Autor: Stefan Senge

Leichtbau zählt in vielen Bereichen, insbesondere aber im Automobilbau, zu einer der treibenden Kräfte im Bereich der Forschung. Das Ausschöpfen von Leichtbaupotentialen bietet zum einen die Möglichkeit die Energieeffizienz zu erhöhen und so den Kraftstoffverbrauch zu verringern, was zu einer Schonung der Umwelt beiträgt. Zum anderen eröffnen sich dadurch aber auch Möglichkeiten die Stabilität bspw. der Fahrgastzelle und somit die Sicherheit der Insassen weiter zu erhöhen. Darüber hinaus bietet eine Verringerung des Gewichts, insbesondere in höher gelegenen Bauteilen, die Möglichkeit die Agilität eines Fahrzeugs bei dynamischer Fahrweise deutlich zu steigern. Bei aktuellen Fahrzeugen hat die Karosserie einen Anteil von etwa 40 % am Gesamtfahrzeuggewicht, weshalb es naheliegend ist in diesem Bereich Gewicht durch Optimierung einzusparen. Ein Ansatz im Karosseriebau Gewicht einzusparen ist die Verwendung von Multi-Material-Bauteilen. Durch den gezielten Einsatz verschiedener Materialien ist es möglich die positiven Eigenschaften zu kombinieren und so vorhandene Bauteile durch optimierte Multimaterialbauteile zu substituieren. Eine große Herausforderung bei Multi-Material-Konzepten ist die Verbindung zwischen den unterschiedlichen Werkstoffen. Die Belastbarkeit dieser Verbindungen beeinflusst maßgeblich die Gesamtfestigkeit dieser Bauteile. Abbildung 1 zeigt beispielhaft eine A-Säule der Porsche AG, bestehend aus einem hochfesten Stahlblech, welches zur Versteifung mit umgeformten thermoplastischen Glasfasergewebematten ausgekleidet wird. Ziel dieser Arbeit ist es zu ermitteln, wie sich Oberflächenstrukturen mit Hinterschnitten umformtechnisch in ein Stahlblech einbringen lassen und so ein formschlüssiges Verklammern des zweiten Fügepartners ermöglichen. Es werden verschiedene Abhängigkeiten untersucht, um so ein möglichst allgemeingültiges Modell zur Beschreibung der Umformprozesse zu erstellen und eine Übertragbarkeit auf andere Anwendungsfälle zu ermöglichen. Auch für die zu erwartende Verbundfestigkeit soll anhand verschiedener Werkstoff- und Strukturkombinationen ein Berechnungsansatz aufgestellt werden und so die Vorhersage der zu erwartenden Verbundfestigkeit ermöglichen. Da ein Augenmerk auf der großflächigen Anwendbarkeit liegt, wird die Herstellung solcher Strukturen anhand eines adaptierten Walzprozesses untersucht. Dies ermöglicht es, dass die eingeleiteten Kräfte im späteren Einsatz nicht nur von punktuellen Verbindungen übertragen werden, sondern gleichmäßig auf den gesamten Kontaktbereich verteilt werden können. Resultierend aus dem Walzprozess werden nach der Klassifizierung von Stout „engineered direcitional structures“, also gezielt eingebrachte, gerichtete Strukturen untersucht.

Leichtbau zählt in vielen Bereichen, insbesondere aber im Automobilbau, zu einer der treibenden Kräfte im Bereich der Forschung. Das Ausschöpfen von Leichtbaupotentialen bietet zum einen die Möglichkeit die Energieeffizienz zu erhöhen und so den Kraftstoffverbrauch zu verringern, was zu einer Schonung der Umwelt beiträgt. Zum anderen eröffnen sich dadurch aber auch Möglichkeiten die Stabilität bspw. der Fahrgastzelle und somit die Sicherheit der Insassen weiter zu erhöhen. Darüber hinaus bietet eine Verringerung des Gewichts, insbesondere in höher gelegenen Bauteilen, die Möglichkeit die Agilität eines Fahrzeugs bei dynamischer Fahrweise deutlich zu steigern. Bei aktuellen Fahrzeugen hat die Karosserie einen Anteil von etwa 40 % am Gesamtfahrzeuggewicht, weshalb es naheliegend ist in diesem Bereich Gewicht durch Optimierung einzusparen. Ein Ansatz im Karosseriebau Gewicht einzusparen ist die Verwendung von Multi-Material-Bauteilen. Durch den gezielten Einsatz verschiedener Materialien ist es möglich die positiven Eigenschaften zu kombinieren und so vorhandene Bauteile durch optimierte Multimaterialbauteile zu substituieren. Eine große Herausforderung bei Multi-Material-Konzepten ist die Verbindung zwischen den unterschiedlichen Werkstoffen. Die Belastbarkeit dieser Verbindungen beeinflusst maßgeblich die Gesamtfestigkeit dieser Bauteile. Abbildung 1 zeigt beispielhaft eine A-Säule der Porsche AG, bestehend aus einem hochfesten Stahlblech, welches zur Versteifung mit umgeformten thermoplastischen Glasfasergewebematten ausgekleidet wird. Ziel dieser Arbeit ist es zu ermitteln, wie sich Oberflächenstrukturen mit Hinterschnitten umformtechnisch in ein Stahlblech einbringen lassen und so ein formschlüssiges Verklammern des zweiten Fügepartners ermöglichen. Es werden verschiedene Abhängigkeiten untersucht, um so ein möglichst allgemeingültiges Modell zur Beschreibung der Umformprozesse zu erstellen und eine Übertragbarkeit auf andere Anwendungsfälle zu ermöglichen. Auch für die zu erwartende Verbundfestigkeit soll anhand verschiedener Werkstoff- und Strukturkombinationen ein Berechnungsansatz aufgestellt werden und so die Vorhersage der zu erwartenden Verbundfestigkeit ermöglichen. Da ein Augenmerk auf der großflächigen Anwendbarkeit liegt, wird die Herstellung solcher Strukturen anhand eines adaptierten Walzprozesses untersucht. Dies ermöglicht es, dass die eingeleiteten Kräfte im späteren Einsatz nicht nur von punktuellen Verbindungen übertragen werden, sondern gleichmäßig auf den gesamten Kontaktbereich verteilt werden können. Resultierend aus dem Walzprozess werden nach der Klassifizierung von Stout „engineered direcitional structures“, also gezielt eingebrachte, gerichtete Strukturen untersucht.