Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstel ^¬ len eines Bauteils mit Sandwich-Struktur, ein Verfahren zum Herstellen eines Sandwich-Materials, insbesondere zur Verwen ^¬ dung in einem Verfahren zum Herstellen eines Bauteils mit Sandwich-Struktur, und ein Bauteil mit einer Sandwich- Struktur .

Sandwich-Strukturen sind genere 11 aus dem Stand der Technik bekannt. Unter einer Sandwich-Struktur kann allgemein eine Struktur verstanden werden, die zumindest eine im Wesentlichen flache Decklage und eine oftmals mit einer Struktur versehenen Zwischenlage aufweist. Diese beiden Lagen sind miteinander verbunden. Obgleich bereits bei der Kombination einer Decklage mit einer Zwischenlage von einer Sandwich-Struktur gesprochen werden kann weisen die meisten bekannten Sandwich-Strukturen zwei Decklagen auf, zwischen denen eine Zwischenlage angeord- net ist. Eine solche Sandwich-Struktur oder ein Material, weiches diese Sandwich-Struktur aufweist, bringen mehrere Vortei- le mit sich. Zum einen weist diese Struktur ein gutes Verhält ^¬ nis von Steifigkeit zu Gewicht auf. Insbesondere die Struktur der Zwischenlage bewirkt diese gute Steifigkeit, obwohl nur wenig Material verwendet werden muss und insbesondere der Zwi- schenraum zwischen den zwei Decklagen nicht vollständig mit Material ausgefüllt ist. Daraus ergibt sich auch eine gute Wirtschaftlichkeit solcher Strukturen, da Material eingespart werden kann. Aufgrund des sehr vorteilhaften Verhältnisses zwischen Stei ^¬ figkeit und Gewicht werden Sandwich-Strukturen in vielen Bereichen der Technik verwendet. Insbesondere sind hier der Fahrzeugbau sowie der Bereich Luft- und Raumfahrt zu nennen. Generell können Sandwich-Strukturen aber vor allem dort verwendet werden, wo trotz einer hohen Steifigkeit oder allgemei ^¬ ner einer hohen Stabilität ein geringes Gewicht gefordert ist.

Aus der DE 10 2009 025 821 AI ist ein Verfahren zur Herstellung eines Metallbauteils bekannt, bei dem eine Platine teil ^¬ bereichsweise verprägt wird und dadurch eine Struktur mit ver ^¬ prägten und nicht verprägten Bereichen erhält. Diese Platine kann mit einer weiteren Platine, insbesondere einer nicht ver ^¬ prägten Platine, verbunden werden, wodurch Luftspalte zwischen den beiden Platinen entstehen, die sich vorteilhaft auf das Dehnungsvermögen des Bauteils auswirken sollen. Die beiden Platinen können durch Stoffschluss, insbesondere durch Schwei ^¬ ßen, oder durch gemeinsames Umformen und einem daraus resul ^¬ tierenden Formschluss miteinander verbunden werden. Bei dieser Art der Sandwich-Struktur wird jedoch kein Gewichtsvorteil erreicht, da das Material lediglich verprägt und nicht entfernt wird. Das Verprägen ist darüber hinaus allgemein ein relativ aufwändiges und teures Verfahren.

Aus der WO 03/047848 AI ist ein Verbundbauteil bekannt, wel ^¬ ches aus zwei im Wesentlichen flächigen Decklagen und einer Zwischenlage mit einer Struktur besteht. In die entstehenden Zwischenräume zwischen der Zwischenlage und den Decklagen wird ein Füllmaterial, insbesondere ein Polymer, eingebracht. Durch dieses Material soll eine besonders vorteilhafte Absorbie- rungsfähigkeit von Einschlägen, z. B. bei einem Unfall, be ^¬ wirkt werden. Alle drei Lagen bestehen bevorzugt aus Stahl und werden mittels Klebstoffen aneinander befestigt. Obgleich diese Druckschrift auf eine verbesserte Wiederverwertbarkeit von Sandwich-Strukturen abzielt, wird gerade durch die Verklebung der einzelnen Lagen dieser Effekt nicht erreicht. Das Füllma ^¬ terial führt zudem zu einem höheren Gewicht des Bauteils, was ebenfalls als nachteilig anzusehen ist.

