-
Die
Erfindung betrifft ein Einlegeblech zum Verstärken einer
A-Säule eines Kraftwagens nach dem Oberbegriff von Patentanspruch
1 sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung nach dem Oberbegriff
von Patentanspruch 4.
-
Die
Herstellung von Verstärkungsblechen für A-Säulen
von Kraftwagen durch Warmumformen ist aus der
DE 10 2004 032 599 A1 bekannt.
A-Säulen sind üblicherweise in Schalenbauweise
hergestellt, wobei ein Außenblech und ein Innenblech über
Flanschabschnitte miteinander verbunden sind, so dass sich in einem
Querschnitt ein geschlossenes Hohlprofil ergibt. Um die hohen Festigkeits-
und Steifigkeitsanforderungen im Crashfall zu gewährleisten,
ist üblicherweise innerhalb dieses Hohlprofils ein weiteres
Verstärkungsblech vorgesehen. Aufgrund der Verwendbarkeit
von höchstfesten Blechen wird zum Herstellen solcher Verstärkungs-
oder Einlegebleche das Warmumformen verwendet. Beim Warmumformen
wird das umzuformende Blech vor dem Einlegen in ein Warmumformgesenk über
eine Phasenumwandlungstemperatur erhitzt, im Gesenk umgeformt und
noch im Gesenk schnell abgekühlt, so dass bei der Verwendung
von höchstfesten Stahlblechen eine austenitische Phase
durch das schnelle Abkühlen eingefroren wird. Dieser Vorgang
wird auch als Presshärten bezeichnet.
-
Der
untere, im Bereich der Säulenwurzel angeordnete Bereich
eines solchen Einlegeblechs muss dabei üblicherweise eine
hohe Ziehtiefe ausbilden und eine Umschlingung im Bereich der Längsträgeranbindung
ausbilden. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, eine Ziehrichtung
zum Warmumformen zu wählen, die in einer Einbaulage des
Einlegeblechs in etwa der Fahrzeugquerrichtung entspricht. Durch die
Wahl dieser Ziehrichtung resultiert jedoch ein geringer Profilquerschnitt
im oberen Bereich des Einlegeblechs, so dass die Steifigkeit dort,
insbesondere beim Dachfall, relativ gering ist.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Einlegeblech
nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zu dessen
Herstellung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 4 herzustellen,
welche eine einfache und kostengünstige Herstellung besonders
steifer A-Säulen ermöglichen.
-
Diese
Aufgabe wird durch ein Einlegeblech mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs
4 gelöst.
-
Ein
derartiges Einlegeblech zum Verstärken einer A-Säule
eines Kraftwagens ist durch Warmumformen und Presshärten
eines Blechhalbzeugs gefertigt, wobei eine Ziehrichtung beim Warmumformen in
einer Einbaulage des Einlegeblechs zumindest im Wesentlichen der
Fahrzeugquerrichtung entspricht. Erfindungsgemäß ist
vorgesehen, dass zumindest ein Teilbereich des Einlegeblechs einen
Hinterschnitt gegenüber der Ziehrichtung aufweist. Hierdurch
lässt sich ein wesentlich höherer Profilquerschnitt
im Bereich des Hinterschnitts realisieren, so dass eine besonders
gute Verstärkungswirkung des Einlegeblechs erzielt wird.
-
Vorzugsweise
ist der Hinterschnitt in einem Bereich des Einlegeblechs ausgeformt,
welcher in Einbaulage im Bereich eines Windschutzscheibenrahmens – also
im oberen Teil des Einlegeblechs – zu liegen kommt. Hierdurch
lassen sich die unterschiedlichen Anforderungen an den unteren und
oberen Bereich des Einlegeblechs vereinen. Durch die Ziehrichtung
in Fahrzeugquerrichtung wird im unteren Bereich eine besonders hohe
Ziehtiefe erzielt, so dass die gewünschte Umschlingung
in der Längsträgeranbindung realisiert werden
kann. Gleichzeitig wird durch den Hinterschnitt im oberen Bereich
des Einlegeblechs dort eine lokal hohe Profiltiefe erzielt, so dass
auch hier die gewünschte Steifigkeit gewährleistet
werden kann.
