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EP2807445B1 - Verfahren zur herstellung des fahrzeugbodens eines minengeschützten fahrzeuges - Google Patents

Verfahren zur herstellung des fahrzeugbodens eines minengeschützten fahrzeuges Download PDF

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Publication number
EP2807445B1
EP2807445B1 EP13700165.7A EP13700165A EP2807445B1 EP 2807445 B1 EP2807445 B1 EP 2807445B1 EP 13700165 A EP13700165 A EP 13700165A EP 2807445 B1 EP2807445 B1 EP 2807445B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
vehicle
floor
vehicle floor
sheet metal
intermediate floor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP13700165.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2807445A1 (de
Inventor
Stephan Schaare
Martin Östreicher
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rheinmetall MAN Military Vehicles GmbH
Original Assignee
Rheinmetall MAN Military Vehicles GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rheinmetall MAN Military Vehicles GmbH filed Critical Rheinmetall MAN Military Vehicles GmbH
Publication of EP2807445A1 publication Critical patent/EP2807445A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2807445B1 publication Critical patent/EP2807445B1/de
Priority to HRP20181275TT priority Critical patent/HRP20181275T1/hr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41H—ARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H7/00—Armoured or armed vehicles
    • F41H7/02—Land vehicles with enclosing armour, e.g. tanks
    • F41H7/04—Armour construction
    • F41H7/042—Floors or base plates for increased land mine protection

Definitions

  • the invention relates to a designed as a tailored blank vehicle floor for a particular mine protected vehicle and relates to a method for producing the vehicle floor of a mine-protected vehicle, wherein the vehicle floor consists of several, interconnected individual sheets of armored steel.
  • the invention further relates to a vehicle floor produced by the method according to the invention. It is essential here that initially the welding of the individual sheets takes place, followed by a heat treatment in the form of a combination of hardening and tempering, and finally the tempered sheet metal blank is formed by hot forming into the final vehicle and / or intermediate bottom.
  • Vehicle floors of mine-protected vehicles must be designed such that on the one hand tearing of the vehicle floor in the event of a mine explosion is prevented and on the other hand caused by a mine explosion bumps in the vehicle floor damage the existing fittings in the vehicle.
  • the vehicle floor must provide protection against ballistic threats, on the one hand against splinters exploding mines and on the other hand against a weapons firing, especially in the transition region of the vehicle floor to the vehicle side.
  • tempered individual steel armor plates are usually welded by means of a MIG process (metal-inert gas process), with the individual plates, which in some cases have different wall thicknesses, overlapping in the area of the weld seam.
  • MIG process metal-inert gas process
  • Such welds form weak points, since they have a lower strength than the steel armor.
  • the EP 1 291 610 B1 deals with an armored vehicle, which ensures by simple measures, a protection of the interior against the action of mines.
  • the bottom region of a side wall recess of the interior is connected to the vehicle roof via at least one kink-like or structural support element.
  • the edge of a bottom wall of the bottom portion is curved upward and overlaps a wall portion of the vehicle side wall which is welded to another wall portion. This has a wavy course. This is to prevent tearing of the weld.
  • the DE 10 2007 001 720 A1 describes a seat attachment for securing a motor vehicle seat, comprising an elongated, designed as a rolling profile seat cross member.
  • the EP 2 028 435 A1 shows a three-dimensionally shaped component of a steel plate for arming a vehicle, which is designed so that the steel plate is divided into an area with reduced and in an area with increased wall thickness and the steel plate in the region of a bending angle or radius in relation to a plane Has increased portion of the component wall thickness or that a region with reduced wall thickness in an area of the built-in vehicle three-dimensionally shaped component, which is hit only by an angle not equal to 90 ° from a bullet or covered by another component.
  • custom-made boards are used, for example, by a flexible Rolling, the joining of various steel sheets or machining are divided into areas with higher and in areas with lower wall thickness.
  • the US 6,971,691 B1 describes a bumper for a vehicle that is made of sheets that have different material properties.
  • the EP 1 705 257 A1 shows a method for tanking a vehicle with a component made of hardened steel and a hardened steel component with a wall thickness of 4 to 15 mm to armor a vehicle.
