Innenhochdruck-Umformung von endkonturnahen Tailored Tubes

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IBF Institut für Bildsame Formgebung RWTH Aachen

Da sich die Gültigkeit der Grenzformänderungskurve allerdings rein auf lineare Dehnungspfade bezieht, wurde zusätzlich in Bereichen, die laut Simulation kurz vor dem Versagen liegen, das dehnungspfadunabhängige Verfahren von Müschenborn und Sonne [4] herangezogen.

Versagenskriterien enthalten Sicherheitsfaktor von 20%

Aufgrund der phänomenologischen Herangehensweise an diese Versagenskriterien wurde in die Versagenskriterien ein Sicherheitsfaktor von 20% integriert. Somit ist für Bauteile, die diese Kriterien in der dargestellten Prozesskette erfüllen, ein Versagen während der Herstellung unwahrscheinlich.

Nachdem nun eine Bauweise, die den Anforderungen des Lastenheftes genügte, zur Verfügung stand, wurde die Wandstärke der Tailor Rolled Tubes (TRT) beziehungsweise die Materialkombination der Tailor Welded Tubes (TWT) so weit optimiert, dass eine mit der Referenz-B-Säule identische Crashperformance entstand (Bild 4). Die Crashperformance wurde über den Zeit-Weg-Verlauf des Impaktors in Kombination mit der Intrusion der B-Säule in den Fahrzeuginnenraum bewertet.

IHU bringt Gewichtsersparnis von 38% ohne steigende Kosten

Die steifigkeitsfördernde Prozesskette der IHU in Kombination mit den höherfesten Materialien und der lokalen Anpassung der Halbzeuge an die folgende Belastung ermöglichte eine Gewichtsreduktion von 7,9 kg für die Referenz-B-Säule auf durchschnittlich 4,9 kg. Dies entspricht bei der neuen Bauweise einer Gewichtsersparnis von 38% im Vergleich zu der tiefgezogenen.

Diese Größenordnung konnte sowohl über den Einsatz von TWT als auch TRT erreicht werden. Dabei zeichnete sich die B-Säule aus dem TRT durch viele fließende Übergänge aus, über die gezielt auch kleine Bereiche hinsichtlich Materialeinsparung optimiert werden konnten.

Den verfahrensbedingten Nachteil der geringeren Anzahl von Anpassungsbereichen glich das TWT über einen intelligenten Materialmix aus unterschiedlichen Stahlsorten wieder aus (Bild 5). Somit war es nun möglich, bei deutlich geringerer Bauteilanzahl und gleichzeitig verringertem Gewicht eine identische Crashperformance zu erzielen.

Weniger Bauteile und Materialeinsatz dank IHU

Die Kosten, die für diesen Gewichtsvorteil notwendig sind, wurden auf Basis des ULSAB-Kostenmodells (Ultra Light Steel Auto Body) abgeschätzt. Aufgrund des verringerten Materialaufwandes und der Bauteilreduktion konnten die Herstellungskosten trotz kostenintensiver Fügeoperationen und Halbzeuge im Vergleich zur Referenz-B-Säule nahezu konstant gehalten werden.

Die Untersuchung zeigte das hohe Potenzial der Kombination von hochfesten endkonturnahen Tailored Tubes mit der Innenhochdruck-Umformung. Bei identischen Kosten und gleichem Crashverhalten konnte eine deutliche Gewichtsreduktion erzielt werden. Zukünftig sollte daher das grundsätzliche Umformverhalten dieser Rohre weiter untersucht werden.

Hinsichtlich des Fallbeispiels einer angepassten B-Säule sind die Auswirkungen auf die umgebenden Bauteile weiter zu untersuchen. Einschränkungen ergeben sich beispielsweise hinsichtlich der Türdichtung. Für den Einsatz einer konventionellen Dichtung müsste die Seitenwand verstärkt oder ein flanschloses Dichtungskonzept umgesetzt werden.

Literatur:

[1] Hauger, A.; Pohl, S.: Tailor Rolled Products – Herstellung von belastungsoptimierten Bauteilen. in 22. ASK Umformtechnik. 2007.

[2] Hoffmann, O.; Flehmig, T.; Patberg, L.: Innovative Leichtbau-Hohlprofile im Fahrzeugbau. in 22. ASK Umformtechnik. 2007.

[3] Freytag, P.; Schulz, R.: atlas-spaceframe - Neue Potentiale für den automobilen Leichtbau in Stahl. Stahl und Eisen, 2004. 124(8): p. 5.

[4] Müschenborn, W.; Sonne, H.-M.: Einfluß des Formänderungsweges auf die Grenzformänderungen des Feinblechs. Arch. des Eisenhüttenwesens, 1975. 46(9).

Dipl.-Ing. Marcus Urban ist wissenschaftlicher Angestellter des Instituts für Bildsame Formgebung der RWTH Aachen University in 52056 Aachen, Dipl.-Ing. René Henn ist wissenschaftlicher Angestellter des Instituts für Kraftfahrzeuge, Prof. Dr.-Ing. Gerhard Hirt ist Institutsleiter des Instituts für Bildsame Formgebung.

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