DE102010012825B4

DE102010012825B4 - Querträger sowie Stoßträgeranordnung

Info

Publication number: DE102010012825B4
Application number: DE102010012825A
Authority: DE
Inventors: Markus Pellmann; Dr. Pohl Martin; Martin Schroeter; Stefan Adelbert; Otto Buschsieweke; Dr. Handing Christian
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2010-03-25
Filing date: 2010-03-25
Publication date: 2012-03-22
Anticipated expiration: 2030-03-26
Also published as: US20110233946A1; DE102010012825A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Querträger (12), insbesondere zum Einbau in eine Kraftfahrzeugkarosserie, hergestellt durch Warmumformen und Presshärten einer Stahlblechplatine, mit mindestens einem nach dem Presshärten partiell wärmebehandelten Bereich, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem wärmebehandelten Bereich und dem nicht wärmebehandelten Bereich ein Übergangsbereich ausgebildet ist, wobei die Breite des Übergangsbereiches kleiner gleich 50 mm ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Querträger gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie eine Stoßträgeranordnung.
Aus der DE 10 2005 054 847 B3 sind warmgeformte und pressgehärtete Bauteile, die nach dem Endformen und dem Einstellen hochfester mechanischer Eigenschaften im Stahl einer gezielten Wärmebehandlung unterzogen werden, bekannt. Insbesondere bei Struktur- und/oder Sicherheitsbauteilen, die im Crashfall axial belastet werden, soll ein nach der vorgenannten Art hergestelltes Bauteil einerseits hochfest sein und andererseits im Crashfall Falten werfen, um Stoßenergie gezielt abzubauen. Ähnliche Wärmebehandlungsverfahren sind beispielsweise auch aus der DE 10 2006 030 509 A1 , der DE 103 39 069 A1 oder der EP 2 025 560 A1 bekannt.
Eine Wärmebehandlung findet gemäß dem Stand der Technik üblicherweise in einem Temperaturbereich zwischen 320°C und 400°C statt und verändert die im Warmform- und Presshärteprozess eingestellten Festigkeitswerte kaum. Gleichzeitig wird jedoch die Duktilität des Werkstoffes derart erhöht, dass im Crashfall eine Faltenbildung möglich ist.
Mit den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ist für viele Serienproduktionsprozesse eine hinreichend zielgenaue Einstellung der gewünschten Werkstoffkonfiguration möglich. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Querträger für Kraftfahrzeugkarosserien bereit zu stellen, der in gezielten Bereichen vorgegebene Werkstoffgefüge aufweist und großserientauglich und kostengünstig herstellbar ist.
Die vorliegende Aufgabe wird mit einem Querträger für ein Kraftfahrzeug gemäß Patentanspruch 1 sowie mit einer Stoßträgeranordnung für ein Kraftfahrzeug gemäß Patentanspruch 19 gelöst.
Weitere Ausführungsformen sind Bestandteil der abhängigen Patentansprüche.
Die vorliegende Erfindung beinhaltet einen Querträger, hergestellt durch Warmumformen und Presshärten einer Stahlblechplatine, mit mindestens einem nach dem Presshärten partiell wärmebehandelten Bereich, der dadurch gekennzeichnet ist, dass zwischen dem wärmebehandelten Bereich und einem nicht wärmebehandelten Bereich ein Übergangsbereich ausgebildet ist, wobei eine Breite a des Übergangsbereiches kleiner gleich 50 mm ist.
Vorteilig bei dem erfindungsgemäßen Querträger ist die prozesssicher und gezielt herstellbare Werkstoffeigenschaft in bestimmten Bereichen. Nach dem Warmformen und Presshärten einer Stahlblechplatine aus hochfestem, härtbarem Stahl wird der Querträger mit einer gezielten partiellen Wärmebehandlung nachbehandelt. Durch die partielle Wärmebehandlung unterhalb der Austenitisierungstemperatur sind an dem Querträger in den wärmebehandelten Bereichen duktile Werkstoffgefüge hergestellt.
Ein erfindungsgemäßer Querträger ist bei einer Kraftfahrzeugkarosserie beispielsweise quer an der Vorder- und Hinterseite angeordnet, um gezielt einen aufprallenden Gegenstand oder ein anderes Kraftfahrzeug aufzufangen. Der Querträger soll dabei möglichst den auf das Kraftfahrzeug aufprallenden Körper oder den feststehenden Körper, auf den das Kraftfahrzeug auffährt, so abfangen, dass sich der Querträger zur Energieaufnahme minimal verformt und ein gezieltes Eindringen eines Körpers in das Kraftfahrzeug selber verhindert.