  • the invention has for its object to provide a method of the type mentioned above, with a simple way in a mine explosion tearing of the vehicle floor in the region of welds is avoided without requiring a reinforcement of the weld seams by means of additional sheets is required. It should also be disclosed by this method produced vehicle floor.
  • the invention is based essentially on the use of tailored blanks.
  • TWB Tailored Welded Blank
  • the individual, preferably tailor-made sheet metal blanks are welded together. This is usually done as a butt joint by laser welding.
  • Advantageous are the versatile material combinations and geometries.
  • these consist of armored steel, from which the contour of the respective vehicle floor is then produced by hot forming.
  • tailored blanks normalized individual sheets of appropriate wall thicknesses are used, which are connected to each other by means of laser beam welding.
  • the tailored blanks are tempered for the concern of the invention only after the welding process and then the final vehicle floor is then produced by forming.
  • heat treatment is preferred as a heat treatment as in steels, ie a combination of hardening and tempering.
  • the carbon is first dissolved in austenite at temperatures above Ac (3) and then quenched to temperatures below M (s) or M (f). Tempering is then reheating after quenching to temperatures below Ac (1) to achieve conversion to cubic martensite, as well as the precipitation of fine carbides and optionally further coagulation of these particles.
  • Fig. 1 1 shows an inventive vehicle floor (vehicle pan) and / or intermediate floor of a mine-protected vehicle (not shown in greater detail), which has essentially two U-shaped sections 2 and 3.
  • the two U-shaped sections 2, 3 each comprise an outer leg 4 and an inner leg 5, the two inner legs 5 of the U-shaped sections 2, 3 forming a tunnel-shaped section 6.
  • the outer legs 4 of the two U-shaped sections 2, 3 are composed of two sections 8, 9 together.
  • the first section 8 also has a wall thickness of, for example, 12 mm and the adjoining second section 9 a wall thickness of 15 mm, since the section 9 is particularly vulnerable to direct fire.
  • Fig. 2 shows the longitudinal section through a designated with the reference numeral 10 sheet metal blank (Tailored Blank) before forming or after the welding or tempering, from which the vehicle floor 1 of the invention ( Fig. 1 ) is produced by forming.
  • the sheet metal blank 10 is composed of seven individual sheets 11-17.
  • the respective width and the wall thickness of the individual sheets 11-17 corresponds to the in Fig. 1 with 8, 9, 7 and 6 designated sections.
  • the individual sheets 11-17 are preferably welded together by means of laser welding (preferably as a butt joint) on their mutually contacting sides, so that the in Fig. 2 with 18-23 designated welds result.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Body Structure For Vehicles (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Description

  • Die Erfindung beschäftigt sich mit einem als Tailored Blank ausgeführten Fahrzeugboden für ein insbesondere minengeschütztes Fahrzeug und betrifft ein Verfahren zur Herstellung des Fahrzeugbodens eines minengeschützten Fahrzeuges, wobei der Fahrzeugboden aus mehreren, miteinander verbundenen Einzelblechen aus Panzerstahl besteht. Die Erfindung bezieht sich ferner auf einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Fahrzeugboden. Wesentlich hierbei ist, dass zunächst das Verschweißen der Einzelbleche erfolgt, dem sich eine Wärmebehandlung in Form einer Kombination aus Härten und Anlassen anschließt und abschließend die vergütete Blechplatine durch Warmumformung zu dem endgültigen Fahrzeug- und/oder Zwischenboden umgeformt wird. Fahrzeugböden minengeschützter Fahrzeuge müssen derart aufgebaut sein, dass einerseits ein Aufreißen des Fahrzeugbodens im Falle einer Minenexplosion verhindert wird und andererseits die durch eine Minenexplosion verursachten Beulen im Fahrzeugboden die vorhandenen Einbauten im Fahrzeug nicht beschädigen. Außerdem muss der Fahrzeugboden Schutz gegen ballistische Bedrohungen bieten, und zwar zum einen gegen Splitter explodierender Minen und zum anderen gegen einen Waffenbeschuss, insbesondere im Übergangsbereich des Fahrzeugbodens zur Fahrzeugseite.