Aus der JP 06-007865 A ist ein Bauteil mit einer Sandwich- Struktur bekannt, wobei das Bauteil eine Kurvenform aufweist. Die einzelnen Lagen dieses Bauteils bestehen aus Aluminium, was zwar die Wiederverwertbarkeit erleichtert, jedoch dazu führt, dass das auf diese Weise hergestellte Bauteil außeror ^¬ dentlich teuer ist.

Aus dem Vortrag „Multi-Laminated Composite Parts Designed by Thermo-Mechanical Forming" von N. Barbakadze et al . ist ein mehrschichtiges Bauteil bekannt, bei dem zwei äußere Schichten aus Stahl und eine Zwischenschicht aus Aluminium verwendet werden. Das Material wird einem Presshärteprozess unterzogen. Während des Presshärteprozesses kommt es zu einer Diffusion von Eisen aus dem Stahl in dessen Aluminium-Silizium- Beschichtung einerseits und zu einem Fließen des Aluminiums der Zwischenschicht in die Beschichtung andererseits, wodurch die einzelnen Lagen miteinander verbunden werden. Ein auf diese Weise hergestelltes Bauteil ist kaum recycelbar, da die einzelnen Schichten, die aus unterschiedlichen Materialien bestehen, stoffschlüssig miteinander verbunden werden und somit ein Trennen dieser Schichten im Rahmen eines Recycelprozesses nur schwer möglich ist. Die Verwendung von Aluminium ist zudem als nachteilig anzusehen, da Aluminium sehr teuer ist und somit derartige Bauteile nur schwer wirtschaftlich hergestellt werden können. Das offenbarte Verfahren ist zudem außerordentlich komplex, da die Stahllagen zunächst separat erhitzt werden müssen, da das Aluminium der Zwischenlage bei einem Ofendurchlauf schmelzen würde. Einfache Sandwich-Strukturen, bei denen beispielsweise sowohl zwei Decklagen als auch eine strukturierte Zwischenlage aus Stahl vorgesehen sind, die zur Verbindung miteinander verschweißt werden, sind kaum verformbar, da die einzelnen Verbindungsstellen schon bei geringen Verformungen des Bauteils abreißen. Somit ist ein Presshärten dieser Bauteile nicht möglich. Ohne Presshärtung erreichen auf diese Weise hergestellte Bauteile jedoch keine ausreichenden Steifigkeits- und/oder Festigkeitseigenschaften, weshalb sie für die Verwendung in den oben angegebenen Bereichen nicht geeignet sind.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines recycelbaren Bauteils mit Sandwich-Struktur bereitzustellen, welches verbesserte Steifigkeits- und Festigkeits ^¬ eigenschaften gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Sandwich-Bauteilen aufweist.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Sandwich-Materials, welches in einem Verfah ^¬ ren zum Herstellen eines recycelbaren Bauteils mit Sandwich- Struktur, bei dem das Bauteil pressgehärtet wird, verwendet werden kann, bereitzustellen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Bauteil mit ei ^¬ ner Sandwich-Struktur bereitzustellen, welches besser als aus dem Stand der Technik bekannte Bauteile mit Sandwich-Struktur recycelbar ist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Sandwich- Material bereitzustellen, welches umformbar und insbesondere presshärtbar ist.

