Verwendung eines Leichtbaustahls

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines hochfesten, Aluminium und Silicium enthaltenden Leichtbaustahls.

Ein derartiger Stahl ist aus der EP 889 144 B1 bekannt, deren Anmeldegegenstand das Problem zu Grunde liegt, einen gut kaltumformbaren, insbesondere gut tiefziehfä- higen, Leichtbaustahl mit einer Zugfestigkeit bis 1100 MPa und mit TRIP- und TWIP-Eigenschaften zu finden, der mit preiswerten Elementen legiert und daher kostengünstig herstellbar ist und zur Herstellung von hoch beanspruchten Blechteilen verwendbar ist. Die Lösung dieses Problems wird gemäss der EP 889 144 B1 durch die Verwendung eines kaltumformbaren, insbesondere tiefziehfähigen, austenitischen Leichtbaustahls herbeigeführt, welcher eine Zugfestigkeit bis 1100 MPa sowie TRIP- (Transformation Induced Plasticity) und TWIP- (Twinning Induced Plasticity) Eigenschaften aufweist.

Der aus der EP 889 144 B1 bekannte Stahl weist (in Masseprozent) folgende Zusammensetzung auf: 1 bis 6 % Si, 1 bis 8 % AI, wobei die Summe des Aluminium- und des Siliciumgehaltes kleiner als 12 % ist, 10 bis 30 % Mn, wobei der Rest im Wesentlichen aus Eisen einschliesslich der üblichen Stahlbegleitelemente besteht. Bevorzugt enthält dieser Leichtbaustahl je 2 bis 4 % Si und AI sowie 24 bis 26 % Mn und als Rest im wesentlichen Eisen.

Der Stahl wird als Blech gemäß dem genannten Patent für Karosserieteile und versteifende Karosserieelemente eingesetzt. Auch ein möglicher Einsatz als Werkstoff für warm- und/oder kaltgewalzte Bleche für im Tieftemperaturbereich eingesetzte Behälter und/oder Rohrleitungen wird genannt.

Gemäß dem Patent EP 889 144 B1 zusammengesetzte Stähle zeichnen sich durch Fliessspannungen von 400 MPa aus, die infolge der hohen Verfestigungsrate Zugfestigkeitswerte bis 1 100 MPa aufweisen und Gleichmassdehnungswerte bis 70 % sowie maximale Dehnungen bis 90 % erzielen.

Ein solcher Stahl weist innerhalb des Legierungsbereichs mit jeweils 3 % Si und AI und 25 % Mn, Rest Fe, ein austenitisches Gefüge sowie TRIP- und TWIP-Eigenschaften auf, wobei er bei Temperaturen unter - 150 C Dehnungswerte bis 65 % bei nahezu konstant gebliebener Energieverzehrrate von bis zu 0,5 J/mm ³ erreichte.

Diese hohen Werte der Energieabsorption (dissipative Energie) beruhen auf einer ver- formungsinduzierten martensitischen Phasentransformation und der intensiven Zwillingsbildung in der Austenitphase und bleiben - wie auch die mechanischen Eigenschaften - bei extrem hohen Umformgeschwindigkeiten von bis zu 10 ³ s ^"1 erhalten. Desgleichen bleibt die ausgezeichnete Plastizität der beschriebenen Stähle bis zu tiefen Temperaturen erhalten.

Darüber hinaus erreichen aus der EP 889 144 B1 bekannte Stahlqualitäten infolge des Vorhandenseins des vergleichsweise hohen Gehaltes an den Legierungselemente AI, Si und Mn eine bis auf 7 g/cm ³ abgesenkte Dichte.

Aufgrund des geschilderten Eigenschaftsspektrums wird in der EP 889 144 B1 eine besondere Eignung von warm- und gegebenenfalls kaltgewalzten Bleche aus dem beschriebenen Stahl für crashstabile Karosseriestrukturen von Kraftfahrzeugen abgeleitet, und - wie bereits erwähnt - für die Cryogentechnik als Behälter- und Rohrleitungswerkstoff.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde den bekannten, eingangs genannten Leichtbaustahl einem neuen Verwendungszweck zuzuführen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Verwendung eines kaltumformbaren, insbesondere gut tiefziehfähigen, austenitischen Leichtbaustahls, welcher eine Zugfestigkeit bis 1100 MPa sowie TRIP- und TWIP-Eigenschaften sowie eine chemische Zusammensetzung mit (in Masse-%) 10 bis 30 % Mn, 1 bis 6 % Si und 1 bis 8 % AI aufweist, wobei der summarische Anteil von AI + Si maximal 12 % beträgt,

und der Rest im Wesentlichen aus Eisen, einschliesslich üblicher Stahlbegleitelemente besteht, als Gußwerkstoff zur Herstellung von Beschlagteilen, wie Scharnierteilen.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass die hervorragenden Eigenschaften des erfindungsgemäß verwendeten Leichtbaustahls, so wie er auch mit weiteren immanent oder optional vorhandenen Eigenschaften, in der EP 889 144 B1 beschrieben ist, schon nach einem Gießen - und der Stahl ist im Fein-, Sand- oder Kokillenguss - vergießbar - für den erfindungsgemäßen Anwendungszweck nutzbar gemacht werden können.