  • Bei bekannten Fahrzeugböden minengeschützter Fahrzeuge werden vergütete Einzelbleche aus Panzerstahl üblicherweise mit Hilfe eines M IG- Verfahrens (Metall-Inert-Gas-Verfahren) verschweißt, wobei die teilweise unterschiedliche Wandstärken aufweisenden Einzelbleche sich im Bereich der Schweißnaht überlappen. Derartige Schweißnähte bilden Schwachstellen, da sie eine geringere Festigkeit als der Panzerstahl aufweisen. Außerdem kommt es durch das Schweißverfahren in der jeweiligen Wärmeeinflusszone zur Versprödung des Materials, sodass diese Bereiche bei einer Minenexplosion besonders rissanfällig sind.
  • Aus der EP 1 564 520 A2 ist es daher bekannt, die Schweißnähte samt deren Wärmeeinflusszonen durch Schutzbleche zu überdecken, was allerdings sowohl mit einer Zunahme des Gewichtes als auch mit einem zeitaufwendigeren Fertigungsprozess des entsprechenden Fahrzeugbodens verbunden ist.
  • Die EP 1 291 610 B1 beschäftigt sich mit einem gepanzerten Fahrzeug, das durch einfache Maßnahmen einen Schutz des Innenraumes gegen eine Einwirkung von Minen gewährleistet. Dazu ist der Bodenbereich einer Seitenwandausnehmung des Innenraums über mindestens ein knick- oder bausteifes Stützelement mit dem Fahrzeugdach verbunden. Der Rand einer Bodenwand des Bodenbereichs verläuft gekrümmt nach oben und überlappt einen Wandbereich der Fahrzeugseitenwand, der mit einem anderen Wandbereich verschweißt ist. Dieser besitzt einen wellenförmigen Verlauf. Dadurch soll ein Reißen der Schweißnaht verhindert werden.
  • Die DE 10 2007 001 720 A1 beschreibt eine Sitzbefestigung zum Befestigen eines Kraftfahrzeugsitzes, umfassend einen länglichen, als Rollprofil ausgestalteten Sitzquerträger.
  • Die EP 2 028 435 A1 zeigt ein dreidimensional geformtes Bauteil aus einer Stahlplatine zur Panzerung eines Fahrzeugs, welches so ausgelegt ist, dass die Stahlplatine in einen Bereich mit verminderter und in einen Bereich mit erhöhter Wandstärke unterteilt ist und die Stahlplatine im Bereich eines Biegewinkels oder Radius eine im Verhältnis zu einem ebenen Bereich des Bauteils erhöhte Wandstärke aufweist oder dass ein Bereich mit verminderter Wandstärke in einem Bereich des in das Fahrzeug eingebauten dreidimensional geformten Bauteils liegt, der ausschließlich in einem Winkel ungleich 90° von einem Geschoss getroffen oder von einem anderen Bauteil überdeckt wird. Hierzu kommen maßgeschneiderte Platinen zum Einsatz, die beispielsweise durch ein flexibles Walzen, das Fügen von verschiedenen Stahlblechen oder eine spanende Bearbeitung in Bereiche mit höherer und in Bereiche mit niedrigerer Wandstärke eingeteilt sind.
  • Die US 6,971,691 B1 beschreibt einen Stoßfänger für ein Fahrzeug, der aus Blechen gefertigt ist, die unterschiedliche Materialeigenschaften aufweisen.
  • Die EP 1 705 257 A1 zeigt ein Verfahren zum Panzern eines Fahrzeugs mit einem Bauteil aus gehärtetem Stahl sowie ein gehärtetes Bauteil aus Stahl mit einer Wanddicke von 4 bis 15 mm zur Panzerung eines Fahrzeugs.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art anzugeben, mit dem auf einfache Weise bei einer Minenexplosion ein Aufreißen des Fahrzeugbodens im Bereich von Schweißnähten vermieden wird, ohne dass hierzu eine Verstärkung der Schweißnahtbereiche mittels zusätzlicher Bleche erforderlich ist. Es soll ferner ein nach diesem Verfahren hergestellter Fahrzeugboden offenbart werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Fahrzeugbodens durch die Merkmale des Anspruchs 4 gelöst. Ferner wird ein Fahrzeug gemäß Anspruch 6 mit einem derartigen Fahrzeugboden vorgeschlagen. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.
