Pressqehärtetes Blechbauteil mit wenigstens einer Sollbruchstelle, sowie

Bauteilverbund und Kraftfahrzeugkarosserie mit solchem Blechbauteil

Die Erfindung betrifft ein Blechbauteil aus einem pressgehärteten Stahlblechmaterial bzw. ein pressgehärtetes Blechbauteil, wobei es sich insbesondere um ein

Karosseriebauteil für ein Kraftfahrzeug handelt.

Die Erfindung betrifft ferner einen mehrere Bauteile umfassenden Bauteilverbund für eine Kraftfahrzeugkarosserie und auch eine Kraftfahrzeugkarosserie.

Unter einem pressgehärteten Blechbauteil wird ein aus pressgehärtetem

Stahlblechmaterial gebildetes Blechformteil verstanden. Ein pressgehärtetes

Blechbauteil ist also ein durch Presshärten bzw. Formhärten eines

Stahlblechmaterials hergestelltes flächiges Bauteil. Zum Presshärten wird das Stahlblechmaterial auf Austenitisierungstemperatur erwärmt und anschließend in einem Presshärtewerkzeug geformt und hierbei gleichzeitig rasch abgekühlt, wodurch erhebliche Festigkeitssteigerungen erzielt werden (bspw. werden

Zugfestigkeiten von bis zu 1300 MPa und mehr erreicht). Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zum Presshärten und entsprechende Vorrichtungen bekannt. Stellvertretend wird auf die sehr ausführlichen Erläuterungen in der

DE 10 2011 053 698 B3 hingewiesen.

Die hohe Festigkeit pressgehärteter Blechbauteile ist jedoch verbunden mit einer relativ geringen Duktiiität bzw. Bruchdehnung. Pressgehärtete Blechbauteile neigen daher dazu, bei einem Unfall bereits nach geringer Verformung zu brechen, weshalb die Menge an Kollisionsenergie, die bei einem Unfall oder dergleichen durch eine Verformung aufgenommen und abgebaut werden kann, eher gering ist. Fernen kann es bei unfallbedingten Verformungen zu unkontrollierten Brüchen kommen, was zur Entstehung von scharfen Kanten und/oder klaffenden Spalten führen und somit ein beträchtliches Verletzungsrisiko darstellen kann. In der DE 20 2012 000 616 U1 wird ein Struktur- und/oder Karosseriebauteil für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, welches durch Warmformen und Presshärten hergestellt ist, wobei dieses Bauteil nach dem Presshärten mindestens zwei

Gefügebereiche unterschiedlicher Festigkeit und/oder unterschiedlicher Duktilität aufweist. Ein erster Bereich des Bauteils weist im Wesentlichen martensitisches Gefüge auf und ein gegenüber dem ersten Bereich mit geringerer Festigkeit und/oder höherer Duktilität versehener zweiter Bereich weist ein im Wesentlichen bainitisches Gefüge auf. Dadurch wird erreicht, dass das Bauteil bereichsweise für individuelle Belastungen, insbesondere Crashbelastungen, ausgelegt werden kann. Solche Bauteile sind allerdings aufwändig herzustellen und sind zuweilen extrem

unwirtschaftlich.

Zum Stand der Technik wird ferner auch auf die DE 10 2012 024 626 A1 , die eine Bainitisierung des pressgeformten Blechbauteils in einem Verzinkungsbad

vorschlägt, und auf die DE 10 20 2 201 267 A1 , die ein sich an das Presshärten anschließende Anlassen pressgehärteter Bauteile vorschlägt, hingewiesen.

Mit der Erfindung sollen Alternativen zu den aus dem Stand der Technik bekannten Maßnahme und Vorgehensweisen geschaffen werden.

