Auf der Basis strukturmechanischer und werkstofflicher Grundlagen wurden die wichtigsten Merkmale zur konstruktiv-technologischen Umsetzung von biegebelasteten Crashträgern mit hohem Leichtbaupotenzial hergeleitet. Neben einer hohen spezifischen Festigkeit der einge setzten Werkstoffe fuhren die Stabilisierung des Trägerquerschnitts und eine belastungsangepasste Gestaltung zu einer hohen Formstabilität bei geringer Masse. Zur Umsetzung dieser drei Leichtbaumerkmale eignen sich insbesondere integrative Hybridbauweisen, die die Vorteile verschiedener Werkstoffe kombinieren. Dazu wurden neuartige hybride Leichtbau-Strukturkonzepte im Wettbewerb mit serieneingeführten Konzepten betrachtet: Verbundguss, flächige Stahl-FKV-Hybride mit duroplastischer Matrix, thermoplastische Organoblech-LFT-Hybride und Metallblech-Organoblech-LFT-Hybride (3D-Hybrid). Mit Hilfe einer systematischen Bewertung anhand der Anforderungen im automobilen Produktlebenszyklus von der Entwicklung über die Produktion, den Vertrieb und die Nutzungsphase bis hin zum Recycling konnte die grundsätzliche Eignung der vier neuartigen Hybridbauweisen aufgezeigt werden. 3-Punkt-Biege-Simulationen geometrisch einfacher, masse- und abmessungsgleicher Trägerprofile bestätigen das hohe Leichtbaupotenzial der Hybridbauweisen. Dabei wurde aufgezeigt, dass verrippte und stegverstärkte Bauweisen eine deutlich höhere Leistungsfähigkeit als unverstärkte Träger in Schalenbauweise erreichen. Mit diesem Zusammenhang wurde nachgewiesen, dass die systematische Werkstoffauswahl ohne Berücksichtigung der Bauweise nicht hinreichend ist. Ausgehend vom baugruppenspezifischen Anforderungsprofil wurde eine neuartige Methodik zur Auswahl des bestgeeigneten Leichtbau-Strukturkonzepts unter Berücksichtigung der Wirtschaftlichkeit entwickelt. Ziel war, erstmals eine direkte Auswahl des Leichtbau-Strukturkonzepts mit dem höchsten wirtschaftlichen Leichtbaupotenzial anhand baugruppenspezifischer Anforderungen ohne vorherige Konstruktion und Berechnung zu ermöglichen. Dazu wurden baugruppenabhängige Auswahlkriterien, wie beispielsweise das Verhältnis aus Last und Querschnittsfläche des Bauraums, die geometrische Komplexität, die Höhe der akzeptierten Leichtbau-Mehrkosten und das Integrationspotenzial, definiert. Zur Erarbeitung allgemeingültiger Zusammenhänge zwischen dem baugruppenspezifischen Anforderungsprofil und dem wirtschaftlichen Leichtbaupotenzial konkurrierender Leichtbau-Strukturkonzepte wurden die drei Karosseriebaugruppen A-Säule, Dachquerträger und Schweller detailliert untersucht. Die neuartigen Hybridbauweisen wurden im Wettbewerb mit konventionellen Leichtbau-Strukturkonzepten in Gesamtfahrzeug-Crashberechnungen mit Hilfe zahlreicher Iterationsschleifen auf die relevanten Lastfalle ausgelegt. Die Konzeptbewertung und -auswahl erfolgt grafisch mittels eines eigens erarbeiteten Leichtbau-Kosten- Diagramms in Abhängigkeit von der Höhe der akzeptierten Leichtbau-Mehrkosten und unter Berücksichtigung der wechselseitigen Abhängigkeiten. Bei der hochbeanspruchten Cabrio-A Säule erreicht die hier erstmals beschriebene 3D-Hybridbauweise das höchste Leichtbaupotenzial bei zugleich hoher Wirtschaftlichkeit aufgrund der hohen Teileintegration. Im Unterschied dazu erweisen sich beim vorderen Dachquerträger insbesondere Organoblech-LFT-Hybride mit Kohlenstoff- und Glasfasergewebe sowie Al-Mg-Verbundguss mit hochfestem Al-Blech als besonders vorteilhaft. Das hohe wirtschaftliche Leichtbaupotenzial des Al- Strangpressprofils am Beispiel eines Schwellers zeigt die partielle Wettbewerbsfähigkeit konventioneller Bauweisen gegenüber neuartigen Hybridkonzepten. Somit wird nachgewiesen, dass das bestgeeignete Leichtbau-Strukturkonzept für einen biegebelasteten Crashträger in einer Fahrzeugkarosserie vom individuellen Anforderungsprofil abhängt.


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    Titel :

    Zur systematischen Bewertung integrativer Leichtbau-Strukturkonzepte für biegebelastete Crashträger


    Beteiligte:

    Erscheinungsdatum :

    2013


    Format / Umfang :

    168 Seiten, Bilder, Tabellen, 257 Quellen



    Medientyp :

    Hochschulschrift


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch