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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 der Erfindung. Gemäß Anspruch 12 der Erfindung betrifft dieselbe ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Stahlblechbauteils des besagten Fahrzeugs.
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In Ballungszentren tritt zunehmend Fahrzeugstau allein durch zu hohe Verkehrsdichte auf. Dies erfolgt oft spontan ohne Vorwarnung und Leitsysteme sind dafür oftmals nicht geeignet oder nicht vorhanden. Aus Studien geht hervor, dass die meisten urbanen Fahrten bzw. Pendelwege von nur einer Person durchgeführt werden. Die durchschnittlichen Strecken sind It. Studie überwiegend kleiner 100 km. Es besteht der Bedarf nach einem kleinen und flexibel einsetzbaren Fahrzeug, um auf beispielsweise plötzlich auftretende Staus flexibel reagieren zu können. Im Hinblick darauf sind bereits eine Vielzahl unterschiedlicher Konzepte bekannt.
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So beschreibt die
DE 10 2018 109 523 A1 ein Fahrzeugsystem, welches ein Basisfahrzeug mit zumindest einem Antriebsmittel sowie zumindest ein Teilfahrzeug, welches von dem Basisfahrzeug wahlweise abkoppel- und ankoppelbar ist und einen Elektromotor zur vom Basisfahrzeug autonomen Fortbewegung und eine elektrische Speichereinheit zur Versorgung des Elektromotors umfasst. Das Basisfahrzeug und das Teilfahrzeug sind unabhängig voneinander fahrbar. Das Teilfahrzeug kann durch ein Elektrofahrrad, einen Elektroscooter oder ein anderes an sich bekanntes elektrisch angetriebenes Einpersonen- oder Mehrpersonen-Transportmittel, wie ein „Segway®“ oder ein E-Board, gebildet sein. Gemäß einer Ausführungsform ist ein Teilfahrzeug, hier in Form eines „Segway®“, im Basisfahrzeug gehaltert und elektrisch mit dem Basisfahrzeug elektrisch verbunden, um entweder den Elektromotor des Teilfahrzeugs aufzuladen oder einen Elektromotor des Basisfahrzeugs mit elektrischem Strom zu versorgen.
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Die US 2010 / 0 193 274 A1 beschreibt ein Fahrzeug mit einer fahrzeugheckseitig angeordneten Motorradkomponente und mit einer fahrzeugfrontseitigen Fahrgestellkomponente, welche untereinander lösbar verbunden sind. Die Fahrgestellkomponente weist in Anlehnung an ein zweispuriges Fahrzeug zwei koaxial zueinander angeordnete Vorderräder auf, wogegen die einspurige Motorradkomponente ein Hinterrad des Fahrzeugs zur Verfügung stellt. Hierzu ist das Motorrad derart in/an der Fahrgestellkomponente gelagert, dass das Vorderrad der Motorradkomponente oberhalb und beabstandet zu einem Fahrplanum des Fahrzeugs angeordnet ist. Der Fahrer kann zwischen einem dreirädrigen Fahrzeug und einem Motorrad wählen, wobei das dreirädrige Fahrzeug ausschließlich von der Motorradkomponente angetrieben ist/wird.
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Die
JP 2005 -
119 349 A beschreibt ein zweispuriges Vierrad-Fahrzeug, wobei zumindest eines der nicht gelenkten Hinterräder durch einen am Fahrzeug festgelegten, autark betreibbaren Elektroroller ersetzt ist, welcher das Fahrzeug antreibt oder den fahrzeuginternen Antrieb ergänzt. Der Elektroroller ist als zweispuriges Zweirad-Fahrzeug nach Art eines „Segway®“ ausgebildet.
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Die
DE 10 2015 108 297 A1 beschreibt ein zweispuriges Vierrad-Fahrzeug, wobei zumindest eines der Hinterräder durch ein autark betreibbares Einrad mit einer Lenkstange und einem Eigenantrieb, insbesondere mit einem Elektromotor, ersetzt ist. Der Eigenantrieb des Einrades kann dazu konfiguriert sein, das Vierrad-Fahrzeug anzutreiben. Wird das Einrad separat vom Fahrzeug benutzt, wird das Fahrzeug mittels Wagenheber auf einem Parkplatz geparkt.
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Die
DE 10 2016 220 673 A1 beschreibt einen zweispurigen Personenkraftwagen mit einem integrierten Elektro-Motorrad, welches Motorrad frontseitig zwischen zwei Vorderrädern des Personenkraftwagens an demselben lösbar befestigt ist. Das Elektro-Motorrad und der Personenkraftwagen können unabhängig voneinander zur Beförderung von Personen genutzt werden. Der Personenkraftwagen kann dazu zumindest an der Vorderachse mit elektrischen Radnabenmotoren ausgerüstet sein oder einen heckseitigen Verbrennungsmotor aufweisen. Zumindest in einem Betriebszustand kann allein der Elektromotor des am Personenkraftwagen festgelegten Motorrades zum Antrieb des Personenkraftwagens dienen.