Der Querträger ist dabei meist über Crashboxen an das Kraftfahrzeug gekoppelt. Die Crashboxen wiederum sind auf der Kraftfahrzeugseite beispielsweise an Längsträgern befestigt. Bei dem erfindungsgemäß warmumgeformten und pressgehärteten Querträger mit partiell nach dem Presshärten wärmebehandelten Bereichen ist es möglich, dem Querträger in seinem mittleren Bereich eine hohe Steifigkeit und Festigkeit zu verleihen und gleichzeitig an den Anbindungspunkten der Crashboxen eine hohe Duktilität zu gewährleisten. Die hohe Duktilität in den Aufnahmebereichen verhindert im Crashfall ein Abreißen der an den Querträger gekoppelten Crashboxen und erleichtert das Umformen derart, dass auch hier gezielt kinetische Energie des Aufpralls in Umformenergie umgewandelt wird. Ein ungewolltes Abreißen des Querträgers im Crashfall wird so weitestgehend vermieden.
Unter einem erfindungsgemäßen Querträger eines Kraftfahrzeugs ist aber auch beispielsweise ein Querträger in der Bodengruppe oder aber im Dachbereich des Kraftfahrzeugs zu verstehen. Im Falle des Querträgers, der an einer Bodengruppe integriert ist, kann es sich beispielsweise um einen Sitzquerträger handeln. Der Sitzquerträger dient zur Aufnahme von Sitzschienen, auf denen dann die Kraftfahrzeugsitze befestigt sind. Auch hier ist es von besonderer Bedeutung, dass im Crashfall die Koppelungsbereiche des Sitzquerträgers mit der Bodengruppe und auch mit den Sitzschienen eine hohe Duktilität aufweisen, so dass hier im Crashfall bei Verformung der Bodengruppe ein Aus- bzw. Abreißen der Sitzschienen weitestgehend vermieden wird.
Weiterhin werden durch die partiell wärmebehandelten Bereiche Schwingungen, die über die Kraftfahrzeugkarosserie, beispielsweise aus Fahreinflüssen oder aber Antriebsstrangeinflüssen auf den Fahrzeugsitz und somit auf den Fahrzeuginsassen übertragen werden, gedämpft. Der erfindungsgemäße Querträger in Form eines Sitzquerträgers ermöglicht so eine zusätzliche Versteifung der Bodengruppe eines Kraftfahrzeugs bei gleichzeitig dämpfenden und sicherheitstechnischen Aspekten zur Befestigung des Fahrzeugsitzes.
Bei dem erfindungsgemäßen Querträger erhöht sich das Energieaufnahmevermögen der gesamten Kraftfahrzeugkarosserie bei gleichzeitig hoher Steifigkeit. In der Folge wird bei einem Kraftfahrzeug, das mit dem erfindungsgemäßen Querträger ausgestattet ist, ein hohes Maß an Energie dadurch absorbiert, dass kinetische Energie des Aufpralls in Verformungsenergie umgewandelt wird bei gleichzeitiger hoher Steifigkeit der Fahrgastzelle.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Querträgers ist, dass durch Bereiche, die gezielt nach dem Presshärten erhalten bleiben, ein ungewolltes Einknicken der Bodengruppe vermieden wird. Die hohe Härte der nicht wärmebehandelten Bereiche verhindert somit das Auftreten einer in bestimmten Bereichen unerwünschten Verformung.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung beträgt die Breite des Übergangsbereichs weniger als 30 mm, insbesondere weniger als 20 mm. Der Übergangsbereich von wärmebehandeltem zu nicht wärmebehandeltem Bereich ist im Rahmen der Erfindung vergleichbar mit einer Wärmeeinflusszone einer Schweißnaht. In dem Übergangsbereich erfolgt auch eine Gefügeumwandlung, die zwangsläufig nicht immer erwünscht ist.
Besonders vorteilig ist, dass bei dem erfindungsgemäßen Querträger ein Übergangsbereich von weniger als 15 mm an dem Querträger realisiert ist. Insgesamt ist es im Bereich der Fertigung einer crashoptimierten Fahrzeugkarosserie somit möglich, an den einzelnen Bauteilen, insbesondere dem Querträger, die Bereiche, die sich im Crashfall deformieren sollen, und die Bereiche, die im Crashfall ein möglichst großes Formhaltevermögen aufweisen, klar definiert zuzuordnen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante entspricht die Breite dem 0,2- bis 3,0-fachen der Breite und/oder Höhe des wärmebehandelten Bereichs. Bezogen auf den Gesamtspannungsverlauf innerhalb des Bauteils ergibt sich hierdurch eine besonders vorteilige Ausführungsvariante für die Crash- und Steifigkeitskonstruktionen der Fahrzeugkarosserie.
