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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils mit Sandwich-Struktur, ein Verfahren zum Herstellen eines Sandwich-Materials, insbesondere zur Verwendung in einem Verfahren zum Herstellen eines Bauteils mit Sandwich-Struktur, und ein Bauteil mit einer Sandwich-Struktur.
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Sandwich-Strukturen sind generell aus dem Stand der Technik bekannt. Unter einer Sandwich-Struktur kann allgemein eine Struktur verstanden werden, die zumindest eine im Wesentlichen flache Decklage und eine oftmals mit einer Struktur versehenen Zwischenlage aufweist. Diese beiden Lagen sind miteinander verbunden. Obgleich bereits bei der Kombination einer Decklage mit einer Zwischenlage von einer Sandwich-Struktur gesprochen werden kann weisen die meisten bekannten Sandwich-Strukturen zwei Decklagen auf, zwischen denen eine Zwischenlage angeordnet ist. Eine solche Sandwich-Struktur oder ein Material, welches diese Sandwich-Struktur aufweist, bringen mehrere Vorteile mit sich. Zum einen weist diese Struktur ein gutes Verhältnis von Steifigkeit zu Gewicht auf. Insbesondere die Struktur der Zwischenlage sowie der sich daraus ergebende hohe Randfaserabstand bewirken diese gute Steifigkeit, obwohl nur wenig Material verwendet werden muss und insbesondere der Zwischenraum zwischen den zwei Decklagen nicht vollständig mit Material ausgefüllt ist. Daraus ergibt sich auch eine gute Wirtschaftlichkeit solcher Strukturen, da Material eingespart werden kann.
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Aufgrund des sehr vorteilhaften Verhältnisses zwischen Steifigkeit und Gewicht werden Sandwich-Strukturen in vielen Bereichen der Technik verwendet. Insbesondere sind hier der Fahrzeugbau sowie der Bereich Luft- und Raumfahrt zu nennen. Generell können Sandwich-Strukturen aber vor allem dort verwendet werden, wo trotz einer hohen Steifigkeit oder einer allgemeinen hohen Stabilität ein geringes Gewicht gefordert ist.
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Aus der
DE 10 2009 025 821 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Metallbauteils bekannt, bei dem eine Platine teilbereichsweise verprägt wird und dadurch eine Struktur mit verprägten und nicht verprägten Bereichen erhält. Durch diese Struktur sollen die verprägten Bereiche von der Abschreckhärtung ausgespart werden, da dort ein Luftpolster gebildet wird, welches für eine geringere Abkühlrate in diesem Bereich sorgt. Diese Platine kann mit einer weiteren Platine, insbesondere einer nicht verprägten Platine, verbunden werden, wodurch Luftspalte zwischen den beiden Platinen entstehen, die sich vorteilhaft auf das Dehnungsvermögen des Bauteils auswirken sollen. Die beiden Platinen können durch Stoffschluss, insbesondere durch Schweißen, oder durch gemeinsames Umformen und einem daraus resultierenden Formschluss miteinander verbunden werden. Bei dieser Art der Sandwich-Struktur wird jedoch kein Gewichtsvorteil erreicht, da das Material lediglich verprägt und nicht entfernt wird. Durch das Verprägen werden für das Übertragen von Zug- und Schubspannungen an der Randfaser jedoch nachteilige Kerben gebildet. Das Verprägen ist darüber hinaus allgemein ein relativ aufwändiges und teures Verfahren.
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Aus der
WO 03/047848 A1 ist ein Verbundbauteil bekannt, welches aus zwei im Wesentlichen flächigen Decklagen und einer Zwischenlage mit einer Struktur besteht. In die entstehenden Zwischenräume zwischen der Zwischenlage und den Decklagen wird ein Füllmaterial, insbesondere ein Polymer, eingebracht. Durch dieses Material soll eine besonders vorteilhafte Absorbierungsfähigkeit von Einschlägen, z. B. bei einem Unfall, bewirkt werden. Alle drei Lagen bestehen bevorzugt aus Stahl und werden mittels Klebstoffen aneinander befestigt. Obgleich diese Druckschrift auf eine verbesserte Wiederverwertbarkeit von Sandwich-Strukturen abzielt, wird gerade durch die Verklebung der einzelnen Lagen dieser Effekt nicht erreicht. Das Füllmaterial führt zudem zu einem höheren Gewicht des Bauteils, was ebenfalls als nachteilig anzusehen ist.