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Die
US 1 145 682 A betrifft eine Vorrichtung, die an einem Motorrad jeder zugelassenen Konstruktion befestigt werden kann und wobei ein einstellbarer Rahmen an einem Ende durch ein Paar Räder bereitgestellt wird und mit Mitteln an dem anderen Ende mit dem Rahmen des Motorrads so verbunden wird, dass das Hinterrad davon in Kontakt mit dem Boden steht und ein Antriebsmechanismus angeordnet ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein im Hinblick auf den vorbeschriebenen Stand der Technik alternatives Fahrzeug zu schaffen, welches sich aus einer einspurigen Fahrzeug-Komponente mit einem Vorder- und einem Hinterrad und einer zweispurigen Zweirad-Fahrzeugkomponente mit einem linken und einem rechten Fahrzeugrad zusammensetzt. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Stahlblechbauteils des besagten Fahrzeugs zu schaffen, welches zum einen einer Leichtbauweise des Fahrzeugs gerecht wird und zum anderen ein verbessertes Verformungsverhalten insbesondere im Hinblick auf ein etwaige zu verzeichnendes Unfallereignis des Fahrzeugs aufweist.
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Ausgehend von einem Fahrzeug, umfassend eine einspurige Zweirad-Fahrzeugkomponente mit einem Vorderrad und einem Hinterrad sowie eine zweispurige Zweirad-Fahrzeugkomponente mit einem linken und einem rechten Fahrzeugrad, wobei die einspurige Zweirad-Fahrzeugkomponente frontseitig des Fahrzeugs angeordnet und die Fahrzeugkomponenten untereinander lösbar verbunden oder verbindbar sind, wird die gestellte Aufgabe zunächst dadurch gelöst, dass in einem Betriebszustand des Fahrzeugs, in welchem die Fahrzeugkomponenten untereinander verbunden sind, die einspurige Zweirad-Fahrzeugkomponente derart in/ an der zweispurigen Zweirad-Fahrzeugkomponente befestigt ist, dass das Hinterrad der einspurigen Zweirad-Fahrzeugkomponente oberhalb und beabstandet zu einem Fahrplanum des Fahrzeugs angeordnet ist, wobei die einspurige Zweirad-Fahrzeugkomponente und die zweispurige Zweirad-Fahrzeugkomponente zumindest einen Antrieb aufweisen..
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Durch diese Maßnahme ist ein einfaches und kostengünstiges Fahrzeug nach Art eines dreirädrigen Rollers geschaffen, welches/r sich besonders einfach handhaben und optimal betreiben lässt.
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Weiterhin weisen die einspurige Zweirad-Fahrzeugkomponente und die zweispurige Zweirad-Fahrzeugkomponente zumindest einen Antrieb auf. Durch diese Maßnahme sind die unterschiedlichsten Antriebs- und Nutzungskonzepte realisierbar.
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Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen der Erfindung.
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Danach ist die einspurige Zweirad-Fahrzeugkomponente eigenständig betreibbar, um beispielsweise im Falle eines Verkehrsstaus mit minimalem Aufwand überhaupt oder schneller das angestrebte Fahrziel zu erreichen.
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Bevorzugt ist der Antrieb durch einen Elektromotor gebildet, dem wenigstens ein elektrochemischer Speicher zur Bereitstellung elektrischer Energie für den Elektromotor zugeordnet ist.
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In Fortbildung der Erfindung weist die einspurige Zweirad-Fahrzeugkomponente zumindest eine/die Lenkvorrichtung des Fahrzeugs auf. D.h., besagte Lenkvorrichtung ist nicht nur dazu eingerichtet, beim separaten Betreiben der einspurigen Zweirad-Fahrzeugkomponente dieselbe zu lenken, sondern auch beim Betreiben des Gesamt-Fahrzeugs mit den beiden demgemäß zusammengesetzten Zweirad-Fahrzeugkomponenten.
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Weiter bevorzugt ist vorgesehen, dass die zweispurige Zweirad-Fahrzeugkomponente zumindest ein Sitzelement für wenigstens einen Passagier des Fahrzeugs aufweist, um besagten Passagier komfortabel zu befördern.
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Um ein sicheres, insbesondere crashsicheres Fahrzeug zu schaffen, weist die zweispurige Zweirad-Fahrzeugkomponente eine Spaceframe- bzw. Gitterrahmenstruktur auf, an der das linke und rechte Fahrzeugrad derselben gelagert sind. Gitterrahmenstrukturen sind bei minimiertem Materialbedarf und demgemäß Gewicht äußerst stabil und verwindungssteif darstellbar und somit für den in Rede stehenden Einsatzfall besonders geeignet.
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Vorteilhaft bildet die Gitterrahmenstruktur eine Fahrerkabine aus, um den Passagier sicher zu befördern.
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Weiter vorteilhaft weist die gebildete Fahrerkabine eine Beplankung auf, um zum einen die Fahrerkabine weiter zu versteifen und damit die Sicherheit des Passagiers zu erhöhen und zum anderen denselben vor Wetterunbilden zu schützen.
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Bevorzugt ist die Gitterrahmenstruktur durch Stahlblechbauteile in Form von langgestreckten Hohlprofilen gebildet, welche direkt oder äußerst einfach und kostengünstig über Knotenelemente zu einer tragenden Struktur fest verbunden sind.
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Weiter bevorzugt sind die Knotenelemente durch einfach und kostengünstig nach insbesondere einem Stanz-Biegeverfahren herzustellende Blech-Falt-Knoten gebildet.