Vorzugsweise sind Fügeflansche partiell wärmebehandelt. Für das Beispiel der selbsttragenden Fahrzeugkarosserie wirkt sich der wärmebehandelte Bereich, insbesondere ausgebildet als Fügeflansch, vorteilig auf die Crasheigenschaft und die Steifigkeit der Karosserie aus. An die Fügeflansche eines Querträgers können, wie bereits zuvor erwähnt, Teile der Bodengruppe, Schweller, Längsträger, Motorträger und diverse Bauteile zur Koppelung des Antriebstranges angeordnet sein. Die Anbindung kann dabei durch Kleben, Nieten, Schweißen, Löten oder ähnliche Koppelungsprozesse hergestellt sein.
Der Bereich, der partiell wärmebehandelt ist, neigt nicht zu einem Aufreißen bzw. Abreißen oder aber Ausreißen im Falle eines Unfalls und hält somit die umliegenden und angebundenen Struktur- bzw. Sicherheitsbauteile zusammen. Gerade unter Berücksichtigung eines Fahrgastinnenraums wirkt sich dies besonders vorteilig auf den Insassenschutz aus.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich in Bereichen, die im Falle eines Unfalls einer gewollten Verformung ausgesetzt sind. Hierbei können die Bereiche mit gewollter Verformung deformiert werden, ohne zu reißen. Hieraus bedingt erhöht sich wiederum das Energieaufnahmevermögen der gesamten Kraftfahrzeugkarosserie bei gleichzeitig geringer Eindringtiefe in den Fahrgastinnenraum.
Ein weiterer sich ergebener Vorteil ist, dass durch die gezielt verbleibenden gehärteten Bereiche der Querträger auch eine hohe Torsionssteifigkeit der Kraftfahrzeugkarosserie fördert. Im Falle des Sitzquerträgers können diese Bereiche beispielsweise mit an den Getriebetunnel gekoppelt sein und somit auch zur Übertragung von hohen Antriebskräften eines beispielsweise durch den Getriebetunnel verlaufenden Antriebstranges eine Erhöhung der Torsionssteifigkeit der Kraftfahrzeugkarosserie weiter fördern. Ein weiterer sich ergebener Vorteil im Zusammenhang mit der gezielten partiellen Wärmebehandlung ist, dass Schwingungen, die auf den Fahrzeugsitz übertragen werden, beispielsweise durch Stick-Slip-Verhalten des Kraftfahrzeugs, sich durch die gezielten weicheren wärmebehandelten Bereiche in einem gewissen Umfang dämpfen lassen. Ein erhöhter Fahrkomfort, hervorgerufen durch geringere Schwingungen der Kraftfahrzeugsitze, ist die Folge.
Ein weiterer Anwendungsfall ist beispielsweise auch das gezielte Deformieren einzelner Bereiche, um eine besonders günstige Unfallreparatur zu ermöglichen. Diese Verformung ist vorgesehen, um Energie zum Abbau in die Karosserie einzuleiten, so dass hier wiederum die Crashsicherheit für Fahrzeuginsassen gesteigert wird.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wärmebehandelten Bereiche können dabei im Crashfall so deformiert werden, dass eine gezielte Einfaltung und somit eine gezielte Energieaufnahme stattfindet. Weiterhin tendieren die wärmebehandelten Bereiche weniger zu einer Rissbildung, da ihr Gefüge gegenüber dem warmgeformten und pressgehärteten, harten und spröden Gefüge eher duktil ist.
