WO2018137973A1 - Fahrzeugrahmen und verwendung - Google Patents

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WO2018137973A1
WO2018137973A1 PCT/EP2018/051011 EP2018051011W WO2018137973A1 WO 2018137973 A1 WO2018137973 A1 WO 2018137973A1 EP 2018051011 W EP2018051011 W EP 2018051011W WO 2018137973 A1 WO2018137973 A1 WO 2018137973A1
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ThyssenKrupp AG
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Definitions

  • the invention relates to a vehicle frame for receiving at least one vehicle component comprising two substantially parallel longitudinal members, which extend at a distance from each other over their entire extent and are connected together via at least two material, force and / or form-fitting connected crossmember. Furthermore, the invention relates to a use of the vehicle frame.
  • Vehicles in particular motor vehicles today are subject to a high lightweight pressure to meet the ever-increasing demands for fuel consumption, C0 2 - emissions, as well as high loads, especially in commercial vehicles with simultaneous shortage of existing resources and economic conditions.
  • An increase in component performance can be achieved through the use of, for example, multiphase steels, such as dual-phase, complex-phase or tempered steels.
  • these steels offer a certain lightweight potential, which can have high strengths in the final state and find application in areas where existing material concepts with, for example, low strength can be substituted.
  • By substituting the material thicknesses can be reduced in component design with substantially constant performance due to the higher strengths, which thus has an advantageous effect on the reduction of the mass used. Investigations have shown that steel materials with very high strengths under oscillating load at least partially high sensitivity to weak points, such. B. joints, edges or notches and thus can abolish the existing lightweight construction potential in the rule.
  • the invention was therefore based on the object to provide a vehicle frame, which can be implemented as easily as possible in existing production lines and high durability and safety of the manufactured (lightweight) Vehicle frame, as well as a corresponding use of the produced (lightweight) vehicle frame specify.
  • the object according to the vehicle frame according to the invention is achieved in that at least one of the longitudinal members and / or at least one of the cross members consists of a density-reduced steel alloy.
  • the vehicle frame according to the invention may have a reduced mass compared to the conventionally used material. If the density-reduced steel alloy is particularly preferably used in the longitudinal member, preferably in both longitudinal members, essentially the major part of the vehicle frame has a lower density and, associated therewith, a lower mass. Thus, with substantially comparable or consistent performance, lower masses can be used in the side member and / or in the cross member, which can advantageously have an effect on reducing the mass used.
  • the side members are formed into open profiles having a substantially C- or S-shaped cross section, being assembled with the cross members to form a ladder frame.
  • the side members may for example be formed into closed profiles, where they are then assembled with the cross members to form a box frame.
  • the cross section Respectively, the embodiment of the cross member depends on the application, wherein the cross member is formed as an open or closed profile, in particular may be made of several parts.
  • the side member can also be designed as a T or I profile, wherein, in particular in the case of the I profile, preferably the web and possibly also the straps consist of a reduced-density steel alloy.
  • the density-reduced steel alloy has a density of at most 7.4 g / cm 3 , in particular of at most 7, 2 g / cm 3 , preferably of at most 7.0 g / cm 3 .
  • the density is limited, for example, to a minimum of 5.5 g / cm 3 .
  • the alloying elements are used to set the desired properties in the density-reduced steel alloy.
  • Aluminum is an element with a density of about 2.7 g / cm 3 and widens the crystal lattice of steel.
  • the minimum content is at least 3.0% by weight, in particular at least 5.0% by weight, preferably at least 6.0% by weight. Contents above 20.0% lead to the formation of undesirable, brittle intermetallic phases, wherein the contents are limited in particular to a maximum of 15 wt .-%, preferably to a maximum of 12 wt .-% in order to use the effect of aluminum particularly effectively ,
  • Carbon may be present at levels up to 0.4% by weight. In order to be able to ensure sufficient joining suitability, the carbon content can be limited in particular to a maximum of 0.3% by weight. Preferably, the carbon content may be limited to at most 0.1% by weight in order to reduce precipitations in the form of undesirable, brittle carbides and thus substantially reduce adverse affect on forming capability.
  • Phosphate may be present at a level of up to 0.1% by weight. In order to essentially reduce segregations in the steel, which can have a negative effect on the mechanical properties, the content may be limited to a maximum of 0.01% by weight.
  • the contents of sulfur can be limited to a maximum of 0.01% and nitrogen to a maximum of 0.02%, whereby the suitability for vibration stress of the steel alloy is essentially not adversely affected.
  • niobium and / or titanium bind carbon and may in each case be restricted to a content of up to 0.5% by weight, in particular up to 0.3% by weight, in order substantially to increase undesired, large precipitates in the steel alloy avoid.
  • Minimum contents of at least 0.01 wt .-% can positively influence the control of the microstructure in the steel alloy.
