WO2016091459A1 - Verbundbauteil sowie ein verfahren zu seiner herstellung und dessen verwendung - Google Patents

Verbundbauteil sowie ein verfahren zu seiner herstellung und dessen verwendung Download PDF

Info

Publication number
WO2016091459A1
WO2016091459A1 PCT/EP2015/075319 EP2015075319W WO2016091459A1 WO 2016091459 A1 WO2016091459 A1 WO 2016091459A1 EP 2015075319 W EP2015075319 W EP 2015075319W WO 2016091459 A1 WO2016091459 A1 WO 2016091459A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
workpiece
steel
metal
semi
plastic
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/075319
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Joachim SIEG
Original Assignee
Thyssenkrupp Steel Europe Ag
Thyssenkrupp Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thyssenkrupp Steel Europe Ag, Thyssenkrupp Ag filed Critical Thyssenkrupp Steel Europe Ag
Priority to US15/533,674 priority Critical patent/US20170305115A1/en
Priority to JP2017529277A priority patent/JP2018500203A/ja
Priority to CN201580067297.6A priority patent/CN107107559A/zh
Priority to KR1020177018955A priority patent/KR20170094336A/ko
Publication of WO2016091459A1 publication Critical patent/WO2016091459A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/18—Layered products comprising a layer of metal comprising iron or steel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/04—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B15/08—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of synthetic resin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/20—Layered products comprising a layer of metal comprising aluminium or copper
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B33/00—Layered products characterised by particular properties or particular surface features, e.g. particular surface coatings; Layered products designed for particular purposes not covered by another single class
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/06—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the heating method
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/10—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the pressing technique, e.g. using action of vacuum or fluid pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R19/00—Wheel guards; Radiator guards, e.g. grilles; Obstruction removers; Fittings damping bouncing force in collisions
    • B60R19/02—Bumpers, i.e. impact receiving or absorbing members for protecting vehicles or fending off blows from other vehicles or objects
    • B60R19/24—Arrangements for mounting bumpers on vehicles
    • B60R19/26—Arrangements for mounting bumpers on vehicles comprising yieldable mounting means
    • B60R19/34—Arrangements for mounting bumpers on vehicles comprising yieldable mounting means destroyed upon impact, e.g. one-shot type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D21/00—Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted
    • B62D21/02—Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted comprising longitudinally or transversely arranged frame members
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D25/00—Superstructure or monocoque structure sub-units; Parts or details thereof not otherwise provided for
    • B62D25/04—Door pillars ; windshield pillars
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D25/00—Superstructure or monocoque structure sub-units; Parts or details thereof not otherwise provided for
    • B62D25/20—Floors or bottom sub-units
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2250/00—Layers arrangement
    • B32B2250/03—3 layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2250/00—Layers arrangement
    • B32B2250/40—Symmetrical or sandwich layers, e.g. ABA, ABCBA, ABCCBA
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2605/00—Vehicles
    • B32B2605/08—Cars