  • Die Erfindung beruht im Wesentlichen auf dem Einsatz von Tailored Blanks. Beim Tailored Welded Blank (TWB) werden die einzelnen, vorzugsweise maßgeschneiderten Blechplatinen aneinandergeschweißt. Dies erfolgt in der Regel als Stumpfstoß mittels Laserschweißen. Vorteilhaft sind die vielseitigen Materialkombinationen und Geometrien. In Weiterführung bestehen diese aus Panzerstahl, aus denen die Kontur des jeweiligen Fahrzeugbodens dann durch Warmumformung hergestellt wird. Zur Herstellung der Tailored Blanks werden normalgeglühte Einzelbleche entsprechender Wandstärken verwendet, die mittels Laserstrahlschweißens miteinander verbunden werden. Einen derartigen Ansatz für die Automobilindustrie ist u.a. der http://www.thyssenkrupptailoredblanks.it/defaultasp?page=8&titolo=1 oder der http://www.thyssenkrupptailoredblanks.it/default.asp?page=2&titolo=1 entnehmbar.
  • Die Tailored Blanks werden für das eigene Anliegen der Erfindung jedoch erst nach dem Schweißvorgang vergütet und danach wird dann der endgültige Fahrzeugboden durch Umformung hergestellt.
  • Durch das Vergüten nach dem Schweißen, vorzugsweise dem besagten Laserschweißen, entsteht ein nahezu homogener Übergang zwischen den Blechen, wodurch eine Schwächung durch späteres Schweißen vermieden wird. Zugleich wird es einfacher, Bleche unterschiedlicher Dicke und / oder Güte miteinander zu kombinieren, sodass sich ein Gewichtseinsparungspotential ergibt, auch dadurch, dass Überlappungen vermieden werden und die minimal nötigen Blechdicken an der richtigen Stelle eingebunden sind.
  • Das Vergüten ist als Prozess eine Wärmebehandlung wie bei Stählen hierbei bevorzugt, also eine Kombination aus Härten und Anlassen. Beim Härten von Stählen wird zunächst bei Temperaturen oberhalb Ac(3) der Kohlenstoff im Austenit gelöst und anschließend auf Temperaturen unterhalb M(s) bzw. M(f) abgeschreckt. Das Anlassen ist dann ein erneutes Erwärmen nach dem Abschrecken auf Temperaturen unterhalb Ac(1), um eine Umwandlung in kubischen Martensit, sowie die Ausscheidung feiner Karbide und ggf. weitere Koagulation dieser Partikel zu erreichen.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden, anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispiel. Es zeigen
    • Fig. 1
    die perspektivische Darstellung eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Fahrzeugbodens aus einem Blech aus Panzerstahl für ein minengeschütztes Fahrzeug und
    Fig. 2
    einen Längsschnitt durch eine Blechplatine (Tailored Blank), die aus Einzelblechen unterschiedlicher Wandstärke zusammengesetzt ist, zur Herstellung des in Fig. 1 dargestellten Fahrzeugbodens.
  • In Fig. 1 ist mit 1 ein erfindungsgemäßer Fahrzeugboden (Fahrzeugwanne) und / oder Zwischenboden eines nicht näher dargestellten minengeschützten Fahrzeuges dargestellt, der im Wesentlichen zwei U-förmige Abschnitte 2 und 3 aufweist. Die beiden U-förmigen Abschnitte 2, 3 umfassen jeweils einen äußeren Schenkel 4 und einen inneren Schenkel 5, wobei die beiden inneren Schenkel 5 der U-förmigen Abschnitte 2, 3 einen tunnelförmigen Abschnitt 6 bilden.
  • Bei dem aus bevorzugt Panzerstahl bestehenden Fahrzeugboden 1 ist nun vorgesehen, dass der in den Fahrzeuginnenraum eines nicht dargestellten minengeschützten Fahrzeuges ragende tunnelförmige Abschnitt 6 eine Wandstärke von beispielsweise 10 mm und die Bodenabschnitte 7 zwischen den beiden Schenkeln 4, 5 der U-förmigen Abschnitte 2, 3 jeweils eine Wandstärke von 12 mm besitzen, da sie bei einer Minenexplosion besonders stark von deren Druckwelle betroffen sind und außerdem den Fahrzeuginnenraum des entsprechenden Fahrzeuges vor Splitter schützen sollen.