  • At least one element (cerium and / or lanthanum) associated with the group of rare earth metals may be present at a level of up to 0.2% by weight in order to substantially avoid undesirable large precipitations in the steel alloy.
  • the content of the at least one element assigned from the group of the rare earth metals may amount to at least 0.01% by weight.
  • manganese in each case having a content of at least 0.01% by weight has a positive influence on the strength in density-reduced steels. At high contents, it leads to the formation of hardening structures ( ⁇ '- and ⁇ -martensite) as well as to TRIP or TRIP. TWIP-capable austenite and particularly good strength-formability relations. Above 20.0% by weight, these mechanisms of induced plasticity are reduced and another cost-relevant alloy is useless.
  • Manganese can be alloyed in particular up to a maximum of 10.0% by weight, for example up to a maximum of 3.0% by weight.
  • Nickel and / or copper may each be present at a level of up to 2.0% by weight and may each improve the corrosion resistance with at least 0.01% by weight.
  • the content can each be limited to a maximum of 0.5% by weight.
  • Boron can promote the formation of a fine microstructure and can be present at a level of up to 0.1% by weight, the content of which may be limited to a maximum of 0.01% by weight in order to effectively utilize the effect of boron.
  • Calcium can serve to bind sulfur and may be present at levels up to 0.1% by weight. In particular, the content may be limited to a maximum of 0.01 wt .-%.
  • the cross member are materially connected, in particular by means of welding, preferably by means of MIG, MAG, laser welding or soldering to the side members.
  • welding preferably by means of MIG, MAG, laser welding or soldering
  • friction stir welding or resistance spot welding is also conceivable.
  • a frictional connection in particular a mechanical connection, such as a rivet or screw connection is conceivable.
  • the longitudinal member and / or the cross member are each formed by means of pressure forming, Glasumformen, Wer Fondumformen, Biegeumformen, Schubumformen or deep drawing, in particular by hot forming with at least partial press-hardening, or by a combination of said production methods.
  • pressure forming e.g., pressure forming
  • Biegeumformen e.g., pressure forming
  • Schubumformen egeumformen
  • deep drawing in particular by hot forming with at least partial press-hardening, or by a combination of said production methods.
  • folding or roll profiling is preferred.
  • the second aspect of the invention relates to the use of the vehicle frame according to the invention in passenger vehicles, commercial vehicles, trucks, special vehicles, buses, buses, whether with internal combustion engine and / or electric drive, trailer or trailer.
  • Figure 1 a first embodiment of a vehicle frame according to the invention in a perspective view
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a device according to the invention
  • FIG. 1 is a perspective view of a first embodiment of a vehicle frame (1) according to the invention shown schematically, in particular for a passenger car, for example for a SUV.
  • the vehicle frame in FIG. 1) comprises two substantially parallel longitudinal members (2) which extend at a distance from one another over their entire extent and are connected together via two cross members (3) connected by mechanical joining techniques, for example rivets.
  • the cross members (3) are formed for example from a rolling profile with a closed cross-section.
  • the longitudinal members (2) are formed as a closed profile and have in their center a cranked region (4).
  • additional reinforcements and / or struts which are not shown here, can be arranged, and means, in particular connection consoles for receiving vehicle components (also not shown here), such as engine, transmission, axles and vehicle body.
  • FIG. 1 is a perspective view of a second embodiment of a vehicle frame (1) according to the invention shown schematically, in particular for a trailer, for example for a semi-trailer.
  • the vehicle frame in FIG. 1) comprises two substantially parallel longitudinal members (2) which extend at a distance from one another over their entire extent and are connected together by way of five cross-members (3), which are connected by material bonding, preferably by means of MIG or MAG welding.
  • the cross member (3) are formed for example as edge profiles with an open cross-section.
  • the longitudinal members (2) are formed as a C-profile.
  • connection consoles for receiving vehicle components can be arranged, and means, in particular connection consoles for receiving vehicle components (also not shown here), such as axles and vehicle body.
  • vehicle components also not shown here
  • the construction is designed as a ladder frame.
  • possible embodiments for the design of the cross section for the longitudinal members (2) are shown by way of example.
  • the longitudinal members (2) consist of a density-reduced steel alloy with a maximum density of 7.4 g / cm 3 , preferably containing the following alloying elements in% by weight: C: up to 0.4%, Al: 3.0- 20.0%, P: up to 0.1%, S: up to 0.1%, N: up to 0.1%, and optionally one or more of the elements Nb: up to 0.5%, Ti: up to 0.5%, at least one element from the group of rare earth metals: up to 0.2%, Mn: up to 20.0%, Si: up to 2.0%, Si: up to 2.0% , Cr: up to 9.0%, Zr: up to 1.0%, V: up to 1.0%, W: up to 1.0%, Mo: up to 1.0%, Co: up to 1.0%, Ni: up to 2.0%, B: up to 0.1%, Cu: up to 3.0%, Ca: up to 0.1%, balance Fe and unavoidable impurities.
