Als PDF Datei - Bertrandt
Als PDF Datei - Bertrandt
Als PDF Datei - Bertrandt
Erfolgreiche ePaper selbst erstellen
Machen Sie aus Ihren PDF Publikationen ein blätterbares Flipbook mit unserer einzigartigen Google optimierten e-Paper Software.
wickelt, um den gesteigerten Anforderungen<br />
der Crashgesetzgebung sowie den Komfortansprüchen<br />
der OEM zu genügen. Ein Beispiel<br />
ist die Verwendung warmgeformter Stähle der<br />
Festigkeiten 1500 MPa, die heute fast durchgängig<br />
über alle Hersteller in der Karosseriestruktur<br />
zum Einsatz kommen.<br />
Verbindungstechnik in der Aluminium-Bauweise<br />
Dieses Konzept der Stahlkarosserie mit Werkzeugstählen<br />
unterschiedlicher Güte wurde evolutioniert,<br />
als das erste Fahrzeug in einer Aluminium-Space-Frame-Struktur<br />
in Serie ging,<br />
der Audi A8. Extreme Gewichtspotenziale sowie<br />
eine Performance-Steigerung bezüglich<br />
Steifigkeit und Festigkeit der Karosserie bei<br />
gleichzeitig geringerem Materialeinsatz sind<br />
die Highlights dieses Konzepts, das in den<br />
nächsten Evolutionsstufen der folgenden Space-Frame-Generationen<br />
bei Audi weiterentwickelt<br />
wurde.<br />
Die Space-Frame-Bauweise ist geprägt von<br />
Guss-, Strang- sowie Aluminium-Blechbauteilen,<br />
die in unterschiedlicher Ausprägung, je<br />
nach Fahrzeugklasse und Investitionsvolumen<br />
der Fertigungsanlagen, eingesetzt werden. Die<br />
Verbindungstechnologien sind anfangs Stanznieten,<br />
MAG- und Laser-Schweißen sowie später<br />
Kleben, Clinchen und Schrauben. Hier<br />
zeichnet sich bereits ab, dass die Verwendung<br />
unterschiedlicher Halbzeuge, selbst bei reiner<br />
Aluminium-Bauweise, eine neue veränderte<br />
Verbindungstechnologie erfordert.<br />
Etwas zeitversetzt zum ersten Aluminium-Space-Frame<br />
wurde der Jaguar XJ ebenfalls in Aluminium<br />
entwickelt – ohne werkzeugspezifische<br />
Halbzeuge in klassischer Schalenbauweise<br />
mittels Tiefzieh-Herstellung. Diese Halbschalen-Konstruktion<br />
ermöglicht die Ausprägung<br />
des klassischen Verbindungsflansches,<br />
über den fast alle Bauteile dann mit kaltem<br />
Verbindungsverfahren, dem Stanznieten, gefügt<br />
werden können.<br />
Die Leicht- und Mischbauweise<br />
ist zum festen<br />
Bestandteil des Karosseriebaus<br />
geworden<br />
Automatisierte Zuschnitte und Gelege-Fertigung<br />
bieten Kostenvorteilee<br />
Die aktuelle Vorankündigung der BMW Baureihe<br />
i3 und i8 stellt die nächste Evolutionsstufe<br />
in der Karosserieentwicklung und -fertigung<br />
dar. Faserverstärkter Kohlenstoff, CFK, ist das<br />
Material der Fahrgastzelle, das in einer Art<br />
Schalenbauweise die Unterbaugruppen der<br />
Fahrgastzelle erstellt, die dann durch Kleben<br />
zur Fahrgastzelle gefügt werden (Quelle: KU-<br />
Messe, Mannheim, Exponat Fahrgastzelle,<br />
März 2012).<br />
Die Anwendung von faserverstärktem Kohlenstoff<br />
war bis vor einigen Jahren dem Rennsport,<br />
Kleinstserien sowie dem Flugzeugbau<br />
vorbehalten, da die Taktzeiten der Bauteilfertigung<br />
einem Serieneinsatz mit höherer Taktzeit<br />
entgegenstanden. Neben der CFK-typischen<br />
Autoklave-Anwendung konnten in den<br />
letzten Jahren verschiedene Verfahren weiterentwickelt<br />