Dies gelingt mit einem erfindungsgemäßen pressgehärteten Blechbauteil

entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 1 und mit einem erfindungsgemäßen Bauteilverbund entsprechend den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs. Mit einem weiteren nebengeordneten Anspruch erstreckt sich die Erfindung auch auf eine erfindungsgemäße Kraftfahrzeugkarosserie, die wenigstens ein

erfindungsgemäßes Blechbauteil und/oder einen erfindungsgemäßen Bauteilverbund aufweist. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich analog für alle Erfindungsgegenstände sowohl aus den jeweils abhängigen Ansprüchen als auch aus den nachfolgenden Erläuterungen.

Das erfindungsgemäße pressgehärtete Blechbauteil weist wenigstens einen überhärteten Bauteilbereich auf, der dazu vorgesehen ist, bei Crashbelastung als Sollbruchstelle zu fungieren. Unter einem überhärteten Bauteilbereich wird ein Bereich bzw. Flächenabschnitt des Blechbauteils verstanden, in dem das Blechmaterial bezüglich der anderen Bereiche eine deutlich höhere Härte bzw. Festigkeit und eine wesentlich geringere Duktilität aufweist. Bevorzugt weist das Stahlblechmaterial in einem überhärteten

Bauteilbereich ein im Wesentlichen reines martensitisches Gefüge oder ein Gefüge mit einem sehr hohen martensitischen Gefügeanteil auf, wohingegen außerhalb des überhärteten Bauteilbereichs ein Mischgefüge vorliegt, das neben martensitischen Gefügeanteilen z. B. auch bainitische und/oder ferritische Gefügeanteile aufweisen kann.

Das erfindungsgemäße Blechbauteil ist in einem überhärteten Bauteilbereich am sprödesten bzw. weist dort die geringste Duktilität auf. Bei Crashbelastungen und damit einhergehenden Crashverformungen reißt und/oder bricht das

erfindungsgemäße pressgehärtete Blechbauteil zuerst in einem solchen überhärteten Bauteilbereich. Das erfindungsgemäße pressgehärtete Blechbauteil weist also wenigstens einen überhärteten Bauteilbereich auf, der eine definierte, d. h.

positionsvorgegebene, Sollbruchstelle bildet bzw. darstellt.

Die Erfindung schlägt also eine neue Richtung ein, indem, anders als im Stand der Technik, nicht versucht wird durch Duktilitätserhöhung Reißer und/oder Brüche zu vermeiden, sondern gegensätzlich zur bisherigen Vorgehensweise durch gezielte lokale Duktilitätsverringerung (bzw. durch Versprödung mittels Überhärtung) Reißer und/oder Brüche an definierten Stellen zuzulassen. Dem Konstrukteur und/oder Entwickler stehen dadurch neue Möglichkeiten zur Gestaltung crashrelevanter Karosseriebauteile und auch übergeordneter Karosseriestrukturen zur Verfügung.

Ein überhärteter Bauteilbereich kann beim Presshärten bzw. während des

Presshärtens erzeugt werden. Bspw. kann die Kühleinrichtung des verwendeten Presshärtewerkzeugs im betreffenden Abschnitt für eine lokal stärkere bzw.

intensivere Kühlung ausgelegt sein. Ferner kann im betreffenden Werkzeugabschnitt die Flächenpressung lokal erhöht sein, um einen besseren Wärmeübergang zu erreichen. Für den betreffenden Werkzeug abschnitt können auch spezielle

Werkzeugmaterialien eingesetzt werden, die eine gute Wärmeleitung ermöglichen. Gegenüber den bislang im Stand der Technik beschriebenen Vorgehensweisen, die auf eine Duktilitätssteigerung abzielen, erfolgt quasi eine„umgekehrte

Temperaturführung", die auf eine Duktilitätsverringerung abzielt. Der wenigstens eine überhärtete Bauteilbereich kann also direkt beim Presshärten des zuvor erwärmten Stahlblechmaterials erzeugt werden, so dass in vorteilhafter Weise kein zusätzlicher Arbeitsschritt, wie bspw. eine sich an das Presshärten anschließende

Wärmebehandlung, erforderlich ist.