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Wie die Erfindung noch vorsieht, sind die Hohlprofile und/oder Knotenelemente der Gitterrahmenstruktur wenigstens teilweise aus einem warmumgeformten und pressgehärteten Vormaterial in Form eines Stahlfeinblechs mit einem Gefüge, aufweisend Bainit, Restaustenit und gegebenenfalls Martensit, hergestellt, wobei besagtes Stahlfeinblech in Gewichtsprozent Bestandteile wie folgt aufweist:
| 0,30 bis 0,42 % | Kohlenstoff, |
| 0,3 bis 2,5 % | Mangan, |
| 0,8 bis 2,2 % | Silizium, |
| bis 0,06 % | Aluminium, |
| bis 0,5 % | Chrom, Nickel und Molybdän in Summe, |
| bis 0,06 % | Niob, |
| bis 0,1 % | Vanadium, |
| bis 0,05 % | Titan, |
| 0,001 bis 0,01 % | Bor, |
| bis 0,01 % | Stickstoff, |
| bis 0,01 % | Schwefel, |
| bis 0,02 % | Phosphor, sowie |
| Rest | Eisen und Verunreinigungen, |
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Durch den relativ hohen Kohlenstoffgehalt von 0,30 bis 0,42 % kann eine Stabilisierung von Restaustenit des Stahlmaterials verbessert werden. Um zudem auch eine gute Schweißbarkeit des Stahlmaterials erreichen zu können, sollte der Kohlenstoffgehalt 0,42 % nicht übersteigen. Insbesondere durch den Siliziumanteil von 0,8 bis 2,2 % kann Restaustenit in dem Stahlmaterial stabilisiert werden, wodurch die Duktilität des Stahlmaterials verbessert werden kann. Um die Duktilität des Stahlmaterials weiter zu verbessern, ist zudem der Mangangehalt begrenzt, so dass höchstens 2,5 % Mangan, bevorzugt jedoch nur bis 1,0 % (siehe unten) in der Stahllegierung enthalten sind, um ein homogenes Gefüge zu erzielen und eine nachteilige Karbidbildung in dem Stahlmaterial zu verhindern. Durch den Zusatz von Niob von bis zu 0,06 % kann eine Kornfeinung erreicht werden, welche ebenfalls zur Verbesserung der Duktilität beitragen kann. Durch den Wegfall bzw. die starke Reduzierung von Titan wird die martensitische Umwandlung im Presshärteschritt verzögert und die Bainitumwandlung im Bainitisierungsschritt unterstützt. Bor dient zur Abbindung von Stickstoff, was ebenfalls die Duktilität verbessert. Mit den erfindungsgemäßen Legierungsbestandteilen kann ein Stahlmaterial zur Verfügung gestellt werden, welches sich durch eine hohe Festigkeit und gleichzeitig eine sehr hohe Duktilität auszeichnet. Das Stahlmaterial kann vorteilhaft als Stahlblechbauteil für das in Rede stehende Fahrzeug, insbesondere die Hohlprofile und/oder Knotenelemente der Gitterrahmenstruktur eingesetzt bzw. verwendet werden.
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Die Stahllegierung weist vorzugsweise Gehalte an Chrom, Nickel und/oder Molybdän auf, wobei die Summe an Chrom, Nickel und/oder Molybdän vorzugsweise weniger als 0,5 %, bevorzugt weniger als 0,35 % aufweist. Die Stahllegierung weist damit vorzugsweise nur einen sehr geringen Anteil an Chrom, Nickel und Molybdän auf, wodurch die Menge an teureren Legierungselementen in der Stahllegierung verringert werden kann.
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Das Stahlmaterial weist nach der Warmumformung bevorzugt eine Streckgrenze Re ≥ 780 MPa auf. Die Streckgrenze kennzeichnet bei einem Material die Spannung, bis zu der bei momentfreier und einachsiger Zugbelastung das Material nahezu keine bleibende plastische Verformungen aufweist. Das bedeutet, dass sich das Material zwar verformt, doch nach dem Zurücknehmen der Belastung wieder in die ursprüngliche Form zurückkehrt. Die Verformung bleibt reversibel bzw. elastisch.
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Der Biegewinkel des Stahlmaterials ist nach der Warmumformung vorzugsweise gleich oder größer als 75°. Die Bruchdehnung A50 des Stahlmaterials ist vorzugsweise gleich oder größer als 14 %. Durch diesen hohen Biegewinkel und/oder die hohe Bruchdehnung kann das Stahlmaterial eine besonders hohe Duktilität aufweisen.
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Weiter zeichnet sich das Stahlmaterial nach der Warmumformung durch eine hohe Festigkeit aus, wobei das Stahlmaterial vorzugsweise eine Zugfestigkeit Rm ≥ 1180 MPa aufweist. Die Zugfestigkeit bestimmt die maximale mechanische Zugspannung die das Stahlmaterial aushält. Das Stahlmaterial weist damit eine höhere Zugfestigkeit bei wenigstens gleicher Duktilität auf als die üblicherweise verwendeten Kaltumformgüten, wie beispielsweise DP780 oder DP980 auf.
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Ein aus einem derartigen Stahlmaterial ausgebildetes Hohlprofil und/oder Knotenelement der Gitterrahmenstruktur weist zum einen ein geringes Gewicht auf, so dass es über ein hohes Leichtbaupotenzial verfügt. Zum anderen weist ein derartiges Hohlprofil und/oder Knotenelement eine hohe Festigkeit bei gleichzeitig sehr hoher Duktilität auf, so dass das Verhalten der Gitterrahmenstruktur im Falle eines Unfalls des Fahrzeuges verbessert werden kann.