  • C up to 0.4%
  • Al 3.0- 20.0%
  • P up to 0.1%
  • S
  • the cross beams (3) may be made of a multi-phase steel alloy, for example a dual-phase steel, a complex phase steel, a ferrite-bainite or a martensite phase steel alloy having a tensile strength of at least 500 MPa, preferably at least 600 MPa, more preferably at least 700 MPa, wherein the microstructure of the multiphase steel alloy consists of at least two of the phases ferrite, bainite, austenite or martensite, or of a heat treatable steel alloy, for example a hot working or air hardening steel alloy having a tensile strength of at least 700 MPa, preferably at least 800 MPa preferably at least 900 MPa, the structure of the heat-treatable steel alloy consisting predominantly of martensite, in particular more than 90% of martensite.
  • the cross members (3) may also consist of a density-reduced steel alloy, preferably with an Al content of between 3.0 and 20.0% by weight.
  • the cross member (3) also consist of a conventional, known from the
  • the cross members (3) and the longitudinal members (2) are each formed by means of pressure forming, tensile forming, Wertownumformen, Biegeumformen, Schubumformen or deep drawing, in particular by hot forming with optionally at least partially press hardening, or by a combination of said production methods.
  • the mass in vehicle frame (1) according to the invention compared to the vehicle frame known from the prior art are reduced at substantially comparable or constant performance, in particular, the total mass can be reduced by at least 10%.
  • the invention is not limited to the embodiments shown in the drawing as well as to the explanations in the general description, but also the side member (2) and / or the cross member (3) of a tailored product, such as a tailored blank and / or tailored Rolled Blank be formed.
  • a tailored product such as a tailored blank and / or tailored Rolled Blank be formed.
  • the vehicle frame with corresponding material thicknesses which can also vary along the respective cross section, is designed to be weight and / or weight optimized.
  • the invention is also particularly advantageous for other types of vehicles, whether actively or passively powered, transferable.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugrahmen (1) zur Aufnahme von mindestens einer Fahrzeugkomponente umfassend zwei im Wesentlichen parallele Längsträger (2), die sich mit Abstand zueinander über ihre gesamte Ausdehnung erstrecken und zusammen über mindestens zwei stoff-, kraft- und/oder formschlüssig angebundene Querträger (3) verbunden sind, wobei mindestens einer der Längsträger (2) und/oder mindestens einer der Querträger (3) aus einer dichtereduzierten Stahllegierung besteht.

Description

Fahrzeugrahmen und Verwendung
Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugrahmen zur Aufnahme von mindestens einer Fahrzeugkomponente umfassend zwei im Wesentlichen parallele Längsträger, die sich mit Abstand zueinander über ihre gesamte Ausdehnung erstrecken und zusammen über mindestens zwei Stoff-, kraft- und/oder formschlüssig angebundene Querträger verbunden sind. Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung des Fahrzeugrahmens.
Technischer Hintergrund
Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge unterliegen heutzutage einem hohen Leichtbaudruck, um die stetig steigenden Anforderungen an Spritverbrauch, C02- Ausstoß, sowie hohe Traglasten, insbesondere bei Nutzfahrzeugen bei gleichzeitiger Verknappung der vorhandenen Ressourcen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen, zu erfüllen.
Entsprechende Fortschritte sind beim Leichtbau von Fahrzeugstrukturen in den letzten Jahren erreicht worden, die mehrheitlich durch optimierte Konstruktionen und die Verwendung weiterentwickelter Werkstoffe/Materialien, wie zum Beispiel Warmumformstähle, Materialien aus Leichtmetall oder faserverstärkten Kunststoffen, bedingt sind. Insbesondere beim Einsatz von alternativen Werkstoffen zu Stahl gehen in der Regel höhere Fertigungsaufwände und steigende Fertigungskosten einher, die daher nicht für jeden Anwendungsfall geeignet bzw. realisierbar sind.
Bei der Fertigung von Fahrzeug-Tragstrukturen, beispielsweise von Fahrzeugrahmen, insbesondere von Leiterrahmen für Sattelanhänger werden konventionelle Stahlprofile zum Zusammenbau verwendet. Die eingesetzten Stahllegierungen für Fahrzeugrahmen müssen eine ausreichende Festigkeit und Ermüdungsbeständigkeit bei schwingender Belastung, insbesondere bei gleichzeitig genügender Verformbarkeit aufweisen. Zur Erfüllung dieser Anforderungen sind konventionelle Baustahllegierungen (S355) im Einsatz, die durch Kaltumformung in ihre Endgeometrie geformt werden. Aus dem Stand der Technik, insbesondere aus der Patentschrift EP 2 808 232 Bl ist u. a. bekannt, Stahllegierungen mit Festigkeiten zwischen 350 und 700 MPa einzusetzen, die zunächst zu Profilen geformt und anschließend zu einem Fahrzeugrahmen zusammengebaut werden.