Hierbei ist erfindungsgemäß insbesondere eine Verwendung bevorzugt, bei der die Beschlagteile Scharniertürhalter, vorzugsweise für Fahrzeugtüren, sind und die damit die Funktion einer hohen Lastaufnahme erfüllen. Es ist dabei vor allem die hohe Duktilität des Stahls hervorzuheben, die bei einem Seitenaufprall auf ein Fahrzeug verhindert, dass die Scharniere zerstört werden, insbesondere reißen.

Insbesondere in der DE 31 37 134 A1 und der EP 893 565 B1 sind verschiedene Ausführungen von Scharniertürhaltern von Fahrzeugtüren dargestellt, bei denen die Erfindung Anwendung finden kann. So sind gemäß der EP 893 565 B1 Scharnierteile jeweils als einstückige Formteile, insbesondere aus Leichtmetall-Druckguss oder als Press- bzw. Schmiedeteile, ausgebildet. Hierbei kann es vorkommen, dass ein Leichtmetall-Druckgussteil den geforderten Festigkeitswerten nicht genügt, so dass spezielle Verfahren, wie Vakuum-Druckguss oder Vakural-Giessen oder auch ein thixotropes Giessen als bekanntermaßen anwendbar genannt sind, um diesen Nachteil zu vermeiden. Bei einer Verwendung des Stahls gemäß der vorliegenden Erfindung als Gußwerkstoff für die Scharnierteile müssen derartige Verfahren nicht praktiziert werden und es können vorteilhafterweise dennoch hohe Streckgrenzen und Bruchdehnungen erzielt werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen sowie der folgenden Beschreibung enthalten.

Anhand von einigen in der Zeichnung dargestellten, vorteilhaften Ausführungsbeispielen und Ausführungsvarianten soll im folgenden die Erfindung näher erläutert werden. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Scharniertürhalters in einer ersten

Ausführungsform, bei der die Erfindung Anwendung finden kann,

Fig. 2 bis 5 perspektivische Darstellungen von Teilen eines Scharniertürhalters in einer zweiten Ausführungsform, bei der die Erfindung Anwendung finden kann,

Fig. 6 und 7 perspektivische Darstellungen von Teilen eines Scharniertürhalters in einer dritten Ausführungsform, bei der die Erfindung Anwendung finden kann.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche und funktionell einander entsprechende Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein Türscharnier mit integriertem Türhalter, insbesondere für Fahrzeugtüren, das aus einer ersten Scharnierhälfte 2 und einer mit dieser mittels eines Scharnierstiftes verbundenen zweiten Scharnierhälfte 4 besteht. Der Türhalter weist dabei ein an einer Scharnierhälfte 2 befestigtes, federbelastetes Rastglied 6, wie eine Kugel, auf. Das federbelastete Rastglied 6 ist dabei starr an der Scharnierhälfte 2 in einem Gehäuse 8 über der Rastebene eines Rastarmes 10 federnd angeordnet. Dieser mit dem Rastglied 6 zusammenwirkende Rastarm 10 ist an der anderen Scharnierhälfte 4 ausgebildet, die auch Rastausnehmungen 12 für das Rastglied 6 aufweist. Die Rastebene des Rastarms ist durch ein Einsatzteil 14 aus Kunststoff gebildet, das bevorzugt aus glasfaserverstärktem Polyamid bestehen kann. Die jeweiligen Drehachsen des Türhalters und des aus den beiden Hälften 2, 4 gebildeten Scharniers - fallen in einer gemeinsamen Achse X-X aufeinander, die durch einen Scharnierstift 16 definiert ist. Für das Öffnen des Scharniers ist ein Endanschlag vorgesehen, der durch Fortsätze 18 gebildet ist, die jeweils an Scharnierbuchsen 20 der beiden Scharnierhälften 2, 4 ausgebildet sind.