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Was das Verfahren zur Herstellung eines Stahlblechbauteils für das in Rede stehende Fahrzeug anbelangt, ist bevorzugt vorgesehen, dass in einer zeitlichen Prozessabfolge in einem ersten Prozessschritt ein Vormaterial einen Beschnitt sowie Kaltformgebungsschritt durch Rollprofilieren und/oder Biegen und/oder Umformen durchläuft, in einem zweiten Prozessschritt das Vormaterial einen ersten Wärmebehandlungsschritt (= Austenitisierungsschritt) durchläuft, in einem dritten Prozessschritt das Vormaterial einem Abschreckprozessschritt unterzogen wird, in einem vierten Prozessschritt das Vormaterial einen zweiten Wärmebehandlungsprozess (= Bainitisierungsschritt) durchläuft, in einem fünften Prozessschritt (= Presshärteschritt) das Material pressgehärtet wird und in einem sechsten Prozessschritt das Stahlblechbauteil einem dritten Wärmebehandlungsschritt (= Partitioning-Wärmebehandlungsschritt) unterzogen wird. In einem siebten Schritt kann eine weitere Beschnittoperation auf Bauteilmaß und/oder Bauteilkontur und/oder für das Einbringen von Löchern erfolgen.
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Aufgrund der sehr hohen Verformbarkeit kann das Stahlblechbauteil nach dem oben beschriebenen Warmumformprozess anschließend in einem weiteren Prozessschritt einem Formgebungsprozess, insbesondere Kaltumformprozess, unterzogen werden. Dadurch lassen sich vorteilhaft komplexere Bauteile, insbesondere besagte Hohlprofile und/oder Knotenelement fertigen und/oder zusätzlich verfestigte Bereiche durch Kaltverfestigung im Bauteil einstellen.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Sie ist jedoch nicht auf diese beschränkt, sondern erfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen. Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung soll die übliche Fahrtrichtung eines Kraftfahrzeugs mit „-x“ („minus x“), die Richtung entgegen seiner üblichen Fahrtrichtung mit „+x" („plus x“), ausgehend von der üblichen Fahrtrichtung (-x) die Richtung in der Horizontalen quer zur x-Richtung nach rechts gesehen mit „+y“, ausgehend von der üblichen Fahrtrichtung (-x) die Richtung in der Horizontalen quer zur x-Richtung nach links gesehen mit „-y", die Richtung in der Vertikalen quer zur x-Richtung nach oben gesehen mit „+z", und die Richtung in der Vertikalen quer zur x-Richtung nach unten gesehen mit „-z“ bezeichnet werden. Diese Bezeichnungsweise der Raumrichtungen in kartesischen Koordinaten entspricht dem in der Kraftfahrzeugindustrie allgemein verwendeten Koordinatensystem. Überdies werden Begriffe wie „vorne“, „hinten“, „oben“ „unten“ sowie Begriffe mit ähnlichem Bedeutungsinhalt einschließlich der Begriffe „rechts“ und „links“ in der Weise verwendet, wie sie zur Richtungsbezeichnung an einem Kraftfahrzeug üblicherweise gebraucht werden. Es zeigen:
- 1 äußerst schematisch das erfindungsgemäße Fahrzeug in einer perspektivischen Ansicht von schräg vorn, umfassend eine einspurige Zweiradkomponente sowie eine zweispurige Zweiradkomponente (Variante 1),
- 2 eine äußerst schematische Darstellung der separaten Nutzung der einspurigen Zweiradkomponente als Fortbewegungsmittel,
- 3 die einspurige Zweiradkomponente in einer äußerst schematischen Einzeldarstellung derselben,
- 4 eine perspektivische Darstellung eines in einer Radgabel aufgehängten Vorderrades der einspurigen Zweiradkomponente nach 3,
- 5 einen Horizontalschnitt eines Trittbrettes der einspurigen Zweiradkomponente,
- 6 eine äußerst schematische Darstellung eines Koppelmechanismus zur Kopplung der Radgabel mit einer Steuerstange des Fahrzeugs während eines Koppelvorgangs,
- 7 den Koppelmechanismus im gekoppelten Zustand der Radgabel mit der Steuerstange,
- 8 eine Seitenansicht der beiden Zweiradkomponenten nach 1 in einer voneinander separierten Darstellung derselben,
- 9 die Einzelheit „Z“ nach 8 mit der Darstellung eines Fügebereiches einer Gitterrahmenstruktur der zweispurigen Zweirad-Komponente,
- 10a-c drei Beispiele eines Knotenelements der Gitterrahmenstruktur,
- 11 eine Seitenansicht der beiden Zweiradkomponenten des Fahrzeugs nach 1 im Zusammenbau derselben,
- 12 eine äußerst schematische Funktionsdarstellung des Zusammenbaus der beiden Zweiradkomponenten,
- 13 die Einzelheit „Y“ nach 12,
- 14 eine äußerst schematische Darstellung eines Verbindungselements zwischen der Radgabel und der Steuerstange als zusätzliches Mittel zum Einsatz der Steuerstange bei der Nutzung des Gesamt-Fahrzeugs als Fortbewegungsmittel,
- 15 äußerst schematisch eine zweite Variante des erfindungsgemäßen Fahrzeugs in einer perspektivischen Ansicht von schräg vorn,
- 16 eine vorteilhafte Weiterbildung des Fahrzeug nach 15,
- 17 ein Prozessschaubild, welches schematisch eine Prozessabfolge der Warmumformung zur Herstellung eines kaltgeformten und pressgehärteten Stahlblechbauteils für das erfindungsgemäße Fahrzeug zeigt, und
- 18 einen exemplarischen Verlauf der Temperatur „T“ in °C über der Zeit „t“ bei einer derartigen Warmumformung.