Eine Steigerung der Bauteilperformance kann durch den Einsatz von beispielsweise Mehrphasenstählen, wie beispielsweise Dualphasen-, Komplexphasen- oder Vergütungsstählen erreicht werden. Alternativ oder kumulativ bieten diese Stähle ein gewisses Leichtbaupotential, welche hohe Festigkeiten im Endzustand aufweisen können und in Bereichen Anwendung finden, in denen bestehende Werkstoffkonzepte mit beispielsweise geringer Festigkeit substituiert werden können. Durch die Substitution können bei der Bauteilauslegung mit im Wesentlichen gleichbleibender Performance die Materialdicken infolge der höheren Festigkeiten reduziert werden, welche sich somit vorteilhaft auf die Reduzierung der eingesetzten Masse auswirkt. Untersuchungen haben gezeigt, dass Stahlwerkstoffe mit sehr hohen Festigkeiten bei schwingender Belastung zumindest bereichsweise hohe Sensitivität gegenüber Schwachstellen, wie z. B. Fügestellen, Kanten oder Kerben aufweisen und damit das vorhandene Leichtbaupotential in der Regel aufheben können.
Vor dem Hintergrund des bekannten Standes der Technik ist der Werkstoffeinsatz für Fahrzeugrahmen nur eingeschränkt mit Stählen höherer Festigkeit möglich. Insbesondere kann eine Blechdickenreduktion im Vergleich zu den konventionell eingesetzten Werkstoffen nicht zielführend sein, wenn der Steifigkeitsverlust bei biegedominierten Bauteilen überproportional abfällt.
In Bezug auf den Stand der Technik besteht weiteres Verbesserungspotential von Fahrzeugrahmen, insbesondere hinsichtlich der Nutzung konventioneller Fertigungsstraßen mit gleichzeitig hoher Betriebsfestigkeit und Sicherheit der hergestellten Fahrzeugrahmen, insbesondere bei möglichst geringem Gewicht.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung lag somit die Aufgabe zugrunde, einen Fahrzeugrahmen bereitzustellen, welcher möglichst einfach in vorhandenen Fertigungsstraßen umgesetzt werden kann und eine hohe Betriebsfestigkeit und Sicherheit des hergestellten (Leichtbau-) Fahrzeugrahmens gewährleisten kann, sowie eine entsprechende Verwendung des hergestellten (Leichtbau-) Fahrzeugrahmens anzugeben.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gemäß des erfindungsgemäßen Fahrzeugrahmens dahingehend gelöst, dass mindestens einer der Längsträger und/oder mindestens einer der Querträger aus einer dichtereduzierten Stahllegierung besteht.
Der Erfinder hat festgestellt, dass durch die Verwendung einer dichtereduzierten Stahllegierung für den (die) Längsträger und/oder für den (die) Querträger, der erfindungsgemäße Fahrzeugrahmen eine, im Vergleich zu dem konventionell eingesetzten Material, reduzierte Masse aufweisen kann. Kommt die dichtereduzierte Stahllegierung besonders bevorzugt im Längsträger, vorzugsweise in beiden Längsträgern zum Einsatz, weist im Wesentlichen der überwiegende Teil des Fahrzeugrahmens eine geringere Dichte und damit verbunden eine geringere Masse auf. Somit können bei im Wesentlichen vergleichbarer bzw. gleichbleibender Performance geringere Massen in dem Längsträger und/oder in dem Querträger eingesetzt werden, welche sich vorteilhaft auf eine Reduzierung der eingesetzten Masse auswirken kann.
Durch die Bereitstellung von dichtereduzierten Stahllegierungen können konventionelle Fertigungsstraßen weiterhin genutzt und damit verbunden kostengünstig Einzelkomponenten für den Fahrzeugrahmen hergestellt werden, da die dichtereduzierten Stahllegierungen, insbesondere in ihrem Anlieferungszustand respektive kalten Verarbeitungszustand moderate Festigkeiten aufweisen, die mit den bisher konventionell eingesetzten Stahllegierungen vergleichbar sind und dadurch geeignete Umformeigenschaften besitzen, die insbesondere zum Formen des Längsträgers und/oder des Querträgers geeignet sind.
Die Längsträger sind beispielsweise zu offenen Profilen mit einem im Wesentlichen C- oder S-förmigen Querschnitt geformt, wobei sie mit den Querträgern zu einer Art Leiterrahmen zusammengebaut werden. Alternativ können die Längsträger beispielsweise zu geschlossenen Profilen geformt sein, wobei sie dann mit den Querträgern zu einer Art Kastenrahmen zusammengebaut werden. Der Querschnitt respektive die Ausführung der Querträger hängt von der Anwendung ab, wobei der Querträger als offenes oder geschlossenes Profil ausgebildet, insbesondere auch mehrteilig ausgeführt sein kann. Des Weiteren kann beispielsweise der Längsträger auch als T- oder I-Profil ausgeführt sein, wobei insbesondere beim I-Profil bevorzugt der Steg und ggf. auch die Gurte aus einer dichtreduzierten Stahllegierung bestehen.
