29. JUNI 2016

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Der Hebel fürs Absspecken


Future/Leichtbau

Automobile Leichtbau-Strategien der Automobilindustrie standen im Mittelpunkt des 21. Umformtechnischen Kolloquiums (UKH) in Hannover. Die Kernaussage: Der Karosseriebau beflügelt alles.
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Wir müssen die Gewichtsspirale umkehren. Dabei steht vor allem die Optimierung der Karosserie an«, mahnte Prof. Jürgen Leohold, Leiter VW-Konzernforschung in Wolfsburg. »Die Initialzündung in der Karosserie führt jedoch zu Sekundäreffekten im ganzen Fahrzeug.« So führe ein leichterer Body in white (BIW) zu kleineren Motoren, kleineren Tanks und leichteren Fahrwerken. In luxuriösen Kleinserien wie dem VW-Modell XL1 setzen Automobilisten auf teure Werkstoffe wie CFK. Im Kommen sind in der Großserie die warmumgeformte Stähle und neue Verarbeitungsprozesse. »Wir wollen die Simulation verbessern, um die Umsetzung in die Serie zu forcieren«, erklärte Leohold. Er verwies mit Blick auf die virtuellen Prozessketten zur Warm- und Kaltumformung auf die enge Zusammenarbeit mit dem Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen (IFUM) aus Hannover, dem Veranstalter des UKH.

Dort beschäftigen sich Wissenschaftler beispielsweise mit der »numerischen Abbildung des Umwandlungsverhaltens presshärtbarer Stähle«.

Das Know-how des IFUM setzt VW beispielsweise in einem Transferprojekt im Zweigwerk in Baunatal (bei Kassel) um: Die Nordhessen nehmen unter die Lupe, wie sich warmumgeformte Karosseriebauteile mit Zweiphasen-Sprühkühlung gesteuert abkühlen lassen. Beim Verarbeiten warmumgeformter Bauteile hat sich das Presshärten (auch Formhärten genannt) etabliert, bei dem das VW-Werk in Baunatal nach eigenen Angaben weltweit führt.

Doch Stahlbau allein reicht anscheinend langfristig nicht aus: Ab 2016 wird VW in Wolfsburg zusammen mit Industriepartnern im staatlich geförderten Projekt ›Open Hybrid LabFactory‹ (Federführung: Niedersächsisches Forschungszentrum Fahrzeugtechnik) die gesamte Wertschöpfungskette von der Kohlenstofffaser über den hybriden Fertigungsprozess zur Herstellung funktionaler Leichtbau-Komponenten erforschen. Die Zukunft scheint jedoch eher thermoplastischen Hybridstrukturen zu gehören, bei denen statt teurer Kohlefasern Glasfasern eingesetzt werden.

Zum Herstellen hybrider Bauteile aus Faserverbundkunststoffen (FKV) und Metall wird hauptsächlich das Autoklav- oder Resin-Transfer-Moulding-Verfahren (RTM) verwendet. »Beide Prozessvarianten sind allerdings sehr kosten- und zeitintensiv«, stellte IFUM-Leiter Professor Bernd-Arno Behrens fest. Daher entstand in Hannover ein Tiefzieh-Verfahren, mit dem sich sowohl einfache Halbzeuge aus Metall als auch faserverstärkte Thermoplaste in nur einer Umformstufe gemeinsam zu einem Multimaterialbauteil fertigen lassen. Die flachen Halbzeuge werden gemeinsam in die temperierten Werkzeuge eingelegt und umgeformt. Die Halbzeuge lassen sich dabei sowohl vor als auch während der Umformung durch Erwärmen des Thermoplasts und anschließendem Verfestigen miteinander verbinden. Das IFUM hat versuchsweise Rundnäpfe aus zwei Aluminiumblechen und einem unidirektional glasfaserverstärkten Thermoplast mit einer Temperatur von 270 °C umgeformt, wobei Halbzeuge während der Umformung miteinander verbunden wurden.

Verwendet wurden Aluminiumbleche aus AW 5754 mit einer Blechdicke von 1,0 mm, während der glasfaserverstärkte Kunststoff 1,2 mm und 2,5 mm dick war. Erste Schritte zur Simulation dieses Prozesses hat das IFUM bereits gemacht. Langfristig wollen die Niedersachsen »die ganzheitliche Prozesskette realitätsnah in angemessener Rechenzeit« simulieren. »Dabei ist es jedoch nicht möglich, jede einzelne Faser abzubilden«, erklärte der Institutsleiter. »Wir müssen hier stattdessen spezielle Schalenmodelle verwenden – also eine Mischung aus Faser und Matrix. Dabei gilt es außerdem, auch die Faserorientierung zu berücksichtigen.«

Hydroforming statt Presshardening?

Als Alternativen zu pressgehärteten Verstärkungen präsentierte Christian Juricek, Leiter Forschung und Entwicklung bei der Magna Cosma International, Wiener Neustadt (Tochter des Automobilzuliefererkonzerns Magna International Inc.), rohrförmige Strukturen für A-, B- und C-Säulen. Für die Konstruktionen werden hydrogeformte Rohre aus hochfestem Stahl verwendet, die beispielsweise bei der B-Säule des Ford Fusion (US-Version) das Crashverhalten verbessern und die Masse pro Fahrzeug um 8,2 kg senken. Der Einsatz von Hydroforming erstaunte sicherlich manchen Zuhörer, daher hakte der bbr-Reporter nach: »Wie schnell ist das Hydroforming im Vergleich zu konventionellen Verfahren wie etwa Pressen?« »Es kommt darauf an, die richtige Anwendung zu finden, um das Bauteil dann dahingehend zu entwickeln«, antwortete der F+E-Leiter. »Durch Integration von Verfahrensschritten lässt sich aber die gesamte Prozesszeit verkürzen.« Konkretere Angaben machte der Magna-Manager jedoch nicht. Die Hydroformanlage stammt übrigens von der Siempelkamp Maschinen- und Anlagenbau GmbH & Co. KG aus Krefeld, die sich aus dem Geschäft mit Hydroformanlagen etwas zurückgezogen hat.


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