteren wird auf die obenstehenden ausführlichen Erläuterungen verwiesen.
Bei der in 3 gezeigten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Blechdickenübergangszone 141 und die Festigkeitsübergangszone 142 sich teilweise überlappen, wodurch eine Überlappungszone beziehungsweise Zwischenzone (dritte Zone) 143 ausgebildet ist, innerhalb derer zugleich ein teilweiser Blechdickenübergang und ein teilweiser Festigkeitsübergang erfolgt. Insbesondere ist vorgesehen, dass innerhalb dieser Überlappungszone 143 der Blechdickenübergang und der Festigkeitsübergang auslaufen. Die insbesondere streifenartig beziehungsweise bandartig ausgebildete Überlappungszone 143 kann eine bevorzugte Breite B3 von ≤ 20 mm, ≤ 10 mm oder ≤ 5 mm aufweisen.
Ansonsten gelten analog die vorausgehenden Erläuterungen zur 2. Im Weiteren wird auf die obenstehenden ausführlichen Erläuterungen verwiesen.
Wie oben bereits erwähnt, kann die Herstellung des Blechformteils 100 sowohl im direkten Verfahren als auch im indirekten Verfahren erfolgen. Beim direkten Verfahren wird die für die Herstellung verwendete Stahlblechplatine, insbesondere eine Tailored Rolled Blank, durch Erwärmen austenitisiert, insbesondere im Ganzen austenitisiert, und anschließend in einem Presshärtewerkzeug 200 umgeformt und abgekühlt. Beim indirekten Verfahren erfolgt vor dem Erwärmen und Austenitisieren zunächst eine Umformung der Stahlblechplatine.
4 veranschaulicht in einer schematischen (nicht maßstabsgerechten) Schnittdarstellung eine Möglichkeit zur Erzeugung eines Übergangsbereichs 140. Abweichend zu den in 2 und 3 gezeigten Ausführungsmöglichkeiten weist der Blechdickenübergangsverlauf in der Blechdickenübergangszone 141 eine im Wesentlichen konstante Steigung beziehungsweise Rampensteigung auf. Das in 4 nur ausschnittsweise dargestellte Presshärtewerkzeug 200 umfasst ein Werkzeugunterteil 210 und ein Werkzeugoberteil 220. Sowohl das Werkzeugunterteil 210 als auch das Werkzeugoberteil 220 sind segmentiert ausgebildet und weisen jeweils ein erstes Segment 211, 221, ein zweites Segment 212, 222 und ein drittes Segment 213, 223 auf. Zwischen den benachbarten Segmenten befinden sich Isolierungen 215, 225. Die ersten Segmente 211, 221 sind mit Heizeinrichtungen, insbesondere mit elektrischen Heizeinrichtungen, ausgebildet. Die dritten Segmente 213, 223 sind mit Kühleinrichtungen, insbesondere mit Wasserkühleinrichtungen, ausgebildet. Optional können die zweiten Segmente 212, 222 mit Heizeinrichtungen und/oder mit Kühleinrichtungen ausgebildet sein.
Die gekühlten dritten Segmente 213, 223 bewirken eine rasche Abkühlung des zuvor austenitisierten Stahlblechmaterials M, sodass im Mittelbereich 110 beziehungsweise im Teilbereich 113 eine Presshärtung des Stahlblechmaterials M erfolgt. Die beheizten ersten Segmente 211, 221 verhindern eine solche rasche Abkühlung, sodass das Stahlblechmaterial M im Fußbereich 130 sowie auch in der Blechdickenübergangszone 141 des Übergangsbereichs 140 nur gering gehärtet wird oder ungehärtet bleibt. In der sich zwischen der Blechdickenübergangszone 141 und dem Mittelbereich 110 beziehungsweise Teilbereich 113 befindenden Festigkeitsübergangszone 142 kann sich ein Festigkeitsübergang, insbesondere ein gradueller Festigkeitsübergang, ausbilden. Optional können die zweiten Segmente 212, 222 einen mittels Heizeinrichtungen und/oder Kühleinrichtungen herbeigeführten Temperaturverlauf beziehungsweise Temperaturgradienten aufweisen, wodurch eine definierte Ausbildung des Festigkeitsübergangs in der Festigkeitsübergangszone 142 des Übergangsbereichs 140 ermöglicht wird.
Bei dem in 4 gezeigten Presshärtewerkzeug 200 sind die Isolierungen 215, 225 zwischen den ersten Segmenten 211, 221 und zweiten Segmenten 212, 222 exakt neben der Blechdickenübergangszone 141 angeordnet, um die in 2 gezeigte Variante herzustellen. Hiermit gehen auch werkzeugbauliche Vorteile einher. Durch Versetzen dieser Isolierungen 215, 225 in die Blechdickenübergangszone 141 hinein (also gemäß Darstellung nach links) kann die in 3 gezeigte Variante (mit der Überlappungszone 143) hergestellt werden.
Geeignete Ausgestaltungen und Einstellungen für das Presshärtewerkzeug 200 können durch Simulation und/oder Versuche ermittelt werden. Die Herstellung eines erfindungsgemäßen pressgehärteten Blechformteils 100 kann auch auf andere Weisen erfolgen.
Die vorausgehenden Erläuterungen in Bezug auf die in den Figuren gezeigte Säulenverstärkung gelten analog für andere erfindungsgemäße pressgehärtete Blechformteile.
Die vorausgehenden Erläuterungen zu den Figuren beschreiben die beste Art (best mode) zur Ausführung der Erfindung. Gleichwohl sollten diese Erläuterungen nicht als einschränkend verstanden werden. Der Umfang der vorliegenden Offenbarung umfasst weitere Ausführungsmöglichkeiten (embodiments) der Erfindung.
Bezugszeichenliste