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Aus der
JP 06-007865 A ist ein Bauteil mit einer Sandwich-Struktur bekannt, wobei das Bauteil eine Kurvenform aufweist. Die einzelnen Lagen dieses Bauteils bestehen aus Aluminium, was zwar die Wiederverwertbarkeit erleichtert, jedoch dazu führt, dass das auf diese Weise hergestellte Bauteil außerordentlich teuer ist.
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Aus dem Vortrag
"Multi-Laminated Composite Parts Designed by Thermo-Mechanical Forming" von N. Barbakadze et al. ist ein mehrschichtiges Bauteil bekannt, bei dem zwei äußere Schichten aus Stahl und eine Zwischenschicht aus Aluminium verwendet werden. Das Material wird einem Presshärteprozess unterzogen. Während des Presshärteprozesses kommt es zu einer Diffusion von Eisen aus dem Stahl in dessen Aluminium-Silizium-Beschichtung einerseits und zu einem Fließen des Aluminiums der Zwischenschicht in die Beschichtung andererseits, wodurch die einzelnen Lagen miteinander verbunden werden. Ein auf diese Weise hergestelltes Bauteil ist kaum recycelbar, da die einzelnen Schichten, die aus unterschiedlichen Materialien bestehen, stoffschlüssig miteinander verbunden werden und somit ein Trennen dieser Schichten im Rahmen eines Recycelprozesses, insbesondere nach der Umformung zu einem Bauteil, nur schwer möglich ist. Die Verwendung von Aluminium ist zudem als nachteilig anzusehen, da Aluminium sehr teuer ist und somit derartige Bauteile nur schwer wirtschaftlich hergestellt werden können. Das offenbarte Verfahren ist zudem außerordentlich komplex, da die Stahllagen zunächst separat erhitzt werden müssen, da das Aluminium der Zwischenlage bei einem Ofendurchlauf schmelzen würde. Die Stahllagen müssen mit der bzw. den Aluminiumlagen nachdem Ofen und vor der Umformung aufwändig zusammengeführt werden.
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Einfache Sandwich-Strukturen, bei denen beispielsweise sowohl zwei Decklagen als auch eine strukturierte Zwischenlage aus Stahl vorgesehen sind, die zur Verbindung miteinander verschweißt werden, sind ohne lokale Ablösungen kaum verformbar, da die einzelnen Verbindungsstellen schon bei geringen Verformungen des Bauteils aufgrund von Schubspannungen abreißen. Somit ist ein Presshärten dieser Bauteile nicht möglich. Ohne Presshärtung erreichen auf diese Weise hergestellte Bauteile jedoch keine ausreichenden Steifigkeits- und/oder Festigkeitseigenschaften, weshalb sie für die Verwendung in den oben angegebenen Bereichen nicht geeignet sind.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines recycelbaren Bauteils mit Sandwich-Struktur bereitzustellen, welches verbesserte Steifigkeits- und Festigkeitseigenschaften gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Sandwich-Bauteilen aufweist.
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Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Sandwich-Materials, welches in einem Verfahren zum Herstellen eines recycelbaren Bauteils mit Sandwich-Struktur, bei dem das Bauteil pressgehärtet wird, verwendet werden kann, bereitzustellen.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Bauteil mit einer Sandwich-Struktur bereitzustellen, welches besser als aus dem Stand der Technik bekannte Bauteile mit Sandwich-Struktur recycelbar ist.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Sandwich-Material bereitzustellen, welches umformbar und insbesondere presshärtbar ist.
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Diese Aufgaben werden mit einem Verfahren zum Herstellen eines Bauteils mit Sandwich-Struktur gemäß Anspruch 1, mit einem Verfahren zum Herstellen eines Sandwich-Materials, insbesondere zur Verwendung in einem Verfahren zum Herstellen eines Bauteils mit Sandwich-Struktur gemäß Anspruch 12 sowie einem Bauteil mit einer Sandwich-Struktur gemäß Anspruch 14 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Bauteils mit Sandwich-Struktur besteht aus folgenden Schritten:
- – Bereitstellen zumindest einer im Wesentlichen flächigen Decklage aus einem Eisenwerkstoff;
- – Einbringen einer Struktur in eine im Wesentlichen flächige Zwischenlage aus einem Eisenwerkstoff;
- – zumindest teilweises Verzinken von Kontaktbereichen der Zwischenlage;
- – übereinander Anordnen der Decklage und der Zwischenlage zu einem Verbund, so dass die Kontaktbereiche der Zwischenlage an einer Decklage anliegen;
- – Presshärten des Verbunds.