Diese Aufgaben werden mit einem Verfahren zum Herstellen eines Bauteils mit Sandwich-Struktur gemäß Anspruch 1, mit einem Verfahren zum Herstellen eines Sandwich-Materials, insbesonde ^¬ re zur Verwendung in einem Verfahren zum Herstellen eines Bauteils mit Sandwich-Struktur gemäß Anspruch 12 sowie einem Bauteil mit einer Sandwich-Struktur gemäß Anspruch 14 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche .

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Bauteils mit Sandwich-Struktur besteht aus folgenden Schritten:

Bereitstellen zumindest einer im Wesentlichen flächigen Decklage aus einem Eisenwerkstoff;

Einbringen einer Struktur in eine im Wesentlichen flächige Zwischenlage aus einem Eisenwerkstoff;

zumindest teilweises Verzinken von Kontaktbereichen der Zwischenläge ;

übereinander Anordnen der Decklage und der Zwischenlage zu einem Verbund, so dass die Kontaktbereiche der Zwischenla ^¬ ge an einer Decklage anliegen;

Presshärten des Verbunds.

Durch die Verwendung von Eisenwerkstoffen sowohl für die zumindest eine Decklage als auch für die Zwischenlage wird die Wiederverwertbarkeit , also die Recycelfähigkeit des erfin ^¬ dungsgemäß hergestellten Bauteils deutlich erleichtert. Auch das Zink, welches in den Kontaktbereichen der Zwischenlage aufgebracht wird, vermindert diesen Effekt nicht, da ein recy- celn von verzinkten Stahlbauteilen ohne Weiteres möglich ist. Das Verzinken der Kontaktbereiche führt aber dazu, dass sich die Zwischenlage während des Presshärteprozesses mit der zu ^¬ mindest einen Decklage verbindet. Dabei diffundiert Zink in beide Lagen ein und stellt somit eine Verbindung her. Der Verbund bleibt jedoch umformbar und somit presshärtebar , da das Zink ausreichend weich ist und somit eine Art Gleiten der ein ^¬ zelnen Lagen zueinander während des Umformens ermöglicht.

Der Presshärteprozess kann dabei sowohl nach dem direkten als auch nach dem indirekten Presshärteverfahren durchgeführt werden. Beim direkten Presshärteverfahren wird eine Platine, hier bestehend aus dem Verbund, in einem Ofen auf Austenitisie- rungstemperatur erwärmt und anschließend gleichzeitig umge ^¬ formt und abschreckgehärtet. Beim indirekten Presshärteverfahren wird die Platine, bestehend aus dem Verbund, kalt umge ^¬ formt, anschließend in einem Ofen erwärmt und schließlich in einer Form abschreckgehärtet. Das Verbinden der einzelnen Lagen mittels Zinkdiffusion kann dabei vorteilhafterweise wäh ^¬ rend des jeweiligen Erwärmungsschrittes bei dem Presshärten erfolgen. Alternativ oder zusätzlich ist es jedoch auch möglich, das Verbinden der einzelnen Lagen vor dem Presshärteprozess durchzuführen, wobei der Verbund teilbereichsweise, ins ^¬ besondere in den Bereichen, in denen die Kontaktbereiche der Zwischenlage an einer Decklage anliegen, erwärmt wird.

Vorteilhafterweise wird der Verbund in einem kontinuierlichen Prozess hergestellt, wobei beispielsweise das Grundmaterial aller drei Schichten von einem Coil abgerollt wird und anschließend in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird.

Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besteht die zumindest eine Decklage aus Bor-Mangan-Stahl, ins ^¬ besondere aus 22MnB5. Mangan-Bor-Stähle und insbesondere

22MnB5 ist besonders gut presshärtebar und weist ausgesprochen gute Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften auf.