Definitions

  • the invention relates to a composite component comprising at least one first steel workpiece, at least one second metal workpiece with at least one interposed plastic. Furthermore, the invention relates to a corresponding process for its preparation and its use.
  • metal / plastic / metal composites are known in the prior art.
  • the applicant under the trade name Litecor®, sells sandwich panels consisting of two sheet steel blankets made of a cold, deep-drawing steel material with a material thickness between 0.2 and 0.3 mm and a plastic core layer with a material thickness of at least 0.3 mm between the sheet steel blankets , which are cold formed as a composite to components and are ideal as exterior and / or interior parts especially for passenger cars.
  • the patent 10 2006 058 601 B4 discloses a method for producing highly loaded hybrid components, which are composed of at least one hot-formed metal material and a locally bonded fiber-reinforced plastic. Also, a sandwich type configuration by providing an additional second metal material bonded to the fiber reinforced plastic is exemplified in this document.
  • the manufactured hybrid components are suitable for heavily loaded chassis and body components, which are partially reinforced over the fiber-reinforced plastic.
  • components in the vehicle are known, for example, a certain proportion of the
  • Crash management have, for example, floor panels in the vehicle.
  • microalloyed steels with material thicknesses of about 0.8 mm are used, which can take over functions in side load cases.
  • the material thickness could be reduced while maintaining mechanical properties, so that, for example, the use of conventionally heat-treatable steels has the potential of a material thickness reduction, but this may have a negative impact on a required minimum stiffness, for example.
  • the object of the invention was to provide a composite component, which has a lower mass compared to conventional application-specific components, and to propose a method for producing composite components, with which economically lightweight components can be produced and to indicate its use.
  • the problem is solved for the composite component in that the plastic is formed as a plastic layer and substantially full-surface cohesively with the first steel workpiece and with the second metal workpiece is connected, wherein the steel workpiece is partially or fully cured.
  • the inventor has found that the combination of at least one tempered steel workpiece, 5 d. H. from a partially or completely hardened, in particular press-hardened steel workpiece, a substantially full-surface bonded plastic and a further substantially full surface connected to the plastic second metal workpiece, in particular by the at least partial or completely high strength in the steel workpiece, the material thickness of the steel workpiece and / or second material workpiece, depending on the purpose further reduce
  • the material thickness of the tempered steel workpiece is at most 1, 5 mm, in particular at most 1, 0 mm, preferably at most 0.5 mm, and particularly preferably
  • the material thickness of the plastic is at least 0.2 mm, in particular at least 0.3 mm, preferably at least 0.4 mm.
  • Mainly manganese-boron steels are used as heat treatable steel materials. It is also conceivable to use other steel grades, which have a higher strength as a result of a heat treatment and in comparison to the delivery condition.
  • plastic preferably thermoplastics are used, which until at least
  • plastics are, for example, systems based on PA, PE and / or mixtures thereof.
  • the plastic on the one hand is formed over the entire surface with plastic or other local areas, in particular in the edge region of the composite component can be free of plastic, in which connections to other
  • the at least second metal workpiece is an aluminum workpiece, a magnesium workpiece or a steel workpiece,
  • the second steel workpiece is tempered, d. H . it is a partially or fully cured, in particular press-hardened
  • the material thickness of the quenched second steel workpiece is at most 1.5 mm, in particular at most 1, 0 mm, preferably at most 0.5 mm and particularly preferably at most 0.35 mm.
  • the material thicknesses of the first and second steel workpiece can each
  • first and / or second metal workpiece is at least 0.15 mm, in particular at least 0.2 mm, preferably at least 0.25 mm in order to ensure a certain strength can.
  • the invention relates to a method for producing a
  • Composite component which comprises the following method steps:
  • the first steel material is first partially or completely heated to a temperature above ⁇ ⁇ , in particular to a temperature above A C3 of the steel material.
  • the first steel material can be provided as a flat board blank or already cold, preformed semi-finished steel, which in particular has almost the final geometry to be produced.
  • the heated steel workpiece is transferred to a forming / hardening tool and inserted and hot formed in the forming / hardening tool to a steel workpiece and / or (partially or completely) cured, in particular press-hardened.
  • tailored tempering that is to say a hard structure and a softer, in particular a more ductile, structure compared to the hard and the dimension of the plastic ha Ibzeugs on the geometry of the
  • Metal workpiece can be produced. To avoid repetition, reference is made to what has already been said.
  • Connection areas of the composite component with other components can be determined component-specific and taken into account accordingly in the plastic semi-finished product by providing local recesses (perforation).
  • the plastic layer can be inserted warm into the composite production tool, in particular already preformed, wherein it is adapted to the geometry of the metal workpieces in order to produce a substantially full-surface cohesive connection can.
  • the second semi-finished metal product of an aluminum material, a magnesium material or a steel material, in particular a heat-treatable steel material is provided, which is in particular thermoformed to a second metal workpiece, which preferably in the warm state in the
  • Composite production tool is inserted.
  • a second steel material is partially or completely heated at a temperature above ⁇ ⁇ , in particular at a temperature above A C 3 of the second steel material, transferred to a forming / hardening tool and inserted and formed - / Hardening tool to a steel workpiece hot formed and / or (partially or completely) cured, in particular press-hardened.
  • the partially or completely hardened first and / or second steel workpiece can be removed from the forming / hardening tool at a temperature above 220 ° C., in particular above 240 ° C., preferably above 260 ° C., and transferred to the composite production tool in the warm state and be inserted.
  • a composite production can be carried out continuously "inline" by a plurality of process steps connected in series.
  • first and / or second metal workpieces can be at a temperature above 220 ° C., in particular above 240 ° C., preferably above 260 ° C., prior to insertion into the composite production tool to be heated.
  • This can be done, for example, in conventional ovens, in particular continuous ovens but also alternatively or cumulatively by in handling devices (transfer unit) integrated heating means, the
  • first and / or the second metal workpiece and / or the semifinished plastic product can be coated with an adhesion-promoting coating partially or completely over the bonding surface before being inserted into the composite production tool.
  • the adhesion-promoting layer can contribute to increasing the adhesion between the plastic and the metal workpieces and can be sprayed, for example, by means of robots provided with spray devices.
  • the invention relates to a use of the composite component according to the invention as a vehicle or chassis structure of a motor vehicle or commercial vehicle, in particular in the event of a crash load-bearing Kraft / Nutzjan für such as floor panel, side member, crash box, cross member, sills, A-, B-, C-, D-pillar, wishbone or torsion beam.
  • a crash load-bearing Kraft / Nutzjan für such as floor panel, side member, crash box, cross member, sills, A-, B-, C-, D-pillar, wishbone or torsion beam.
  • Figure 1 shows a first embodiment of a composite component according to the invention in a perspective sketched representation
  • FIG. 2a shows a first embodiment of a method according to the invention for producing a semi-finished composite
  • Figure 2b shows a second embodiment of a method according to the invention for producing a composite semi-finished
  • FIG. 2c shows a third exemplary embodiment of a method according to the invention for producing a semi-finished composite product.
  • the bottom plate 1 comprises a first metal workpiece 2, which consists of a tempered steel workpiece and partially or fully cured, preferably press-hardened.
  • the material thickness of the quenched steel workpiece 2 is for example 0.25 mm.
  • the floor panel 1 comprises a second metal workpiece 3, which may also consist of a tempered steel workpiece and partially or fully cured, preferably press-hardened.
  • a plastic 4 is arranged, which as a plastic layer substantially cohesively with the first steel workpiece 2 and the second
  • the substantially full-surface cohesive connection can be formed on the one hand with a full-surface continuous plastic layer or on the other with a plastic layer with local plastic-free areas in which connections to other components, in particular by means of adhesion and / or welds, preferably by resistance spot welds can be easily performed ,
  • FIG. 2 a shows a first exemplary embodiment of a method according to the invention for producing a composite component in a schematic sequence.
  • the blanks are a heat treatable steel material, in particular a manganese-boron steel material. This is preferably provided on both sides with a metallic coating, in particular on an AI or Zn basis. Preferably, an electrolytically zinc-based coating is applied.
  • the material thickness of the heat-treatable steel material is at most 1.5 mm, in particular at most 1.0 mm, preferably at most 0.5 mm and particularly preferably at most 0.35 mm.
  • the recoverable steel material is used for the creation of the first and second Steel workpiece provided.
  • the boards are first completely heated or throughheated, for example in an oven, in particular in a continuous furnace to a temperature above ⁇ ⁇ , preferably to a temperature above A C3 of the steel material (step 6).
  • the steel material is preferably a complete one
  • step 7 has austenitic structure, transferred to a forming / hardening tool via suitable means not shown (transfer unit) and inserted and hot formed in the forming / hardening tool and (partially or completely) cured, in particular press-hardened (step 7).
  • Complete curing takes place in a cold, in particular in an actively cooled tool which cools the steel workpiece to be hardened in such a way that a complete transformation from the austenitic to a bainitic and / or martensitic and thus into a hard structure takes place.
  • at least one area in the mold is actively tempered, in which a transformation within the steel work piece into a hard structure can not take place.
  • the steel workpiece After the steel workpiece has been partially or fully cured, it is at a temperature above 220 ° C, especially above 240 ° C, preferably above 260 ° C from the forming / hardening tool via suitable means not shown (transfer unit) removed and to an open composite manufacturing tool in the warm state transferred and inserted, coming from step 7.
  • a temperature above 220 ° C especially above 240 ° C, preferably above 260 ° C from the forming / hardening tool via suitable means not shown (transfer unit) removed and to an open composite manufacturing tool in the warm state transferred and inserted, coming from step 7.
  • transfer unit an open composite manufacturing tool in the warm state transferred and inserted
  • a first partially or fully hardened steel workpiece is prepared and inserted into the
  • a plastic in particular in the form of a plastic layer is via suitable means not shown (transfer unit) in the open
  • Composite production tool in which already the first steel workpiece was stored, preferably warm inserted (step 9), wherein the plastic layer may in particular already be preformed and is substantially adapted to the geometry of the metal workpieces to produce a substantially full-surface cohesive connection with the metal workpieces can .
  • a second tempered steel workpiece is provided, which also undergoes the sequence according to steps 5-7, wherein the steel workpiece was partially or completely cured, which at a temperature above 220 ° C, especially above 240 ° C, preferably above taken from 260 ° C from the forming / hardening tool via suitable means not shown (transfer unit) and transferred to the open composite production tool, in which the first steel workpiece and the plastic layer have already been stored in the warm state and inserted, coming from step 7.
  • the composite manufacturing tool includes, for example, a lower tool (die) and an upper tool (punch).
  • step 8 By a relative movement of the two mold halves takes place in the closed state (UT) of the composite production tool under temperature and pressure a substantially full-surface cohesive connection between the plastic with the first steel workpiece and the plastic with the second steel workpiece (step 8), wherein the geometry of the first and the second steel workpiece matched and the dimension of the plastic are adapted to the geometry of the steel workpieces.
  • tempering agents can additionally be integrated, which can hold the tool at a preset temperature, which can compensate for possible temperature fluctuations within the first and / or second steel workpiece after insertion and / or this particular set (depending on the plastic) to ensure a substantially full-surface cohesive connection can.
  • the finished composite component is removed (step 10).
  • FIG. 2 b shows a second exemplary embodiment of a method according to the invention for producing a composite component in a schematic sequence.
  • the tempered steel workpieces that have already been formed and then recooled are temporarily stored (step 11).
  • the intermediate stored first and second coated steel workpieces are heated to a temperature above 220 ° C, in particular above 240 ° C, preferably above 260 ° C prior to insertion into a composite production tool (step 11).
  • steps 8'-10 ' will become apparent from the description of steps 8-10 in Figure 2a
  • FIG. 2c shows a third exemplary embodiment of a method according to the invention for producing a composite component in a schematic sequence. To avoid repetition, reference is made to the description of steps 5'-7 'and 11-12 to FIG. 2b, merely with
  • Magnesium workpiece is heated to a temperature above 220 ° C, in particular above 240 ° C, preferably above 260 ° C prior to insertion into a composite production tool (step 15). This can be done, for example, in conventional ovens, in particular continuous ovens, but also alternatively or cumulatively integrated in handling devices (transfer unit)
  • heating means for example, inductively, conductively or radiatively the second aluminum or
  • the composite manufacturing tool includes, for example, a lower tool (die) and an upper tool (punch).
  • Composite tool under temperature and pressure a substantially full-surface material connection between the plastic with the first steel workpiece and the plastic with the second aluminum or magnesium workpiece (step 13), wherein the geometry of the first and second metal workpiece matched and the dimension of the plastic adapted to the geometry of the metal workpieces.
  • Composite manufacturing tool tempering means can be additionally integrated, which can hold the tool at a preset temperature, which can compensate for possible temperature fluctuations within the first steel workpiece or the second aluminum or magnesium workpiece after insertion and / or this particular set (depending on the plastic) in order to ensure a substantially full-surface cohesive connection.
  • step 16 taken from different metal workpieces