-
Vorzugsweise
weist das Einlegeblech wenigstens zwei Bereiche unterschiedlicher
lokaler Duktilität auf. Dies kann durch lokal unterschiedliche Prozessführung
während des Warmumformens beziehungsweise des Presshärtens
erzielt werden. Durch die lokalen Unterschiede in der Duktilität
beziehungsweise Festigkeit können die einzelnen Bereiche
unabhängig voneinander an die jeweiligen im Betrieb und
im Crashfall auftretenden Belastungen angepasst werden, so dass
sich eine insgesamt sehr gut optimierte Gesamtsteifigkeit des Einlegeblechs und
damit der A-Säule ergibt.
-
Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Einlegeblechs
zum Verstärken einer A-Säule eines Kraftwagens.
Im Rahmen eines solchen Verfahrens wird zunächst eine Blechplatine bereitgestellt,
die in der Folge auf eine vorgegebene Temperatur aufgeheizt wird.
Vorzugsweise liegt diese Temperatur über einer Phasenübergangstemperatur des
Werkstoffs der bereitgestellten Blechplatine. Im heißen
Zustand wird die Blechplatine nun ein Warmumformgesenk überführt
und dort warm umgeformt. Noch im Warmumformgesenk wird das Einlegeblech
schließlich abgekühlt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass während des Warmumformens mittels eines Schiebers
ein Hinterschnitt erzeugt wird. Ein solcher Schieber des Warmumformgesenks ist
zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Ziehrichtung während
des Warmumformens bewegbar, so dass Geometrien erzeugbar sind, die
durch das Warmumformen allein nicht realisiert werden können. Wie
bereits anhand des erfindungsgemäßen Einlegeblechs
geschildert, kann mittels eines derartigen Hinterschnitts lokal
eine Profiltiefe des resultierenden Einlegeblechs erhöht
werden.
-
Vorzugsweise
werden wenigstens zwei Teilbereiche des Einlegeblechs während
des Abkühlens mit unterschiedlichen Abkühlraten
abgekühlt. Durch eine schnelle Abkühlung eines
Bereichs wird dort die austenitische Struktur des Stahls besonders
stark ausgefroren, das heißt eine besonders gute und hohe
Presshärtung erzielt. Durch eine langsame Abkühlung
kann eine Phasenumwandlung stattfinden, so dass ein langsam abgekühlter
Bereich von der Presshärtung ausgenommen bleibt. Zusätzlich
oder alternativ können wenigstens zwei Teilbereiche des Einlegeblechs
während des Erhitzens auf unterschiedliche Temperaturen
erhitzt werden. Bereiche, die über eine Phasenumwandlungstemperatur
des Materials der Blechplatine erhitzt werden, werden beim späteren
Abkühlen besonders stark pressgehärtet. Bereiche,
die nicht über die Phasenübergangstemperatur erhitzt
werden, erfahren dagegen keine Presshärtung.
-
In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens
wird das Warmumformen selbst in einem einzigen Ziehschritt durchgeführt.
Es handelt sich also um ein direktes Warmumformen, welches ohne
mehrfache Züge auskommt. Insbesondere kann auf einen dem
Warmumformen vorgelagerten Kaltumformprozess, der selbst wieder
einstufig oder mehrstufig sein kann, verzichtet werden. Mit einem
solchen direkten Warmumformverfahren ist eine besonders kostengünstige
und schnelle Herstellung von Einlegeblechen möglich.
-
Im
Folgenden soll die Erfindung und ihre Ausführungsformen
anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Hierbei
zeigen:
-
1A bis
E unterschiedliche perspektivische Ansichten eines Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Einlegeblechs;
-
2 Verfahrensschritte
während des Herstellens eines solchen Einlegeblechs für
eine Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
und
-
3A und
B die Schritte beim Warmumformen während der Herstellung
eines solchen Einlegeblechs im Rahmen einer Variante eines erfindungsgemäßen
Verfahrens.
-
Ein
im Ganzen mit 10 bezeichnetes Einlegeblech für
eine A-Säule eines Kraftwagens weist einen Wurzelbereich 12 auf,
in welchem das Einlegeblech einen Flansch 14 zum Anbinden
an einen Längsträger des Kraftwagens ausbildet.
In Einbaulage des Einlegeblechs 10 in Fahrzeughochrichtung
nach oben schließt sich ein senkrecht verlaufender Bereich 16 an,
der sich in Einbaulage bis zu einer Bordwandkante des Kraftwagens
hin erstreckt. Ein nach oben hin folgender, in Einbaulage in Fahrzeuglängsrichtung
schräg nach hinten oben verlaufender Bereich 18 bildet
schließlich eine Stabilisierung für den Fensterrahmen-
beziehungsweise Windschutzscheibenrahmenbereich der A-Säule
aus.
