WO2014019836A1 - Bauteil mit sandwich-struktur und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

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Andreas Sommer
Siegfried Kolnberger
Thomas Kurz
Karl Michael Radlmayr
Martin Rosner
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Definitions

  • the present invention relates to a method for herstel ⁇ len a component having a sandwich structure, a method for manufacturing a sandwich material, in particular for USAGE ⁇ dung in a method for manufacturing a device having a sandwich structure, and a component with a sandwich Structure.
  • Sandwich structures are known from the prior art.
  • a sandwich structure can generally be understood to mean a structure which has at least one essentially flat cover layer and an intermediate layer often provided with a structure. These two layers are interconnected.
  • a sandwich structure can already be used for the combination of a cover layer with an intermediate layer, most known sandwich structures have two cover layers, between which an intermediate layer is arranged.
  • Such a sandwich structure or a material having this sandwich structure brings several advantages. On the one hand, this structure has a good Behaves ⁇ nis stiffness to weight.
  • the structure of the intermediate layer causes this good rigidity, although only a small amount of material has to be used and in particular the space between the two cover layers is not completely filled with material. This also results in a good economy of such structures, since material can be saved.
  • a process for producing a metal component in which a circuit board part ⁇ is partially embossed, thereby obtaining a structure having ver ⁇ embossed and non-embossed areas.
  • This board can be connected to another board, in particular a non-ver ⁇ shaped board, whereby air gaps between the two circuit boards are formed, which are to have an advantageous effect on the strain capability of the component.
  • the two boards can be connected together by material locking, in particular by welding ⁇ SEN, or by co-forming and a therefrom resul ⁇ animal forming mold closing. In this type of sandwich structure, however, no weight advantage is achieved because the material is merely embossed and not removed. Moreover, embossing is generally a relatively cumbersome and expensive process.
  • wel ⁇ ches consists of two substantially flat cover layers and an intermediate layer with a structure.
  • a filler in particular a polymer is introduced.
  • All three layers are preferably made of steel and are fastened together by means of adhesives.
  • the disclosed method is also extremely complex, since the steel layers must first be heated separately, since the aluminum of the intermediate layer would melt in a furnace run.
  • Simple sandwich structures in which, for example, both two cover layers and a structured intermediate layer of steel are provided, which are welded together for connection, are hardly deformable, since the individual connection points tear off even at low deformations of the component.
  • a press hardening of these components is not possible.
  • components produced in this manner do not achieve sufficient rigidity and / or strength properties, and therefore are not suitable for use in the above-mentioned ranges.
  • Another object of the invention is to provide a component with egg ⁇ ner sandwich structure, which is better than known from the prior art components with sandwich structure recyclable.
  • Another object of the invention is to provide a sandwich material which is formable and in particular press-curable.
  • the method according to the invention for producing a component with a sandwich structure consists of the following steps:
  • the press hardening process can be carried out both according to the direct and after the indirect press hardening process.
  • the direct press-hardening method is a circuit board, consisting heated here from the composite in an oven to austenitizing temperature and subsequently formed simultaneously ⁇ and quench hardened.
  • the indirect press hardening process the board is composed, cold formed from the composite ⁇ , then heated in an oven and finally quench-hardened in a mold.
  • the joining of the individual layers by means of diffusion of zinc may be carried out of the respective heating step in the press hardening advantageously currency ⁇ rend.
  • the composite is produced in a continuous process, wherein, for example, the base material of all three layers is unrolled from a coil and subsequently used in the process according to the invention.
  • the at least one cover layer of boron-manganese steel the special ⁇ from 22MnB5.
  • 22MnB5 is particularly good press hardenable and has very good strength and stiffness properties.
  • the intermediate layer comprises a tissue ⁇ be and / or mesh and / or expanded metal and / or is formed from these.
  • the structure has structural elements introduced into the intermediate layer.
  • the structural elements can advantageously be introduced by means of a punch and then correspondingly have a basic shape which corresponds to that of the punch.
  • mög ⁇ Liche basic forms in particular polygons and Tra ⁇ peze, circles and honeycomb come into consideration.