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Durch die Verwendung von Eisenwerkstoffen sowohl für die zumindest eine Decklage als auch für die Zwischenlage wird die Wiederverwertbarkeit, also die Recycelfähigkeit des erfindungsgemäß hergestellten Bauteils deutlich erleichtert. Auch das Zink, welches in den Kontaktbereichen der Zwischenlage aufgebracht wird, vermindert diesen Effekt nicht, da ein recyceln von verzinkten Stahlbauteilen ohne Weiteres möglich ist. Das Verzinken der Kontaktbereiche führt aber dazu, dass sich die Zwischenlage während des Presshärteprozesses mit der zumindest einen Decklage verbindet. Dabei diffundiert Zink in beide Lagen ein und stellt somit eine Verbindung her. Der Verbund bleibt jedoch umformbar und somit presshärtbar, da das Zink ausreichend weich ist und somit ein Gleiten der einzelnen Lagen zueinander während des Umformens ermöglicht.
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Der Presshärteprozess kann dabei sowohl nach dem direkten als auch nach dem indirekten Presshärteverfahren durchgeführt werden. Beim direkten Presshärteverfahren wird eine Platine, hier bestehend aus dem Verbund, in einem Ofen auf Austenitisierungstemperatur erwärmt und anschließend gleichzeitig umgeformt und abschreckgehärtet. Beim indirekten Presshärteverfahren wird die Platine, bestehend aus dem Verbund, kalt umgeformt, anschließend in einem Ofen erwärmt und schließlich in einer Form abschreckgehärtet. Das Verbinden der einzelnen Lagen mittels Zinkdiffusion kann dabei vorteilhafterweise während des jeweiligen Erwärmungsschrittes bei dem Presshärten erfolgen. Alternativ oder zusätzlich ist es jedoch auch möglich, das Verbinden der einzelnen Lagen vor dem Presshärteprozess durchzuführen, wobei der Verbund teilbereichsweise, insbesondere in den Bereichen, in denen die Kontaktbereiche der Zwischenlage an einer Decklage anliegen, erwärmt wird und optional geheftet und/oder verschweißt wird.
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Ein Verbinden der einzelnen Lagen durch Heften und/oder Verschweißen kommt dabei vorzugsweise beim indirekten Presshärteverfahren zur Anwendung. Da beim indirekten Presshärteverfahren die Platine kalt umgeformt wird, hat sich ein vorgelagertes Heften und/oder Verschweißen als vorteilhaft herausgestellt, da sich die einzelnen Lagen des Verbunds auf diese Weise beim Kaltumformschritt weniger relativ zueinander bewegen können und sich somit die Platine bei diesem Schritt weniger verzieht. Dabei kann es vorkommen, dass einzelne der Verbindungspunkte aufgrund einer großen Umformung der Platine in diesem Bereich reißen. Da das vorgelagerte Verbinden jedoch lediglich eine temporäre Fixierung der einzelnen Lagen bewirken soll und die endgültige Verbindung durch die Zinkdiffusion hergestellt wird, kann dies in Kauf genommen werden. Die endgültige Verbindung mittels Zinkdiffusion erfolgt dann bei den nachfolgenden Schritten des indirekten Presshärteverfahrens.
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Die Verbindung mittels Zinkdiffusion erfolgt erfindungsgemäß während des Abschreckens des jeweiligen Presshärteverfahrens. Bei der Erwärmung der Platine, sowohl bei dem indirekten Presshärteverfahren als auch bei dem direkten Presshärteverfahren, wird das Zink weich und schmilzt. Beim anschließenden Abschrecken härtet das Zink wieder aus und diffundiert in die einzelnen Lagen, wodurch eine sichere Verbindung der einzelnen Lagen des erfindungsgemäßen Bauteils hergestellt wird.
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Bei der erfindungsgemäßen Herstellung eines Bauteils, bei dem das direkte Presshärteverfahren angewendet wird, werden vorzugsweise keine vorgelagerten Heft- oder Schweißverbindungen vorgesehen. Da diese Verbindungen Spannungen in den einzelnen Lagen hervorrufen können, sollten sie nur dann vorgesehen werden, wenn die durch die Verbindung erreichten Vorteile die durch die Spannungen entstehenden Nachteile überwiegen. Da beim direkten Presshärteverfahren die Umformung nach dem Erwären der Platine in einem Ofen durchgeführt wird und während des Umformens die Platine abschreckgehärtet wird, kommt es bei der Umformung zu dem oben beschriebenen Aushärten des Zinks, weshalb zu diesem Zeitpunkt Heft- und/oder Schweißpunkte nicht notwendig sind. Bis zum Umformen liegen die Lagen in planer Form vor, weshalb auch für den Transport dieser Lagen ein Verbinden derselben nicht notwendig ist. Aus diesen Gründen wird bei der Verwendung des direkten Presshärteverfahrens vorzugsweise auf eine Heftung oder ein Verschweißen der einzelnen Lagen miteinander verzichtet.