Die Scharnierhälften 2, 4 bestehen aus einem Gußwerkstoff, der aus einem kalt- umformbaren, insbesondere gut tiefziehfähigen, austenitischen Leichtbaustahl gebildet ist, welcher eine Zugfestigkeit bis 1100 MPa sowie TRIP- und TWIP-Eigenschaften

sowie eine chemische Zusammensetzung mit (in Masse-%) 10 bis 30 % Mn, 1 bis 6 % Si, und 1 bis 8 % AI aufweist, wobei der summarische Anteil von AI + Si maximal 12 % beträgt, und der Rest im Wesentlichen aus Eisen, einschliesslich üblicher Stahlbegleitelemente besteht. Der Leichtbaustahl kann im Fein-, Sand- oder Kokillenguss vergossen sein.

Im Besonderen kann vorgesehen sein, dass der Leichtbaustahl (in Masse-%) 2,0 bis 4,0 % Si, 2,0 bis 4,0 % AI, 24 bis 26 % Mn, Rest im Wesentlichen Eisen, einschliesslich üblicher Stahlbegleitelemente enthält, wobei eine bevorzugte Ausführung des Scharniertürhalters darin besteht, dass der Leichtbaustahl (in Masse-%) jeweils 3 % AI und Si sowie 25 % Mn, Rest im wesentlichen Eisen, einschliesslich üblicher Stahlbegleitelemente enthält.

Bei der in Fig. 2 bis 5 dargestellten Ausführung eines Scharniertürhalters besteht dieser aus zwei, mittels eines Scharnierstiftes (Bezugszeichen 16 in Fig. 5) um eine nicht näher bezeichnete Drehachse schwenkbeweglich verbundenen Scharnierteilen 2, 4. Von den Scharnierteilen 2, 4, die aus dem gleichen, erfindungsgemäß verwendeten Gußwerkstoff wie die erste Ausführung bestehen, ist eine Variante für das erste Scharnierteil 2 in perspektivischer Einzeldarstellung in Fig. 4 und eine weitere Variante in perspektivischer Explosionsdarstellung mit weiteren Teilen des Scharniertürhalters in Fig. 5 dargestellt. Eine Einzeldarstellung des zweiten Scharnierteils zeigt Fig. 3.

Der Scharniertürhalter kann ebenfalls insbesondere für Fahrzeugtüren zur Anwendung kommen, wobei das erste Scharnierteil 2 insbesondere einem ortsfesten Fahrzeug- Rahmenteil und das zweite Scharnierteil 4 der schwenkbeweglichen Fahrzeugtür zugeordnet ist.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf das zweite Scharnierteil 4 im Zusammenbau mit dem ersten Scharnierteil 2, aus der ersichtlich ist, dass zwischen den beiden Scharnierteilen 2, 4, die wie in der ersten Ausführung ebenfalls als Scharnierhälften 2, 4 bezeichnet werden könnten, eine verschiedene Relativdrehstellungen definierende Rasteinrichtung 30 integriert ist, wobei die Rastein richtung 30 einerseits aus mindestens einem kinematisch mit dem ersten Scharnierteil 2 verbundenen und in einer zur Drehachse senkrechten Wirkrichtung federbelasteten Rastelement 6 besteht sowie andererseits aus einer kinematisch mit dem zweiten Scharnierteil 4 verbundenen, im wesentlichen kreissektorförmigen und bezüglich ihres Krümmungsradius zur Drehachse koaxial

angeordneten, mindestens eine, vorzugsweise zwei, mit dem Rastelement 6 zusammenwirkende Raststelle(n) 12 aufweisenden Laufbahn 32.

Für diese zweite Ausführung ist besonders charakteristisch, dass der Scharnierstift 16 mit dem ersten Scharnierteil 2 über Verbindungsmittel derart lösbar verbunden werden kann, dass die Scharnierteile 2, 4 durch Lösen der Verbindungsmittel unter Aufrechterhaltung der Verbindung zwischen dem Scharnierstift 6 und dem zweiten Scharnierteil 4 sowie der letzterem zugeordneten Rasteinrichtung 30 trennbar sind.

Die Rastein richtung 30 ist innerhalb eines mit dem zweiten Scharnierteil 4 - vorzugsweise einstückig - verbundenen Gehäuses 40 untergebracht, wobei innerhalb des Gehäuses 40 die hierzu ortsfeste Laufbahn 32 sowie ein das Rastelement 6 führendes, mit dem Scharnierstift 16 drehmomentschlüssig verbundenes Führungsteil 46 angeordnet sind.

Fig. 2 veranschaulicht auch, dass das Rastelement 6 in einer zur Drehachse radialen Richtung verschiebbar in einer nicht näher bezeichnete Führungsaufnahme des Führungsteils 46 angeordnet und von einem Federelement 52 in Richtung der Laufbahn 32 mit Federkraft F beaufschlagt ist.