Gemäß einer ersten Ausführung des erfindungsgemäßen Fahrzeugrahmens weist die dichtereduzierte Stahllegierung eine Dichte von maximal 7,4 g/cm3, insbesondere von maximal 7, 2 g/cm3, bevorzugt von maximal 7,0 g/cm3 auf. Je geringer die Dichte, umso vorteilhafter wirkt sich dies auf eine Gewichtsreduzierung des erfindungsgemäßen Fahrzeugrahmens aus. Die Dichte ist beispielsweise auf minimal 5,5 g/cm3 beschränkt.
Gemäß einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Fahrzeugrahmens enthält die dichtereduzierten Stahllegierung folgende Legierungsbestanteile in Gew.-%:
C: bis zu 0,4 %,
AI: 3,0 - 20,0 %,
P: bis zu 0,1 %,
S: bis zu 0,1 %,
N: bis zu 0,1 %,
sowie optional eines oder mehrere der Elemente
Nb: bis zu 0,5 %,
Ti: bis zu 0,5 %,
mindestens ein aus der Gruppe der Seltenerdmetalle zugeordnetes Element: bis zu 0,2 %,
Mn: bis zu 20,0 %,
Si: bis zu 2,0 %,
Cr: bis zu 9,0 %,
Zr: bis zu 1,0 %,
V: bis zu 1,0 %,
W: bis zu 1,0 %,
Mo: bis zu 1,0 %,
Co: bis zu 1,0 %,
Ni: bis zu 2,0 %, B: bis zu 0,1 %,
Cu: bis zu 3,0 %,
Ca: bis zu 0,1 %,
Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen.
Über die Legierungselemente werden die gewünschten Eigenschaften in der dichtereduzierten Stahllegierung eingestellt. Aluminium ist ein Element mit einer Dichte von ca. 2,7 g/cm3 und weitet das Kristallgitter von Stahl auf. Um eine signifikante Dichtereduzierung in der Stahllegierung erzielen zu können, beträgt der Mindestgehalt mindestens 3,0 Gew.-%, insbesondere mindestens 5,0 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 6,0 Gew.-%. Gehalte oberhalb von 20,0% führen zur Bildung von unerwünschten, spröden intermetallischen Phasen, wobei die Gehalte insbesondere auf maximal 15 Gew.-%, vorzugsweise auf maximal 12 Gew.-% beschränkt werden, um die Wirkung von Aluminium besonders effektiv nutzen zu können.
Kohlenstoff kann mit einem Gehalt von bis zu 0,4 Gew.-% anwesend sein. Um eine ausreichende Fügeeignung sicherstellen zu können, kann der Kohlenstoffgehalt insbesondere auf maximal 0,3 Gew.-% beschränkt sein. Vorzugsweise kann der Kohlenstoffgehalt auf maximal 0,1 Gew.-% beschränkt sein, um Ausscheidungen in Form von unerwünschten, spröden Karbiden zu vermindern und damit eine nachteilige Beeinträchtigung auf die Umformeignung im Wesentlichen zu reduzieren.
Phosphat kann mit einem Gehalt von bis zu 0,1 Gew.-% anwesend sein. Um Seigerungen, welche sich negativ auf die mechanischen Eigenschaften auswirken können, im Stahl im Wesentlichen zu reduzieren, kann der Gehalt auf maximal 0,01 Gew.-% beschränkt sein.
Stickstoff und Schwefel beeinflussen negativ die Eigenschaften der Stahllegierung, insbesondere durch Bildung von Sulfiden und Nitriden und sind daher auf Gehalte von maximal 0,1 Gew.-% beschränkt. Insbesondere können die Gehalte von Schwefel auf maximal 0,01 % und Stickstoff auf maximal 0,02 % beschränkt sein, wodurch die Eignung auf Schwingbeanspruchung der Stahllegierung im Wesentlichen nicht negativ beeinflusst wird. Niob und/oder Titan binden insbesondere Kohlenstoff ab und können jeweils auf einen Gehalt von bis zu 0,5 Gew.-%, insbesondere bis zu 0,3 Gew.-% beschränkt sein, um unerwünschte, große Ausscheidungen in der Stahllegierung im Wesentlichen zu vermeiden. Mindestgehalte von jeweils mindestens 0,01 Gew.-% können positiv die Steuerung der Gefügestruktur in der Stahllegierung beeinflussen.
Mindestens ein aus der Gruppe der Seltenerdmetalle zugeordnetes Element (Cer und/oder Lanthan) kann mit einem Gehalt bis zu 0,2 % Gew.-% anwesend sein, um unerwünschte, große Ausscheidungen in der Stahllegierung im Wesentlichen zu vermeiden. Um positiv Einfluss auf die Steuerung der Gefügestruktur in der Stahllegierung nehmen zu können, kann der Gehalt des mindestens einen aus der Gruppe der Seltenerdmetalle zugeordneten Elements mindestens 0,01 % Gew.-% betragen.