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Das in 1 dargestellte Fahrzeug 1 umfasst eine einspurige Zweirad-Fahrzeugkomponente 2 und eine zweispurige Zweirad-Fahrzeugkomponente 3, welche untereinander lösbar verbunden sind. Die einspurige Zweirad-Fahrzeugkomponente 2 ist nach Art eines an sich bekannten Rollers ausgebildet und wie in 2 dargestellt eigenständig durch einen Passagier 4 oder einen Dritten betreibbar.
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Die einspurige Zweirad-Fahrzeugkomponente 2 weist gemäß den 3 und 4 ein lenkbares Vorderrad 5 sowie ein Hinterrad 6 auf. Das lenkbar Vorderrad 5 ist in einer an sich bekannten Radgabel 7 drehgelagert. Die Radgabel 7 ist an einer Basisstruktur 8 der einspurigen Zweirad-Fahrzeugkomponente 2 drehbar gelagert. Gemäß 5 weist die Basisstruktur 8 ein Trittbrett 9 auf, an welchem das Hinterrad 6 um eine Drehachse 10 drehbar gelagert ist. Auf dem Trittbrett 8 kann sich der Passagier 4 aufstellen (vgl. 2). An der Radgabel 7 ist eine Lenkvorrichtung 11 mit einer an sich bekannten Steuerstange 11 a lösbar befestigt bzw. befestigbar.
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Die Lösbarkeit der Lenkvorrichtung 11 respektive Steuerstange 11a ist mittels eines in den 6 und 7 schematisch dargestellten Koppelmechanismus 12 bewirkt. Der Koppelmechanismus 12 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein in einer Koppelstellung fixierbares Formschlusselement 13 auf, welches vorliegend an einem die Steuerstange 11a aufnehmenden Aufnahmerohr 14 der Radgabel 7 angeordnet ist. Das Formschlusselement 13 ist vorliegend durch einen an sich bekannten Federring gebildet, welcher in ein Formschlussgegenelement 15 in Form einer Ringnut formschlüssig eingreift. Zur Sicherung des Formschlusses ist ein mittels Druckfeder/n 16 federkraftbeaufschlagtes erstes rohrförmiges Sicherungselement 17 vorgesehen, welches von radial außen her den Federring in einer Raststellung innerhalb der Ringnut sichert. Darüber hinaus ist ein mittels Druckfeder/n 18 federkraftbeaufschlagtes zweites rohrförmiges Sicherungselement 19 vorgesehen, welches von radial innen her den Federring in einer Freigabestellung, indem dieser nach radial außen gedrängt ist, sichert (nicht zeichnerisch dargestellt). Im letztbeschriebenen Fall ist das erste Sicherungselement 17 mittels eines Zugelements 20, beispielsweise eines Bowdenzuges, aus seiner Sicherungsstellung gezogen. Um eine sichere Funktion des Federrings zu gewährleisten, weisen die Ringnut und das erste Sicherungselement 17 Anlaufschrägen 21 auf.
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Bevorzugt weisen die Steuerstange 11a und das Aufnahmerohr 14 der Radgabel 7 zueinander korrespondierende Querschnitte auf, welche eine Lenkmomentübertragung gewährleisten. Besagte Querschnitte können beispielsweise durch unrunde Querschnitte, wie ovale Querschnitte, oder durch polygonale Querschnitte gebildet sein (nicht zeichnerisch dargestellt). Alternativ kann zur Lenkmomentübertragung auch ein an sich bekanntes mechanisches Befestigungselement vorgesehen sein, beispielsweise eine Befestigungsschraube, welche korrespondierende Bohrungen der Steuerstange 11a und des Aufnahmerohrs 14 der Radgabel 7 durchsetzt oder eine an sich bekannte Passfederanordnung (nicht zeichnerisch dargestellt).
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Die zweispurige Zweirad-Fahrzeugkomponente 3 weist eine Gitterrahmenstruktur 22 auf, die aus einer Mehrzahl Stahlblechbauteilen in Form von langgestreckten Hohlprofilen 23 gebildet ist. Die Hohlprofile 23 sind direkt oder über Knotenelemente 24 zu einer tragenden Struktur fest verbunden, insbesondere geklebt und mechanisch gefügt (vgl. 1, 8-10c). Die 8 zeigt beispielgebend eine derartige Fügeverbindung mittels Knotenelementen 24. Die 10a-c zeigen ebenfalls lediglich beispielgebend unterschiedlich ausgebildete Knotenelemente 24 in Form von sogenannten Blech-Falt-Knoten, welche demnach ebenfalls aus einem Metallblech, insbesondere einem Stahlblech hergestellt sind.
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Wie der 8 weiter zu entnehmen ist, sind an der Gitterrahmenstruktur 12 der zweispurigen Zweirad-Fahrzeugkomponente 3 ein linkes und ein rechtes Fahrzeugrad 25, 26 drehbar gelagert. Darüber hinaus bildet die Gitterrahmenstruktur 12 eine Fahrerkabine 27 aus, in welcher ein Sitzelement 28 für wenigstens einen Passagier 4 des Fahrzeugs 1 angeordnet ist. An die Fahrerkabine 27 schließt sich nach hinten ein zu einem Ladeflächenbereich 29 ausbildbarer Bereich der Gitterrahmenstruktur 12 nach Art eines Fahrzeugs 1 mit einer offenen Ladefläche an.