Um weitere Gewichtsersparnisse zu erzielen und somit ein noch besseres Verhältnis zwischen Steifigkeit und Gewicht zu erla ^¬ gen ist bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungs- gemäßen Verfahrens vorgesehen, dass die Zwischenlage ein Gewe ^¬ be und/oder Geflecht und/oder Streckmetall aufweist und/oder aus diesen gebildet wird. Durch die Strukturierung der Zwischenlage sind selbst solche Materialien zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren geeignet und das Gesamtgewicht des Bauteils kann weiter vermindert werden.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Struktur, die in die Zwischenlage eingebracht wird, eine zu ^¬ mindest in einer Richtung periodische Struktur. Auf diese Wei ^¬ se wird eine besonders einfache und daher wirtschaftliche Her ^¬ stellung der Struktur ermöglicht, da diese ohne Weiteres bei einem kontinuierlichen Prozess in die Zwischenlage eingebracht werden kann.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Struktur in die Zwischenlage eingebrachte Strukturelemente auf. Die Strukturelemente können vorteilhafterweise mittels eines Stempels eingebracht werden und weisen dann entsprechend eine Grundform auf, die der des Stempels entspricht. Als mög ^¬ liche Grundformen kommen hier insbesondere Vielecke sowie Tra ^¬ peze, Kreise und Waben in Frage. Der hierdurch erzielte Vor ^¬ teil liegt darin, dass die Kontaktbereiche, in denen die Zwi ^¬ schenlage an einer Decklage anliegt, vergrößert werden. Je größer diese Bereiche sind, desto ausgeprägter ist die Verbin ^¬ dung zwischen der Zwischenlage und einer Decklage.

Während bei den Ausführungen zu der Erfindung zumeist von einer Zwischenlage und einer oder zwei Decklagen gesprochen wird, so kann die Erfindung auch auf ein Bauteil oder ein Material mit mehr Lagen bezogen werden. So wäre es beispielswei ^¬ se möglich, dass ein Bauteil mit einer Sandwichstruktur zwei Zwischenlagen und drei Decklagen aufweist, wobei sich die La ^¬ gen jeweils abwechseln. Auch solche Bauteil oder das zugrunde- liegende Sandwich-Material sowie weitere Ausführungsformen mit unterschiedlichen Anzahlen von Deck- und/oder Zwischenlagen können durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt wer ^¬ den .

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird für die Decklage ein Material mit einer Dicke von d -S 1,0 mm, ins ^¬ besondere d -S 0,5 mm verwendet. Es hat sich herausgestellt, dass bereits Decklagen mit einer solch geringen Dicke in dem Verbund ausreichen, damit der Verbund eine gute Steifigkeit und Festigkeit aufweist.

Durch die Verwendung von Eisenwerkstoffen, insbesondere in der Decklage, ist es auch möglich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Decklage mit einem Korrosionsschutz zu versehen. Als besonders vorteilhaft hat sich hier eine Verzinkung der Decklage herausgestellt. Dabei muss der Korrosionsschutz nicht zwingendermaßen teilbereichsweise, also beispielsweise nur auf der Seite der Decklage, die nicht mit der Zwischenlage verbun ^¬ den ist, aufgebracht werden. Vielmehr kann die Decklage voll ^¬ ständig mit einem Korrosionsschutz versehen werden.

Bei den Kontaktbereichen der Zwischenlage, die verzinkt wer ^¬ den, handelt es sich vorteilhafterweise um Extrempunkte der Zwischenlage, da diese Punkte in der Regel mit einer Decklage in Berührung kommen. In diesen Extrempunkten weist die Zwischenlage eine große Abweichung von ihrer Ursprungsform auf. Werden Strukturelemente in die Zwischenlage eingebracht, die eine flächige Grundform aufweisen, so sind diese Flächen als Ansammlung von Extrempunkten zu verstehen, die daher vorzugsweise vollflächig verzinkt werden. Die Verzinkung der Zwischenlage und ggf. der Deckschichten erfolgt dabei insbesonde ^¬ re bevor der Verbund hergestellt wird. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden vor dem Presshärten die zumindest eine Decklage und die Zwischenlage in zumindest einem Teil der Kontakt ^¬ bereiche verbunden, insbesondere verlötet und/oder ver ^¬ schweißt. Dieses Stoffschlüssige Verbinden dient vor allem ei ^¬ ner gewissen Grundstabilität beim Transport des Verbunds in das Presshärtewerkzeug und/oder den Ofen, in dem das Bauteil im Rahmen des Presshärteprozesses erwärmt wird. Es ist durch ^¬ aus möglich, dass diese Stoffschlüssigen Verbindungen während des Presshärteprozesses und insbesondere der Umformung reißen, dies ist jedoch nachrangig, da die Verbindung der einzelnen Lagen im Wesentlichen über die Zinkdiffusion hergestellt wird.

