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Umformtechnik

Das Auto der Zukunft – leichter und sparsamer

| Redakteur: Dietmar Kuhn

Die Welt wird an Ressourcen nicht reicher. Deshalb entschlossen sich die Salzgitter AG sowie die Wilhelm Karmann GmbH zu einer Zusammenarbeit, um Automobile künftig nicht nur leichter und sparsamer, sondern auch mit optimierten Fertigungs- und Produktionstechniken herzustellen. Jetzt wurde das Entwicklungsprojekt unter dem Namen Scalight auf der IAA in Frankfurt erstmals vorgestellt.

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So sieht der Aufbau des innovativen Rohbaukonzeptes aus, den die Salzgitter AG und die Wilhelm Karmann GmbH innerhalb des Scalight-Projektes gemeinsam mit anderen Industriepartnern entwickelten. Bilder: Salzgitter/Karmann
So sieht der Aufbau des innovativen Rohbaukonzeptes aus, den die Salzgitter AG und die Wilhelm Karmann GmbH innerhalb des Scalight-Projektes gemeinsam mit anderen Industriepartnern entwickelten. Bilder: Salzgitter/Karmann
( Archiv: Vogel Business Media )

Schon bei der Betrachtung des aufgebauten Prototypen mit der skalierbaren Karosseriestruktur fällt auf: Das Auto der Zukunft beziehungsweise dessen Aufbau besteht im Wesentlichen aus einer Profilintensiven Bauweise. Bauteile, die je nach Fahrzeugtyp – egal ob Cabrio, Roadster oder SUC (Sports Utility Convertibles) – skalierbar sind, dominieren bei diesem Konzept. „Unser Ziel und die gesamte Ausrichtung unserer Entwicklungsaktivitäten für das Scalight-Projekt sind es, innerhalb unseres Business Case liegende Fahrzeuge in einer Stückzahl zwischen 30 und 150 pro Tag mit verschiedenen Fahrzeugvarianten zu kombinieren“, verdeutlicht Dipl.-Ing. Michael Büscher, Projektleiter seitens der Wilhelm Karmann GmbH in Osnabrück.

Skalierbare Basisstruktur ist Ausgangspunkt

Ausgangspunkt der Scalight-Konzeptionierung ist deshalb auch eine skalierbare Basisstruktur, die um eine Interfacestruktur und einen markenspezifischen Aufbau ergänzt wird. Scalight setzt dabei auf die bereits im Atlas-Projekt – Entwicklung einer Stahl-Spaceframe-Lösung – der beiden Partner Salzgitter AG und Wilhelm Karmann GmbH auf. Bereits dort wurde gezeigt, wie der Werkstoff Stahl mit neuen Güten und konstruktiver intelligenter Auslegung auch in Zukunft der klassische Automobilwerkstoff bleiben wird.

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In der Weiterentwicklung innerhalb des Scalight-Projektes sind es vor allem neue Stahlgüten, die von der Salzgitter AG spezifisch entwickelt wurden. „Stahlgüten“, so Dr.-Ing. André Kröff, Projektleiter seitens der Salzgitter AG, „die schon jetzt marktfähig sind.“

In diesem Zusammenhang betonen auch beide Partner: „Scalight ist ein zukunftsorientiertes Angebot an unsere Partner in der Automobilindustrie – Karmann nutzt die gewonnenen Erkenntnisse nicht ausschließlich für die eigene Fahrzeugherstellung – mit geringerem Entwicklungsbedarf und kürzeren Entwicklungszeiten neue Modelle mit wesentlich reduzierten Investitionen in Rohbaueinrichtungen zu produzieren. Das macht auch die Rohbaufertigung made in Germany wieder ein Stück attraktiver.“

Gerippe aus Profilkomponenten bildet Basisarchitektur

Die Basisarchitektur muss man sich demnach als Gerippe aus vereinheitlichten Profilkomponenten vorstellen, auf welche die so genannte Interfacestruktur aufsetzt, die aus einer weiteren Profil- oder Schalenbauweise besteht und auf die dann der markenspezifische Aufbau – also die Beplankung aus Stahl-, Alu- oder Kunststoff- und sonstigen Anbauteilen – folgen.

Bei Scalight kommen vornehmlich höherfeste Feinbleche mit sehr guten Umformeigenschaften, bei verbesserten Crasheigenschaften zum Einsatz. Diese erlauben eine beachtliche Reduzierung der Blechdicke. Die derzeit modernsten, industriell produzierten Werkstoffe der Salzgitter AG innerhalb des Scalight-Projektes bilden die Basis für sichere und leichte Bauteile im zukünftigen Rohbau.

