-
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/mm
2 und einen zweiten Längenabschnitt
höherer
Duktivität
mit einem überwiegend
ferritisch-perlitischen Werkstoffgefüge und einer Festigkeit unter
850 N/mm
2 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