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Vorteilhafterweise wird der Verbund in einem kontinuierlichen Prozess hergestellt, wobei beispielsweise das Grundmaterial aller drei Schichten von einem Coil abgerollt wird und anschließend in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird.
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Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besteht die zumindest eine Decklage aus Bor-Mangan-Stahl, insbesondere aus 22MnB5. Mangan-Bor-Stähle und insbesondere 22MnB5 ist besonders gut presshärtbar und weist ausgesprochen gute Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften auf.
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Um weitere Gewichtsersparnisse zu erzielen und somit ein noch besseres Verhältnis zwischen Steifigkeit und Gewicht zu erlagen ist bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass die Zwischenlage ein Gewebe und/oder Geflecht und/oder Streckmetall aufweist und/oder aus diesen gebildet wird. Durch die Strukturierung der Zwischenlage sind selbst solche Materialien zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren geeignet und das Gesamtgewicht des Bauteils kann weiter vermindert werden.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Struktur, die in die Zwischenlage eingebracht wird, eine zumindest in einer Richtung periodische Struktur. Auf diese Weise wird eine besonders einfache und daher wirtschaftliche Herstellung der Struktur ermöglicht, da diese ohne Weiteres bei einem kontinuierlichen Prozess in die Zwischenlage eingebracht werden kann.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Struktur in die Zwischenlage eingebrachte Strukturelemente auf. Die Strukturelemente können vorteilhafterweise mittels eines Stempels bzw. einer Stempelwalze eingebracht werden und weisen dann entsprechend eine Grundform auf, die der des Stempels entspricht. Als mögliche Grundformen kommen hier insbesondere Vielecke sowie Trapeze, Kreise und Waben in Frage. Der hierdurch erzielte Vorteil liegt darin, dass die Kontaktbereiche, in denen die Zwischenlage an einer Decklage anliegt, vergrößert werden. Je größer diese Bereiche sind, desto ausgeprägter ist die Verbindung zwischen der Zwischenlage und einer Decklage.
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Während bei den Ausführungen zu der Erfindung zumeist von einer Zwischenlage und einer oder zwei Decklagen gesprochen wird, so kann die Erfindung auch auf ein Bauteil oder ein Material mit mehr Lagen bezogen werden. So wäre es beispielsweise möglich, dass ein Bauteil mit einer Sandwichstruktur zwei Zwischenlagen und drei Decklagen aufweist, wobei sich die Lagen jeweils abwechseln. Auch solche Bauteil oder das zugrundeliegende Sandwich-Material sowie weitere Ausführungsformen mit unterschiedlichen Anzahlen von Deck- und/oder Zwischenlagen können durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt werden.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird für die Decklage ein Material mit einer Dicke von d ≤ 3,0 mm, vorzugsweise d ≤ 1 mm, bevorzugt d ≤ 0,5 mm, verwendet. Es hat sich herausgestellt, dass bereits Decklagen mit einer solch geringen Dicke in dem Verbund ausreichen, damit der Verbund eine gute Steifigkeit und Festigkeit aufweist.
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Durch die Verwendung von Eisenwerkstoffen, insbesondere in der Decklage, ist es auch möglich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Decklage mit einem Korrosionsschutz zu versehen. Als besonders vorteilhaft hat sich hier eine Verzinkung der Decklage herausgestellt. Dabei muss der Korrosionsschutz nicht zwingendermaßen teilbereichsweise, also beispielsweise nur auf der Seite der Decklage, die nicht mit der Zwischenlage verbunden ist, aufgebracht werden. Vielmehr kann die Decklage vollständig mit einem Korrosionsschutz versehen werden.