Mangan hat insbesondere jeweils mit einem Gehalt von mindestens 0,01 Gew.-% positiven Einfluss auf die Festigkeit in dichtereduzierten Stählen. Es führt bei hohen Gehalten zur Ausbildung von Härtungsgefügen (α'- und ε-Martensit) sowie zu TRIP-bzw. TWIP-fähigem Austenit und zu besonders guten Festigkeits-Umformbarkeits- Relationen. Oberhalb von 20,0 Gew.-% reduzieren sich diese Mechanismen der induzierten Plastizität und eine weitere kostenrelevante Zulegierung ist nutzlos. Mangan kann insbesondere bis maximal 10,0 Gew-%, beispielsweise bis maximal 3,0 Gew.-% zulegiert werden.
Silizium und/oder Chrom können insbesondere jeweils mit einem Gehalt von mindestens 0,01 Gew.-% positiv Einfluss, insbesondere auf die Korrosionsbeständigkeit nehmen. Silizium mit einem Gehalt oberhalb von 2,0 Gew.-% führen zur Bildung von unerwünschten, spröden intermetallischen Phasen. Chrom führt mit maximal bis zu 9,0 Gew.-% insbesondere in Kombination mit Aluminium zu guter Korrosionsbeständigkeit, wobei eine weitere kostenrelevante Zulegierung nutzlos ist. Insbesondere können die Gehalte jeweils auf maximal 1,0 Gew.-%, vorzugsweise jeweils auf maximal 0,5 Gew.-% beschränkt sein. Zirkon, Vanadium, Wolfram, Molybdän und/oder Kobalt sind Karbidbildner und können jeweils mit einem Gehalt von bis zu 1,0 % anwesend sein. Ihr Gehalt kann jeweils auf maximal 0,5 Gew.-% beschränkt sein.
Nickel und/oder Kupfer können jeweils mit einem Gehalt von bis zu 2,0 % Gew.-% anwesend sein und können jeweils mit mindestens einem Gehalt von 0,01 Gew-% die Korrosionsbeständigkeit verbessern. Insbesondere kann der Gehalt jeweils auf maximal 0,5 Gew,-% beschränkt sein.
Bor kann die Ausbildung eines feinen Gefüges begünstigen und kann mit einem Gehalt bis zu 0,1 Gew-% anwesend sein, wobei der Gehalt auf maximal 0,01 Gew.-% beschränkt sein kann, um die Wirkung von Bor effektiv nutzen zu können.
Calcium kann zur Abbindung von Schwefel dienen und kann mit einem Gehalt bis zu 0,1 Gew.-% anwesend sein. Insbesondere kann der Gehalt auf maximal 0,01 Gew.-% beschränkt sein.
Gemäß einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Fahrzeugrahmens sind die Querträger stoffschlüssig, insbesondere mittels Schweißen, vorzugsweise mittels MIG-, MAG-, Laserschweißen oder Löten an die Längsträger angebunden. Beispielsweise ist auch ein Reibrührschweißen oder ein Widerstandspunktschweißen denkbar. Alternativ ist auch eine kraftschlüssige Verbindung, insbesondere eine mechanische Verbindung, wie beispielsweise eine Niet- oder Schraubverbindung denkbar.