Bei dem Stahlblechmaterial handelt es sich insbesondere um einen Mangan-Bor- Stahl, wie bspw. 16MnB5, 20MnB5 oder 22MnB5. Die Blechstärke bzw. Blechdicke des Stahlblechmaterials liegt bevorzugt in einem Bereich von 0,5 mm bis 6,0 mm und insbesondere in einem Bereich von 0,8 mm bis 3,0 mm. Bevorzugt weist das erfindungsgemäße Blechbauteil eine im Wesentlichen homogene Blechdicke auf, wobei das erfindungsgemäße Blechbauteil durch Verwendung von so genannten Tailored Blanks auch eine inhomogene Blechdicke aufweisen kann.

Das Blechmaterial des erfindungsgemäßen Blechbauteils kann außerhalb eines überhärteten Bauteilbereichs eine im Wesentlichen homogene Festigkeit aufweisen, die insbesondere in einem Festigkeitsbereich von 1300 MPa bis 1500 MPa liegt.

Außerhalb eines überhärteten Bauteilbereichs kann das Blechmaterial auch unterschiedliche Festigkeiten aufweisen. Damit ist gemeint, dass das

erfindungsgemäße Blechbauteil, wie in der DE 20 2012 000 616 U1 beschrieben, wenigstens einen ersten Bauteilbereich und wenigstens einen zweiten Bautelbereich mit unterschiedlicher Festigkeit und/oder unterschiedlicher Duktilität aufweist (wobei auch wenigstens ein ungehärteter oder nur gering gehärteter Bereich vorgesehen sein kann), sowie auch wenigstens einen dritten überhärteten Bauteilbereich. Ein erster Bereich kann bspw. eine Festigkeit von 300 MPa bis 500 MPa und ein zweiter Bereich kann bspw. eine Festigkeit von 1300 MPa bis 1500 MPa aufweisen. Ein duktiler erster Bereich verfügt bei Crashbelastung über ein gutes

Deformationsverhalten, wohingegen ein überhärteter dritter Bereiche als

Sollbruchstelle fungiert. Das erfindungsgemäße Blechbauteil kann derart ausgebildet sein, dass bei Crashbelastung zunächst duktile Bereiche verformt werden und zeitversetzt in wenigstens einem überhärteten Bereich ein Riss und/oder Bruch entsteht.

In einem überhärteten Bauteilberetch kann das Blechmaterial eine Festigkeit aufweisen, die um mindestens 100 MPa, bevorzugt um mindestens 200 MPa, besonders bevorzugt um mindestens 300 MPa und insbesondere um mindestens 400 MPa über der höchsten Blech- bzw. Material-Festigkeit außerhalb des überhärteten Bauteilbereichs liegt. Die Festigkeit in einem überhärteten

Bauteilbereich kann bspw. mindestens 1600 MPa, bevorzugt mindestens 1700 MPa, besonders bevorzugt mindestens 1800 MPa und insbesondere mindestens

1900 MPa betragen. Die Festigkeit in einem überhärteten Bauteilbereich kann auch bis zu 2000 MPa und mehr betragen. Bevorzugt ist die hohe Festigkeit in einem überhärteten Bauteilbereich homogen ausgebildet.

Ein überhärteter Bauteilbereich kann sich von einer Außenkante des Blechbauteils zu wenigstens einer anderen Außenkante des Blechbauteils erstrecken. Bevorzugt erstreckt sich ein überhärteter Bauteilbereich bandartig zwischen zwei Außenkanten des Blechbauteils. Bei einer Crashbelastung entsteht an der durch die Überhärtung des Blechmaterials gebildeten Sollbruchstelle zwischen den betreffenden

Außenkanten ein Riss- und/oder Bruch, wobei es gegebenenfalls zu einer vollständigen Durchtrennung kommen kann. Ein Durchbrechen und/oder

Durchreißen ist jedoch nicht zwingend vorgesehen.