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Da die Platine bei dem Presshärten auf eine hohe Temperatur erwärmt wird, liegt das Zink, welches die Verbindung zwischen den einzelnen Lagen nach Abschluss des Verfahrens herstellt, vorzugsweise nicht in Reinform vor, sondern als Legierung. Dabei werden insbesondere Zinklegierungen mit einem Schmelzpunkt, der über dem Schmelzpunkt von Zink liegt, bevorzugt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass das Zink während des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht so flüssig wird, dass es wegfließt und sich beispielsweise nur in einigen Bereichen der Platine sammelt. Vielmehr wird durch die Verwendung von Zinklegierungen mit einem hohen Schmelzpunkt sichergestellt, dass in einem Großteil der Kontaktbereiche zwischen der Zwischenlage und jeweils einer Decklage Zink vorhanden ist, welches bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in die Lagen diffundiert und dadurch eine Verbindung zwischen den Lagen herstellt.
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Bei den Kontaktbereichen der Zwischenlage, die verzinkt werden, handelt es sich vorteilhafterweise um Extrempunkte der Zwischenlage, da diese Punkte in der Regel mit einer Decklage in Berührung kommen. In diesen Extrempunkten weist die Zwischenlage eine große Abweichung von ihrer Ursprungsform auf. Werden Strukturelemente in die Zwischenlage eingebracht, die eine flächige Grundform aufweisen, so sind diese Flächen als Ansammlung von Extrempunkten zu verstehen, die daher vorzugsweise vollflächig verzinkt werden. Die Verzinkung der Zwischenlage und ggf. der Deckschichten erfolgt dabei insbesondere bevor der Verbund hergestellt wird.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden vor dem Presshärten die zumindest eine Decklage und die Zwischenlage in zumindest einem Teil der Kontaktbereiche verbunden, insbesondere verlötet und/oder verschweißt und/oder geheftet. Dieses stoffschlüssige Verbinden dient vor allem einer gewissen Grundstabilität beim Transport des Verbunds in das Presshärtewerkzeug und/oder den Ofen, in dem das Bauteil im Rahmen des Presshärteprozesses erwärmt wird. Es ist durchaus möglich, dass diese stoffschlüssigen Verbindungen während des Presshärteprozesses und insbesondere der Umformung reißen, dies ist jedoch nachrangig, da die Verbindung der einzelnen Lagen im Wesentlichen über die Zinkdiffusion hergestellt wird.
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Damit das Recyceln des erfindungsgemäß hergestellten Bauteils möglichst vereinfacht wird ist bei vorteilhaften Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass bei der Herstellung des Bauteils nur Eisenwerkstoffe, insbesondere Stahl, und Zink verwendet werden. Es kommen somit bei diesen Weiterbildungen weder Klebstoffe noch Kunststoffe wie beispielsweise Faserverbundwerkstoffe und ebenfalls kein Aluminium vor, wodurch das Bauteil ausgesprochen leicht recycelbar ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Sandwich-Materials, insbesondere zur Verwendung in einem Verfahren gemäß einer der vorherigen Ausführungen weist folgende Schritte auf:
- – Bereitstellen zumindest einer im Wesentlichen flächigen Decklage aus einem Eisenwerkstoff;
- – Einbringen einer Struktur in eine im Wesentlichen flächige Zwischenlage aus einem Eisenwerkstoff;
- – Zumindest teilweises Verzinken von zumindest Kontaktbereichen der Zwischenlage;
- – übereinander Anordnen der Decklage und der Zwischenlage zu einem Verbund, so dass die Kontaktbereiche an der Decklage anliegen; und
- – Zumindest teilbereichsweises Erwärmen bzw. Heften des Verbunds, insbesondere an den Kontaktbereichen.
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Dieses Verfahren ähnelt im Kern dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Bauteils mit Sandwich-Struktur, zielt jedoch vor allem darauf ab, lediglich das dem Bauteil mit Sandwich-Struktur zugrundeliegende Sandwich-Material bereitzustellen. Dieses Sandwich-Material kann dann u. a. in dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Bauteils mit Sandwich-Struktur verwendet werden, wobei dann erfindungsgemäß lediglich ein Presshärten des Verbunds erfolgen muss. Das erfindungsgemäß hergestellte Sandwich-Material eignet sich somit zur Weiterverwendung in anderen Herstellungsverfahren. Da das Sandwich-Material bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht zwingend einer Härtebehandlung unterzogen wird, wird die Verbindung der einzelnen Lagen des Sandwich-Materials dadurch erreicht, dass der Verbund teilbereichsweise erwärmt wird. Dies kann vorteilhafterweise mittels einer Induktionsbehandlung des Verbunds oder auf andere Art und Weise erreicht werden. Durch diese Erwärmung diffundiert das Zink in den Kontaktbereichen in die anliegende Decklage, wodurch eine Verbindung der beiden Lagen erreicht wird.