  • the hereby achieved before ⁇ part is that the contact areas where the interim rule ⁇ position abuts a top layer can be increased. The greater these areas are, the more pronounced is the Verbin ⁇ connection between the intermediate layer and a cover layer.
  • a component with a sandwich structure comprises two intermediate layers and three top layers, alternating the La ⁇ gene respectively.
  • Such component or the underlying lying sandwich material and other embodiments with different numbers of cover and / or layers can be prepared by the inventive method ⁇ the.
  • a material having a thickness of d -S 1.0 mm, in particular ⁇ -S 0.5 mm is used for the cover layer. It has been found that already cover layers with such a small thickness in the composite are sufficient for the composite to have good rigidity and strength.
  • the cover layer By using iron materials, in particular in the cover layer, it is also possible to provide the cover layer with a corrosion protection in the method according to the invention. Particularly advantageous here is a galvanizing of the cover layer has been found.
  • the corrosion protection does not have to force so partial areas, so for example, only on the side of the liner which is not verbun with the intermediate layer ⁇ to be applied. Rather, the cover layer can be fully ⁇ constantly provided with a corrosion protection.
  • the galvanized who ⁇ the are advantageously at extreme points of the intermediate layer, since these points usually come into contact with a cover layer.
  • the intermediate layer has a large deviation from its original shape. If structural elements are introduced into the intermediate layer which have a planar basic shape, then these surfaces are to be understood as an accumulation of extreme points, which are therefore preferably galvanized over the whole area.
  • the galvanizing the intermediate layer and possibly the outer layers takes place insbesonde ⁇ re before the composite is prepared.
  • the at least one cover layer and the intermediate layer are connected in at least part of the contact ⁇ areas prior to press hardening, in particular soldered and / or ver ⁇ welded.
  • This cohesive connection is mainly used ei ⁇ ner certain basic stability during transport of the composite in the press-hardening tool and / or the furnace in which the component is heated during the press hardening process. It is possible by ⁇ out that this cohesive tear compounds during the press-hardening process, in particular the transformation, but this is subordinated, since the connection of the individual layers is made substantially over the zinc diffusion.
  • the method according to the invention for producing a sandwich material comprises the following steps:
  • At least partial galvanizing of at least contact areas of the intermediate layer superimposing the cover layer and the intermediate layer in a composite, so that the contact regions rest against the cover layer;
  • This sandwich material can be in the he ⁇ inventive method for producing a component used with the sandwich structure then, inter alia, in which case according to the invention must be a press hardening of the composite only.
  • the sandwich material produced according to the invention is thus suitable for further use in other production processes. Since the sandwich material is not necessarily subjected to a hardening treatment in the method according to the invention, the connection of the individual layers of the sandwich material is achieved in that the composite is partially heated. This can be achieved advantageously by means of an induction treatment of the composite or in another way. As a result of this heating, the zinc diffuses in the contact areas into the adjacent cover layer, whereby a connection of the two layers is achieved.
  • the inventive method for producing a sand ⁇ wich material is advantageously carried out in a kontinuierli ⁇ chen process, wherein the sandwich material produced advantageously divided at the end of the manufacturing process into individual boards or wound on a coil.
  • the method for manufacturing a sandwich material is pre ⁇ see that the sandwich material trained and / or the at least ⁇ a cover layer and the intermediate layer additionally verbun ⁇ , in particular welded. It has been found that the sandwich material can also be dressed and thus the same advantageous effects of temper rolling can be achieved in this way, as is the case with conventional single-layer blanks.
  • the additional connection of the cover and liner serves mainly an additional Transportsi ⁇ safety.
  • the inventive method for manufacturing a sandwich material can in particular be wei ⁇ terge according as the method of manufacturing a device having a sandwich structure in the same manner.
  • the comments on the materials used, the structure of the structure in the intermediate layer and the corrosion protection of the cover layer can be applied accordingly as advantageous developments of the inven tion ⁇ proper method for producing a sandwich material.