Gemäß einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Fahrzeugrahmens sind der Längsträger und/oder der Querträger jeweils mittels Druckumformen, Zugumformen, Zugdruckumformen, Biegeumformen, Schubumformen oder Tiefziehen, insbesondere mittels Warmumformung mit zumindest teilweiser Presshärtung, oder mittels einer Kombination der genannten Herstellungsverfahren geformt. Je nach Anwendung und Ausgestaltung insbesondere der Längsträger kommt bevorzugt ein Abkanten oder ein Rollprofilieren zum Tragen. Der zweite Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung des erfindungsgemäßen Fahrzeugrahmens in Personenfahrzeugen, Nutzfahrzeugen, Lastkraftwagen, Sonderfahrzeugen, Bussen, Omnibussen, ob mit Verbrennungsmotor und/oder elektrischem Antrieb, Anhänger oder Trailer.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Gleiche Teile sind stets mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigt
Figur 1) eine erste Ausführung eines erfindungsgemäßen Fahrzeugrahmens in perspektivischer Darstellung und
Figur 2) eine zweite Ausführung eines erfindungsgemäßen
Fahrzeugrahmens in perspektivischer Darstellung.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
In Figur 1) ist in perspektivischer Darstellung eine erste Ausführung eines erfindungsgemäßen Fahrzeugrahmens (1) schematisch gezeigt, insbesondere für einen Personenkraftwagen, beispielsweise für einen Geländewagen. Der Fahrzeugrahmen in Figur 1) umfasst zwei im Wesentlichen parallele Längsträger (2), die sich mit Abstand zueinander über ihre gesamte Ausdehnung erstrecken und zusammen über zwei durch mechanische Fügetechniken, beispielsweise Nieten, angebundene Querträger (3) verbunden sind. Die Querträger (3) sind beispielsweise aus einem Rollprofil mit einem geschlossenen Querschnitt gebildet. Die Längsträger (2) sind als geschlossenes Profil ausgebildet und weisen in ihrer Mitte einen gekröpften Bereich (4) auf. Des Weiteren können zusätzliche Verstärkungen und/oder Verstrebungen, die hier nicht dargestellt sind, angeordnet werden, sowie Mittel, insbesondere Anbindungskonsolen zur Aufnahme von Fahrzeugkomponenten (ebenfalls hier nicht dargestellt), wie beispielsweise Motor, Getriebe, Achsen und Fahrzeugaufbau. Die Bauweise ist als Kastenrahmen ausgeführt. In der kleinen Darstellung in Figur 1) sind beispielhaft mögliche Ausführungen zur Gestaltung des Querschnitts für die Längsträger (2) gezeigt. In Figur 2) ist in perspektivischer Darstellung eine zweite Ausführung eines erfindungsgemäßen Fahrzeugrahmens (1) schematisch gezeigt, insbesondere für einen Trailer, beispielsweise für einen Sattelanhänger. Der Fahrzeugrahmen in Figur 1) umfasst zwei im Wesentlichen parallele Längsträger (2), die sich mit Abstand zueinander über ihre gesamte Ausdehnung erstrecken und zusammen über fünf stoffschlüssig, vorzugsweise mittels MIG- oder MAG-Schweißen angebundene Querträger (3) verbunden sind. Die Querträger (3) sind beispielsweise als Kantprofile mit einem offenen Querschnitt ausgebildet. Die Längsträger (2) sind als C-Profil ausgebildet. Des Weiteren können zusätzliche Verstärkungen und/oder Verstrebungen, die hier nicht dargestellt sind, angeordnet werden, sowie Mittel, insbesondere Anbindungskonsolen zur Aufnahme von Fahrzeugkomponenten (ebenfalls hier nicht dargestellt), wie beispielsweise Achsen und Fahrzeugaufbau. Die Bauweise ist als Leiterrahmen ausgeführt. In der kleinen Darstellung in Figur 2) sind beispielhaft mögliche Ausführungen zur Gestaltung des Querschnitts für die Längsträger (2) gezeigt.
Besonders bevorzugt bestehen die Längsträger (2) aus einer dichtereduzierten Stahllegierung mit einer Dichte von maximal 7,4 g/cm3, vorzugsweise enthaltend folgende Legierungselemente in Gew.-%: C: bis zu 0,4 %, AI: 3,0-20,0 %, P: bis zu 0,1 %, S: bis zu 0,1 %, N: bis zu 0,1 %, sowie optional eines oder mehrere der Elemente Nb: bis zu 0,5 %, Ti: bis zu 0,5 %, mindestens ein aus der Gruppe der Seltenerdmetalle zugeordnetes Element: bis zu 0,2 %, Mn: bis zu 20,0 %, Si: bis zu 2,0 %, Si: bis zu 2,0 %, Cr: bis zu 9,0 %, Zr: bis zu 1,0 %, V: bis zu 1,0 %, W: bis zu 1,0 %, Mo: bis zu 1,0 %, Co: bis zu 1,0 %, Ni: bis zu 2,0 %, B: bis zu 0,1 %, Cu: bis zu 3,0 %, Ca: bis zu 0,1 %, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen.
Die Querträger (3) können aus einer Mehrphasen-Stahllegierung, beispielsweise einer Dualphasenstahl-, einer Komplexphasenstahl-, einer Ferrit-Bainit- oder eine Martensitphasen-Stahllegierung mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa, vorzugsweise mindestens 600 MPa, besonders bevorzugt mindestens 700 MPa, wobei das Gefüge der Mehrphasen-Stahllegierung aus mindestens zwei der Phasen Ferrit, Bainit, Austenit oder Martensit bestehen, oder aus einer vergütbaren Stahllegierung, beispielsweise einer Warmumform- oder lufthärtenden Stahllegierung mit einer Zugfestigkeit von mindestens 700 MPa, vorzugsweise mindestens 800 MPa, besonders bevorzugt mindestens 900 MPa, wobei das Gefüge der vergütbaren Stahllegierung überwiegend aus Martensit, insbesondere mehr als 90% aus Martensit bestehen. Alternativ können die Querträger (3) auch aus einer dichtereduzierten Stahllegierung, vorzugsweise mit einem Al-Gehalt zwischen 3,0 und 20,0 Gew.-% bestehen. Beispielsweise können die Querträger (3) auch aus einer konventionellen, aus dem Stand der Technik bekannten Stahllegierung bestehen.