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Wie insbesondere den 1, 11 bis 13 weiter zu entnehmen ist, ist im Zusammenbau der beiden Fahrzeugkomponenten 2, 3 die einspurige Zweirad-Fahrzeugkomponente 2 derart in einem vorderen Aufnahmebereich der zweispurigen Zweirad-Fahrzeugkomponente 3 angeordnet und mit derselben lösbar verbunden, dass das Hinterrad 6 der einspurigen Zweirad-Fahrzeugkomponente 2 oberhalb und beabstandet zu einem Fahrplanum 30 des Fahrzeugs 1 angeordnet ist. Dies ist ermöglicht durch das in den 12 und 13 äußerst schematisch dargestellte Schienensystem 31 der zweispurigen Zweirad-Fahrzeugkomponente 3, welches es erlaubt, den hinteren Bereich der einspurigen Zweirad-Fahrzeugkomponente 2 samt Hinterrad 6 desselben in besagte Beabstandung zum Fahrplanum zu überführen und dort mittels nicht zeichnerisch dargestellter, an sich bekannter, lösbarer Befestigungselemente an der zweispurigen Zweirad-Fahrzeugkomponente 3 zu fixieren. Die besagten lösbaren Befestigungselemente können beispielsweise durch an sich bekannte Schnellspannvorrichtungen gebildet sein. Was das Schienensystem 31 an sich anbelangt, umfasst dieses bevorzugt zwei Führungsschienen 32, wobei beidseitig der einspurigen Zweirad-Fahrzeugkomponente 2 je eine Führungsschiene 32 angeordnet ist. Weiter bevorzugt ist in einer jeden Führungsschiene 32 ein nicht zeichnerisch dargestellte Führungselement, beispielsweise ein Führungsbolzen, der einspurigen Zweirad-Fahrzeugkomponente 2 verschiebbar geführt.
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Um die Steuerstange 11a der Lenkvorrichtung 11 der einspurigen Zweirad-Fahrzeugkomponente 2 auch für das Gesamt-Fahrzeug 1 nutzbar zu gestalten, ist derselben ein in 14 schematisch dargestelltes, an sich bekanntes Kreuzgelenk 33 zugeordnet. Hierdurch kann die Steuerstange 11a eine komfortable Schrägstellung zu einem auf dem Sitzelement 28 der zweispurige Zweirad-Fahrzeugkomponente 3 sitzenden Passagier 4 einnehmen.
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Nach alldem bildet das Fahrzeug 1 sozusagen einen dreirädrigen Kabinenroller aus, wobei die Lenkvorrichtung 11 für die als Roller ausgebildete und separat betreibbare einspurige Zweirad-Fahrzeugkomponente 2 gleichzeitig als Lenkvorrichtung 11 für das Gesamt-Fahrzeug 1 dient. Bevorzugt ist die als Roller ausgebildete einspurige Zweirad-Fahrzeugkomponente 2 als Elektroroller ausgebildet und weist demnach zumindest einen nicht zeichnerisch dargestellten Elektromotor samt elektrochemischen Speicher (Batterie) zum Antrieb des Vorderrades 5 der einspurigen Zweirad-Fahrzeugkomponente 2 auf. Die nunmehr als Elektroroller ausgebildete einspurige Zweirad-Fahrzeugkomponente 2 treibt demnach auch das Gesamt-Fahrzeug 1 an.
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Zu dem vorstehend beschriebenen bevorzugten Antriebskonzept können selbstverständlich auch alternative Antriebskonzepte zum Einsatz kommen, welche durch die Erfindung mit erfasst sind. So kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass auch die zweispurige Zweirad-Fahrzeugkomponente 3 zumindest einen Elektromotor samt einem elektrochemischen Speicher zum Antrieb wenigstens eines ihrer Fahrzeugräder 25, 26 aufweist. D.h., im Betrieb des Fahrzeugs 1 können beide Fahrzeugkomponenten 2, 3 sowohl in Alleinstellung als auch in Kombination Antriebsleistung zur Verfügung stellen (nicht zeichnerisch dargestellt).
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Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die als Roller ausgebildete einspurige Zweirad-Fahrzeugkomponente 2 keinen eigenen Antrieb aufweist, sondern separat nur manuell betrieben werden kann. In diesem Fall bietet die zweispurige Zweirad-Fahrzeugkomponente 3 den Elektroantrieb des Fahrzeugs 1, wogegen die einspurige Zweirad-Fahrzeugkomponente 2 die Lenkvorrichtung 11 für das Fahrzeug 1 bereitstellt (nicht zeichnerisch dargestellt).
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Das Ausführungsbeispiel nach 15 unterscheidet sich zum Ausführungsbeispiel nach 1 im Wesentlichen dadurch, dass der Ladeflächenbereich 29 nicht zur Ausbildung einer offenen Ladefläche, sondern zur Ausbildung einer umschlossenen Ladefläche vorgesehen ist. Im Hinblick darauf ist gemäß 16 eine Beplankung 34 vorgesehen, welche vorteilhaft die gebildete Fahrerkabine 27 versteift und obendrein die Sicherheit des Passagiers erhöht sowie denselben samt Ladung vor Wetterunbilden schützt.