  • Die äußeren Schenkel 4 der beiden U-förmigen Abschnitte 2, 3 setzen sich aus jeweils zwei Teilabschnitten 8, 9 zusammen. Dabei weist der erste Teilabschnitt 8 ebenfalls eine Wandstärke von beispielsweise 12 mm und der sich anschließende zweite Teilabschnitt 9 eine Wandstärke von 15 mm auf, da der Teilabschnitt 9 besonders durch direkten Beschuss gefährdet ist.
  • Fig. 2 zeigt den Längsschnitt durch eine mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnete Blechplatine (Tailored Blank) vor dem Umformen bzw. nach dem Verschweißen bzw. Vergüten, aus der der erfindungsgemäße Fahrzeugboden 1 (Fig. 1) durch Umformen hergestellt wird.
  • Hierzu setzt sich die Blechplatine 10 aus sieben Einzelblechen 11-17 zusammen. Dabei entspricht die jeweilige Breite sowie die Wandstärke der Einzelbleche 11-17 den in Fig. 1 mit 8, 9, 7 und 6 bezeichneten Abschnitten. Die Einzelbleche 11-17 sind bevorzugt mittels Laserschweißens (vorzugsweise als Stumpfstoß) an ihren aufeinander treffenden Seiten entsprechend aneinandergeschweißt, sodass sich die in Fig. 2 mit 18-23 bezeichneten Schweißnähte ergeben.
  • Nach Herstellung der Blechplatine 10 wird diese wie herkömmlich vergütet.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Fahrzeugboden
    2, 3
    U-förmige Abschnitte
    4
    (äußerer) Schenkel
    5
    (innerer) Schenkel
    6
    (tunnelförmiger) Abschnitt
    7
    Bodenabschnitt
    8
    (erster) Teilabschnitt
    9
    (zweiter) Teilabschnitt
    10
    Blechplatine, Tailored Blank
    11-17
    Einzelbleche
    18-23
    Schweißnähte

Claims (7)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeug- und/oder Zwischenbodens eines Fahrzeuges, wobei der Fahrzeugboden (1) aus mehreren Einzelblechen (11 - 17) besteht, die miteinander verschweißt werden und eine Blechplatine (10) ergeben, dadurch gekennzeichnet, dass
    die derart hergestellte Blechplatine (10) durch eine Wärmebehandlung in Form einer Kombination aus Härten und Anlassen vergütet wird; und
    die vergütete Blechplatine (10) durch Warmumformung zu dem endgültigen Fahrzeug- und/oder Zwischenboden (1) umgeformt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelbleche (11 - 1 7) durch Laserschweißen miteinander verbunden werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Härten von Stählen zunächst bei Temperaturen oberhalb Ac(3) der Kohlenstoff im Austenit gelöst und anschließend auf Temperaturen unterhalb M(s) bzw. M(f) abgeschreckt wird, und das Anlassen dann ein erneutes Erwärmen nach dem Abschrecken auf Temperaturen unterhalb Ac(l) ist, um eine Umwandlung in kubischen Martensit, sowie die Ausscheidung feiner Karbide und ggf. weitere Koagulation dieser Partikel zu erreichen.
  4. Fahrzeug- und/oder Zwischenboden (1) eines Fahrzeugs, wobei der Fahrzeug- und/oder Zwischenboden (1) aus mehreren Einzelblechen (11 - 17) besteht, die durch Verschweißen miteinander zu einer Blechplatine (10) verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeug- und/oder Zwischenboden (1) mit Hilfe eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 3 hergestellt wird.
  5. Fahrzeug- und/oder Zwischenboden nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelbleche (11 - 1 7) aus Panzerstahl bestehen.
  6. Fahrzeug mit einem Fahrzeug- und/oder Zwischenboden nach Anspruch 4 oder 5.
  7. Fahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ein minengeschütztes Fahrzeug ist.
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