Für das Projekt wurden spezielle Stahlwerkstoffe wie beispielsweise Dualphasen- und Complexphasenstähle neu- beziehungsweise weiterentwickelt. Auf den Einsatz von Warmumformstählen wurde aufgrund des kostenaufwändigeren Umformprozesses verzichtet. Alle verwendeten Stahl- und Magnesiumgüten wurden in Form von zugeschnittenen Blechen oder Bändern zur Verfügung gestellt.

Tailored Products sorgen für leichtes Gewicht

Entscheidend für die Leichtigkeit und der trotzdem hohen Sicherheit mit neuen Standards im künftigen Automobilbau sind die so genannten Tailored Products. Tailored Products sind maßgeschneiderte Bleche oder Rohre, die örtlich, je nach Belastung und den geforderten Festigkeiten entsprechend, verstärkt sind. Hergestellt werden sie mittels unterschiedlichster Verfahren. Lineare Tailored Blanks werden beispielsweise durch Laserstrahlschweißen aus mehreren und unterschiedlichen Blechzuschnitten, aus verschiedenen Werkstoffgüten, Dicken und Beschichtungen zusammengefügt.

Die Tailor Rolled Blanks (TRB) wurden für das Scalight-Projekt von Mubea, Muhr und Bender KG in Attendorn nach einem speziellen, gemeinsam mit dem Institut für Bildsame Formgebung der RWTH Aachen entwickelten, Walzverfahren hergestellt. Dieses Flexible Walzen - so die offizielle Bezeichnung - ist eine relativ neue Fertigungstechnik, die für den Fahrzeug-Rohbau die belastungsoptimierten Blechdicken zur Verfügung stellt.

Das Prinzip beruht auf einem flexiblen und veränderlichen Walzspalt. Tailor Rolled Blanks haben an den Dickenübergängen einen stetigen Verlauf und keinen abrupten Übergang mit gestörtem Faserverlauf. In Folge dessen ist auch der Spannungsverlauf sehr harmonisch gestaltet. Tailor Rolled Tubes (TRT) sind Rohrprodukte entsprechend der Tailor Rolled Blanks.

Für die Herstellung des Halbzeugs der einteiligen A-Säule hat Mubea eine Großserienanlage für die diskontinuierliche Fertigung von TRT genutzt. In diesem Verfahren werden die zuvor flexibel gewalzten Platinen in einem entsprechenden Werkzeug zum Rohr eingeformt und anschließend die Naht innerhalb einer speziell konzipierten Laserschweißanlage gefügt.

Innenhochdruckumformung bringt Rohre in die einbaufertige Form

Der im Rohr, mit unterschiedlich wechselnden Querschnitten, eingewalzte Blechdickenverlauf wurde dabei exakt auf den Belastungsfall angepasst und wie übrigens alle Bauteile simuliert. Diese Rohre wurden bei der Salzgitter Hydroforming GmbH durch Innenhochdruckumformung (IHU) in die richtige, einbaufertige Form gebracht. Dadurch wird das Leichtbaupotenzial von Stahl voll ausgeschöpft.

Eine weitere Optimierungsmöglichkeit mit Halbzeugen bietet die so genannte Patchwork-Technik. Darunter versteht man die örtliche Versteifung oder Vestärkung von Grundplatinen. Meistens wird mit Hilfe des Widerstands-Punktschweißens eine lokale Verstärkung – das so genannte Patch – mit der Grundplatine verbunden und anschließend gemeinsam umgeformt.

Die Grundplatine kann dabei auch aus einem, in der Automobilindustrie etablierten, Tailored Blank bestehen. Eine weitere wichtige Rolle spielte das Unternehmen Welser Profile, das dem Projekt kaltgewalzte Profile, aus zum Teil flexibel gewalzten Bändern, zur Verfügung stellte.

„Mit den neuen Werkstoffen und den parallel dazu eingesetzten Berechnungs- und Fertigungstechniken haben wir, je nach Fahrzeugtyp, rund 10 bis 18% Produktionskosten eingespart, die für die Herstellung notwendigen Investitionen konnten gar um 20% gesenkt werden“, gibt Karmann-Projektleiter Büscher zu verstehen.

Für die beiden Partner war an dieser Stelle noch nicht Schluss. So haben sie auch ein Produktionsszenario aufgebaut um das gewonnene Wissen auch praktisch umzusetzen. „Wir haben dazu auch einen kompletten Produktionsplan aufgestellt, mit Business Case und Kostenmodell, der bei der Auswahl der Werkstoffe für einzelne Bauteile bis hin zur Produktionsanlage geht“, berichtet Salzgitter-Projektleiter Kröff.

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