Damit das Recyceln des erfindungsgemäß hergestellten Bauteils möglichst vereinfacht wird ist bei vorteilhaften Weiterbildun ^¬ gen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass bei der Herstellung des Bauteils nur Eisenwerkstoffe, insbesondere Stahl und Zink verwendet werden. Es kommen somit bei diesen Weiterbildungen weder Klebstoffe noch Kunststoffe wie bei ^¬ spielsweise Faserverbundwerkstoffe und ebenfalls kein Alumini ^¬ um vor, wodurch das Bauteil ausgesprochen leicht recycelbar ist .

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Sandwich- Materials, insbesondere zur Verwendung in einem Verfahren gemäß einer der vorherigen Ausführungen weist folgende Schritte auf :

Bereitstellen zumindest einer im Wesentlichen flächigen Decklage aus einem Eisenwerkstoff;

Einbringen einer Struktur in eine im Wesentlichen flächige Zwischenlage aus einem Eisenwerkstoff;

Zumindest teilweises Verzinken von zumindest Kontaktberei ^¬ chen der Zwischenlage; übereinander Anordnen der Decklage und der Zwischenlage zu einem Verbund, so dass die Kontaktbereiche an der Decklage anliegen; und

Zumindest teilbereichsweises Erwärmen des Verbunds, insbe ^¬ sondere an den Kontaktbereichen.

Dieses Verfahren ähnelt im Kern dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Bauteils mit Sandwich-Struktur, zielt jedoch vor allem darauf ab, lediglich das dem Bauteil mit Sandwich-Struktur zugrundeliegende Sandwich-Material bereitzu ^¬ stellen. Dieses Sandwich-Material kann dann u. a. in dem er ^¬ findungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Bauteils mit Sandwich-Struktur verwendet werden, wobei dann erfindungsgemäß lediglich ein Presshärten des Verbunds erfolgen muss. Das erfindungsgemäß hergestellte Sandwich-Material eignet sich somit zur Weiterverwendung in anderen Herstellungsverfahren. Da das Sandwich-Material bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht zwingend einer Härtebehandlung unterzogen wird, wird die Verbindung der einzelnen Lagen des Sandwich-Materials dadurch erreicht, dass der Verbund teilbereichsweise erwärmt wird. Dies kann vorteilhafterweise mittels einer Induktionsbehandlung des Verbunds oder auf andere Art und Weise erreicht werden. Durch diese Erwärmung diffundiert das Zink in den Kontaktbereichen in die anliegende Decklage, wodurch eine Verbindung der beiden Lagen erreicht wird.

Auch das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Sand ^¬ wich-Materials wird vorteilhafterweise in einem kontinuierli ^¬ chen Prozess durchgeführt, wobei das hergestellte Sandwich- Material vorteilhafterweise am Ende des Herstellungsprozesses in einzelne Platinen unterteilt oder auf ein Coil aufgewickelt wird. Dadurch ist ein Transport und eine Weiterverarbeitung des erfindungsgemäß hergestellten Sandwich-Materials ohne Wei ^¬ teres möglich. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Sandwich-Materials ist vorge ^¬ sehen, dass das Sandwich-Material dressiert und/oder die zu ^¬ mindest eine Decklage und die Zwischenlage zusätzlich verbun ^¬ den, insbesondere verschweißt werden. Es hat sich gezeigt, dass auch das Sandwich-Material dressierbar ist und somit auf diese Weise die gleichen vorteilhaften Effekte des Dressierens erzielt werden können, wie dies bei herkömmlichen, einlagigen Platinen der Fall ist. Das zusätzliche Verbinden von Deck- und Zwischenlage dient vor allem einer zusätzlichen Transportsi ^¬ cherheit .