-
Wie
insbesondere aus 1B besonders gut zu erkennen
ist, weist das Verstärkungsblech 10 im Wurzelbereich 12 sowie
im senkrecht verlaufenden Bereich 16 eine besonders hohe
Ziehtiefe auf. Die Ziehtiefe im oberen Bereich 18 ist dagegen
geringer. Bei der Herstellung des Verstärkungsteils 10 durch
Warmumformen entspricht die Ziehrichtung im Wesentlichen der Fahrzeugquerrichtung
in der späteren Einbaulage des Einlegeteils 10.
Die Ziehrichtung verläuft also in 1A senkrecht
zur Papierebene. Damit lässt sich die besonders hohe Ziehtiefe
im Wurzelbereich 12 und im unteren Bereich 16 besonders
gut realisieren. Aufgrund dieser Ziehrichtung ist die Profiltiefe
im oberen Bereich 18 jedoch relativ gering. Um die Profiltiefe
dort zu erhöhen, weist das Einlegeblech 10 im
Bereich 18 einen Hinterschnitt 20 auf. Dieser
wird beim Warmumformen eines Halbzeugs zum Herstellen des Einlegeblechs 10 durch Ansetzen
eines Schiebers in Richtung des Pfeils 24 auf den oberen
Bereich 18 des Einlegeblechs 10 realisiert. Durch
diesen Hinterschnitt kann eine wesentlich größere
Profiltiefe erzielt werden.
-
Als
Material für das Einlegeblech 10 werden bevorzugt
höchstfeste Stähle wie beispielsweise 22MnB5 verwendet.
Solche Vergütungsstähle verlagern dem Einlegeblech
eine besondere gute Festigkeit, so dass die A-Säule eines
Kraftwagens mit einem solchen Einlegeblech 10 besonders
stabil ist und den gewünschten Crashanforderungen genügt. Derartige
Stähle können auch mit einer Aluminium-Silizium-Beschichtung
versehen werden. Eine solche Beschichtung schützt den Stahl
beim Warmtiefziehen vor Oxidation beziehungsweise Verzunderung und
Endkohlung. Auf Schutzgase während einer Wärmebehandlung
kann verzichtet werden, aufgrund der nicht mehr stattfindenden Verzunderung kann
auch ein späteres Sandstrahlen zum Reinigen entfallen.
Eine solche Beschichtung bleibt über dem gesamten Herstellungsprozess
erhalten und schützt das Bauteil zudem vor Korrosion.
-
In 2 ist
das Herstellungsverfahren für ein derartiges Einlegeblech 10 veranschaulicht.
Von einer Endlosspule 26 wird ein Blechband 28 aus
dem gewünschten Material abgerollt und in einer Zuschnittstation 30 in
Blechplatinen 32 zugeschnitten. Die Blechplatinen 32 werden
zunächst in einen Ofen 34 überführt
und auf eine Temperatur, die oberhalb der austenitischen Umwandlungstemperatur
liegt, aufgeheizt. Übliche Prozesstemperaturen sind dabei 700
bis 1100°C. Mittels eines Roboters 36 wird die
erwärmte Blechplatine 32 aus dem Ofen 34 entnommen
und in ein Warmumformgesenk 38 überführt. Dort
wird die gewünschte Warmumformung durchgeführt
und mittels einer Kühleinrichtung 40 das fertige Einlegeblech 10 schnell
abgekühlt. Hieran kann sich in einer Wärmebehandlungsstation 42 eine
weitere thermische Behandlung sowie gegebenenfalls zusätzliche
Beschnittoperationen anschließen.
-
Die
Vorgänge während des Warmumformens im Warmumformgesenk 38 sind
in den 3A und B nochmals im Detail dargestellt. Das Warmumformgesenk 38 umfasst
eine Matrize 40 sowie einen Pressstempel 42. Zunächst
wird die Blechplatine 32 in das geöffnete Gesenk 38 eingeführt.
Beim Schließen des Stempels 42 in Richtung des
Pfeiles 44 wird einerseits die Platine zwischen dem Stempel 42 und der
Matrize 40 in die gewünschte Form gepresst. Eine
Schräge 46 des Stempels kommt gleichzeitig in Wechselwirkung
mit einer korrespondierenden Schräge 48 eines
Schiebers 50 des Warmumformgesenks 38. Hierdurch
wird der Schieber in Richtung des Pfeiles 52 bewegt, so
dass in einem Teilbereich 54 der Blechplatine 32 ein
Hinterschnitt erzeugt wird, wie in 3B zu erkennen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102004032599
A1 [0002]