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Was die Hohlprofile 23 und/oder Knotenelemente 24 der Gitterrahmenstruktur 22 anbelangt, sind diese wenigstens teilweise aus einem warmumgeformten und pressgehärteten Vormaterial in Form eines Stahlfeinblechs mit einem Gefüge, aufweisend Bainit, Restaustenit und gegebenenfalls Martensit, hergestellt. Das besagte Stahlfeinblech weist in Gewichtsprozent Bestandteile wie folgt auf:
| 0,30 bis 0,42 % | Kohlenstoff, |
| 0,3 bis 2,5 % | Mangan, |
| 0,8 bis 2,2 % | Silizium, |
| bis 0,06 % | Aluminium, |
| bis 0,5 % | Chrom, Nickel und Molybdän in Summe, |
| bis 0,06 % | Niob, |
| bis 0,1 % | Vanadium, |
| bis 0,05 % | Titan, |
| 0,001 bis 0,01 % | Bor, |
| bis 0,01 % | Stickstoff, |
| bis 0,01 % | Schwefel, |
| bis 0,02 % | Phosphor, sowie |
| Rest | Eisen und Verunreinigungen. |
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Die aus den vorstehenden Stahllegierungen des zum Einsatz kommenden Stahlfeinblechs zur Herstellung der Hohlprofile 23 und/oder Knotenelemente 24 für die Gitterrahmenstruktur 22 resultierenden vorteilhaften Eigenschaften wurde bereits oben ausführlich beschrieben.
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In 17 ist schematisch die Prozessabfolge einer derartigen Warmumformung zur Herstellung eines kaltgeformten und pressgehärteten Stahlblechbauteils für das Fahrzeug 1 gezeigt. Im Hinblick darauf zeichnet sich das Verfahren zur Herstellung eines Stahlblechbauteils aus besagten Stahllegierungen für das in Rede stehende Fahrzeug 1 im Wesentlichen dadurch aus, dass in einer zeitlichen Prozessabfolge in einem ersten Prozessschritt zunächst ein Vormaterial derartiger Stahllegierung einen Beschnitt sowie Kaltformgebungsschritt durch Rollprofilieren und/oder Biegen und/oder Umformen „Ku“ durchläuft. In einem zweiten Prozessschritt durchläuft das Vormaterial einen ersten Wärmebehandlungsschritt „Ac“ (= Austenitisierungsschritt). In einem dritten Prozessschritt wird das Vormaterial einem Abschreckprozessschritt „As“ unterzogen. In einem vierten Prozessschritt durchläuft das Vormaterial einen zweiten Wärmebehandlungsprozess „Bs“ (= Bainitisierungsschritt). In einem fünften Prozessschritt „P“ (= Presshärteschritt) wird das Material pressgehärtet und in einem sechsten Prozessschritt wird das Stahlblechbauteil schließlich einem dritten Wärmebehandlungsschritt „Pw“ (= Partitioning-Wärmebehandlungsschritt) unterzogen. In einem siebten Schritt kann eine weitere Beschnittoperation „Bo“ auf Bauteilmaß und/oder Bauteilkontur und/oder für das Einbringen von Löchern erfolgen.
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Aufgrund der sehr hohen Verformbarkeit kann das Stahlblechbauteil nach dem oben beschriebenen Warmumformprozess anschließend in einem weiteren Prozessschritt einem Formgebungsprozess, insbesondere Kaltbiegeprozess und Kaltumformprozess „Kbu“, unterzogen werden. Dadurch lassen sich vorteilhaft komplexere Bauteile, insbesondere besagte Hohlprofile 23 und/oder Knotenelement 24 fertigen und/oder zusätzlich verfestigte Bereiche durch Kaltverfestigung im betreffenden Bauteil einstellen.
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Alternativ kann der dritte Wärmebehandlungsschritt „Pw“ auch nach dem Zusammenbau der Gitterrahmenstruktur 22 und z.B. während der Fahrzeuglackierung erfolgen.
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18 veranschaulicht exemplarisch den Verlauf der Temperatur „T“ in °C über der Zeit „t“ bei einer derartigen Warmumformung. Bei einem ersten Wärmebehandlungsprozessschritt „Ac“ wird die vorgeformte Stahlblechplatine vorzugsweise auf eine Prozesstemperatur „TA“ innerhalb einer Zeit „ΔtA“ über die werkstoffspezifische Austenitisierungstemperatur „Ac3“, beispielsweise auf etwa 900°C erwärmt. Der Abschreckprozess „As“ wird vorzugsweise bei einer Abkühlrate von mehr als 27°C/s über eine Zeitspanne „Δts“ durchgeführt, so dass ein schnelles Abkühlen der vorgeformten Stahlblechplatine erfolgen kann, bevor der zweite Wärmebehandlungsprozess „Bs“ startet. Der zweite Wärmebehandlungsprozess „Bs“ startet vorzugsweise, wenn das Werkstück eine Temperatur „Tein“ kleiner der Bainit-Start-Temperatur „Bstart“ und größer der Bainit-Finish-Temperatur „Bfin“ aufweist. Die Haltephase „ΔtB“ während des zweiten Wärmebehandlungsschrittes ist dabei so ausgelegt, dass im Grundwerkstoff eine Gefügeumwandlung im Wesentlichen zu Bainit, Restaustenit und Martensit erfolgen kann. Es können sich ein Ferritgebiet „Fer“, ein Bainitgebiet „Ba“ und ein Perlitgebiet „Per“ bilden. Die Haltephase „ΔtB“ kann hierfür zwischen 10 Sekunden und 30 Minuten liegen, bevorzugt zwischen 30 Sekunden und 6 Minuten.