Das Rastelement 6 ist dabei als Rolle ausgebildet und über eine Achse 54 in einem kolbenartig in dem Führungsteil 46 angeordneten Aufnahmeteil 56 um eine zur Scharnier-Drehachse parallele Rotationsachse drehbar gelagert.

Die Laufbahn 32 ist von einem lösbar in dem Gehäuse 40 gehalterten Einsatzteil 60 gebildet, wobei die Raststellen 12 insbesondere als Rastvertiefungen 62 mit an das Rastelement 6 angepaßter Kontur ausgebildet sind.

Die Laufbahn 32 sowie das Rastelement 6 im Bereich seiner Umfangsfläche bestehen aus verschiedenen Materialien - und zwar einerseits aus Metall mit einer definiert aufgerauhten Oberflächenstruktur und andererseits aus einem derart elastisch nachgiebigen Material, daß zwischen dem Rastelement 6 und der Laufbahn 32 durch elastische Verformung des nachgiebigen Materials ein flächiger Anlagekontakt mit Kraftschluß erreicht wird.

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Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass das Rastelement 6 aus Metall besteht das die definiert aufgerauhte, insbesondere gerändelte Oberflächenstruktur aufweist, während die Laufbahn 32 aus dem elastisch nachgiebigen Material, insbesondere einem Kunststoff mit einer Härte etwa im Bereich von 72 bis 80 Shore-D, besteht.

Die das Rastelement 6 beaufschlagende Federkraft F kann bevorzugt über den Bewegungsbereich hinweg mittels einer Steuereinrichtung 70 beeinflußt werden, und zwar insbesondere derart, daß im Bereich der Raststellen 12 eine verstärkte Rastung bewirkt wird.

Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass das das Rastelement 6 beaufschlagende Federelement 52 anderseitig über ein in dem Führungsteil 46 in Feder-Wirkrichtung beweglich angeordnetes Abstützelement 72 abgestützt ist, welches auf seiner dem Federelement 52 gegenüberliegenden Seite mit Steuernocken 76 zur Erhöhung oder Reduzierung der Federkraft F zusammenwirkt.

Was die Ausführung des zweiten Scharnierteils 4 als Gussstück betrifft, so ist in Fig. 3 erkennbar, dass das Gehäuse 40 des zweiten Scharnierteils 4. dessen Wandung mit dem Bezugszeichen 42 bezeichnet ist, einstückig mit einer Montageplatte 80 ausgebildet ist. Besonders hervorzuheben sind dabei in der Wandung 42 die mit dem Bezugszeichen 64 bezeichneten schwalbenschwanzartigen Nutführungen, denen bei der Entformung nach dem Gießen besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden muss, damit sie nicht beschädigt werden.

Was die, insbesondere gegossene, Ausführung des ersten Scharnierteils 2 betrifft, so ist Fig. 4 zu entnehmen, dass das erste Scharnierteil 2 aus einem im wesentlichen plat- tenförmigen Montageabschnitt 180, mit dem das erste Scharnierteil 2 an einer insbesondere vertikalen Montagefläche befestigbar ist, sowie aus einem kragarmartig vorspringenden Tragabschnitt 200 besteht, der über den Scharnierstift 6 mit dem zweiten Scharnierteil 4 verbindbar ist. Durch eine Lochöffnung, die in Fig. 4 mit dem Bezugszeichen 36 bezeichnet ist, kann eine Schraube der Verbindungsmittel in eine axiale Gewindebohrung des Scharnierstiftes 16 eingreifen, was jedoch im Hinblick auf die Erfindung von untergeordneter Bedeutung und daher nicht im Detail dargestellt ist.

In 5 ist - alternativ zu Fig. 4 - eine Ausführungsvariante des ersten Scharnierteils 2 veranschaulicht, welches als Stanzbiegeformteil aus Stahlblech besteht. Durch diese

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Darstellung wird insbesondere die Einbaulage des Scharnierstiftes 16 veranschaulicht, die auch für die in Fig. 4 dargestellte Variante charakteristisch ist. Des Weiteren wird daran deutlich, dass die beiden Scharnierteile 2, 4 nicht zwangsläufig aus dem gleichen Material bestehen und in gleicher technologischer Weise gefertigt sein müssen, wenngleich es sich bei dem Stahl von der Zusammensetzung her um das gleiche Material wie für ein erfindungsgemäß gegossenes Teil handeln kann. Um eine sichere, starre Befestigung des Scharnierstiftes 16 zu erreichen, ist gemäß Fig. 5 zweckmässigerweise ein Buchsenelement 84 vorgesehen.

