Automobilhersteller sparen dank Blechumformungs-Tool Millionen

Schweizer Blech-Software optimiert Rohkarosserien

| Redakteur: Luca Meister

Durch entsprechende Konstruktion und Bauteile mit lokal unterschiedlichen Festigkeitseigenschaften wird die Aufprallenergie bei einem Unfall gezielt verteilt.
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Durch entsprechende Konstruktion und Bauteile mit lokal unterschiedlichen Festigkeitseigenschaften wird die Aufprallenergie bei einem Unfall gezielt verteilt. (Bild: Daimler/Autoform)

>> Sicherheit schlägt bei Autos auf das Gewicht und damit auch auf den Verbrauch. Automobilhersteller begegnen diesen konträren Anforderungen mit cleverem Leichtbau. «Tailored Tempering» von hoch- und ultrahochfestem Stahl ist ein Schlüssel zum Erfolg – und öffnet gleichzeitig die Tür zu vielen kniffligen Herausforderungen. Angegangen werden diese mit Hilfe von Simulation. Die vom weltweit führenden Software-Hersteller Autoform entwickelten Blechumformungs-Tools werden u.a. von Daimler eingesetzt.

mei. Mit jeder neuen Modellgeneration eines Fahrzeugs steigt auch sein Gewicht. So war es bisher. Die Gültigkeit dieser Regel scheint allerdings zu bröckeln. Neue Modelle diverser Hersteller sind 50, 100 und mehr Kilogramm leichter als ihre Vorgänger. Dass dies trotz Grössenwachstums, Mehrausstattung, vielerlei Assistenzsystemen und nochmals erhöhter Crash-Sicherheit gelingt, dazu tragen unzählige kleine Massnahmen bei.

Eine besonders gewichtige betrifft die Rohkarosserie. Über die Modellzyklen gesehen wiegt sie im Verhältnis kontinuierlich weniger, obwohl ihr Hauptwerkstoff nach wie vor Stahl ist. Davon gibt es auf dem Weltmarkt aber mehrere Tausend Sorten. Die passende auszuwählen und geschickt zu verarbeiten, ist die Kunst des Leichtbaus. Hoch- und ultrahochfeste Stahllegierungen stehen dabei im Zentrum. Bei geringerem Materialeinsatz erfüllen moderne Stähle höchste Anforderungen an den Insassenschutz und stecken die Aufprallenergie bei einem Unfall wohl kalkuliert weg. Die Rohkarosserie der neuen «E-Klasse» besteht nicht umsonst zu fast drei Vierteln aus hoch- und ultrahochfesten Stahlsorten, was in der PKW-Entwicklung einem Spitzenwert gleich kommt (Quelle: www.daimler.com).

«Tailored Tempering»

Durch Presshärten, ein Spezialverfahren der Warmumformung, werden aus Bor-Mangan-Stahl (22MnB5) ultrahochfeste Karosseriebauteile hergestellt. Verschiedene Verfahrensvarianten haben sich etabliert, wobei überwiegend das direkte und das indirekte Presshärten zur Anwendung kommen. Gewissermassen als Krönung gilt das «Tailored Tempering»-Verfahren. Vergleichbar den geschweissten «Tailored Blanks», bei denen je nach geforderten Bauteileigenschaften Bleche von unterschiedlicher Dicke oder Festigkeit zusammengefügt werden, erfährt beim Tailored Tempering jede Stelle eines Blechs massgeschneidert eine Warmumformung und anschliessend eine temperaturgesteuerte Abkühlung. Damit ist es möglich, Bereiche von hoher Festigkeit und Bereiche von hoher Duktilität (Verformbarkeit) zu kombinieren.

Verbesserte Crash-Eigenschaften bei dünneren Wandstärken

Der Vorteil des Tailored Temperings gegenüber geschweissten Tailored Blanks ist, dass ein Bauteil quasi nahtlos aus einem Stück entsteht. Statt gleichsam «digitalen» Übergängen zwischen den zusammengeschweissten Bereichen, stellen sich fliessende Übergänge zwischen Zonen hoher Festigkeit und Zonen hoher Duktilität ein. Das sind ideale Bedingungen, um funktionsoptimierte Bauteile zu designen, also Bauteile, die gezielt an die Anforderungen im Crash angepasst sind. Damit sind signifikante Gewichtseinsparungen im Vergleich zu Konzepten mit konventionell kaltumgeformten Bauteilen realisierbar. Gegenüber der Herstellung durch konventionelles Presshärten kann auf diese Weise z.B. die B-Säule eines Fahrzeugs mit nochmals verbesserten Crash-Eigenschaften und nochmals dünneren Wandstärken hergestellt werden. Anspruchsvoll gestaltet sich die Ermittlung, wie das entsprechende Umformwerkzeug auszusehen hat und wie der Prozess des Tailored Tempering im Detail ablaufen soll. Dazu ist umfassendes Verständnis hinsichtlich Materialverhalten, Wärmefluss und Kinetik der Phasentransformation nötig.

Ergänzendes zum Thema
 
Autoform-Thermosolver
 
Autoform Engineering

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