Der schwierige Weg zum Leichtbau

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Der schwierige Weg zum Leichtbau

Hillmann, J. / Morsch, D. / Welsch, F.

Der Einsatz von Leichtbau-Materialien wie z.B. Aluminium und Magnesium im Karosseriebau erfordert grundlegend andere Ansätze in der Fahrzeug-Konstruktion und -Produktion. Beispiel hierfür ist der Audi A8 mit seiner Voll-Aluminium-Karosserie. Diese Karosseriekonzepte und Produktionsweisen, und der Kostenrahmen lassen sich nur begrenzt auf bestehende Großserienfahrzeuge übertragen. Die nächste Generation heutiger Fahrzeuge ist deshalb weitgehend auf den Leichtbau mit Stahl angewiesen. Neue Ansätze für gewichtsreduzierende Konstruktionen gehen dabei meist von Weiterentwicklungen auf den Gebieten Werkstoffe (Blechgüten und Halbzeuge), Umformtechnik und Fügetechnik aus. Mit dem Verfahren der rechnerischen Blechdickenoptimierung kann die für die Steifigkeit und Festigkeit erforderliche Blechdicke für ein gesamtes Bauteil oder für Teilbereiche bis hin zu jedem einzelnen Finiten-Element ermittelt werden. Faßt man nun benachbarte Bereiche ähnlicher Dicke zusammen und stellt nach diesen Vorgaben 'maßgeschneiderte' Platinen aus speziell zugeschnittenen Blechstücken verschiedener Dicke und/oder Güte her, so spricht man von 'tailored blanks'. Diese tragen mit ihren unterschiedlichen Blechdicken zum Leichtbau bei und werden bereits erfolgreich in Serie eingesetzt. Bei der Patchwork- Technik werden Platinen mit Blechstücken beliebiger Kontur bereichsweise aufgedickt und dann umgeformt. Als neue höherfeste Stähle für die Dünnblechtechnik werden Bake-Hardening-Stähle, Isotrope Stähle, Dual-Phasen-Stähle und Stähle im Festigkeitsbereich über 1000 n/mm² eingesetzt. Letztere werden warm umgeformt und erhalten ihre Endfestigkeit durch den gesteuerten Abkühlprozeß. Zwei Beispiele verdeutlichen das beachtliche Potential der Dünnblechtechnik. Weiter beschrieben wird die Herstellung tragender Strukturen aus gerollten Profilen (Rollprofilieren) und hydrogeformten Knoten. Eine Gewichtsreduzierung kann auch durch optimierte Fügetechnik unterstützt werden (Laserschweißen, Verkleben). Der Einfluß der Verbindungstechnik auf die Steifigkeit wird gezeigt. Abschließend werden Trends und Ziele in der Entwicklung der Leichtbaugüte skizziert.