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Body Structure For Vehicles (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verbundbauteil (1) umfassend mindestens ein erstes Stahlwerkstück (2), mindestens ein zweites Metallwerkstück (3) mit mindestens einem dazwischen angeordneten Kunststoff (4). Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung und Verbundbauteils sowie dessen Verwendung. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verbundbauteil vorzuschlagen, welches im Vergleich zu konventionellen anwendungsspezifischen Bauteilen eine geringere Masse aufweist, wird für ein Verbundbauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Description

Verbundbauteil sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung und dessen Verwendung
Die Erfindung betrifft ein Verbundbauteil umfassend mindestens ein erstes Stahlwerkstück, mindestens ein zweites Metallwerkstück mit mindestens einem dazwischen angeordneten Kunststoff. Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren zu seiner Herstellung sowie dessen Verwendung .
Im Stand der Technik sind insbesondere Metall/Kunststoff/Metallverbunde bekannt. Die Anmelderin vertreibt unter dem Handelsnamen Litecor® Sandwichbleche, die aus zwei Stahlblechdecklagen aus einem kalt, tiefziehfähigen Stahl Werkstoff mit einer Materialdicke zwischen 0,2 bis 0,3 mm und einem zwischen den Stahlblechdecklagen angeordneten Kunststoffkernschicht mit einer Materialdicke von mindestens 0,3 mm bestehen, welche als Verbund zu Bauteilen kalt geformt werden und sich als Außen- und/oder Innenteile insbesondere für Personenkraftwagen hervorragend eignen.
Aus dem Stand der Technik ist die Patentschrift 10 2006 058 601 B4 bekannt, welche ein Verfahren zur Herstellung von hochbelasteten Hybridbauteilen offenbart, welche aus mindestens einem warm geformten Metall Werkstoff und einem lokal angeklebten faserverstärkten Kunststoff zusammengesetzt sind. Auch eine sandwichartige Ausgestaltung durch das Vorsehen eines zusätzlichen zweiten Metallwerkstoffs, der an den faserverstärkten Kunststoff angebunden wird, ist beispielhaft in diesem Dokument erwähnt. Die hergestellten Hybridbauteile eignen sich für hochbelastete Fahrwerk- und Karosseriebauteile, die partiell über den faserverstärkten Kunststoff verstärkt sind .
Ferner sind Bauteile im Fahrzeug bekannt, die beispielsweise einen gewissen Anteil am
Crashmanagement haben, beispielsweise Bodenbleche im Fahrzeug . Hier kommen mikrolegierte Stähle mit Materialdicken von etwa 0,8 mm zum Einsatz, die Funktionen im Seitencrash-Lastfall übernehmen können . Mit einer Erhöhung der Festigkeit könnte die Materialdicke bei gleichbleibenden mechanischen Eigenschaften reduziert werden, so dass durch beispielsweise den Einsatz von konventionell vergütbaren Stählen das Potential einer Materialdickenreduzierung besteht, jedoch dies beispielsweise negativen Einfluss auf eine geforderte Mindeststeifigkeit haben kann. Das
Leichtbaupotential ist in insbesondere im Fahrzeug- als auch im Nutzfahrzeugbau noch nicht vollständig ausgeschöpft.
Die Aufgabe der Erfindung war es, ein Verbundbauteil bereitzustellen, welches im Vergleich zu konventionellen anwendungsspezifischen Bauteilen eine geringere Masse aufweist, ferner ein Verfahren zum Herstellen von Verbundbauteilen vorzuschlagen, mit welchem wirtschaftlich leichte Bauteile hergestellt werden können und dessen Verwendung anzugeben.
Gelöst wird die Aufgabe für das Verbundbauteil dadurch, dass der Kunststoff als Kunststoffschicht ausgebildet ist und im Wesentlichen vollflächig stoffschlüssig mit dem ersten Stahlwerkstück und mit dem zweiten Metallwerkstück verbunden ist, wobei das Stahlwerkstück partiell oder vollständig gehärtet ist.
Der Erfinder hat festgestellt, dass die Kombination aus mindestens einem vergüteten Stahlwerkstück, 5 d . h. aus einem partiell oder vollständig gehärteten, insbesondere pressgehärteten Stahlwerkstück, einem im Wesentlichen vollflächig angebundenen Kunststoff sowie einem weiteren im Wesentlichen vollflächig mit dem Kunststoff angebundenen zweiten Metallwerkstück, insbesondere durch die zumindest partielle oder vollständig hohe Festigkeit im Stahlwerkstück sich die Materialdicke des Stahlwerkstücks und/oder des zweiten Materialwerkstücks je nach Einsatzzweck weiter reduzieren
10 lässt, ohne negativ die Charakteristik des Verbundbauteils zu beeinflussen, d. h. dass sie ähnliche, vorzugsweise bessere Eigenschaften insbesondere eine bessere Steifigkeit im Vergleich zu konventionellen anwendungsspezifischen Bauteilen aufweisen, wodurch eine Reduzierung der Masse möglich ist. Die Materialdicke des vergüteten Stahlwerkstücks beträgt höchstens 1 ,5 mm, insbesondere höchstens 1 ,0 mm, vorzugsweise höchstens 0,5 mm und besonders bevorzugt
15 höchstens 0,35 mm. Die Materialdicke des Kunststoffs beträgt mindestens 0,2 mm, insbesondere mindestens 0,3 mm, vorzugsweise mindestens 0,4 mm. Als vergütbare Stahl Werkstoffe kommen im Wesentlichen Mangan-Bor- Stähle zum Einsatz. Denkbar ist auch die Verwendung anderer Stahlgüten, die infolge einer Wärmebehandlung und im Vergleich zum Anlieferungszustand eine höhere Festigkeit aufweisen. Als Kunststoff kommen vorzugsweise Thermoplaste zum Einsatz, die bis mindestens
20 200°C, insbesondere bis mindestens 220°C temperaturbeständig sind . Bevorzugte Kunststoffe sind beispielsweise Systeme auf Basis PA, PE und/oder deren Mischungen. Unter einer im Wesentlichen vollflächigen stoffschlüssigen Verbindung ist erfindungsgemäß zu verstehen, dass der Kunststoff zum einen vollflächig mit Kunststoff ausgebildet ist oder zum anderen lokale Bereiche insbesondere im Randbereich des Verbundbauteils kunststofffrei sein kann, in welchen Anbindungen zu weiteren
25 Bauteilen, insbesondere mittels Kraftschluss- und/oder Schweißverbindungen, vorzugsweise mittels Widerstandspunktschweißverbindungen problemlos durchgeführt werden können .
Gemäß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbundbauteils ist das mindestens zweite Metallwerkstück ein Aluminiumwerkstück, ein Magnesiumwerkstück oder ein Stahlwerkstück,
30 insbesondere ein vergütetes Stahlwerkstück. Besonders bevorzugt ist das zweite Stahlwerkstück vergütet, d . h . es ist ein partiell oder vollständig gehärtetes, insbesondere pressgehärtetes