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Auch das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Sandwich-Materials wird vorteilhafterweise in einem kontinuierlichen Prozess durchgeführt, wobei das hergestellte Sandwich-Material vorteilhafterweise am Ende des Herstellungsprozesses in einzelne Platinen unterteilt oder auf ein Coil aufgewickelt wird. Dadurch ist ein Transport und eine Weiterverarbeitung des erfindungsgemäß hergestellten Sandwich-Materials ohne Weiteres möglich.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Sandwich-Materials ist vorgesehen, dass das Sandwich-Material dressiert und/oder die zumindest eine Decklage und die Zwischenlage zusätzlich verbunden, insbesondere verschweißt werden. Es hat sich gezeigt, dass auch das Sandwich-Material dressierbar ist und somit auf diese Weise die gleichen vorteilhaften Effekte des Dressierens erzielt werden können, wie dies bei herkömmlichen, einlagigen Platinen der Fall ist. Das zusätzliche Verbinden von Deck- und Zwischenlage dient vor allem einer zusätzlichen Transportsicherheit.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Sandwich-Materials kann insbesondere auf die gleiche Art und Weise weitergebildet werden wie das Verfahren zum Herstellen eines Bauteils mit Sandwich-Struktur. Insbesondere die Ausführungen zu den verwendeten Materialien, zum Aufbau der Struktur in der Zwischenlage sowie zum Korrosionsschutz der Decklage können entsprechend als vorteilhafte Weiterbildungen auf das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Sandwich-Materials angewendet werden.
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Das erfindungsgemäße Bauteil mit einer Sandwich-Struktur weist eine dreidimensionale Form mit zumindest einer Decklage aus einem Eisenwerkstoff und einer Zwischenlage aus einem Eisenwerkstoff auf, wobei die Zwischenlage eine Struktur aufweist. Das erfindungsgemäße Bauteil ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Decklage mit der Zwischenlage mittels Zinkdiffusion verbunden ist. Es hat sich herausgestellt, dass bereits die Verbindung mittels Zinkdiffusion eine ausreichende Verbindung zwischen den einzelnen Lagen des Bauteils mit Sandwich-Struktur bewirkt.
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Eine Weiterverarbeitung des erfindungsgemäßen Bauteils ist ohne Weiteres möglich. So kann das Bauteil beispielsweise lackiert oder anderweitig beschichtet werden. Auch ein Einbringen von Befestigungseinrichtungen und/oder Löchern, mittels denen eine Befestigung des Bauteils möglich ist, ist ohne Weiteres möglich. Vorteilhafterweise ist das erfindungsgemäße Bauteil pressgehärtet. Im Rahmen einer Weiterverarbeitung ist dabei möglich, dass das Bauteil teilbereichsweise angelassen wird um eine inhomogene Verteilung der Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften in dem Bauteil zu erreichen. Auch ein nur teilbereichsweises Presshärten ist möglich.
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Damit das erfindungsgemäße Bauteil möglichst wiederverwertbar ist besteht es nur aus Eisenwerkstoffen, insbesondere Stahl, und Zink. Insbesondere sind dabei keinerlei Klebstoffe, Füllstoffe zum Ausfüllen von Zwischenräumen zwischen Decklage und Zwischenlage, Kunststoffe oder Aluminium vorhanden. Dadurch wird das Bauteil besonders einfach recycelbar.
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Durch die erfindungsgemäßen Verfahren werden demnach ein Sandwich-Material und ein Bauteil mit Sandwich-Struktur bereitgestellt, die beide leicht zu recyceln sind und gleichzeitig erhöhte Anforderungen and die Festigkeit, den Korrosionsschutz, die Oberflächeneigenschaften und das Verhältnis von Stabilität zu Gewicht erfüllen. Bei den erfindungsgemäßen Verfahren ist ein verheiraten, also ein Verbinden der einzelnen Lagen nach dem Erwärmen im Rahmen des Presshärteprozesses nicht notwendig, da sämtliche Materialien den dort entstehenden Temperaturen standhalten können und die einzelnen Lagen daher bereits vor einem Erwärmungsschritt im Rahmen des Presshärteverfahrens miteinander verbunden werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009025821 A1 [0004]
- WO 03/047848 A1 [0005]
- JP 06-007865 A [0006]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- ”Multi-Laminated Composite Parts Designed by Thermo-Mechanical Forming” von N. Barbakadze et al. [0007]