HS Heilbronn

Leichtere Außenhautteile durch neuartigen Ansatz der Beulsteifigkeit

| Autor / Redakteur: Birgit Awiszus, Arndt Birkert, Martin Heckmann, Markus Scholle, Marvin Sobhani und Harald Weiland / Frauke Finus

Vorrichtung zur Vorspannung einachsig gekrümmter paraboloider Versuchsteile auf Sollform mit konstantem Krümmungsradius von 860 mm, aufgebaut auf dem Beulprüfstand am ZUK.
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Vorrichtung zur Vorspannung einachsig gekrümmter paraboloider Versuchsteile auf Sollform mit konstantem Krümmungsradius von 860 mm, aufgebaut auf dem Beulprüfstand am ZUK. (Bild: HS Heilbronn)

Leichtbau in der Fahrzeugkarosserie durch Blechdickenreduzierung macht auch vor der Außenhaut nicht halt. In einem Forschungsprojekt wird darum ein innovativer Ansatz entwickelt, die Blechdicke verringern zu können, ohne dabei an Beulsteifigkeit einzubüßen. Der Schlüssel dazu liegt im genauen Gegenteil dessen, was das Bauchgefühl suggerieren würde.

Unter dem Beulwiderstand von Blechteilen wird deren Widerstandsfähigkeit gegen lokale, überwiegend senkrecht zur Oberfläche wirkende Beanspruchung verstanden. Der Beulwiderstand setzt sich aus der Beulfestigkeit und der Beulsteifigkeit zusammen. Dabei beschreibt die Beulfestigkeit die Widerstandsfähigkeit gegen plastische, das heißt bleibende Deformationen, die zum Beispiel durch Hagelschlag oder beim typischen Parkplatz-Rempler verursacht werden.

Die Beulsteifigkeit ist dagegen als Widerstandsfähigkeit gegen elastische und somit vollständig reversible Beulbelastung definiert, ähnlich der Steifigkeit einer Feder. Sie begegnet dem Fahrzeugbesitzer vor allem an flächigen, schwach gekrümmten Bauteilen, beispielsweise beim Handballendruck gegen die Frontklappe, beim Zuschlagen des Kofferraumdeckels oder beim Polieren des Dachs. Fällt die Reaktionskraft des Blechs zu gering aus, entsteht der Eindruck minderwertiger Qualität. Bei der Beulsteifigkeit handelt es sich folglich um ein vorwiegend haptisch wahrgenommenes Qualitätskriterium der Außenhaut. Darüber hinaus bestehen aber auch Korrelationen zum Noise-Vibration-Harshness-Verhalten, insbesondere zum Flattern bei hohen Fahrtgeschwindigkeiten oder Dröhnen bei kritischer dynamischer Anregung. Im Vergleich zur Beulfestigkeit ist die Beulsteifigkeit von Karosserie-Außenhautteilen bislang Gegenstand nur weniger Forschungsarbeiten.

Bauteile werden in Lastrichtung vorgespannt

Während die Beulfestigkeit mit konventionellen Maßnahmen wie dem Einsatz höherfester Werkstoffgüten verbessert werden kann, ist die Beulsteifigkeit unabhängig von den Festigkeitseigenschaften des Blechs. Sie wird im Wesentlichen bestimmt durch den E-Modul des Werkstoffs, die Krümmung des Bauteils und vor allem durch die Blechdicke. Der Zusammenhang zwischen Blechdicke und Beulsteifigkeit ist annähernd quadratisch. Wird die Blechdicke um 10 % reduziert, nimmt die Beulsteifigkeit um nahezu 20 % ab. Gängige Gegenmaßnahmen sind zum Beispiel die Abstützung der Außenhaut durch Verstärkungsteile, das Einkleben von Versteifungsstrukturen oder Epoxid-Matten sowie das Aufsprühen von Polyurethan-Schichten. Dadurch entstehen jedoch zusätzliche Kosten und der angestrebte Gewichtsvorteil wird geschmälert.

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