Stahlwerkstück, wobei die Materialdicke des vergüteten zweiten Stahlwerkstücks höchstens 1,5 mm, insbesondere höchstens 1 ,0 mm, vorzugsweise höchstens 0,5 mm und besonders bevorzugt höchstens 0,35 mm beträgt. Die Materialdicken des ersten und zweiten Stahlwerkstücks können je
35 nach Einsatzzweck gleich oder unterschiedlich ausgeführt sein . Je nach Einsatzzweck können als zweite Metallwerkstücke auch Aluminiumwerkstücke oder Magnesiumwerkstücke mit Materialdicken von höchstens 2,0 mm, insbesondere höchstens 1 ,5 mm, vorzugsweise höchstens 1 ,0 mm und besonders bevorzugt höchstens 0,5 mm verwendet werden, die aufgrund ihrer geringeren Dichte im Vergleich zu Stahl eine weitere Reduzierung der Masse bewirken können. Die Materialdicke des ersten und/oder zweiten Metallwerkstücks beträgt mindestens 0, 15 mm, insbesondere mindestens 0,2 mm, vorzugsweise mindestens 0,25 mm, um eine gewisse Festigkeit sicherstellen zu können.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines
Verbundbauteils, welches folgende Verfahrensschritte umfasst:
Bereitstellen zumindest eines ersten Metallhalbzeugs aus einem Stahl Werkstoff und mindestens eines zweiten Metallhalbzeugs, Warm umformen des Stahl Werkstoffs zu einem Stahlwerkstück und Formen des mindestens zweiten Metallhabzeugs zu einem Metallwerkstück, Bereitstellen des Stahlwerkstücks, zumindest eines Kunststoffhalbzeugs und des Metallwerkstücks für eine Verbundbauteilfertigung, Einlegen des zumindest ersten warmen Stahlwerkstücks, des zumindest ersten Kunststoffhalbzeug und des zumindest zweiten Metallwerkstücks in ein Verbundfertigungswerkzeug zur Erzeugung eines Stoffschlusses zwischen den einzelnen Werkstücken . Erfindungsgemäß wird der erste Stahl Werkstoff zunächst partiell oder vollständig auf eine Temperatur oberhalb von Αα, insbesondere auf eine Temperatur oberhalb von AC3 des Stahl Werkstoffs erwärmt. Der erste Stahl Werkstoff kann als ebener Platinenzuschnitt oder bereits kalt, vorgeformtes Stahlhalbzeug, welches insbesondere nahezu die herzustellende Endgeometrie aufweist, bereitgestellt werden . In den Fachkreisen wird im ersten Fall von der direkten und im zweiten Fall von der indirekten Warmumformung gesprochen. Das erwärmte Stahlwerkstück wird zu einem Umform-/ Härtewerkzeug transferiert und eingelegt und im Umform-/ Härtewerkzeug zu einem Stahlwerkstück warm umgeformt und/oder (partiell oder vollständig) gehärtet, insbesondere pressgehärtet. Sind unterschiedliche Gefügestrukturen im Stahlwerkstück bei bauteilspezifischer Crashperformanceauslegung zu berücksichtigen, wird von„tailored tempering " gesprochen, d . h. es wird ein hartes Gefüge und ein weicheres, insbesondere gegenüber dem harten ein duktileres Gefüge eingestellt. Ferner sind die Geometrie der Metallwerkstücke derart aufeinander abgestimmt und die Abmessung des Kunststoff ha Ibzeugs derart auf die Geometrie der
Metallwerkstücke angepasst, so dass im Verbundfertigungswerkzeug unter Wärme- und/oder Druckeinwirkung eine im Wesentlichen vollflächige stoffschlüssige Verbindung zwischen dem
Kunststoffhalbzeug mit dem Stahlwerkstück und dem Kunststoff ha Ibzeug mit dem zweiten
Metallwerkstück erzeugt werden kann. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf das bereits Vorhergesagte verwiesen . Die
Anbindungsbereiche des Verbundbauteils mit anderen Bauteilen können bauteilspezifisch ermittelt werden und entsprechend im Kunststoffhalbzeug durch Vorsehen von lokalen Ausnehmungen (Perforation) berücksichtigt werden . Die Kunststoffschicht kann in das Verbundfertigungswerkzeug warm eingelegt werden, insbesondere bereits vorgeformt sein, wobei sie an die Geometrie der Metallwerkstücke angepasst ist, um eine im Wesentlichen vollflächige stoffschlüssige Verbindung erzeugen zu können .
Gemäß einer ersten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das zweite Metallhalbzeug aus einem Aluminiumwerkstoff, einem Magnesiumwerkstoff oder einem Stahl Werkstoff, insbesondere einem vergütbaren Stahl Werkstoff bereitgestellt, welches insbesondere zu einem zweiten Metallwerkstück warm geformt wird, welches vorzugsweise im warmen Zustand in das
Verbundfertigungswerkzeug eingelegt wird. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein zweiter Stahl werkstoff partiell oder vollständig bei einer Temperatur oberhalb von Αα, insbesondere bei einer Temperatur oberhalb von AC3 des zweiten Stahlwerkstoffs erwärmt, zu einem Umform-/Härtewerkzeug transferiert und eingelegt und im Umform-/Härtewerkzeug zu einem Stahlwerkstück warm geformt und/oder (partiell oder vollständig) gehärtet, insbesondere pressgehärtet. Insbesondere kann das partiell oder vollständig gehärtete erste und/oder zweite Stahlwerkstück bei einer Temperatur oberhalb von 220°C, insbesondere oberhalb von 240°C, vorzugsweise oberhalb von 260°C aus dem Umform- /Härtewerkzeug entnommen und zu dem Verbundfertigungswerkzeug im warmen Zustand transferiert und eingelegt werden. Hier kann in vorteilhafter Weise eine Verbundfertigung durch mehrere hintereinandergeschaltete Prozessschritte kontinuierlich„inline" erfolgen.
Gemäß einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können bereits vorgeformte und beispielsweise wieder erkaltete, zwischengelagerte erste und/oder zweite Metallwerkstücke vor dem Einlegen in das Verbundfertigungswerkzeug auf eine Temperatur oberhalb von 220°C, insbesondere oberhalb von 240°C, vorzugsweise oberhalb von 260°C erwärmt werden. Dies kann beispielsweise in konventionellen Öfen, insbesondere Durchlauföfen erfolgen aber auch alternativ oder kumulativ durch in Handhabungsvorrichtungen (Transfereinheit) integrierte Heizmittel, die
beispielsweise induktiv, konduktiv oder radiativ die ersten und/oder zweiten Metallwerkstücke vor dem Einlegen in ein Verbundfertigungswerkzeug erwärmen respektive auf Temperatur halten können . Gemäß einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können das erste und/oder das zweite Metallwerkstück und/oder das Kunststoffhalbzeug jeweils auf der Verbindungsoberfläche vor dem Einlegen in das Verbundfertigungswerkzeug mit einer haftvermittelnden Beschichtung partiell oder vollflächig beschichtet werden . Die haftvermittelnde Schicht kann zur Erhöhung der Haftung zwischen dem Kunststoff und den Metallwerkstücken beitragen und kann beispielsweise mittels Roboter, die mit Sprühvorrichtungen versehen sind, aufgesprüht werden. Andere