Die partielle Wärmebehandlung von Fügeflanschen ergibt weiterhin den Vorteil, dass die Fügeflansche eine duktile Werkstoffeigenschaft aufweisen. Im Falle einer stoffschlüssigen Verbindung mittels thermischen Fügens findet hier in einem Anschlussprozess wiederum eine Gefügeumwandlung in der Wärmeeinflusszone des Fügeverfahrens statt. Ein duktiler Abschnitt des Querträgers wirkt sich hierbei besonders vorteilig auf den Schweißprozess und die sich nach dem Schweißprozess in der Wärmeeinflusszone einstellenden Werkstoffgefüge aus. Besonders vorteilig wirkt sich das im Falle eines Unfalls des Kraftfahrzeugs auf die Haltbarkeit der verbundenen Schweißnähte aus.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind Aussparungen in dem Querträger partiell wärmebehandelt. Diese Aussparungen können beispielsweise aus gewichtsoptimierten Gründen oder aber auch aus Gründen der Durchführung von anderen Komponenten, beispielsweise eines Kabelbaums oder aber eines Aktuatoren zur Sitzverstellung oder ähnlichem, in dem Bauteil vorhanden sein. Gerade im Bereich der Aussparungen und auch im Endbereich von Aussparungen kann es hierbei im Falle eines Unfalls zu Rissbildungen aufgrund von Spannungen in dem Bauteil, insbesondere Oberflächenspannungen, kommen, die sich über das gesamte Bauteil erstrecken können.
Durch Reduzierung der Oberflächenspannung stellt sich in diesem Bereich ein duktiles Werkstoffgefüge ein. Dieses steht einer Rissbildung und somit auch einer erleichterten ungewollten Deformation des Querträgers entgegen. Im Falle eines Querträgers, der am vorderen oder hinteren Ende des Kraftfahrzeugs angeordnet ist, können die Aussparungen aus gewichtsoptimierten Gründen vorgenommen sein.
Ein mit dem erfindungsgemäßen Gedanken ausgestatteter Querträger hat insbesondere den Vorteil, dass Spannungen in den Endbereichen der Aussparungen abgebaut sind, so dass im Crashfall ein Knicken oder Brechen des Querträgers über seine wesentliche Länge quer zur Fahrzeugrichtung vermieden wird. Hierdurch wird ein gewichtsoptimierter Querträger bereitgestellt, der erhöhten Crashanforderungen Stand hält bei gleichzeitig geringem Gewicht und Fertigung aus konventionellem härtbarem Stahlwerkstoff.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante ist ein Endbereich des Querträgers partiell wärmebehandelt, wobei ein an dem Endbereich angeordneter Fügeflansch nicht wärmebehandelt ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass durch Einbindung des Querträgers in eine Kraftfahrzeugkarosserie Belastungen durch Biegewechselspannungen, die beispielsweise durch Karosserietorsion oder aber durch andere Fahreinflüsse, beispielsweise Antriebsstrangschwingungen oder ähnlichem, in die Karosserie eingeleitet werden, durch die wärmebehandelten Bereiche gedämpft werden. Dies wirkt sich gerade in Bezug auf die Langlebigkeit der Kraftfahrzeugkarosserie durch Reduzierung der Oberflächenspannung in den Endbereichen positiv aus, wobei die nicht wärmebehandelten Fügeflansche für die Anbindung an die Kraftfahrzeugkarosserie gerade im Hinblick auf die geforderte Crasheigenschaft einen besonders positiven Effekt erzielen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind Punktbereiche des Querträgers partiell wärmebehandelt, wobei die Punktbereiche eine Größe von weniger als 50 mm, vorzugsweise von weniger als 30 mm aufweisen. Für die Anbindung des Querträgers in einer Kraftfahrzeugkarosserie ist es besonders vorteilig, dass Punktbereiche gezielt wärmebehandelt sind, so dass hier in der Fertigungspraxis von Kraftfahrzeugen häufig auftretende Punktschweißungen oder aber punktuelle Laserschweißungen innerhalb der Punktbereiche durchgeführt werden können. Im Falle eines Kraftfahrzeugcrashs neigt der Querträger mit den angekoppelten Bauteilen in diesen verbundenen Punktbereichen wiederum zu einer hohen Verbindungsfestigkeit. Eine Rissbildung oder ein Ausreißen bzw. Abreißen wird durch die wärmebehandelten Punktbereiche tendenziell vermieden.
Vorzugsweise weisen die wärmebehandelten Bereiche eine Streckgrenze zwischen 300 N/mm² und 1.300 N/mm², vorzugsweise 400 N/mm² bis 800 N/mm², insbesondere 400 N/mm² bis 600 N/mm² auf. Weiterhin weisen die wärmebehandelten Bereiche vorzugsweise eine Zugfestigkeit zwischen 400 N/mm² und 1.600 N/mm², vorzugsweise 500 N/mm² bis 1.000 N/mm², insbesondere 550 N/mm² bis 800 N/mm² auf und bevorzugt ein Dehnvermögen zwischen 10% und 20%, wiederum vorzugsweise 14% bis 20%. Hierdurch verfügt der Werkstoff nach wie vor über die notwendigen hochfesten mechanischen Eigenschaften, durch die geringere Zugfestigkeit, Streckgrenze und das höhere Dehnvermögen ist der Werkstoff aber so duktil, dass er bei entsprechender Belastung Falten wirft anstatt zu brechen oder zu reißen. Auch wirkt sich dies besonders vorteilig gegen eine potentielle Rissbildung des Werkstoffs in dem wärmebehandelten Bereich aus.
