Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Autos – leicht und crashsicher mit einer neuen Leichtbautechnologie

01.08.2013
Leichte und zugleich unfallsichere Autos zu bauen – das muss sich nicht ausschließen. Mit einer neuen Leichtbautechnologie erfüllen Forscher diesen Anspruch. Damit senken sie nicht nur den Kraftstoffverbrauch, sondern auch die Herstellungskosten.

Die Automobilbranche muss umdenken: Nachdem jahrelang immer schwerere Autos gebaut wurden, müssen Fahrzeuge künftig leichter werden sowie ihren Verbrauch und CO2-Ausstoß senken.


Bei diesem Crashtest wird geprüft, wie stark sich das Beispielbauteil unter einer Biegebelastung deformiert. © Fraunhofer IWS

Reduzieren die Autobauer die durchschnittlichen CO2-Emissionen ihrer Pkws nicht drastisch, drohen ihnen hohe Bußgelder. Das hat die EU-Kommission in einer neuen Gesetzgebung festgelegt.

Eine Möglichkeit, den Verbrauch entscheidend zu senken, ist der Leichtbau – die Autos müssen abspecken. Doch die Sicherheit der Fahrzeuginsassen darf darunter nicht leiden – eine große Herausforderung für Automobilkonstrukteure, die diesen gegensätzlichen Anforderungen nachkommen müssen. Bisher besteht die Fahrzeugkarosserie überwiegend aus einer homogenen Stahlblechkonstruktion mit konstanten Bauteilblechdicken.

Besonders lokal beanspruchte Bauteile werden dabei häufig überdimensioniert, da die Wandstärke entsprechend der höchsten lokalen Belastung ausgelegt werden muss. Das heißt, in niedrig belasteten Bereichen ist die Blechdicke höher als erforderlich, was ein unnötig hohes Bauteilgewicht zur Folge hat. Zudem setzt die Branche verbreitet preisintensive hochfeste Stahlbleche ein. Derzeit muss also stets ein Kompromiss zwischen Bauteilmasse, -kosten und Crashsicherheit eingegangen werden.

Forscher vom Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS in Dresden haben jetzt eine Leichtbautechnologie entwickelt, mit der sich die Fahrzeugmasse senken und gleichzeitig eine ausreichende Crashsicherheit garantieren lässt. »Sicherheit und Leichtbau müssen kein Widerspruch sein«, sagt Markus Wagner, Wissenschaftler am IWS. Um die Eigenschaften von Karosseriebauteilen präziser auf die wirkenden Belastungen abzustimmen, verfolgen der Ingenieur und seine Kollegen einen neuartigen Ansatz: die »Lokale Laserverfestigung«. Dabei setzen die Experten auf kostengünstige, niedrigfeste Stahlbleche mit minimierter Wanddicke.

Diese werden lediglich in den stark beanspruchten Bereichen lokal verfestigt. Hierfür führen die Experten einen fokussierten Laserstrahl über die Oberfläche des unbehandelten Blechs. Die so behandelten Zonen erwärmen sich oder schmelzen sogar auf und erstarren anschließend. Die Wärme wird schnell ins angrenzende kalte Material abgeleitet, wodurch sich die Spur rasch abkühlt. Dadurch entstehen harte Phasen und der Werkstoff wird deutlich verfestigt. »Wir erreichen Festigkeiten von bis zu 1500 MPa (Megapascal). Das entspricht etwa dem zweifachen des unverfestigten Grundwerkstoffs«, sagt Wagner. »Vor allem vordere und hintere Stoßträger am Fahrzeug sowie B-Säule und diverse Versteifungsprofile können wir so gewichts- und belastungsoptimiert gestalten.«

Bauteil biegt sich nur halb so stark durch

Crashbelastungen bewirken komplexe Hochgeschwindigkeits-Deformationen im Bauteil. Durch das lokale Laserverfestigen streben die Wissenschaftler einen höheren Deformationswiderstand an. Je weniger sich das Karosserieteil durchbiegt, desto geschützter ist der Autofahrer. Zugleich lässt sich das Versagensverhalten beeinflussen, indem die Position der ersten plastischen Deformation vorgegeben wird. Damit dies gelingt, müssen die Forscher die optimale Lage und Geometrie der Verfestigungsspuren ermitteln. Sollen die Spuren spitz, schräg oder längs verlaufen? Wie muss das Material beschaffen sein, um die schwer deformierbare Verfestigungszone zu optimieren? All dies können die Forscher in Simulationstests am Computer feststellen. »Mit unseren Simulationen sind wir in der Lage, Praxistests abzubilden. Versuch und Simulation weichen nur um wenige Millimeter voneinander ab«, so Wagner.

Mithilfe der numerischen Simulation haben der Wissenschaftler und sein Team ein crashoptimiertes Spurdesign für eine Biegebelastung entwickelt, wie sie beispielsweise beim Frontalaufprall auf einen Baum oder beim Seitencrash auftreten kann. Unter Einsatz des Lasers wurde das Spurdesign auf reale Bauteile übertragen. »Wir konnten die Durchbiegung eines lokal laserverfestigten Rohrprofils im Vergleich zur Referenz halbieren – und das, obwohl wir nur drei Prozent des Bauteilvolumens lokal verfestigt haben. Die Crashperformance wurde also verdoppelt«, resümiert Wagner die Ergebnisse.

Im Kundenauftrag haben die Forscher des IWS das Verfahren bereits auf diverse Crashprofile und Sitzkomponenten angewendet. Durch die neue, belastungsgerechte Gestaltung können sie die Wandstärke deutlich reduzieren und damit bis zu 20 Prozent Bauteilgewicht einsparen, ohne dabei die Crashsicherheit zu vernachlässigen. Im nächsten Schritt wollen Wagner und seine Kollegen ihre Technologie durch ein automatisiertes Optimieren der Spurgeometrie perfektionieren.

Markus Wagner | Fraunhofer Forschung Kompakt
Weitere Informationen:
http://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2013/august/autos-leicht-und-crashsicher.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Automotive:

nachricht Verbesserte Leistung dank halbiertem Gewicht
24.07.2017 | Technische Universität Chemnitz

nachricht Hochschule Bochum und thyssenkrupp präsentieren Solar-Sportcoupé
06.07.2017 | Hochschule Bochum

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Automotive >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

European Conference on Eye Movements: Internationale Tagung an der Bergischen Universität Wuppertal

18.08.2017 | Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Eine Karte der Zellkraftwerke

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Computer mit Köpfchen

18.08.2017 | Informationstechnologie