Neues aus dem Bodyshop

Karosseriebautage Zwei Tage lang geht es alle zwei Jahre in Hamburg nur um ein Thema: Body-in-white (BIW). Dieses Jahr trafen sich 300 hochrangige BIW-Experten der Automobil- und Zulieferindustrie zum Ideentausch. Die Werkstoff-Botschaft aus der Hansestadt: Die Mischung macht’s.

06. Dezember 2006

Wenn Designer vom Auto reden, fallen Worte wie Perfektion, Liebe zum Detail, Lebensstil und Persönlichkeit. Karosseriebauer sprechen dagegen beispielsweise von scheinbar trockenen Fachbegriffen wie Leichtbau, hochfesten Werkstoffen oder Warmumformung. Trotzdem sind die Aufgabenstellungen nicht weniger kreativ. Beispiel VW EOS: Für den Vorderwagen nutzten die Karosseriebauer das Konzept von Golf und Passat, von dem die vorderen Längsträger und benachbarte Strukturbauteile unverändert übernommen wur­den. Im übrigen Bereich wurde der EOS gezielt auf Cabrio hin neu entwickelt. Laut einer Firmenschrift ging es dabei darum, die nicht tragende Struktur des Daches zu kompensieren und ein Automobil zu entwickeln, das einem geschlossenen Pkw in nichts nachsteht. Um den Überlebensraum für die Insassen bei einem Überschlag zu gewährleisten, benötigen Cabriolets besonders steife A-Säulen-Strukturen. Zum Einsatz kommen dabei meist innen liegende Verstärkungsrohre.

Ansichtssache Sicherheitsschale

Diese Bauweise ist jedoch aufwändig und mit einem hohen Gewicht verbunden. Bernd Oehmke, aus der Konzernabteilung Forschung und Entwicklung, Strukturberechnung: »Deshalb wurde für den EOS eine Schalenbauweise favorisiert, in der nur die Bleche der Innen- und Außenseite die Biegebelastung bei einem Überschlag aufnehmen und damit ein maximaler Querschnitt zur Verfügung steht.« Die Lösung im Detail: Die zwei Bleche der Innenseite besitzen einen großen Überlappungsbereich und bestehen aus höchstfestem Stahl mit einer Streckgrenze von mehr als 1.000 MPa. Im Überlappungsbereich ist zusätzlich eine Verstärkung innerhalb des Querschnitts an die außen liegenden Bauteile der A-Säule angebracht. Oehmke: »Diese Maßnahmen sorgen dafür, dass sich die Knickstelle beim Dachdruckversuch nach oben verschiebt, sich der Hebelarm des Balkens der A-Säule verkürzt und somit das Kraftniveau steigt.«

IHU lebt!

Zur Erfüllung der Überschlag- und Dacheindrückanforderungen verstärkte auch Wettbewerber Opel beim neuen Astra Cabrio die A-Säule, die innen aus hochfestem, warm um­geformten Stahl und einem höchstfestem, per Innenhochdruck (IHU) geformten Rohr aus Dualphasenstahl besteht. Ansonsten kamen übliche Stahlsorten zum Einsatz. Ein Tagungsteilnehmer hakte nach, warum Opel denn das relativ teure IHU-Verfahren einsetzt. Antwort von Uwe Wawers (Abteilung PE Body & Exterieur) von der Adam Opel GmbH, Rüsselsheim: »Wir sind mit unserem IHU konkurrenzfähig zu anderen Umformverfahren!« Für seinen Teamkol­legen Klaus-Peter Eckhart war die Entwicklung der Schottwand mit der Aufnahme der Lager des Daches eine besondere Herausforderung: »Durch den TwinTop-spezifischen Aufbau in diesem Bereich wurde die Querstruktur geschwächt.« Die Lösung lautete Teamwork: Entwickler, Simulationsexperten und Fertigungsfachleute arbeiten eng zusammen, um den negativen Einfluss des TwinTops (spezielles dreiteiliges Stahldach) durch den gezielten Einbau von Verstärkungen zu neutralisieren. Das Ergebnis kann sich sehen lassen: Die Rüsselsheimer verbesserten Biege- und Torsionsfestigkeit um 22 beziehungsweise 36 %. Das erlaubte trotz des höheren Gewichts und der ungünstigeren Geometrie eine Verbesserung um 8,0??% für den ersten Biege-Modus gegenüber dem Vorgänger.

Konventionell Fügen

Interessanterweise dominieren trotz Schalenaufbau konventionelle Fügeverfahren: Der gesamte Zusammenbau besteht aus 344 Schweißpunkten, 1.338 mm MIG-Lötnähten, 308 mm WIG-Lötnähten und 12.980 mm Strukturkleber/Bördelflanschkleber. Erstmalig kommt das automatische Rollbördeln im Bereich der hinteren Radläufe zum Einsatz, das Opel zusammen mit Zulieferer EDAG entwickelt hat. »Die meiste Aufmerksamkeit erfordern die Werkstoffe«, erklärte Dr. Heinz Soja, Leiter der Entwicklung Karosseriemechanik bei der Dr. Ing. h.c. F. Porsche AG, Weissach. Dabei geht es vor allem um Leichtbau. Um die Gewichtsspirale zu stoppen (plus 40 % bei Porsche im Zeitraum 1989 bis 2004), setzt der Sportwagenhersteller auf Substitution. So wurde beispielsweise die Stahltür bei dem neuen 911 Turbo ersetzt durch eine Aluminiumversion. Interessanterweise schnitt übrigens bei der Vorentwicklung das Fügeverfahren Rollfalzen (mit vorgeliertem Kleber) besser als Laserschweißen ab.