Vorzugsweise nimmt die Streckgrenze und/oder Zugfestigkeit im Übergangsbereich von wärmebehandeltem Bereich zu nicht wärmebehandeltem Bereich mit einem Gradienten von mehr als 100 N/mm² pro 1 cm, insbesondere mehr als 200 N/mm² pro 1 cm und besonders bevorzugt mehr als 400 N/mm² pro 1 cm ab. Ein sich hieraus ergebender Vorteil ist, dass sehr kleine lokale Bereiche wärmebehandelt und die Übergangsbereiche in dessen Relation kleiner gehalten sind. Der sich aus dem Gradienten ergebende Übergangsbereich zwischen dem warmumgeformten und pressgehärteten, nicht wärmebehandelten Bereich und dem partiell wärmebehandelten Bereich beträgt daher eine Größe von weniger als 50 mm, insbesondere bevorzugt zwischen 1 mm und 20 mm. Hierdurch entstehen kleine, scharf berandete lokal wärmebehandelte Bereiche, mit in Relation zu den wärmebehandelten Bereichen kleineren Übergangsbereichen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist die partielle Wärmebehandlung des Querträgers durch Aufheizen des wärmezubehandelnden Bereichs auf eine Aufwärmtemperatur, Halten der Aufwärmtemperatur für eine Haltezeit, Abkühlen von der Aufwärmtemperatur in mindestens zwei Phasen hergestellt.
Vorzugsweise werden das Aufwärmen des Bauteils und das Halten der Aufwärmtemperatur in einem Temperaturbereich zwischen 500°C und 900°C durchgeführt. Durch den Temperaturbereich zwischen 500°C und 900°C für das Aufwärmen bzw. das Halten der Aufwärmtemperatur ist ein besonders gezielter produktionssicherer Spannungsabbau in den wärmebehandelten Bereichen hergestellt.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist die Aufwärmung in einem Zeitraum bis 30 Sekunden, vorzugsweise bis 20 Sekunden, insbesondere bis zu 10 Sekunden und besonders bevorzugt bis zu 5 Sekunden durchgeführt. Die kurze Aufwärmphase zum Erreichen der Aufwärmtemperatur wirkt sich in Kombination mit einer daran anschließenden Haltephase besonders vorteilig auf die Prozesssicherheit des hergestellten Bauteils aus.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform liegt die Haltezeit in einem Zeitraum bis zu 30 Sekunden, vorzugsweise bis zu 20 Sekunden, insbesondere bis zu 10 Sekunden und besonders bevorzugt bis zu 5 Sekunden. Durch die gezielte Werkstoffgefügeumwandlungssteuerung bei konstanter Temperatur, nur beeinflusst durch die Dauer der Haltezeit, ist der Vergütungsprozess im Rahmen der Erfindung besonders prozesssicher durchgeführt worden. Für die Haltezeit wird dabei im Wesentlichen die erreichte Aufwärmtemperatur gehalten.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist die erste Phase der Abkühlung in Relation zu der zweiten Phase der Abkühlung länger andauernd durchgeführt. Dies wirkt sich insbesondere vorteilig auf das herzustellende Werkstoffgefüge sowie die angebundenen Verarbeitungsschritte aus. Mit dem erfindungsgemäßen Querträger kann ein direkt daran anschließender Nachbearbeitungsprozess stattfinden. So ist es im Rahmen der Erfindung vorstellbar, dass die wärmebehandelten Bereiche sowie der Getriebetunnel eine Bauteiltemperatur von 200°C aufweisen, um einen Nachbearbeitungsvorgang zugeführt zu werden.
Weiterhin ist besonders bevorzugt die zweite Phase in einem Zeitraum bis zu 120 Sekunden, vorzugsweise bis zu 60 Sekunden durchgeführt.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird weiterhin durch eine Stoßfängeranordnung für ein Kraftfahrzeug, aufweisend einen Querträger mit mindestens einem der Merkmale der Ansprüche 1 bis 18 und eine daran gekoppelte Crashbox gelöst.