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Nach Abschluss des zweiten Wärmebehandlungsschrittes kann unmittelbar anschließend unverzüglich eine Abschreckhärtung während des Presshärteschrittes „P“ erfolgen, in der das gebildete Gefüge aus Bainit und ggf. Restaustenit im Stahlfeinblech „eingefroren“ wird. Bei unvollständiger Umwandlung, d.h. bei kürzer gewähltem zweitem Wärmebehandlungsschritt „ΔtB“, kann sich während des Presshärtevorganges zudem ein erhöhter Anteil an Martensit bilden, was die Härte des Stahlmaterials steigern kann. Während dem Presshärteschritt „P“ kühlt das Werkstück innerhalb der Zeit „ΔtH“ weiter auf „Taus“ ab.
Bis zum Beginn des dritten Wärmebehandlungsschrittes „Pw“ und/oder der weiteren Beschnittoperation „Bo“ erfolgt weiter eine Luftkühlung für eine Zeit „ΔtLK“.
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In einem dritten Wärmebehandlungsschritt „Pw“, einem Partitioning-Wärmebehandlungsschritt, wird innerhalb der Zeitspanne „Δtp“ das eingefrorene im Wesentlichen aus Bainit, stabilisiertem Restaustenit und ggf. Martensit bestehende Gefüge partitioniert, d.h. stabilisiert durch gleichmäßige Umverteilung des Kohlenstoffes. Die Temperaturen können im Temperaturbereich größer als 100-225°C für 30 Sekunden bis 60 Minuten, bevorzugt bei größer als 150-200°C für 5-30 Minuten liegen.
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Die Entnahmetemperatur „Taus“ kann in einem Temperaturbereich von -10% bis +30% um die werkstoffspezifische Martensit-Finish-Temperatur „Mf“ und unterhalb der Martensit-Start-Temperatur „Ms“ liegen, bei der eine Umwandlung von Austenit zu Martensit zum größten Teil abgeschlossen ist. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Presshärteschritt unmittelbar bei Erreichen der Martensit-Finish-Temperatur „Mf“ zu stoppen und die weitere Bauteilabkühlung an Luft bzw. mit einer sehr viel geringen Abkühlrate fortzusetzen, damit sich das Stahlfeinblechbauteil entspannen kann. Die Presshärtezeit kann dadurch sehr gering gehalten werden, was die Taktzeit vorteilhaft erhöht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- einspurige Zweirad-Fahrzeugkomponente
- 3
- zweispurige Zweirad-Fahrzeugkomponente
- 4
- Passagier
- 5
- Vorderrad
- 6
- Hinterrad
- 7
- Radgabel
- 8
- Basisstruktur
- 9
- Trittbrett
- 10
- Drehachse
- 11
- Lenkvorrichtung
- 11a
- Steuerstange
- 12
- Koppelmechanismus
- 13
- Formschlusselement
- 14
- Aufnahmerohr
- 15
- Formschlussgegenelement
- 16
- Druckfeder
- 17
- erstes Sicherungselement
- 18
- Druckfeder
- 19
- zweites Sicherungselement
- 20
- Zugelement
- 21
- Anlaufschräge
- 22
- Gitterrahmenstruktur
- 23
- Hohlprofil
- 24
- Knotenelement
- 25
- Fahrzeugrad
- 26
- Fahrzeugrad
- 27
- Fahrerkabine
- 28
- Sitzelement
- 29
- Ladeflächenbereich
- 30
- Fahrplanum
- 31
- Schienensystem
- 32
- Führungsschiene
- 33
- Kreuzgelenk
- 34
- Beplankung
- Ac
- Austenitisierungsschritt
- Ac3
- werkstoffspezifische Austenitisierungstemperatur
- As
- Abschreckprozessschritt
- Ba
- Bainitgebiet
- Bfin
- Bainit-Finish-Temperatur
- Bs
- Bainitisierungsschritt
- Bstart
- Bainit-Start-Temperatur
- Bo
- Beschnittoperation
- Fer
- Ferritgebiet
- Mf
- Martensit-Finish-Temperatur
- Ms
- Martensit-Start-Temperatur
- P
- Presshärteschritt
- Per
- Perlitgebiet
- T
- Temperatur
- t
- Zeit
- Ta
- Prozesstemperatur während des Austenitisierungsschrittes „Ac“
- Taus
- Werkstücktemperatur zum Ende des Presshärteschrittes „P“
- Tein
- Werkstücktemperatur während des Bainitisierungsschrittes „Bs“
- ΔT
- Temperaturdifferenz zwischen der Martensit-Start-Temperatur „Ms“ und der Werkstücktemperatur während des Bainitisierungsschrittes „Bs“
- ΔtA
- Zeitdauer des Austenitisierungsschrittes „Ac“
- ΔtB
- Haltephase während des Bainitisierungsschrittes „Bs“
- ΔtH
- Zeitdauer des Presshärteschrittes „P“
- ΔtLK
- Zeitdauer der Luftkühlung während des Ablageschrittes „Ab“
- Δtp
- Zeitdauer des Partitioning-Wärmebehandlungsschritt „Pw“
- Δts
- Zeitdauer des Abschreckprozesses „As“