Applikationsverfahren sind ebenfalls denkbar.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Verwendung des erfindungsgemäßen Verbundbauteils als Fahrzeug- oder Fahrwerkstruktur eines Kraftfahrzeugs oder Nutzfahrzeugs, insbesondere im Crashfall tragende Kraft-/ Nutzfahrzeugstruktur wie Bodenblech, Längsträger, Crashbox, Querträger, Schweller, A-, B-, C-, D-Säule, Querlenker oder Torsionsträger. Um
Wiederholungen zu vermeiden, wird auch an dieser Stelle auf das Vorhergesagte verwiesen. Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen . Es zeigt
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbundbauteils in einer perspektivisch skizzierten Darstellung und
Figur 2a ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Verbundhalbzeugs, Figur 2b eine zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Verbundhalbzeugs und
Figur 2c eine drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Verbundhalbzeugs.
In Figur 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbundbauteils 1 in Form eines Bodenblechs für ein Kraftfahrzeug in einer perspektivisch skizzierten Darstellung gezeigt. Das Bodenblech 1 umfasst ein erstes Metallwerkstück 2, das aus einem vergüteten Stahlwerkstück besteht und partiell oder vollständig gehärtet, vorzugsweise pressgehärtet ist. Die Materialdicke des vergüteten Stahlwerkstücks 2 beträgt beispielsweise 0,25 mm. Ferner umfasst das Bodenblech 1 ein zweites Metallwerkstück 3, das ebenfalls aus einem vergüteten Stahlwerkstück bestehen kann und partiell oder vollständig gehärtet, vorzugsweise pressgehärtet ist. Zwischen dem ersten Stahlwerkstück 2 und dem zweites Stahlwerkstück 3 ist ein Kunststoff 4 angeordnet, welcher als Kunststoffschicht im Wesentlichen vollflächig stoffschlüssig mit dem ersten Stahlwerkstück 2 und mit dem zweiten
Metallwerkstück 3 verbunden ist. Die im Wesentlichen vollflächige stoffschlüssige Verbindung kann zum einen mit einer vollflächig ununterbrochenen Kunststoffschicht oder zum anderen mit einer Kunststoffschicht mit lokalen kunststofffreien Bereichen ausgebildet sein, in welchen Anbindungen zu weiteren Bauteilen, insbesondere mittels Kraftschluss- und/oder Schweißverbindungen, vorzugsweise mittels Widerstandspunktschweißverbindungen problemlos durchgeführt werden können.
In Figur 2a ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Verbundbauteils in einer schematischen Abfolge dargestellt. Von einem Endlosband werden Platinen zugeschnitten oder bereits vorgeschnittene Platinen auf einem Stapel bereitgestellt (Schritt 5). Bei den Platinen handelt es sich um einen vergütbaren Stahl Werkstoff, insbesondere um einen Mangan-Bor- Stahlwerkstoff. Dieser ist vorzugsweise beidseitig mit einer metallischen Beschichtung versehen, insbesondere auf einer AI- oder Zn-Basis. Vorzugsweise ist eine elektrolytisch zinkbasierte Beschichtung auftragen. Die Materialdicke des vergütbaren Stahlwerkstoffs beträgt höchstens 1 ,5 mm, insbesondere höchstens 1,0 mm, vorzugsweise höchstens 0,5 mm und besonders bevorzugt höchstens 0,35 mm. Der vergütbare Stahlwerkstoff wird für die Erstellung des ersten und zweiten Stahlwerkstücks bereitgestellt. Dafür werden die Platinen zunächst beispielsweise in einem Ofen, insbesondere in einem Durchlaufofen auf eine Temperatur oberhalb von Αα, vorzugsweise auf eine Temperatur oberhalb von AC3 des Stahl Werkstoffs vollständig erwärmt respektive durcherwärmt (Schritt 6). Nach dem Erwärmen wird der Stahl Werkstoff, der vorzugsweise ein vollständig
austenitisches Gefüge aufweist, zu einem Umform -/Härtwerkzeug über geeignete nicht dargestellte Mittel (Transfereinheit) transferiert und eingelegt und im Umform-/Härtwerkzeug warm umgeformt und (partiell oder vollständig) gehärtet, insbesondere pressgehärtet (Schritt 7). Eine vollständige Härtung erfolgt bei einem kalten, insbesondere bei einem aktiv gekühlten Werkzeug, welches das zu härtende Stahlwerkstück derart abkühlt, dass eine vollständige Umwandlung aus dem austenitischen in ein bainitisches und/oder martensitisches und damit verbunden in hartes Gefüge erfolgt. Bei einer partiellen Härtung hingegen wird mindestens ein Bereich im Werkzeug aktiv temperiert, in welchem eine Umwandlung innerhalb des Stahlwerkstücks in ein hartes Gefüge nicht erfolgen kann . Nachdem das Stahlwerkstück partiell oder vollständig gehärtet wurde, wird es bei einer Temperatur oberhalb von 220°C, insbesondere oberhalb von 240°C, vorzugsweise oberhalb von 260°C aus dem Umform- /Härtewerkzeug über geeignete nicht dargestellte Mittel (Transfereinheit) entnommen und zu einem offenen Verbundfertigungswerkzeug im warmen Zustand transferiert und eingelegt, von Schritt 7 kommend . Hier kann in vorteilhafter Weise eine Verbundfertigung durch mehrere
hintereinandergeschaltete Prozessschritte kontinuierlich„inline" erfolgen. Zunächst wird ein erstes partiell oder vollständig gehärtetes Stahlwerkstück bereitgestellt und in das
Verbundfertigungswerkzeug eingelegt. Ein Kunststoff, insbesondere in Form einer Kunststoffschicht wird über geeignete nicht dargestellte Mittel (Transfereinheit) in das offene
Verbundfertigungswerkzeug, in dem bereits das erste Stahlwerkstück abgelegt wurde, vorzugsweise warm eingelegt (Schritt 9), wobei die Kunststoffschicht insbesondere bereits vorgeformt sein kann und im Wesentlichen an die Geometrie der Metallwerkstücke angepasst ist, um eine im Wesentlichen vollflächige stoffschlüssige Verbindung mit den Metallwerkstücken erzeugen zu können . Als zweites Metallwerkstück wird ein zweites vergütetes Stahlwerkstück bereitgestellt, das ebenfalls die Abfolge gemäß der Schritte 5-7 durchläuft, wobei das Stahlwerkstück partiell oder vollständig gehärtet wurde, welches bei einer Temperatur oberhalb von 220°C, insbesondere oberhalb von 240°C, vorzugsweise oberhalb von 260°C aus dem Umform-/Härtewerkzeug über geeignete nicht dargestellte Mittel (Transfereinheit) entnommen und zu dem offenen Verbundfertigungswerkzeug, in dem bereits das erste Stahlwerkstück und die Kunststoffschicht abgelegt wurden, im warmen Zustand transferiert und eingelegt wird, von Schritt 7 kommend . Das