Substitution

Doch eins zu eins lässt sich ein Werkstoff nicht ersetzen: Meist - wie Aluminiumanwender im Karosseriebau schon oft schmerzlich erfahren mussten - kommt es auf die werkstoffgerechte Konstruktion an. Porsche entschied sich an Stelle der Schalenkonstruktion der Stahlvariante für die integrierende Bauweise. Dr. Soja: »Erst der weiterführende Ansatz der Integration von Verstärkungsteilen in ein komplexes, großflächiges Türinnenteil in Druckgussbauweise führte das Leichtbautürkonzept in den Kostenzielkorridor.« Porsche dreht an allen Optimierungsschrauben und konnte so den Mehraufwand von Gussprozess und Materialkosten mehr als ausgleichen. Eine Parabel stellte dabei den Zusammenhang zwischen Kosten und Gewicht. Innerhalb der Parabel fällt die Aluminiumtür zwar leichter, aber auch teurer als der stählerne Vorgänger aus. Daher verließ Porsche die Parabel zu Gunsten der preiswerteren Druckgussbauweise. Porsche reduzierte im Türrohbau bei der Aluminium-Vari­ante die Anzahl der Bauteile drastisch von 15 Blechteilen, fünf Schraubverbindungen und 85 Schweißpunkten beim Stahl auf fünf Aluminium-Teile mit zehn Schraubverbindungen. Die Länge der Bördelnahtverklebung und die Kleberaupen zwischen Schacht- und Sicherheitsverstärkung entsprechen nahezu der Schweißpunkt­verbindungslänge. Der Aluminium-Rohbau einer Türseite wiegt nur knapp zehn Kilogramm, sieben Kilogramm weniger als der stählerne Vorgänger. Um eine Pionierleistung handelt es sich beim Gussprozess: Den Abguss des Türrahmens übernimmt eine der insgesamt drei Großpressen in Europa, die mit 4.400 Tonnen Schließkraft arbeiten. Die rund 700 °C heiße Legierung wird mit 245 bar in 20 bis 25 Millisekunden in die Form geschossen. Nach nur zwölf Sekunden Zuhaltezeit ist der Gießvorgang beendet. Auswerfer drücken das Bauteil aus der geöffneten Form und ein Entnahmeroboter legt den Rahmen in ein Grobentgratwerkzeug, in dem das Kreislaufmaterial bei rund 350 °C entfernt wird. Der gesamte Zyklus dauert nur 120 Sekunden, um Verzug am Bauteil zu vermeiden.

Die Kunst des Kombinierens

Das Thema Aluminium ist bei Audi ein Dauerbrenner. Auf reinrassige Alu-Lösungen setzen die Ingolstädter allerdings nicht mehr, sondern auf den »Audi Space Frame« (ASF) in hybrider Bauweise (die drei Buchstaben ASP standen übrigens früher einmal für Aluminium Space Frame). Die Karosserie des neuen Audi TT besteht daher heute zu 22?% aus Alu-Guss, zu 16?% aus Alu-Profilen, zu 31?% aus Alu-Blech und zu 31??% aus Stahlblech. Stahl und Alu verbindet Audi per Stanzniet-Kleben und Schraub-Kleben. Hybrid hat sich bewährt: Die statische Torsionssteifigkeit stieg im Vergleich zum Vorgängermodell um 49?% und die Leichtbaugüte um 43??%. Im Aluminiumdach kam erstmals eine Laser-Nullfuge zum Einsatz, die Audi heute laut Konzeptentwickler Jens Christlein jetzt in der Serie erfolgreich verwendet. Die Kunst des Kombinierens ist auch für Opel das Werkstoff-Konzept mit Zukunft. Das betrifft nicht nur die eigentliche Karosserie, sondern auch das intelligente Drumherum. In diesem Fall handelt es sich um Modulanwendungen im Hinterwagen - etwa in Schubladenform zum Herausziehen. Opel setzt die Module beispielsweise als Kunststoff-Ersatzradwannen ein, die über höhere Verformungsgrade als tief gezogene Stahlmodule verfügen. Gunter Heim, Leiter Karosserievorausentwicklung GM Europe: »In der Vergangenheit bestanden diese Kunststoffwannen meist aus SMC. Bei neueren Fahrzeugen geht der Trend vor allem wegen der besseren Recyclingfähigkeit immer mehr in Richtung GMT.«

GM klebt

Die Modulwannen werden mit der Karosserie verklebt, weil die Verklebung eine großflächige Einleitung der Kräfte ermöglicht, was die Spannungen im Vergleich zu einer Verschraubung oder Vernietung niedrig hält. Für das Verkleben spricht außerdem: Das Konzept lässt sich auch als Nachrüstlösung nutzen, weil eine Verklebung auf die KTL (Katalytische Tauchlackierung) der Karosserie stattfindet und so der Korrosionsschutz nicht angetastet wird. Das Aushärten des Klebers dauert sechs bis sieben Tage. Im Detail nahm GM Europe die möglichen Kleber unter die Lupe. Heim: »Allen Klebern gemeinsam ist der Nachteil, dass ein Auftrag von Primer vor dem Klebeprozess notwendig ist. Aus diesen Gründen wurde ein Polyurethankleber (PUR) ausgewählt, der in dieser Form auch schon Anwendung als Scheibenkleber findet. Zu beachten ist hierbei nur, dass es in extrem luftfeuchtigkeitsarmen Gegenden notwendig werden kann, Wasserpaste beizumischen, um eine optimale Aushärtung zu gewährleisten.«

Erschienen in Ausgabe: 12/2006