Die Querträger (3) und die Längsträger (2) sind jeweils mittels Druckumformen, Zugumformen, Zugdruckumformen, Biegeumformen, Schubumformen oder Tiefziehen, insbesondere mittels Warmumformung mit optional zumindest teilweiser Presshärtung, oder mittels einer Kombination der genannten Herstellungsverfahren geformt.
Durch die Bereitstellung einer dichtereduzierten Stahllegierung für die Verwendung vorzugsweise in Längsträgern (2), beispielsweise mit in Gew.-%: C=0,01-0,l %, Al=6,0- 7,0 %, P<0,01 %, S<0,001 %, N<0,02 %, Nb=0,05-0,3 %, Ti=0,05-0,4 %, Mn<0,2 %, Si=0,01-0,1 %, Cr=0,2-0,8 %, Ni<0,2 %, B<0,0004 %, Rest Fe und unvermeidbare, erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, kann die Masse bei erfindungsgemäßen Fahrzeugrahmen (1) im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Fahrzeugrahmen bei im Wesentlichen vergleichbarer bzw. gleichbleibender Performance reduziert werden, insbesondere lässt sich die Gesamtmasse um mindestens 10% reduzieren.
Die Erfindung ist nicht auf die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele sowie auf die Ausführungen in der allgemeinen Beschreibung beschränkt, vielmehr kann auch der Längsträger (2) und/oder der Querträger (3) aus einem Tailored Product, beispielsweise einem Tailored Blank und/oder Tailored Rolled Blank gebildet sein. Je nach Fahrzeugtyp ist der Fahrzeugrahmen mit entsprechenden Materialdicken, welche entlang des jeweiligen Querschnitts auch variieren können, belastungs- und/oder gewichtsoptimiert ausgelegt. Besonders vorteilhaft ist die Erfindung auch auf andere Fahrzeugarten, ob aktiv oder passiv angetrieben, übertragbar.

Claims

Ansprüche
1. Fahrzeugrahmen (1) zur Aufnahme von mindestens einer Fahrzeugkomponente umfassend zwei im Wesentlichen parallele Längsträger (2), die sich mit Abstand zueinander über ihre gesamte Ausdehnung erstrecken und zusammen über mindestens zwei Stoff-, kraft- und/oder formschlüssig angebundene Querträger (3) verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet, dass,
mindestens einer der Längsträger (2) und/oder mindestens einer der Querträger (3) aus einer dichtereduzierten Stahllegierung besteht.
2. Fahrzeugrahmen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die dichtereduzierte Stahllegierung eine Dichte von maximal 7,4 g/cm3, insbesondere von maximal 7, 2 g/cm3, bevorzugt von maximal 7,0 g/cm3 und insbesondere eine Dichte von minimal 5, 5 g/cm3 aufweist.
3. Fahrzeugrahmen nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die dichtereduzierte Stahllegierung folgende Legierungsbestanteile in Gew.-% enthält:
C: bis zu 0,4 %,
AI: 3,0 - 20,0 %,
P: bis zu 0,1 %,
S: bis zu 0,1 %,
N: bis zu 0,1 %,
sowie optional eines oder mehrere der Elemente
Nb: bis zu 0,5 %,
Ti: bis zu 0,5 %,
mindestens ein aus der Gruppe der Seltenerdmetalle zugeordnetes Element: bis zu 0,2 %,
Mn: bis zu 20,0 %,
Si: bis zu 2,0 %, Cr: bis zu 9,0 %,
Zr: bis zu 1,0 %,
V: bis zu 1,0 %,
W: bis zu 1,0 %,
Mo: bis zu 1,0 %,
Co: bis zu 1,0 %,
Ni: bis zu 2,0 %,
B: bis zu 0,1 %,
Cu: bis zu 3,0 %,
Ca: bis zu 0,1 %,
Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen.
4. Fahrzeugrahmen nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Querträger (3) stoffschlüssig mittels Schweißen oder Löten oder kraftschlüssig mittels Niet- oder Schraubverbindung an die Längsträger (2) angebunden sind.
5. Fahrzeugrahmen nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Längsträger (2) und/oder die Querträger (3) jeweils durch Druckumformen, Zugumformen, Zugdruckumformen, Biegeumformen, Schubumformen oder Tiefziehen, insbesondere Warmumformung mit zumindest teilweiser Presshärtung, oder mittels einer Kombination der genannten Herstellungsverfahren geformt sind.
6. Verwendung des Fahrzeugrahmens nach einem der vorgenannten Ansprüche
in Personenfahrzeugen, Nutzfahrzeugen, Lastkraftwagen, Sonderfahrzeugen, Bussen, Omnibussen, ob mit Verbrennungsmotor und/oder elektrischem Antrieb, Anhänger oder Trailer.
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