Die in Fig. 6 und 7 gezeigte dritten Ausführungsform eines Scharniertürhalters, bei der die Erfindung Anwendung finden kann, weist wie die erste und zweite Ausführung eine erste Scharnierhälfte (Säulenteil 2) und einer mit dieser mittels eines Scharnierstiftes 16 verbundene zweite Scharnierhälfte (Türteil 4) auf. Als weitere vorhandene Teile zeigt die Explosionsdarstellung in Fig. 6: eine vorzugsweise aus Stahl bestehende Unterlage 101 , ein vorzugsweise metallisches Dichtpad 102, eine vorzugsweise aus Stahl bestehende Kegelschraube 103 zur Befestigung des Scharnierstiftes 16, vorzugsweise stählerne Karoserieschrauben 104, insbesondere aus Kunststoff hergestellte Gleitbuchsen 105, einen vorzugsweise aus Stahl bestehenden Gleiter 106, Druckfedern 107, ein Gleitergehäuse 108 und eine Hülse 109, die wie der Gleiter 106 ebenfalls bevorzugt aus Stahl gefertigt sein können, eine Laufbuchse 110, sowie eine Dichtung 11 1 und einen Deckel 112 für das Türteil 4, wobei die Laufbuchse 110 und die Dichtung 111 bevorzugt aus Kunststoff und der Deckel 112 aus Metall, z.B. Aluminium, bestehen können.

Auch bei dieser Ausführung können beide oder mindestens eines der Scharnierteile 2, 4 wiederum aus dem erfindungsgemäßen Gußwerkstoff bestehen.

Besonders bevorzugt ist jedoch eine Ausführung, bei der - wie aus Fig. 7 hervorgeht - das Türteil 4 ein Stahlkernteil 4K umfaßt, das mit einer Kunststoffumspritzung 4U umgeben ist, die ein Gehäuse 40 bildet. Hierbei kann insbesondere das Stahlkernteil 4K aus dem erfindungsgemäßen Gußwerkstoff bestehen. Dadurch entsteht ein Verbundteil, in dem sich die vorteilhaften Eigenschaften, insbesondere Festigkeitseigenschaften, des Stahls mit denen des Kunststoffs, beispielsweise seiner geringeren Dichte, in optimaler Weise verbinden können.

In die Kunststoffumspritzung 4LJ kann die - ähnlich wie bei der zweiten Ausbildung ausgebildete - Laufbahn 32 als ein in dem Gehäuse 40 gehalterten Einsatzteil 60 integriert sein, wobei die Raststellen 12 wiederum insbesondere als Rastvertiefungen 62 mit an das Rastelement 6 angepaßter Kontur ausgebildet sind. Das Rastelement 6 ist in Fig. 6 und 7 nicht dargestellt, es kann sich aber dabei - wie in der zweiten Ausführung - bevorzugt um einen tonnenartigen Rollkörper oder - wie durch die Ausführung des Gleiters 106 in Fig. 7 mit zwei Federn 107 - auch um zwei Kugeln handeln.

Wie bereits erwähnt, sollte die Laufbahn 32 derart aus einem elastisch nachgiebigen Material gebildet sein, daß zwischen dem Rastelement und der Laufbahn 32 durch elastische Verformung des nachgiebigen Materials ein flächiger Anlagekontakt mit Kraftschluß erreicht wird. Hierzu ist es gemäß der dritten Ausführung der Erfindung bevorzugt vorgesehen, dass auch das in dem Gehäuse 40 gehalterten Einsatzteil 60 mit der Laufbahn 32 und den Raststellen 62, gegebenenfalls gemeinsam und materialeinheitlich mit einer Gleitbuchse 105, als eine Kunststoffspritzung hergestellt ist, wobei das Gehäuse 40 mit einer vergleichsweise höheren Festigkeit und das Einsatzteil 60 mit einer vergleichsweise höheren elastischen Nachgiebigkeit vorteilhafterweise auf fertigungstechnisch günstige Weise durch eine Zweikomponenten- spritzung hergestellt werden können.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen und optional vorhandene Details, wie diese insbesondere in der DE 31 37 134 A1 und der EP 893 565 B1 beschrieben sind.

Ferner ist die Erfindung nicht auf die im Anspruch 1 definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmale definiert sein. Dies bedeutet, daß grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal des Anspruchs 1 weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern ist der Anspruch 1 lediglich als ein erster Formulierungsversuch für eine Erfindung zu verstehen.