Verbundfertigungswerkzeug umfasst beispielsweise ein Unterwerkzeug (Matrize) und ein Oberwerkzeug (Stempel). Durch eine Relativbewegung der beiden Werkzeughälften erfolgt im geschlossenen Zustand (UT) des Verbundfertigungswerkzeugs unter Temperatur- und Druckeinwirkung eine im Wesentlichen vollflächige stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Kunststoff mit dem ersten Stahlwerkstück und dem Kunststoff mit dem zweiten Stahlwerkstück (Schritt 8), wobei die Geometrie des ersten und des zweiten Stahlwerkstücks aufeinander abgestimmt und die Abmessung des Kunststoffs auf die Geometrie der Stahlwerkstücke angepasst sind. Im Verbundfertigungswerkzeug können Temperierungsmittel zusätzlich integriert sein, die das Werkzeug auf einer voreingestellten Temperatur halten können, wobei diese mögliche Temperaturschwankungen innerhalb des ersten und/oder zweiten Stahlwerkstücks nach dem Einlegen ausgleichen kann und/oder diese insbesondere derart eingestellt wird (abhängig vom Kunststoff), um eine im Wesentlichen vollflächige stoffschlüssige Verbindung sicherstellen zu können. Nach dem 5 Öffnen des Verbundfertigungswerkzeugs wird das fertige Verbundbauteil entnommen (Schritt 10).
In Figur 2b ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Verbundbauteils in einer schematischen Abfolge dargestellt. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die Beschreibung zu der Figur 2a verwiesen, wobei die Schritte 5'-7' den Schritten 5-7
10 entsprechen. Nachdem die Stahlwerkstücke partiell oder vollständig gehärtet wurden, wurden die bereits geformten und zwischenzeitig wieder erkalteten vergüteten Stahlwerkstücke zwischengelagert (Schritt 11). Für die Verbundfertigung werden die zwischengelagerten ersten und zweiten vergüteten Stahlwerkstücke vor dem Einlegen in ein Verbundfertigungswerkzeug auf eine Temperatur oberhalb von 220°C, insbesondere oberhalb von 240°C, vorzugsweise oberhalb von 260°C erwärmt (Schritt
15 12). Dies kann beispielsweise in konventionellen Öfen, insbesondere Durchlauföfen erfolgen aber auch alternativ oder kumulativ durch in Handhabungsvorrichtungen (Transfereinheit) integrierte Heizmittel, die beispielsweise induktiv, konduktiv oder radiativ das erste und zweite Stahlwerkstück vor dem Einlegen in das Verbundfertigungswerkzeug erwärmen respektive auf Temperatur halten können . Die Beschreibung zu den Schritten 8'-10' wird aus der Beschreibung zu den Schritten 8-10 in der Figur 2a
20 übernommen.
In Figur 2c ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Verbundbauteils in einer schematischen Abfolge dargestellt. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die Beschreibung zu den Schritten 5'-7' und 11-12 zu der Figur 2b verwiesen, lediglich mit
25 dem Unterschied, dass nur ein erstes vergütetes Stahlwerkstück für die Verbundfertigung bereitgestellt wird . Für die Verbundfertigung werden je nach Einsatzzweck Aluminium oder Magnesium als zweite Metallwerkstoffe mit Materialdicken von höchstens 2,0 mm, insbesondere höchstens 1,5 mm, vorzugsweise höchstens 1,0 mm und besonders bevorzugt höchstens 0,5 mm bereitgestellt (Schritt 14), wodurch eine weitere Reduzierung der Masse die aufgrund der geringeren Dichte im Vergleich zu
30 Stahl im Verbundbauteil bewirkt werden kann . Das zwischengelagerte zweite Aluminium- oder
Magnesiumwerkstück wird vor dem Einlegen in ein Verbundfertigungswerkzeug auf eine Temperatur oberhalb von 220°C, insbesondere oberhalb von 240°C, vorzugsweise oberhalb von 260°C erwärmt (Schritt 15). Dies kann beispielsweise in konventionellen Öfen, insbesondere Durchlauföfen erfolgen aber auch alternativ oder kumulativ durch in Handhabungsvorrichtungen (Transfereinheit) integrierte
35 Heizmittel, die beispielsweise induktiv, konduktiv oder radiativ das zweite Aluminium- oder
Magnesiumwerkstück vor dem Einlegen in das Verbundfertigungswerkzeug erwärmen respektive auf Temperatur halten können . Zuerst wird entweder das erste warme Stahlwerkstück, von Schritt 12 kommend, oder das warme Aluminium- oder Magnesiumwerkstück, von Schritt 15 kommend, im Verbundfertigungswerkzeug abgelegt. Unabhängig von der Reihenfolge wird dazwischen ein Kunststoff, insbesondere in Form einer Kunststoffschicht über geeignete nicht dargestellte Mittel (Transfereinheit) in das offene Verbundfertigungswerkzeug, in dem bereits das erste Stahlwerkstück oder das zweite Aluminium- oder Magnesiumwerkstück abgelegt wurde, vorzugsweise warm eingelegt (Schritt 9'), wobei die Kunststoffschicht insbesondere bereits vorgeformt sein kann und im
Wesentlichen an die Geometrie der Metallwerkstücke angepasst ist, um eine im Wesentlichen vollflächige stoffschlüssige Verbindung erzeugen zu können. Das Verbundfertigungswerkzeug umfasst beispielsweise ein Unterwerkzeug (Matrize) und ein Oberwerkzeug (Stempel). Durch eine
Relativbewegung der beiden Werkzeughälften erfolgt im geschlossenen Zustand (UT) des
Verbundfertigungswerkzeugs unter Temperatur- und Druckeinwirkung eine im Wesentlichen vollflächige stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Kunststoff mit dem ersten Stahlwerkstück und dem Kunststoff mit dem zweiten Aluminium- oder Magnesiumwerkstück (Schritt 13), wobei die Geometrie des ersten und des zweiten Metallwerkstücks aufeinander abgestimmt und die Abmessung des Kunststoffs auf die Geometrie der Metallwerkstücke angepasst sind . Im
Verbundfertigungswerkzeug können Temperierungsmittel zusätzlich integriert sein, die das Werkzeug auf einer voreingestellten Temperatur halten können, wobei diese mögliche Temperaturschwankungen innerhalb des ersten Stahlwerkstücks oder des zweiten Aluminium- oder Magnesiumwerkstück nach dem Einlegen ausgleichen kann und/oder diese insbesondere derart eingestellt wird (abhängig vom Kunststoff), um eine im Wesentlichen vollflächige stoffschlüssige Verbindung sicherstellen zu können. Nach dem Öffnen des Verbundfertigungswerkzeugs wird das fertige Verbundbauteil mit
unterschiedlichen Metallwerkstücken entnommen (Schritt 16).
Die Erfindung ist nicht auf die im Zusammenhang mit der Zeichnung beschriebenen
Ausführungsbeispiele beschränkt.
n
Bezugszeichenliste
Verbundbauteil
erstes Stahlwerkstück
zweites Metallwerkstück
Kunststoff, Kunststoffschicht
Schritte, Prozessschritte, Prozessabfolge

