DE10240675A1

DE10240675A1 - B-Säule für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE10240675A1
Application number: DE2002140675
Authority: DE
Inventors: Ludger Gehringhoff; Hans-Jürgen Knaup; Udo Dr. Klasfauseweh
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2002-09-04
Filing date: 2002-09-04
Publication date: 2004-05-13

Abstract

Die Erfindung betrifft eine B-Säule 1 als Karosseriekomponente für ein Kraftfahrzeug, bestehend aus einem Längsprofil 2 aus Stahlblech. Dieses weist zumindest einen Bereich H auf, der lasergehärtet ist und gegenüber den anderen Bereichen W des Längsprofils 2 eine höhere Härte besitzt. Vorteilhafterweise sind die Übergänge zwischen den Bereichen H, W fließend, d. h. ohne Festigkeitssprünge ausgebildet. Als besonders geeignet wird ein Längsprofil aus Stahlblech angesehen mit einem Kohlenstoffanteil zwischen 0,15 Gew.-% bis 2,0 Gew.-%. Das Längsprofil 2 ist räumlich gekrümmt gestaltet, wobei der härtere Bereich vom Übergang der Krümmung 6 ausgehend gehärtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine B-Säule als Karosseriekomponente für ein Kraftfahrzeug, bestehend aus einem Längsprofil aus Stahlblech.
Die Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeuges ist, zumindest soweit es sich um die sicherheitsrelevanten Komponenten handelt, überwiegend aus werkzeugvergüteten Stahlblechprofilen gefertigt. Die B-Säule der Fahrgastzelle ist eine solche sicherheitsrelevante Karosseriekomponente. Hierbei hat man festgestellt, dass es im Falle eines Crashs von Vorteil ist, wenn die B-Säule Bereiche mit unterschiedlichen Materialfestigkeiten und Dehnungseigenschaften besitzt.

Die heute in Serie befindlichen B-Säulen von Automobilen bestehen in der Regel aus mehreren Teilen. Üblicherweise werden drei Hauptteile verwendet, ein unteres Teil der B-Säule, das mit einem oberen Teil verbunden wird und ein Deckblech zur Erhöhung der Steifigkeit. Aufgrund der Steifigkeits- bzw. Festigkeitsanforderungen insbesondere bei einem Seitenprall führt man das untere Teil weich aus, wohingegen das obere Teil hart eingestellt ist.

Eine sowohl aus den theoretischen als auch aus den praktischen Anforderungen entwickelte B-Säule mit sehr gutem Crashverhalten ist in der DE-200 14 361 U1 beschrieben. Diese B-Säule besteht aus einem Längsprofil aus Stahl, wobei das Längsprofil einen ersten Längenabschnitt mit einem überwiegend martensitischen Werkstoffgefüge und einer Festigkeit über 1.400 N/mm² und einen zweiten Längenabschnitt höherer Duktivität mit einem überwiegend ferritisch-perlitischen Werkstoffgefüge und einer Festigkeit unter 850 N/mm² aufweist. An dieser B-Säule orientiert sich auch die vorliegende Erfindung die darauf abzielt, eine B-Säule zu schaffen, die eine stufenlose Anpassung der Härte an die Crash- bzw. Festigkeitsanforderungen ermöglicht und die zudem kostengünstig auch in unterschiedlichen geometrischen Varianten in einer Fertigungslinie vergütbar ist.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einer B-Säule gemäß den Merkmalen von Patentanspruch 1.

Die B-Säule weist die Forderungen aus der Praxis erfüllend zumindest einen Bereich auf, der gegenüber den anderen Bereichen des Längsprofils härter ist. Erfindungsgemäß ist dieser Bereich lasergehärtet.