Vorzugsweise ist die Stoßfängeranordnung dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelungsbereiche von Querträger und Crashbox nach der Kopplung zumindest abschnittsweise partiell wärmebehandelt sind.
Die erfindungsgemäße Stoßfängeranordnung bietet insbesondere den Vorteil, dass sie im Crashfall eine hohe Härte durch den warmumgeformt und pressgehärteten Querträger aufweist. Weiterhin kann die erfindungsgemäße Stoßfängeranordnung ein hohes Maß an kinetischer Energie durch einen Fahrzeugcrash in Verformungsenergie umwandeln. Das Risiko des Ab- bzw. Ausreißens der Koppelungsstelle von Querträger und Crashbox ist durch schmale, partiell wärmebehandelte Bereiche weitestgehend herabgesetzt, ohne sich nachteilig auf die Steifigkeit des Querträgers auszuwirken.
Weitere Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, bevorzugte Ausführungsformen anhand der schematischen Zeichnungen. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung. Es zeigen:
1 zeigt einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Querträgers;
2 einen erfindungsgemäßen Dachquerträger;
3 einen erfindungsgemäßen Sitzquerträger;
4 eine erfindungsgemäße Stoßfängeranordnung und
5 zeigt verschiedene Temperaturverläufe bei der Herstellung eines Querträgers.
In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Teile dieselben Bezugszeichen verwendet, wobei entsprechende oder vergleichbare Vorteile erreicht werden, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
1 zeigt einen Ausschnitt eines Querträgers. Hierbei ist umliegend zu erkennen, dass ein in einem nicht wärmebehandelten Bereich NWB ein wärmebehandelter Bereich WB gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist. Zwischen dem nicht wärmebehandelten Bereich NWB und dem wärmebehandelten Bereich WB ist ein Übergangsbereich ÜB angeordnet. In dem wärmebehandelten Bereich WB ist ein tendenziell duktiles Werkstoffgefüge hergestellt, in dem nicht wärmebehandelten Bereich NWB ein hartes, sprödes Werkstoffgefüge. Der Übergangsbereich ÜB ergibt sich zwangsläufig aus der Wärmebehandlung des wärmebehandelten Bereichs WB.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung weist der Übergangsbereich ÜB im Wesentlichen einen Breite a von wärmebehandeltem Bereich WB zu nicht wärmebehandeltem Bereich NWB auf, die in Relation zu dem wärmebehandelten Bereich WB besonders klein ausfällt und im Wesentlichen scharf berandet ist.
2 zeigt einen Dachquerträger 1 zur Anordnung und Koppelung an ein hier nicht näher gezeigtes Fahrzeugdach. Der Dachquerträger 1 weist Ausprägungen 4 und Ausnehmungen 5 sowie parallel zu seiner Längsrichtung 2 ausgerichtete Sicken 3 auf. Die Ausnehmungen 5 sind in ihren Randbereichen 6 partiell wärmebehandelt. Der erfindungsgemäße Dachquerträger 1 weist weiterhin Bereiche punktueller Wärmebehandlung 7 auf, die beispielsweise zur Koppelung an ein hier nicht näher dargestelltes Fahrzeugdach mittels Punktschweißung dienen. Weiterhin ist der Dachquerträger 1 an seinem vorderen Ende 8 und hinteren Ende 9 jeweils partiell wärmebehandelt, so dass hier ein Anbindungsbereich, beispielsweise in der Anordnung mit einer hier nicht näher dargestellten B-Säule, erfolgen kann. Das vordere Ende 8 und das hintere Ende 9 können dabei beispielsweise in Form eines Fügeflanschs 11 ausgebildet sein. Durch die partielle Wärmebehandlung wird hier im Crashfall vermieden, dass der Dachquerträger 1 von der nicht näher dargestellten gekoppelten B-Säule ab- bzw. ausreißt. In der Folge stellt sich eine hohe Steifigkeit des Fahrgastraums ein.
3 zeigt einen Sitzquerträger 10. Auch der Sitzquerträger 10 weist Sicken 3, Ausprägungen 4, Ausnehmungen 5 und auch Fügeflansche 11 auf. Bei den Ausnehmungen 5 handelt es sich vorrangig um Durchführungslöcher zur Befestigung von nicht näher dargestellten Sitzschienen. Es können aber auch einzelne Komponenten durch die Ausnehmungen 5 geführt sein. Beispielsweise handelt es sich bei diesen hier nicht näher dargestellten Komponenten um einen Kabelbaum oder aber auch um Aktuatoren zur Verstellung eines hier nicht näher dargestellten Fahrzeugsitzes. Die Randbereiche 6 der Ausnehmungen 5 sind wiederum erfindungsgemäß wärmebehandelt.