Bei dem erfindungsgemäßen pressgehärteten Blechbauteil handelt es sich insbesondere um ein Karosseriebauteil für ein Kraftfahrzeug, wie bspw. einen Querträger, einen Dachspriegel, einen Seitenschweiler, einen Längsträger, eine A- oder B-Säule, einen Motorträger oder dergleichen. Besonders bevorzugt handelt es sich um ein Verstärkungs- bzw. Versteifungsteil für eine Kraftfahrzeugkarosserie, wie bspw. eine Seitenschwellerverstärkung, eine Längsträgerverstärkung, eine

Säulenverstärkung, eine Tunnelverstärkung oder dergleichen. Bei dem

erfindungsgemäßen pressgehärteten Blechbauteil kann es sich aber auch um ein Fahrwerksbauteil handeln. Der erfindungsgemäße Bauteilverbund weist wenigstens ein erfindungsgemäßes pressgehärtetes Blechbauteil auf, das bei Crashbelastungen in wenigstens einem überhärteten Bauteilbereich reißen und/oder brechen kann, um dadurch

Kollisionsenergie gezielt in andere Bauteile und insbesondere in benachbarte Bauteile des Bauteilverbunds umzuleiten bzw. umzulenken. Bevorzugt ist vorgesehen, dass wenigstens ein anderes und insbesondere benachbartes Bauteil als Energieabsorptionselement ausgebildet ist, das Kollisionsenergie durch definierte Verformung (d. h. durch Verformung mit vorgegebenen Verformungsmöglichkeiten) aufnehmen und abbauen kann.

Bei einem Unfall wird Crashenergie (Aufprallenergie) also gezielt umgelenkt und bspw. von Fahrzeuginsassen weggelenkt, was durch das Reißen und/oder Brechen eines erfindungsgemäßen pressgehärteten Blechbauteils an wenigstens einer durch Überhärtung vorgegebenen Sollbruchstelle ermöglicht wird. Im Stand der Technik wird hingegen versucht, ein solches Reißen und/oder Brechen zu vermeiden und/oder Kollisionsenergie durch ermöglichte Verformung des pressgehärteten Blechbauteils abzubauen.

Ein erfindungsgemäßer Bauteilverbund ist bspw. ein aus mehreren Bauteilen gebildetes Zusammenbauteil (bspw. ein als Zusammenbauteil ausgebildetes Karosseriebauteil) für eine Kraftfahrzeugkarosserie, wie z. B. in der

DE 10 2013 007 805 A1 beschrieben. Ein erfindungsgemäßer Bauteilverbund kann aber auch Bestandteil einer Kraftfahrzeugkarosserie bzw. ein baulich integrierter Karosseriestrukturbereich sein. So oder so umfasst ein erfindungsgemäßer

Bauteilverbund weitere Bauteile, die in geeigneter Weise mit dem

erfindungsgemäßen pressgehärteten Blechbauteil gefügt sind, wobei es sich z. B. um Gussteile, Blechteile oder Blechformteile (insbesondere auch mit unterschiedlichen Festigkeiten), Profilteile, Kunststoff- oder Kunststoffverbundteile (bspw. CFK-Teile, GFK-Teile) und/oder dergleichen handeln kann. Jedes dieser Bauteile kann als Energieabsorptionselement ausgebildet sein.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Fig. 1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung den Vorderbau einer

Kraftfahrzeugkarosserie.

Fig. 2 zeigt, ebenfalls in einer perspektivischen Darstellung, den vorderen

Querträger des Vorderbaus aus Fig. 1.

Der in Fig. 1 schematisch und ohne konstruktive Details gezeigte Vorderbau 100 einer PKW-Kraftfahrzeugkarosserie weist zwei Längsträger 111 und 112 auf, die an ihren vorderen Enden durch einen vorderen Querträger 120 verbunden sind. Bei den Längsträgern 1 1/ 12 und dem vorderen Querträger 120 handelt es sich um besonders crashrelevante bzw. crashfunktionale Karosseriebauteile. Der Vorderbau 100 umfasst ferner zwei ebenfalls mit dem vorderen Querträger 120 verbundene Stützträger 131 und 132, sowie mehrere obere Trägerelemente 141 , 142 und 143.