Das Laserhärten ermöglicht die Fertigung von B-Säulen mit präzise abgestimmten Bereichen hoher Festigkeit und einem martensitischen Werkstoffgefüge. Die anderen nicht vergüteten Bereiche besitzen demgegenüber eine höhere Duktilität und ein ferritisch-perlitisches Werkstoffgefüge mit geringerer Festigkeit. Die Übergänge zwischen den Bereichen können stufenlos gestaltet werden. Auf diese Weise werden nachteilige Festigkeitssprünge vermieden. Die Vorgehensweise zum partiellen Härten der B-Säule ist kostengünstig und geeignet, verschiedene geometrische Varianten von B-Säulen in einer Fertigungslinie zu vergüten.
Dies ermöglicht die hohe Flexiblität der Lasereinrichtungen, insbesondere von Hochleistungs-Diodenlaservorrichtungen.
Der Härteprozess in den gewünschten Bereichen erfolgt durch die partielle Erwärmung des Bauteils mit Laserstrahlung über die Austenitisierungstemperatur und die anschließende Selbstabschreckung durch das nicht erwärmte Grundmaterial. Das Ergebnis ist ein gleichmäßiger und feinkörniger Martensit. In diesen Bereichen weist die B-Säule die gewünschte hohe Festigkeit auf. Vorteilhaft sind die Übergänge zwischen den Bereichen unterschiedlicher Härte bzw. Festigkeit und Dehnbarkeit fließend, d.h. ohne Festigkeitssprünge ausgeführt, wie dies Patentanspruch 2 vorsieht.
Vorzugsweise kommt ein Stahlblech aus einer Stahllegierung mit einem Kohlenstoffanteil zwischen 0,15 Gew.-% bis 2 Gew.-% für die Fertigung der B-Säule zur Anwendung (Patentanspruch 3). Dieser Werkstoff lässt sich wirtschaftlich mittels Laserstrahlen härten und weist die für die Herstellung von Kraftfahrzeugkomponenten notwendigen Werkstoffeigenschaften auf. Insbesondere bietet sich eine Stahllegierung an, die in Gewichtsprozenten ausgedrückt besteht aus
Kohlenstoff (C) 0,18 % bis 0,3
Silizium (Si) 0,1 % bis 0,7 %
Mangan (Mn) 1,0 bis 2,50
Chrom (Cr) 0,1 % bis 0,8 %
Molybdän (Mo) 0,1 % bis 0,5 %
Titan (Ti) 0,02 % bis 0,05
Bor (B) 0,002 % bis 0,005 %
Aluminium (Al) 0,01 % bis 0,06 %
Schwefel (S) maximal 0,01
Phosphor (P) maximal 0,025
Rest Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen.
Das Verfahrensprinzip des Laserhärtens ist für die Fertigungslinien von Kraftfahrzeugkomponenten in Massenherstellung besonders vorteilhaft. Es erfolgt eine geringe und streng abgegrenzte Wärmeeinbringung mit hoher Präzision der Spurlage und Spurabgrenzung. Zudem ist das Verfahren sehr gut zu automatisieren. Die Temperaturführung zur Prozessregelung wird in der Regel in den Laserkopf integriert. Es erfolgt eine kurzfristige lokale Erwärmung über die Austenitisierungstemperatur in den gezielt bestimmbaren Bereichen. In diesen Bereichen verfügt die B-Säule nach der Vergütung über ein feindisperses feinkörniges hartes, aber zähes Martensitgefüge. Der Gefügegradient ist schart. Festigkeit und Duktilität können ebenso wie die Schwingfestigkeit gezielt auf die jeweiligen Kraftfahrzeugtypen und die Crash- bzw. Festigkeitsanforderungen eingestellt werden.
Nach den Merkmalen von Patentanspruch 4 ist das Längsprofil räumlich gekrümmt, wobei ein Bereich des Längsprofils vom Übergang der Krümmung ausgehend gehärtet ist. Hier kommen die Vorzüge des Laserstrahlhärtens besonders zur Geltung, weil hiermit auch komplizierte räumliche Querschnitte partiell mit gleichbleibender Qualität bearbeitet werden können.
Eine besonders vorteilhafte B-Säule ist in den Merkmalen von Patentanspruch 5 charakterisiert. Danach ist der lasergehärtete Bereich ein oberer Längenabschnitt des Längsprofils, bei dem die äußeren Randschichten gehärtet sind.
Die Produktion einer erfindungsgemäßen B-Säule ist endfertigungsnah. Eine Nachbearbeitung ist nur in demauch sonst üblichen Umfang erforderlich. Eine zusätzliche Kühlung zum Härten entfällt. Es kann die sogenannte Selbstabschreckung durch Wärmeabfluss ins Bauteilinnere bzw. in angrenzende Bereiche genutzt werden.
Die Erfindung ist ergänzend anhand dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel beschrieben, welches eine B-Säule schematisch in perspektivischer Ansicht zeigt.
Die B-Säule 1 besteht aus einem Längsprofil 2, gefertigt aus Stahlblech. Über seine Länge weist das Längsprofil 2 partielle Bereiche H auf, die lasergehärtet sind und dementsprechend gegenüber den übrigen Bereichen Whärter sind. In dem hier dargestellten Beispiel ist der obere Längenabschnitt 3 des Längsprofils 2 härter gestaltet als der untere Längenabschnitt 4, an den sich der Säulenfuß 5 anschließt. Der obere Längenabschnitt 3 besitzt ein martensitisches Werkstoffgefüge mit hoher Zugfestigkeit, wohingegen der untere Längenabschnitt 4 mit dem Säulenfuß 5 ein ferritisch-perlitisches Werkstoffgefüge aufweist mit hoher Duktilität und gegenüber dem Längenabschnitt 3 geringerer Festigkeit. Die Härte in den verschiedenen Bereichen kann an die jeweiligen Crash- bzw. Festigkeitsanforderungen der bei verschiedenen Kraftfahrzeugen zum Einsatz gelangenden B-Säulen 1 abgestimmt werden.
Das Längsprofil 2 ist räumlich gekrümmt. Hierbei ist das Längsprofil 2 vom Übergang der Krümmung 6 ausgehend gehärtet. Wie bereits gesagt, ist der obere Längenabschnitt 3 partiell härter ausgeführt. Vorteilhafterweise sind insbesondere die äußeren Randschichten 7 dieses Längenabschnitts 3 mittels Laserstrahlbehandlung gehärtet.

1: B-Säule
2: Längsprofil
3: oberer Längenabschnitt
4: unterer Längenabschnitt
5: Säulenfuß
6: Krümmung
7: Randschicht

Claims

B-Säule als Karosseriekomponente für ein Kraftfahrzeug, bestehend aus einem Längsprofil (2) aus Stahlblech, wobei das Längsprofil (2) zumindest einen Bereich (H) mit einer gegenüber den anderen Bereichen (W) des Längsprofils (2) höheren Härte aufweist, dadurch gekennzeichnet , das der Bereich (H) lasergehärtet ist.
B-Säule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergänge zwischen den Bereichen (H, W) fließend, das heißt ohne Festigkeitssprünge, ausgebildet sind.
B-Säule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlblech aus einer Stahllegierung mit einem Kohlenstoffanteil zwischen 0,15 Gew.-% bis 2,0 Gew.-% besteht.
B-Säule nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Längsprofil (2) räumlich gekrümmt gestaltet ist, wobei ein Bereich (H) des Längsprofils (2) vom Übergang der Krümmung (6) ausgehend gehärtet ist.
B-Säule nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich (H) ein oberer Längenabschnitt (3) des Längsprofils (2) ist und die äußeren Randschichten (7) des Längenabschnitts (3) gehärtet sind.