4 zeigt einen erfindungsgemäßen Querträger 12 zur Anordnung an der Vorderseite oder Hinterseite eines hier nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs. Bei der hier dargestellten Ausführungsform des Querträgers 12 handelt es sich um eine Stoßfängeranordnung 13 für ein Kraftfahrzeug. Der Querträger 12 weist in seinen Endbereichen 14 jeweils eine mit dem Querträger 12 gekoppelte Crashbox 15 auf. Der Querträger 15 weist weiterhin Sicken 3, Ausprägungen und Aufnehmungen auf.
5a zeigt eine Temperaturverlauf über der Zeit mit den Zeitabschnitten Aufwärmzeit t1, Haltezeit t2, Abkühlzeit erste Phase t3 und Abkühlzeit zweite Phase t4. Weiter sind auf der Achse der Temperatur die Aufwärmtemperatur T1 sowie eine erste Abkühltemperatur gezeigt.
Beginnend von einem warmumgeformten und pressgehärteten Querträger, der sich im Wesentlichen auf einer Temperatur unter 200°C befindet, wird dieser in der Aufwärmzeit t1 auf die Aufwärmtemperatur T1 erwärmt. Bei einer Ausgangstemperatur von unter 200°C, jedoch über Raumtemperatur wird im Rahmen der Erfindung die Restwärmeenergie des Warmumform- und Presshärteprozesses für die partielle Wärmebehandlung genutzt.
Die Erwärmung weist einen linearen Temperaturanstieg über die Zeit auf. Nach Abschluss der Aufwärmzeit t1 wird die Aufwärmtemperatur T1 für eine Haltezeit t2 gehalten. Die Aufwärmtemperatur T1 wird über die gesamte Haltezeit t2 im Wesentlichen konstant gehalten. Temperaturschwankungen in Form eines Temperaturanstiegs oder Temperaturabfalls sind hier nicht dargestellt, können jedoch im Rahmen der Erfindung während der Haltezeit t2 aus Gründen der gewünschten Werkstoffgefügeumwandlung oder aber auch aus Kostengründen des Produktionsprozesses stattfinden.
Nach Abschluss der Haltezeit t2 findet eine erste Abkühlung auf eine Abkühltemperatur statt. Der Temperaturverlauf fällt dabei linear über die Abkühlzeit der ersten Phase t3 ab auf die Abkühltemperatur. Die Abkühltemperatur kann dabei in einem Bereich zwischen 100°C und der Aufwärmtemperatur liegen.
In einer daran anfolgenden zweiten Abkühlphase findet eine weitere lineare Temperaturabnahme in der Abkühlzeit der zweiten Phase t4 statt. Die Temperaturabnahme kann dabei im Wesentlichen auf Raumtemperatur oder aber eine gewünschte, hier nicht näher dargestellte Zieltemperatur stattfinden. Auch ist es im Rahmen der Erfindung vorstellbar, dass weitere Abkühlphasen, die hier nicht näher dargestellt sind, stattfinden.
5b zeigt eine im Wesentlichen zeitlich ähnliche Staffelung der Wärmebehandlung mit dem Unterscheid zu 5a, dass der Temperaturanstieg während der Aufwärmzeit t1 einen progressiven Verlauf aufweist und die Abkühlung während der ersten und der zweiten Phase einen jeweils degressiven Temperaturverlauf über der Zeit besitzt.
5c zeigt ergänzend zu 5a und 5b, dass der Temperaturverlauf während der Aufwärmzeit t1 einen degressiven Verlauf aufweist und während der einzelnen Abkühlphasen einen jeweils progressiven Verlauf der Temperaturabnahme über der Zeit besitzt.
Im Rahmen der Erfindung ist es auch vorstellbar, den Temperaturverlauf über der Zeit in Mischformen von progressivem, linearem und degressivem Verlauf zu kombinieren und auch eine Temperaturänderung mit progressiven, degressiven oder linearen Verlauf während der Haltezeit zu realisieren.