In dem gezeigten Beispiel bilden der vordere Querträger 120, die vorderen Enden bzw. Abschnitte der Längsträger 111/ 2 und die beiden Stützträger 131/132 einen Karosseriestrukturbereich, wobei es sich im Sinne der Erfindung um einen

Bauteilverbund handelt, dem ergänzend auch weitere Komponenten, wie bspw. die Trägerelemente 141/142/143, zugerechnet werden können.

Zum gezeigten Ausschnitt der Kraftfahrzeugkarosserie gehören ferner eine

Stirnwand 150 mit einem oberen Stirnwand-Querträger bzw. Windschutzscheiben- Querträger 155, mehrere Dachspriegel 160, zwei Seitenschweller 171 und 172, zwei A-Säulen 181 und 182 und ein Tunnel 190.

Fig. 2 zeigt einen als pressgehärtetes Blechformteil ausgebildeten vorderen

Querträger 120, der gemäß Fig. 1 an seinen beiden Enden mit den Längsträgern 11 1/112 und Stützträgern 131/132 verbunden ist. Dieser vordere Querträger 120 weist einen überhärteten Bauteilbereich bzw. eine überhärtete Zone 125 auf, in dem bzw. in der das Stahlblechmaterial M aufgrund einer beim Presshärten erfolgten Überhärtung über eine nur sehr niedrige Duktilität verfügt, so dass es an dieser Stelle bei einer Crashbelastung (wie beispielhaft mit dem Pfeil F veranschaulicht) zu einer Riss- und/oder Bruchentstehung kommt. Der überhärtete Bauteilbereich 125 erstreckt sich zwischen den gegenüberliegenden Längskanten in einem zusammenhängenden Flächenstück (bzw. Flächenabschnitt), innerhalb dem das Blechmaterial M eine sehr hohe und im Wesentlichen homogene Festigkeit aufweist. In analoger Weise kann der Querträger 120 mehrere überhärtete Bauteilbereiche aufweisen.

Das Bauteilversagen an der durch Überhärtung vorgegebenen Stelle ist beabsichtigt. Dadurch wird die auftretende Kollisionsenergie gezielt in die benachbarten

Längsträger 1 1 1/112 und Stützträger 131/132 umgelenkt und von diesen

weitergeleitet, bspw. in die Trägerelemente 141/142/143, und/oder kann von diesen durch Verformung aufgenommen und abgebaut werden.

Die Längsträger 1 1/1 12 und Stützträger 131/132 können quasi als

Energieabsorptionselemente fungieren und sind bevorzugt entsprechend

ausgebildet, so dass eine definierte Verformung (d. h. Verformung mit vorgegebenen Verformungsmöglichkeiten) ermöglicht wird. Auch die Trägerelemente 141/142/143 können als Energieabsorptionselemente fungieren und entsprechend ausgebildet sein.

In analoger Weise können auch andere pressgehärtete Karosseriebauteile, wie bspw. die Stirnwandverstärkung bzw. der Stirnwand-Querträger 155, mit

überhärteten Bereichen bzw. Zonen ausgebildet sein, die in der beschriebenen Weise Sollbruchstellen darstellen.

Bezugszeichenliste

Pressgehärtetes Blechbauteil mit wenigstens einer Sollbruchstelle, sowie Bauteilverbund und Kraftfahrzeugkarosserie mit solchem Blechbauteil

100 Vorderbau (Kraftfahrzeugkarosserie)

11 1 Längsträger

112 Längsträger

120 Querträger

125 Überhärteter Bereich, Sollbruchstelle

131 Stützträger

132 Stützträger

141 Trägerelement

142 Trägerelement

143 Trägerelement

150 Stirnwand

155 Stirnwand-Querträger

160 Dachspriegel

171 Seitenschweller

172 Seitenschweller

181 A-Säule

182 A-Säule

190 Tunnel

F Crashbelastung

M Stahlblechmaterial