Vor dem Hintergrund der angestrebten Reduzierung von Kraftstoffverbrauch und CO2 Emissionen ist die Erschließung weiterer Leichtbaupotenziale von zentraler Bedeutung für die Entwicklung zukünftiger Fahrzeuggenerationen. Im Automobilbau sind heute die Leichtbaupotenziale metallischer Werkstoffe schon weitgehend ausgeschöpft. Die Gewichtsreduktion durch darüber hinausgehende Blechdickenverringerung steht den Anforderungen an die Steifigkeit und das Schwingungsverhalten konträr gegenüber. Weitere Möglichkeiten für den Leichtbau von Fahrzeugstrukturen sind neben dem Einsatz leichter und hochfester Werkstoffe die optimale Bauraumausnutzung und die beanspruchungsgerechte Bauteilgestaltung. Signifikante Gewichtseinsparungen zu attraktiven Kosten sind dabei durch eine intelligente Mischbauweise möglich. Vielversprechend ist die gezielte Kombination unterschiedlicher Werkstoffe innerhalb eines Bauteils im Sinne der beanspruchungsgerechten Gestaltung durch lokale Verstärkungen. Ein neuer Leichtbauansatz ist die lokale Verstärkung hochbelasteter Blechstrukturen durch endlosfaserverstärkte Kunststoffe. Am Institut für Kraftfahrzeuge der Technischen Universität Aachen wird das durch diese Technologie zu erschliessende Leichtbaupotential untersucht. Die Entwicklung der Technologie umfasst die Auslegung für statische und dynamische Lastfälle, wobei besonders die numerische Simulation zur Abbildung des Verhaltens der Verstärkungselemente in der Gesamtfahrzeugsimulation eine neue Herausforderung für die Entwickler ist. Der Bericht behandelt den neuen Leichtbauansatz für lokale Verstärkungen von Karosseriestrukturbauteilen durch die Kombination metallischer Strukturen mit faserverstärkten Kunststoffen (FVK). Entwicklungsziele sind der kosteneffiziente Einsatz von FVK, die Integration der Verstärkungselemente in die Referenzgeometrie, die Auslegung einer großserientauglichen Prozesstechnik, die Einbindung der Bauteile in bestehende Serienprozesse, die Umsetzbarkeit der Technologie bis zum Jahr 2015, die Übertragung des Konzepts auf weitere Fahrzeugbereiche sowie die simulative Auslegung der lokalen Verstärkungselemente. Als Technologiedemonstrator dienen Strukturbauteile der mittleren Bodengruppe eines Mittelklasse-Personenkraftwagens. Die Anforderungen an deren Strukturauslegung sind dargelegt. Die Simulation der Leichtbaustrukturen und die Auslegung der Verstärkungselemente werden detailliert erklärt. Die Ergebnisse des Technologiedemonstrators sind zusammengefasst dargestellt. Durch Einsatz von 1 kg FVK kann bei der betrachteten Bodengruppe eine Gewichtseinsparung von etwa 2 kg realisiert werden. Die Leichtbau-Bodengruppe erfüllt alle Anforderungen an das Strukturverhalten bezüglich der geprüften Steifigkeitsanforderungen und Crashanforderungen.
Simulative Auslegung von lokalen Verstärkungselementen aus Faserverbundwerkstoffen für belastungsgerechte Leichtbaustrukturen im Automobil
Numeric design of local reinforcements made from fibre reinforced plastics for load adapted automotive lightweight structures
2010
14 Seiten, 12 Bilder, 3 Quellen
Conference paper
German
British Library Conference Proceedings | 2010
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