100 12 460 35 3 35

Future

Verwirrt? Nun, es ist keine Telefon- und auch keine Kontonummer. Es handelt sich vielmehr um die Kennzahlen eines der ungewöhnlichsten Projekte eines Stahlherstellers: Incar.

27. August 2010

Es ist das umfangreichste Paket herstellerunabhängig entwickelter Innovationen, das bislang von einem Zulieferer an den Markt gebracht worden ist«, erklärt Dr. Ulrich Jaroni, Mitglied des Vorstands der Thyssenkrupp Steel Europe AG (TKS) aus Duisburg. Das Projekt spiegele die gesamte Automobilkompetenz des Thyssenkrupp-Konzerns. Die beteiligten Unternehmen verfügen über Know-how in der Werkstoffentwicklung, Konstruktion und Produktionstechnik, in der Bauteilfertigung sowie im Anlagen-, Werkzeug- und Prototypenbau.

Hier kommen die Zahlen des Titels ins Spiel: 100 Ingenieure und Techniker aus 12 Thyssenkrupp-Unternehmen kamen auf 460 Ideen. Davon haben sie mit einem Budget von 35 Mio. € in drei Jahren im Leichtbauprojekt Incar 35 Innovationen verwirklicht. Das Projekt bietet laut Dr. Jaroni »neue Lösungen sowohl für die Karosserie als auch für Fahrwerk und Antrieb«.

Kommt Incar nur für Nobelkarossen infrage? »Unsere Lösungen lassen sich auch auf Fahrzeuge des mittleren und kleinen Segments anwenden«, sagt der TKS-Vorstand.

Eine runde Sache: Im Mittelpunkt stehen hochfeste Stähle, ein intelligenter Mix von Werkstoffen und ein ausgereiftes Verarbeitungsverfahren. Das Zauberwort heißt ›Tailored Tempering‹: Mit diesem Warmumformprozess lassen sich Teile mit lokal unterschiedlichen Festigkeits- und Dehnungseigenschaften aus einem einzigen Warmumformstahlblech fertigen. Ab 2012 will TKS Tailored-Tempering-Großserienteile liefern können.

Die Incar-Entwickler haben die Technik bereits für die Prototypenfertigung von B-Säulen angewandt. Dr. Stéphane Graff, TKS-Projektingenieur, beschreibt auf einem Insider-Treff für Umformspezialisten (16. Sächsische Fachtagung Umformtechnik SFU 2009 in Chemnitz), wie die Simulationsexperten die Machbarkeit des Bauteils aus dem ›ultrahöchstfesten‹ Stahl MBW 1900 (Festigkeit: 1900 MPa) nachgewiesen haben.

Die Experten haben zum Beschreiben der Gefügeumwandlungen ein spezielles Berechnungsmodell in den FE-Code MSC.Marc implementiert. In dieser Routine wird die Härte anhand von linearen Näherungen errechnet, die auf dem Zeit-Transformations-Umwandlungs-Diagramm beruhen. Die Berechnung berücksichtigt allerdings nicht den Einfluss von Umformgrad, Spannungszuständen und Dehnrate. Dr. Graff: »Insgesamt liefert das Modell ein sehr realitätsnahes und brauchbares Ergebnis. Erweiterungen und Verbesserungen sind jedoch nötig und werden folgen.«

Das Ergebnis kann sich sehen lassen: Die per Tailored Tempering hergestellte B-Säule falle bei gleicher Crash-Sicherheit 22 Prozent leichter als die Referenz aus und koste neun Prozent weniger. Ein deutscher Autohersteller beauftragte bereits die Produktion von A- und B-Säule.

Aber nicht nur Stahl wird eingesetzt. Eine Idee beschäftigt sich mit Hybridbauweise: Die neue Dach-Außenhaut besteht aus zwei dünnen Stahlblechen und einem Polymerkunststoffkern. Das Sandwich-Dach kostet etwa 33 Prozent mehr als eine entsprechende Stahlstruktur, wiegt aber 38 Prozent (7,29 Kp) weniger. Es lässt sich mit der Karosserie wie die Stahlversion per Laserstrahllöten verbinden. Weitere Einsätze: Motorhauben, Türen, Kotflügel oder Heckklappen.

