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Herstellung leichter, mehrzelliger Blechstrukturen für den Nutzfahrzeugbau (P 658)

07.07.2009
Der Leichtbau gewinnt aus ökonomischen und ökologischen Gründen immer größere Bedeutung, um besonders im Fahrzeugbau das Karosseriegewicht und somit den Kraftstoffverbrauch der Fahrzeuge zu reduzieren, aber dabei gleichzeitig hohe Qualitätsstandards hinsichtlich Sicherheit, Ergonomie und Komfort einzuhalten.

Mehrzellige Blechstrukturen aus Stahlblech sind leichte, flächige Leichtbau-Verbund-Konstruktionen, welche in vielen Anwendungsgebieten zur Substitution konventioneller, flächiger Bauteile aus Massivblech eingesetzt werden können.

Insbesondere im leichten Nutzfahrzeugbau bietet sich ein hohes Potenzial, um bei den eingesetzten großflächigen Blechbauteilen Gewicht einzusparen und - vor dem Hintergrund der gesetzlichen Beschränkung des Maximalgewichts von Nutzfahrzeugen - das Leergewicht zu reduzieren und somit die Nutzlast zu erhöhen. Wabenplatten aus Stahlblech stellen aufgrund ihrer spezifischen Bauteileigenschaften eine wirtschaftlich und technologisch attraktive Lösung für ebene, kleinflächige Teile im Kraftfahrzeugbau dar.

Für großflächige Anwendungen sind diese Verbundbleche jedoch nur bedingt geeignet, da sie mit Überlappungen gefügt werden müssen, was zu einer unerwünschten Erhöhung der Trennfugenanzahl und somit zu höheren Fertigungskosten und erhöhter Korrosionsneigung führen kann.

Im Rahmen des Forschungsprojektes "Herstellung leichter, mehrzelliger Blechstrukturen für den Nutzfahrzeugbau" wurde eine Fertigungstechnologie entwickelt, die es erlaubt, großflächige Höckerbleche ohne Trennfugen mit hoher Bauteilqualität durch wirkmedienbasierte Umformverfahren herzustellen. Das realisierte Umformwerkzeug erlaubt die Herstellung von Höckerblechen mit unterschiedlichen Breiten bei nahezu beliebigen Längen einer Wabenplattengestalt. Die hergestellten Höckerbleche wurden dann zu großformatigen Verbundblechen (Wabenplatten) gefügt.

Die strukturelle Auslegung von Höckergeometrie und Plattenaufbau im Hinblick auf die spezifischen Anforderungen der Lastenhefte ausgewählter Bauteile wurde mittels FE-Simulation sowie vergleichender Umformversuche mit kleinen Werkzeugen durchgeführt. Es wurden Höckerbleche mit hexagonaler Höckerstruktur und zwei verschiedenen Höckertiefen (4 und 8 mm) hergestellt. Die Blechbreiten betrugen bis zu 1.800 mm bei über 2.000 mm Länge. Um die Höckerbleche zu Wabenplatten zu fügen, wurden Punktschweiß- sowie Klebeprozesse eingesetzt. Zum Konturbeschnitt der Höckerbleche hat sich das Wasserstrahlschneiden bewährt. Die experimentellen Untersuchungen zeigten eine hohe Prozessrobustheit der eingesetzten wirkmedienbasierten Umformprozesse. Die hergestellten Bauteile wiesen eine hohe Konturgenauigkeit auf, was Voraussetzung für eine gute Passgenauigkeit zweier Höckerbleche beim Fügeprozess ist. Darüber hinaus zeigten die Bleche eine hohe Steifigkeit und eine hohe gleichmäßige Plastifizierung des Werkstoffes in den umgeformten Bereichen.

Die FE-basierten und experimentellen Untersuchungen thematisieren:
o die Auslegung und Herstellung von Höckerblechen mittels Hydroforming (flüssiges Wirkmedium) und durch Hohlprägen (elastisches Wirkmedium)
o Fügetechnologien für Höckerbleche
o die resultierenden Halbzeugeigenschaften
o die Herstellung von Prototypen für zwei ausgewählte Anwendungsfälle
Das Einsatzpotenzial von klein- und großformatigen Höckerblechen im Anwendungsbereich des Nutzfahrzeugbaus ist anhand der Herstellung einer Transporter-Trennwand und eines Getriebedeckelelements und mittels Untersuchungen zu deren Einsatzverhalten nachgewiesen worden. Im Vergleich zu den konventionellen massiven Blechbauteilen wurden mit den aus Wabenplatten hergestellten Prototypen Gewichtseinsparungen von 20% (Trennwand) bzw. 55% (Getriebedeckelelement) erreicht. Eine ergänzende ökonomische Bewertung des Halbzeuges bzw. der Prozesskette "Hydroformen - Fügen" zeigt ferner die wirtschaftlichen Potenziale dieser Technologie auf.

Das Forschungsvorhaben wurde vom IInstitut für Umformtechnik und Leichtbau, Technische Universität Dortmund, in Kooperation mit borit Leichtbau-Technik GmbH, Daimler AG, EvoBus GmbH, ThyssenKrupp Steel AG und Volkswagen AG mit fachlicher Begleitung und mit finanzieller Förderung durch die FOSTA - Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V., Düsseldorf, aus Mitteln der Stiftung Stahlanwendungsforschung, Essen, durchgeführt.

Der ausführliche Forschungsbericht zu diesem Vorhaben kann bei der Verlag und Vertriebsgesellschaft per Fax (+49 (0)211 67 07 129) bestellt werden und umfasst 98 Seiten. Schutzgebühr: € 25,50 inkl. MWSt. zzgl. Versandkosten, ISBN 3-937567-71-2.

Mitglieder der FOSTA sind führende Stahlhersteller, Stahl verarbeitende Unternehmen und Forschungsinstitute. Zu den Mitgliedern gehören Arcelor Mittal Bremen GmbH, Arcelor Mittal Eisenhüttenstadt GmbH, ArcelorMittal Steel Germany GmbH, Deutsche Edelstahlwerke GmbH, Edelstahl Vereinigung, Georgsmarienhütte GmbH, Salzgitter AG Stahl und Technologie, Saarstahl AG, ThyssenKrupp Nirosta GmbH, ThyssenKrupp Steel AG, V & M DEUTSCHLAND GmbH, voestalpine Stahl GmbH, Benteler AG, Daimler AG, Volkswagen AG u. a.

Rainer Salomon | idw
Weitere Informationen:
http://www.stahlforschung.de

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