Hochfest Stähle reduzieren Gewicht und Kosten im Fahrwerk

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Die Kosten für das neue Bauteil sind laut Sudowe 20% niedriger. Ein Grund dafür ist, dass der Lenker Achslasten bis 1200 kg tragen kann. Dadurch sei eine zweite Querlenkervariante für höhere Lasten nicht mehr erforderlich, berichtet der Entwicklungsleiter von Thyssen-Krupp Umformtechnik. Weitere Beispiele: Für den Dreiecksquerlenker eines SUV (Sports Utility Vehicle) hat Thyssen-Krupp Umformtechnik ein Konzept entwickelt, das zwar noch rund 4% schwerer ist als die Aluminiumversion des Bauteils, aber 45% billiger.

Dass Thyssen-Krupp Umformtechnik das Potenzial hochfester Mehrphasenstähle für Fahrwerkkomponenten so erfolgreich nutzt, liegt am ganzheitlichen Entwicklungsansatz des Unternehmens. Die Bielefelder Entwicklungsingenieure betrachten dabei nicht nur Werkstoffeigenschaften, sondern auch umform- und fügetechnische Kriterien und diskutieren das Thema Korrosionsschutz. So ist bei Achskomponenten unter anderem die Steifigkeit von zentraler Bedeutung. „Steifigkeit ist eine Eigenschaft des Querschnitts“, erläutert Sudowe. Das heißt: „Es kommt nicht nur auf die Eigenschaften des Werkstoffs an, sondern auch auf die Geometrie und die Wanddicke des Bauteils“, konkretisiert der Entwicklungsleiter. Die hohe Festigkeit eines Mehrphasenstahls führe nur dann zu einer Gewichtsersparnis, wenn man die Wanddicke entsprechend verringert. Um den damit verbundenen Steifigkeitsverlust zu kompensieren, müsse die Bauteilform verändert werden.

Bei dieser konstruktiven Anpassung entstehen komplexe Geometrien. Gepaart mit der hohen Festigkeit moderner Mehrphasenstähle stellen daher die Bauteilgeometrien hohe Ansprüche an den Umformprozess. Hinzu kommt, dass auch die verringerten Wanddicken der aus Warmband gefertigten Fahrwerkkomponenten noch deutlich dicker sind als bei Karosserieteilen aus kaltgewalztem Feinblech.

„Thyssen-Krupp Umformtechnik fertigt hochfeste Fahrwerkkomponenten mit einer 1600-t-Presse in bis zu acht Umformschritten“, berichtet Sudowe. Das Unternehmen verfüge über mehr als zehn Jahre Erfahrung mit der Verarbeitung hochfester Mehrphasenstähle, einschließlich der dafür notwendigen Auslegung und Beschichtung der Umformwerkzeuge. Außerdem habe der Complexphasenstahl CP-W 800 nicht nur eine hohe Streckgrenze, sondern aufgrund einer Mindestdehnung von 12% auch gute Tiefzieheigenschaften.

Ganzheitlicher Ansatz hebt das Anwendungspotenzial

Wer hochfeste Stähle im Fahrwerk einsetzen will, muss auch die Fügetechnik überdenken. Bevorzugtes Schweißverfahren im Fahrwerk ist üblicherweise das MAG-Schweißen (Metall-Aktiv-Gas-Schweißen). Jedoch wird dabei der Werkstoff so stark aufgeheizt, dass sich das metallische Gefüge in der Umgebung der Schweißnaht verändert und die Streckgrenze auf 350 MPa sinkt.

Dass der Schweißstrahl die dünneren Wände der hochfesten Komponenten durchbrennen würde, ist ein weiterer Nachteil. „Thyssen-Krupp Umformtechnik hat sich mit Alternativen beschäftigt“, schildert Sudowe. „Wir wenden beispielsweise bei einem Vorderachsträger aus hochfestem Dualphasenstahl das Bördelverfahren an.“ Als besonders zukunftsträchtiges Schweißverfahren gilt das Laserhybridschweißen, bei dem hochfeste Fahrwerkkomponenten per Laserstrahl und Schweiß-Zusatzwerkstoff verbunden werden. „Beim Laserhybridschweißen ist die Wärmeeinflusszone so klein, dass kaum Festigkeitsverluste in der Umgebung der Schweißnaht entstehen“, erläutert der Entwicklungsleiter von Thyssen-Krupp Umformtechnik.

Dreimal so hohe Schweißgeschwindigkeit wie beim MAG-Schweißen

Dazu kommt: Die Schweißgeschwindigkeit sei etwa dreimal so hoch wie beim MAG-Schweißen. Außerdem habe die Schweißverbindung eine mindestens doppelt so lange Lebensdauer. Thyssen-Krupp Umformtechnik ist derzeit der einzige Automobilzulieferer am Markt, bei dem das Laserhybridschweißen für die Großserienfertigung von Fahrwerkteilen zur Anwendung kommt.

Verringerte Wanddicken im Fahrwerk stellen natürlich auch höhere Anforderungen an den Korrosionsschutz. Als Beschichtungsoption für die unter anderem durch Steinschlag belasteten Teile kommt zum Beispiel die Stückverzinkung in Frage. Im Vergleich zur herkömmlichen Dickschicht-KTL (kathodische Tauchlackierung) bietet sie laut Sudowe einen gleichwertigen Korrosionsschutz bei verbesserter Betriebsfestigkeit, jedoch auch bei höheren Kosten. Deutlich kleiner ist der Preisunterschied zu Dickschicht-KTL bei der von Thyssen-Krupp Steel entwickelten Zink-Magnesium-Oberfläche ZMg Eco-Protect und einer Zinklamellen-Beschichtung.

„Beide Oberflächen bieten im Vergleich zur Dickschicht-KTL einen verbesserten Korrosionsschutz bei gleicher Betriebsfestigkeit“, resümiert Sudowe. Ein von Thyssen-Krupp Umformtechnik entwickelter Querlenker mit der Beschichtung ZMg Eco-Protect wird demnächst in Serie gehen.

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