Claims

Ansprüche
Verbundbauteil (1) umfassend mindestens ein erstes Stahlwerkstück
(2), mindestens ein zweites Metallwerkstück
(3) mit mindestens einem dazwischen angeordneten Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff als Kunststoffschicht
(4) ausgebildet ist und im Wesentlichen vollflächig stoffschlüssig mit dem ersten Stahlwerkstück (2) und mit dem zweiten Metallwerkstück (3) verbunden ist, wobei das Stahlwerkstück (2) partiell oder vollständig gehärtet ist.
Verbundbauteil (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Metallwerkstück (3) ein Aluminiumwerkstück, ein Magnesiumwerkstück oder ein Stahlwerkstück, vorzugsweise ein partiell oder vollständig gehärtetes, insbesondere pressgehärtetes Stahlwerkstück ist.
Verbundbauteil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialdicke des ersten Stahlwerkstücks (1) höchstens 1,5 mm, insbesondere höchstens 1,0 mm, vorzugsweise höchstens 0,5 mm, besonders bevorzugt mindestens 0,35 mm beträgt.
Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils umfassend folgende Verfahrensschritte: Bereitstellen zumindest eines ersten Metallhalbzeugs aus einem Stahlwerkstoff und mindestens eines zweiten Metallhalbzeugs, Warmumformen des Stahl Werkstoffs zu einem Stahlwerkstück und Formen des mindestens zweiten Metallhabzeugs zu einem Metallwerkstück, Bereitstellen des Stahlwerkstücks, zumindest eines Kunststoffhalbzeugs und des Metallwerkstücks für eine Verbundbauteilfertigung, Einlegen des zumindest ersten warmen Stahl Werkstücks, des zumindest ersten Kunststoffhalbzeug und des zumindest zweiten Metallwerkstücks in ein Verbundfertigungswerkzeug zur Erzeugung eines Stoffschlusses zwischen den einzelnen Werkstücken, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Stahlwerkstoff zunächst partiell oder vollständig auf eine Temperatur oberhalb von Αα des Stahl Werkstoffs erwärmt wird, zu einem Umform-/ Härtewerkzeug transferiert und eingelegt wird und im Umform-/ Härtewerkzeug zu einem Stahlwerkstück warm umgeformt und/oder (partiell oder vollständig) gehärtet wird, die Geometrie der Metallwerkstücke derart aufeinander abgestimmt sind und die Abmessung des Kunststoffhalbzeugs auf die Geometrie der Metallwerkstücke angepasst ist, so dass im Verbundfertigungswerkzeug unter Wärme- und/oder Druckeinwirkung eine im Wesentlichen vollflächige stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Kunststoffhalbzeug mit dem
Stahlwerkstück und dem Kunststoff ha Ibzeug mit dem zweiten Metallwerkstück erzeugt werden kann.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Metallhalbzeug aus einem Aluminiumwerkstoff, einem Magnesiumwerkstoff oder einem Stahlwerkstoff,
insbesondere einem vergütbaren Stahl Werkstoff bereitgestellt wird, welches zu einem zweiten Metallwerkstück geformt, insbesondere warm geformt wird .
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Stahlwerkstoff partiell oder vollständig bei einer Temperatur oberhalb von Acl erwärmt, zu einem Umform- /Härtewerkzeug transferiert und eingelegt und im Umform-/Härtewerkzeug zu einem
Stahlwerkstück warm geformt und/oder (partiell oder vollständig) gehärtet wird .
7. Verfahren nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das partiell oder vollständig gehärtete erste und/oder zweite Stahlwerkstück bei einer Temperatur oberhalb von 220°C, insbesondere oberhalb von 240°C, vorzugsweise oberhalb von 260°C aus dem Umform- /Härtewerkzeug entnommen und zu dem Verbundfertigungswerkzeug im warmen Zustand transferiert und eingelegt wird .
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder zweite Metallwerkstück vor dem Einlegen in das Verbundfertigungswerkzeug auf eine
Temperatur oberhalb von 220°C, insbesondere oberhalb von 240°C, vorzugsweise oberhalb von 260°C erwärmt wird .
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite Metallwerkstück und/oder das Kunststoffhalbzeug jeweils auf der
Verbindungsoberfläche vor dem Einlegen in das Verbundfertigungswerkzeug mit einer haftvermittelnden Beschichtung partiell oder vollflächig beschichtet wird .
10. Verwendung eines Verbundbauteils nach einem der Ansprüche 1 bis 3, als Fahrzeug- und/oder Fahrwerkstruktur eines Kraftfahrzeugs und/oder Nutzfahrzeugs.
11. Verwendung nach Anspruch 10, als im Crashfall tragende Kraft-/Nutzfahrzeugstruktur wie
Bodenblech, Längsträger, Crashbox, Querträger, Schweller, A-, B-, C-, D-Säule, Querlenker oder Torsionsträger.
PCT/EP2015/075319 2014-12-11 2015-10-30 Verbundbauteil sowie ein verfahren zu seiner herstellung und dessen verwendung WO2016091459A1 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/533,674 US20170305115A1 (en) 2014-12-11 2015-10-30 Composite component and method for the production and use thereof
JP2017529277A JP2018500203A (ja) 2014-12-11 2015-10-30 複合部品、ならびにその製造方法および使用
CN201580067297.6A CN107107559A (zh) 2014-12-11 2015-10-30 复合构件及其制造方法和用途
KR1020177018955A KR20170094336A (ko) 2014-12-11 2015-10-30 복합체 부품, 복합체 부품의 제조 방법 및 복합체 부품의 사용