  • the component according to the invention with a sandwich structure comprises a three dimensional shape with at least a top layer made of a ferrous material and an intermediate layer of an iron ⁇ material, wherein the intermediate layer has a structure.
  • the component according to the invention is particularly marked in ⁇ characterized characterized in that the at least one covering layer with the INTERIM ⁇ ge is connected by zinc diffusion. It has ⁇ réellege assumed that the connection already provides sufficient connection between the individual layers of the component with a sandwich structure by zinc diffusion. Further processing of the component according to the invention is readily possible.
  • the component can be la ⁇ ckiert or otherwise coated. A Einbrin ⁇ conditions of fasteners and / or holes, by means of which an attachment of the component is possible without Wei ⁇ teres possible.
  • the component according to the invention is press-hardened.
  • the component is partially tempered to achieve an inhomogeneous distribution of strength and Stei ⁇ ftechnikseigenschaften in the component. Even partial area press hardening is possible.
  • the component according to the invention is as reusable as possible, it consists only of iron materials, in particular steel, and zinc. In particular, no adhesives, filling materials ⁇ are available for filling spaces between top layer and intermediate layer, plastics or aluminum. This makes the component particularly easy to recycle.
  • a sandwich material and a component with a sandwich structure are meetge ⁇ sets, both of which are easy to recycle while meeting he ⁇ creased requirements and the strength, the corrosion protection, the surface properties and the ratio of strength to weight ,
  • a married so a connection of the individual layers after heating during the press-hardening process is not notwen ⁇ dig because all materials can withstand the resulting there tempera ⁇ ren and the individual layers, therefore, before a heating step in the press hardening method can be connected to each other.

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Description

Bauteil mit Sandwich-Struktur und Verfahren zu dessen Herstellung
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.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Herstellen eines Bauteils mit Sandwich- Struktur mit 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 zumindest Kontaktbe¬ reichen der Zwischenlage;
Übereinander Anordnen der Decklage und der Zwischenlage zu einem Verbund, sodass die Kontaktbereiche an der Decklage anliegen;
Presshärten des Verbunds.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Decklage aus Bor-Mangan-Stahl, insbe¬ sondere 22MnB5, besteht.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlage ein Gewebe und/oder ein Ge¬ flecht und/oder ein Streckmetall aufweist.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur eine zumindest in einer Richtung periodische Struktur ist.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur in die Zwischenlage eingebrachten Strukturelemente aufweist. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Decklage eine Dicke d -S 1,0mm, insbesondere d -S 0,5mm aufweist.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Decklage mit einem Korro¬ sionsschutz versehen wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Decklage verzinkt wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das teilbereichsweise Verzin¬ ken der Zwischenlage in Kontaktbereichen um Extrempunkte der Zwischenlage vorgenommen wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Presshärten die zu mindest eine Decklage und die Zwischenlage in zumindest einem Teil der Kontaktbereiche verbunden, insbesondere verlötet und/oder verschweißt werden.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung des Bau¬ teils nur Eisenwerkstoffe, insbesondere Stahl, und Zink verwendet werden.
Verfahren zum Herstellen eines Sandwich-Materials, insbe¬ sondere zur Verwendung in einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche mit 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 an der Decklage anliegen;
Zumindest teilbereichsweises Erwärmen des Verbunds, insbesondere an den Kontaktbereichen.
Verfahren zum Herstellen eines Sandwich-Materials gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Sandwich- Material dressiert und/oder die zumindest eine Decklage und die Zwischenlage zusätzlich verbunden, insbesondere verschweißt werden.
Bauteil mit einer Sandwich-Struktur und einer dreidimensionalen Form mit zumindest einer Decklage aus einem Eisenwerkstoff und einer Zwischenlage aus einem Eisenwerk Stoff, wobei die Zwischenlage eine Struktur aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Decklage mit der Zwischenlage mittels Zink-Diffusion verbunden ist
Bauteil gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil nur aus Eisenwerkstoffen, insbesondere Stahl, und Zink besteht und insbesondere keine Klebstoffe und/oder Füllstoffe zum Ausfüllen von Zwischenräumen zwischen Decklage und Zwischenlage aufweist.
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