Was viele nicht wissen: Thyssenkrupp zählt zu den Pionieren der Magnesium-Verformung. Im Incar-Projekt entstand daher auch ein Mg-Dach: Das Rohbau-Dachmodul wiegt nur 8,94 Kp und ist damit 62 Prozent leichter als das Stahldach. Als Fügetechniken eignen sich laut Experten konventionelle ›heiße und kalte‹ Fügeverfahren wie Lasern, Schweißen, Nieten, Schrauben oder Kleben.

Das Gießwalzen des Magnesium-Vorbands sei kostengünstiger als Stranggießen. Der Werkstoff komme laut TK-Tochter MgF außerdem infrage für Armaturenträger oder als Rückwand zum Kofferraum. Das erste serienmäßige Magnesiumbauteil macht bereits ein italienisches Sportauto leichter. Dr. Jaroni: »Magnesium halbiert im Vergleich zu Aluminium das Gewicht nochmals.«

Solange Magnesium aber noch sehr teuer ist, sei Stahl für großvolumige Einsätze weiterhin der bezahlbare Leichtbauwerkstoff der Zukunft. Die Incar-Ingenieure haben eine Hinterachse aus höchstfesten Stählen entwickelt, die sie mit einer Aluminium-Baugruppe aus Fahrzeugen der oberen Mittelklasse verglichen. Dr. Jaroni: »Das Gewicht der Incar-Lösung ist nur vier Prozent höher. Die Kosten sind allerdings nur halb so hoch.«

Wenn die Werkstoffe ausgereizt sind, ist die Fantasie der Umformexperten gefragt. Das Zauberwort der Duisburger heißt T³: Hohlprofile, die auf einer intern Einrollpresse genannten Anlage entstehen, die die Rohre biegt und lasert. Die Methode wurde erfolgreich erprobt an vorderen Längsträgern, die laut TK bis zu 27 Prozent leichter als die Referenz (eine Schalenlösung) ausfallen bei 13 Prozent geringeren Herstellkosten.

Damit Automobilhersteller einen neutralen Vergleich erhalten, gingen die Incar-Fachleute neue Benchmark-Wege. Als Vergleichsmaßstab dient eine eigene, virtuelle Rohkarosserie eines Fahrzeugs der oberen Mittelklasse. Dr. Karsten Kroos, Vorsitzender des Bereichsvorstands Components Technology der Thyssenkrupp AG: »Die virtuelle Karosserie entstand mit dem gleichen Aufwand und den gleichen Entwicklungs- und Simulationswerkzeugen, mit dem Automobilhersteller neue Fahrzeuge entwickeln.«

Der Konzern vergleicht Incar-Lösungen daher nicht mit einem realen Fahrzeug eines konkreten Herstellers, sondern mit einer unabhängigen Referenzstruktur. »Das macht es den Kunden leichter, unsere Innovationen zu übernehmen und ihre Strategien anzupassen«, erklärt Dr. Kroos.

Das Incar-Konzept reicht also sehr weit, doch gibt es auch Grenzen? »Wir wollen sicher kein Auto bauen«, betont Dr. Jaroni. Es handele sich aber auch nicht um ein reines Werkstoffthema, denn Thyssenkrupp liefere ja jetzt schon komplette Systeme an die Automobilindustrie.

Nikolaus Fecht, Freier Fachjournalist aus Gelsenkirchen

Grün-Anlage

T3-Bauteile sind eine Weiterentwicklung von Hohlprofilen (Thyssen Tailored Tubes): Die erste Generation waren klassische rohrförmige Halbzeuge ohne Querschnittsänderungen über die Halbachse, während die zweite Generation bereits lineare Veränderungen besaß. Der Querschnitt der dritten Generation (daher die Bezeichnung T3) kann über die Bauteillänge nichtlinear wechseln. Dank der Integration von Nebenformelementen können so auch fertige Bauteile entstehen.

Die Ökobilanz des Incar-Projektes kann sich sehen lassen: Die PE International GmbH aus Leinfelden nahm den gesamten Lebenszyklus aller Incar-Bauteile unter die Lupe: »Fasst man Produktion und Nutzungsphase zusammen, sparen die ökologisch besten Incar-Lösungen zusammen rund 5500 Kg CO2 pro Fahrzeug im Vergleich zum aktuellen Stand der Technik.«

Erschienen in Ausgabe: 04/2010