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014225576.7A DE102014225576A1 (de) 2014-12-11 2014-12-11 Verbundbauteil sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung und dessen Verwendung
DE102014225576.7 2014-12-11

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016091459A1 true WO2016091459A1 (de) 2016-06-16

Family

ID=54396866

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2015/075319 WO2016091459A1 (de) 2014-12-11 2015-10-30 Verbundbauteil sowie ein verfahren zu seiner herstellung und dessen verwendung

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20170305115A1 (de)
JP (1) JP2018500203A (de)
KR (1) KR20170094336A (de)
CN (1) CN107107559A (de)
DE (1) DE102014225576A1 (de)
WO (1) WO2016091459A1 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017203368B4 (de) 2017-03-02 2023-07-06 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zum Versteifen von Metallbauteilen mittels eines robotergeführten Applikationskopfes
DE102017006272A1 (de) 2017-07-01 2019-01-03 Audi Ag Fahrzeugstruktur mit optimiertem Crashverhalten
KR20230012817A (ko) 2021-07-16 2023-01-26 현대자동차주식회사 하이브리드 부품의 제조 방법 및 제조 시스템

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009114349A1 (en) * 2008-03-10 2009-09-17 Gm Global Technology Operations, Inc. Laminated steel sheet
DE102006058601B4 (de) 2006-12-11 2011-04-28 Benteler Automobiltechnik Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Karosserie- und Fahrwerkbauteils sowie Karosserie- und Fahrwerkbauteil
WO2014187982A1 (en) * 2013-05-23 2014-11-27 4A Manufacturing Gmbh Three-dimensional structural member formed by a sandwich structure with foam core between metallic layers

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004044925B3 (de) * 2004-09-14 2005-09-01 Benteler Automobiltechnik Gmbh Bodenstruktur für die Karosserie eines Kraftfahrzeugs
CA2734738C (en) * 2008-08-18 2019-05-07 Productive Research LLC. Formable light weight composites
DE202010002099U1 (de) * 2010-02-09 2011-06-09 Voestalpine Automotive Gmbh Verbundbauteil für ein Fahrzeug
DE102010019992A1 (de) * 2010-05-10 2011-11-10 Volkswagen Ag Karosseriestruktur, insbesondere Bodenstruktur, für ein Kraftfahrzeug
DE102010037817A1 (de) * 2010-09-28 2012-03-29 Thyssenkrupp Steel Europe Ag Struktur- oder Fahrwerkteil eines Kraftfahrzeugs
DE102011101991B3 (de) * 2011-05-19 2012-08-23 Volkswagen Aktiengesellschaft Wärmebehandlung von härtbaren Blechbauteilen
DE102012103472A1 (de) * 2012-04-20 2013-10-24 Thyssenkrupp Steel Europe Ag Verfahren zum Herstellen maßgeschneiderter Leichtbleche

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006058601B4 (de) 2006-12-11 2011-04-28 Benteler Automobiltechnik Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Karosserie- und Fahrwerkbauteils sowie Karosserie- und Fahrwerkbauteil
WO2009114349A1 (en) * 2008-03-10 2009-09-17 Gm Global Technology Operations, Inc. Laminated steel sheet
WO2014187982A1 (en) * 2013-05-23 2014-11-27 4A Manufacturing Gmbh Three-dimensional structural member formed by a sandwich structure with foam core between metallic layers

Also Published As

Publication number Publication date
US20170305115A1 (en) 2017-10-26
JP2018500203A (ja) 2018-01-11
DE102014225576A1 (de) 2016-06-16
KR20170094336A (ko) 2017-08-17
CN107107559A (zh) 2017-08-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3041674B2 (de) Halbzeug und verfahren zur herstellung eines dreidimensional geformten hybridbauteils im metall/kunststoffverbund sowie verwendung eines solchen halbzeugs
EP2496371B1 (de) Verfahren zum herstellen von bauteilen mit bereichen unterschiedlicher duktilität
WO2014082929A1 (de) Verfahren zum herstellen eines strukturbauteils, insbesondere für eine karosserie
EP3329022A1 (de) Karosserie- oder fahrwerkbauteil eines kraftfahrzeuges mit verbesserter crashperformance sowie verfahren zu dessen herstellung
DE102018213456A1 (de) Gestaltungsmerkmale von mit ungleichem Material verstärkten Rohlingen und Stangenpresslingen zum Formen
EP2481569A1 (de) Kraftfahrzeugbauteil und Verfahren zur Herstellung des Kraftfahrzeugbauteils
DE102011111232A1 (de) Leichtbauteil, insbesondere Karosseriesäulenverstärkung und Verfahren zur Herstellung des Leichtbauteils
WO2018141982A1 (de) Halbzeug mit unterschiedlichen eigenschaften
EP3177416B1 (de) Verfahren zur herstellung von warmumgeformten bauteilen
DE102014116695A1 (de) Karosserie- oder Fahrwerkbauteil eines Kraftfahrzeugs mit Korrosionsschutz sowie Verfahren zu dessen Herstellung
DE102014112755A1 (de) Verfahren zum Umformen eines Werkstücks, insbesondere einer Platine, aus Stahlblech
WO2016091459A1 (de) Verbundbauteil sowie ein verfahren zu seiner herstellung und dessen verwendung
DE102008049178A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Formbauteils mit Bereichen unterschiedlicher Festigkeit aus Kaltband
EP2942418B1 (de) Verfahren zur herstellung eines kraftfahrzeugbauteils aus aluminium
WO2017067782A1 (de) Verfahren zum herstellen eines stahlbauteils für ein fahrzeug
EP2838726B1 (de) VERFAHREN ZUM HERSTELLEN MAßGESCHNEIDERTER LEICHTBLECHE
WO2015052352A1 (de) Verfahren zur herstellung eines halbzeugs oder bauteils
DE102007022297A1 (de) Verfahren zum Verbinden von zwei Werkstücken
EP3223965A1 (de) Halbzeug, verfahren zum herstellen eines halbzeugs sowie dessen verwendung
DE102014200144A1 (de) Aus einem Tailored Blank hergestelltes Karosseriebauteil zur Aufnahme einer Crash-Belastung und Fahrzeugkarosserie mit solchem Karosseriebauteil
DE102017211832A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines Halbzeugs, Bauteil hergestellt aus einem Halbzeug und Verwendung
DE102009032651A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Karosserie für ein Kraftfahrzeug und Karosserie
DE19621944A1 (de) Lokal begrenzt verstärktes, tiefziehbares Blech
DE102017220228A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Hybridbauteils aus pressgehärtetem Blech und faserverstärktem Kunststoff, sowie hiermit hergestelltes Hybridbauteil
DE102014017689A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes mit schweißbarem Flansch

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15790094

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017529277

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15533674

Country of ref document: US

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20177018955

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15790094

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1