Bezugszeichenliste

1: Dachquerträger
2: Längsrichtung
3: Sicken
4: Ausprägungen
5: Ausnehmungen
6: Randbereich
7: Bereich punktueller Wärmebehandlung
8: vorderes Ende zu 1
9: hinteres Ende zu 1
10: Sitzquerträger
11: Fügeflansch
12: Querträger
13: Stoßfängeranordnung
14: Endbereich
15: Crashbox
B: Bereich
NWB: nicht wärmebehandelter Bereich
WB: wärmebehandelter Bereich
ÜB: Übergangsbereich
a: Breite
t1: Aufwärmzeit
t2: Haltezeit
t3: Abkühlzeit erste Phase
t4: Abkühlzeit zweite Phase
T1: Aufwärmtemperatur
T2: Abkühltemperatur erste Phase

Claims

Querträger, insbesondere zum Einbau in eine Kraftfahrzeugkarosserie, hergestellt durch Warmumformen und Presshärten einer Stahlblechplatine, mit mindestens einem nach dem Presshärten partiell wärmebehandelten Bereich, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem wärmebehandelten Bereich (WB) und dem nicht wärmebehandelten Bereich (NWB) ein Übergangsbereich (ÜB) ausgebildet ist, wobei eine Breite (a) des Übergangsbereiches (ÜB) kleiner gleich 50 mm ist.
Querträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (a) weniger als 30 mm, insbesondere weniger als 20 mm beträgt.
Querträger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (a) dem 0,2- bis 3,0-fachen der Breite und/oder Höhe des wärmebehandelten Bereiches (WB) entspricht.
Querträger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Fügeflansche (11) partiell wärmebehandelt sind.
Querträger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Aussparungen partiell wärmebehandelt sind.
Querträger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Vertiefungen partiell wärmebehandelt sind.
Querträger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Endbereich (8, 9) partiell wärmebehandelt ist, wobei ein an dem Endbereich (8, 9) angeordneter Fügeflansch (11) nicht wärmebehandelt ist
Querträger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Punktbereiche partiell wärmebehandelt sind, wobei die Punktbereiche eine Größe von weniger als 50 mm, vorzugsweise von weniger als 30 mm aufweisen.
Querträger nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmebehandelten Bereiche (WB) eine Streckgrenze zwischen 300 N/mm² und 1.300 N/mm², vorzugsweise 400 N/mm² bis 800 N/mm², insbesondere 400 N/mm² bis 600 N/mm² aufweisen.
Querträger nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmebehandelten Bereiche (WB) eine Zugfestigkeit zwischen 400 N/mm² und 1.600 N/mm², vorzugsweise 500 N/mm² bis 1.000 N/mm², insbesondere 550 N/mm² bis 800 N/mm² aufweisen.
Querträger nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmebehandelten Bereiche (WB) ein Dehnvermögen zwischen 10% und 20%, wiederum vorzugsweise 14% bis 20% aufweisen.
Querträger nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Streckgrenze und/oder Zugfestigkeit im Übergangsbereich (ÜB) mit einem Gradienten von mehr als 100 N/mm² pro 1 cm, insbesondere mehr als 200 N/mm² pro 1 cm und besonders bevorzugt mehr als 400 N/mm² pro 1 cm abnimmt.
Querträger nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die partielle Wärmebehandlung durch Aufheizen des Bereiches (B) auf eine Aufwärmtemperatur (T1), Halten der Aufwärmtemperatur für eine Haltezeit (t2), Abkühlen von der Aufwärmtemperatur (T1) in mindestens zwei Phasen hergestellt ist.
Querträger nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufwärmen des Bauteils und/oder das Halten der Aufwärmtemperatur (T1) in einem Temperaturbereich zwischen 500°C und 900°C durchgeführt ist.
Querträger nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufwärmung in einem Zeitraum bis 30 Sekunden, vorzugsweise bis 20 Sekunden, insbesondere bis 10 Sekunden und besonders bevorzugt bis 5 Sekunden durchgeführt ist.
Querträger nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltezeit (t2) in einem Zeitraum bis 30 Sekunden, vorzugsweise bis 20 Sekunden, insbesondere bis 10 Sekunden und besonders bevorzugt bis 5 Sekunden durchgeführt ist.
Querträger nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Phase der Abkühlung in Relation zu der zweiten Phase länger andauernd durchgeführt ist
Querträger nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Phase in einem Zeitraum bis zu 120 Sekunden, vorzugsweise bis zu 60 Sekunden durchgeführt ist.
Stoßträgeranordnung für ein Kraftfahrzeug, aufweisend einen Querträger (12) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 18 und eine daran gekoppelte Crashbox (15).
Stoßträgeranordnung für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelungsbereiche von Querträger (12) und Crashbox (15) zumindest abschnittsweise nach der Koppelung partiell wärmebehandelt sind.