100: Säulenverstärkung (Blechformteil)
110: Mittelbereich (zweiter Bereich)
111: Teilbereich
112: Teilbereich
113: Teilbereich
120: Kopfbereich
130: Fußbereich (erster Bereich)
140: Übergangsbereich
141: Blechdickenübergangszone (erste Zone)
142: Festigkeitsübergangszone (zweite Zone)
143: Überlappung / Überlappungszone (dritte Zone)
200: Presshärtewerkzeug
210: Werkzeugunterteil (erstes Werkzeugteil)
211: erstes Segment
212: zweites Segment
213: drittes Segment
215: Isolierung
220: Werkzeugoberteil (zweites Werkzeugteil)
221: erstes Segment
222: zweites Segment
223: drittes Segment
225: Isolierung
B1: Breite (erste Zone)
B2: Breite (zweite Zone)
B3: Breite (dritte Zone)
M: Stahlblechmaterial

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015203644 A1 [0003, 0011, 0024]

Claims

Pressgehärtetes Blechformteil (100), welches unterschiedliche Blechdicken und Festigkeiten aufweist, mit einem ungehärteten oder nur gering gehärteten ersten Bereich (130) und mit einem pressgehärteten zweiten Bereich (110), wobei der zweite Bereich (110) eine größere oder kleinere Blechdicke als der erste Bereich (130) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Bereich (130) und dem zweiten Bereich (110) ein Übergangsbereich (140) ausgebildet ist, der ausgehend vom ersten Bereich (130) eine Blechdickenübergangszone (141) und eine Festigkeitsübergangszone (142) aufweist, wobei die Blechdickenübergangszone (141) und die Festigkeitsübergangszone (142) unmittelbar aneinander grenzen oder sich teilweise überlappen.
Blechformteil (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Blechdickenübergang in der Blechdickenübergangszone (141) graduell ausgebildet ist.
Blechformteil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Festigkeitsübergang in der Festigkeitsübergangszone (142) graduell ausgebildet ist.
Blechformteil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses aus einer Tailored Rolled Blank hergestellt ist.
Blechformteil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechdickenübergangszone (141) und die Festigkeitsübergangszone (142) als streifenartige Zonen ausgebildet sind.
Blechformteil (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die streifenartige Blechdickenübergangszone (141) eine Breite (B1) von 30 mm bis 110 mm, bevorzugt von 30 mm bis 60 mm, aufweist und/oder die streifenartige Festigkeitsübergangszone (142) eine Breite (B2) von 20 mm bis 70 mm, bevorzugt von 30 mm bis 60 mm, aufweist.
Blechformteil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Blechdickenübergangszone (141) und die Festigkeitsübergangszone (142) streifenartig überlappen, wobei die streifenartige Überlappung (143) eine bevorzugte Breite (B3) von ≤ 20 mm, insbesondere von ≤ 10 mm, aufweist.
Blechformteil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (130) eine Blechdicke zwischen 1,2 mm und 2,1 mm aufweist und der zweite Bereich (110) eine Blechdicke zwischen 2,3 mm und 2,9 mm aufweist.
Als pressgehärtetes Blechformteil ausgebildete Säulenverstärkung (100) für eine Kraftfahrzeugkarosserie, insbesondere für die B-Säule, welche unterschiedliche Blechdicken und Festigkeiten aufweist, mit einem ungehärteten oder nur gering gehärteten Fußbereich (130) und mit einem pressgehärteten Mittelbereich (110), wobei der Mittelbereich (110) eine größere oder kleinere Blechdicke als der Fußbereich (130) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Fußbereich (130) und dem Mittelbereich (110) ein Übergangsbereich (140) ausgebildet ist, der ausgehend vom Fußbereich (130) eine Blechdickenübergangszone (141) und eine Festigkeitsübergangszone (142) aufweist, wobei die Blechdickenübergangszone (141) und die Festigkeitsübergangszone (142) unmittelbar aneinander grenzen oder sich teilweise überlappen.
Säulenverstärkung (100) nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Weiterbildung gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 8.