werden. Der Treiber dieser Weiterentwicklung<br />
ist das Streben nach einer Automatisierung<br />
in der CFK-Fertigung, um Herstellungskosten<br />
zu reduzieren.<br />
Nach einer Studie der SGL Group liegen 50 %<br />
der Kosten im Zuschnitt und im CFK-Gelege<br />
(Quelle: Vortrag SGL Group, KU-Messe Mannheim<br />
2013). Gelingt es nun, an dieser Stelle im<br />
Prozess anzugreifen, beispielweise durch automatisierte<br />
Zuschnitte oder automatisierte Gelege-Fertigung,<br />
können entsprechende Kostenpotenziale<br />
in der Herstellung eine Serienfertigung<br />
attraktiver gestalten. Auch spezielle Webe-<br />
und Wickeltechniken, hier u. a. die Pultrusion,<br />
führen zu einer werkstoffgerechten Ausnutzung<br />
der Potenziale.<br />
Das zunehmende Bestreben, die Automatisierung<br />
voranzutreiben, den verstärkten Einsatz<br />
von Halbzeugen zu forcieren sowie die Herstellprozesse<br />
weiterzuentwickeln wird es ermöglichen,<br />
faserverstärkte Kohlenstoffe in der<br />
(Groß-)Serienfertigung von Fahrzeugkarosserien<br />
weiter zu etablieren.<br />
Moderne Hybridstruktur in mechanischen<br />
Fügeverfahren oder Kleben<br />
Gemäß dem Ansatz, das leistungsfähigste Material<br />
an der erforderlichen Stelle einzusetzen,<br />
werden nun die Materialen der drei beschriebenen<br />
Karosseriestruktur-Konzepte in der Hybridstruktur<br />
eingesetzt, so dass alle erdenklichen<br />
Material-Paarungen in einer modernen<br />
Karosseriestruktur in Hybridbauweise aufeinandertreffen.<br />
Hier liegt die größte Herausforderung<br />
in der Verbindungstechnik.<br />
Während in den Ganzstahl-Bereichen der Hybridstruktur<br />
das Widerstandspunkt-Schweißen<br />
als bewährte Fügetechnologie zum Einsatz<br />
kommt, scheidet diese Verbindungstechnologie<br />
bei anderen Material-Paarungen weitestgehend<br />
aus. Stattdessen werden überwiegend<br />
mechanische Fügeverfahren, Kleben oder eine<br />
Kombination beider Methoden zum Einsatz<br />
kommen.<br />
Zu den mechanischen Fügeverfahren zählen<br />
beispielsweise das Stanznieten, das Nageln<br />
sowie die FDS-Schraube. Hier muss je nach<br />
Materialpaarung die Korrosion vermieden werden,<br />
indem Bauteile und Verbindungselemente<br />
zusätzlich beschichtet werden.<br />
Zur Unterstützung, insbesondere der Stanzniettechnologien,<br />
aber auch als solitäres Verfahren,<br />
wird Kleben bei der Hybridisierung unverzichtbar<br />
sein. Kleben als Fügetechnik eignet<br />
sich, wenn man verschiedene Werkstoffe verbinden<br />
und weitere nützliche Eigenschaften integrieren<br />
möchte. Hierzu gehört die Korrosions-Prävention,<br />
die schallabsorbierende Wirkung<br />
der Klebschicht und die hohe Werkstoffausnutzung<br />
durch die flächenförmige Kraftübertragung.<br />
Ein grundsätzlicher Nachteil sind<br />
die hohen Aushärtungszeiten des Klebstoffs.<br />
Bei herkömmlichen Karosseriestrukturen kommen<br />
generell zusätzliche Fixierungen an der<br />
Klebestelle zum Einsatz, damit die Bauteile gegeneinander<br />
nicht verrutschen können, bevor<br />
sie endgültig ausgehärtet sind.<br />
<strong>Bertrandt</strong>, Tel.: 07034 656-4037,<br />
E-Mail: anja.schauser@de.bertrandt.com<br />
2/2013 AutomobilKONSTRUKTION 59