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Sandwich- Materials kann insbesondere auf die gleiche Art und Weise wei ^¬ tergebildet werden wie das Verfahren zum Herstellen eines Bauteils mit Sandwich-Struktur. Insbesondere die Ausführungen zu den verwendeten Materialien, zum Aufbau der Struktur in der Zwischenlage sowie zum Korrosionsschutz der Decklage können entsprechend als vorteilhafte Weiterbildungen auf das erfin ^¬ dungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Sandwich-Materials angewendet werden.

Das erfindungsgemäße Bauteil mit einer Sandwich-Struktur weist eine dreidimensionale Form mit zumindest einer Decklage aus einem Eisenwerkstoff und einer Zwischenlage aus einem Eisen ^¬ werkstoff auf, wobei die Zwischenlage eine Struktur aufweist. Das erfindungsgemäße Bauteil ist insbesondere dadurch gekenn ^¬ zeichnet, dass die zumindest eine Decklage mit der Zwischenla ^¬ ge mittels Zinkdiffusion verbunden ist. Es hat sich herausge ^¬ stellt, dass bereits die Verbindung mittels Zinkdiffusion eine ausreichende Verbindung zwischen den einzelnen Lagen des Bauteils mit Sandwich-Struktur bewirkt. Eine Weiterverarbeitung des erfindungsgemäßen Bauteils ist ohne Weiteres möglich. So kann das Bauteil beispielsweise la ^¬ ckiert oder anderweitig beschichtet werden. Auch ein Einbrin ^¬ gen von Befestigungseinrichtungen und/oder Löchern, mittels denen eine Befestigung des Bauteils möglich ist, ist ohne Wei ^¬ teres möglich. Vorteilhafterweise ist das erfindungsgemäße Bauteil pressgehärtet. Im Rahmen einer Weiterverarbeitung ist dabei möglich, dass das Bauteil teilbereichsweise angelassen wird um eine inhomogene Verteilung der Festigkeits- und Stei ^¬ figkeitseigenschaften in dem Bauteil zu erreichen. Auch ein nur teilbereichsweises Presshärten ist möglich.

Damit das erfindungsgemäße Bauteil möglichst wiederverwertbar ist besteht es nur aus Eisenwerkstoffen, insbesondere Stahl, und Zink. Insbesondere sind dabei keinerlei Klebstoffe, Füll ^¬ stoffe zum Ausfüllen von Zwischenräumen zwischen Decklage und Zwischenlage, Kunststoffe oder Aluminium vorhanden. Dadurch wird das Bauteil besonders einfach recycelbar.

Durch die erfindungsgemäßen Verfahren werden demnach ein Sandwich-Material und ein Bauteil mit Sandwich-Struktur bereitge ^¬ stellt, die beide leicht zu recyceln sind und gleichzeitig er ^¬ höhte Anforderungen and die Festigkeit, den Korrosionsschutz, die Oberflächeneigenschaften und das Verhältnis von Stabilität zu Gewicht erfüllen. Bei den erfindungsgemäßen Verfahren ist ein verheiraten, also ein Verbinden der einzelnen Lagen nach dem Erwärmen im Rahmen des Presshärteprozesses nicht notwen ^¬ dig, da sämtliche Materialien den dort entstehenden Temperatu ^¬ ren standhalten können und die einzelnen Lagen daher bereits vor einem Erwärmungsschritt im Rahmen des Presshärteverfahrens miteinander verbunden werden können.