Neue Trends und Herausforderungen für den intelligenten Leichtbau im Automobilbau

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1 Neue Trends und Herausforderungen für den intelligenten Leichtbau im Automobilbau Prof. Dr.-Ing. Hans-Georg Herrmann Fraunhofer IZfP Lehrstuhl für Leichtbausysteme 1

2 Gewichtsentwicklung im Automobilbau Text Corporate S, regular, 18 pt kg kg 5 kg Communication 15 kg Power steering 30 kg Liquids 60 kg On-board electronics 25 kg Air-conditioning 30 kg Chassis 15 kg 5 speed transmission 90 kg Engine performance 20 kg Design features 80 kg Crash behavior 35 kg Acoustics behavior 25 kg Corrosion protection 5 kg Environment protection 10 kg Driver comfort 30 kg Passenger protection kg Dr. Markus Weber, ThyssenKrupp Stahl AG kg Dr. Herrmann kg - 20 % kg? Quelle: DaimlerChrylser AG 2

3 Leichtbau als wichtiger Stellhebel für Kundennutzen Verbrauch Fzg.-Gewicht Verbrauch (Schwungmassenklasse/ Zertifizierung) Leichtbau Funktion (Zuladung) Agilität Fzg.-Gewicht Beschleunigung (0-100 km/h) 3

4 Intelligenter und robuster Leichtbau Konzeptleichtbau Formleichtbau Qualität Fertigungsleichtbau Werkstoffleichtbau Der richtige Leichtbau (Felder) an der richtigen Stelle mit optimalen Kosten, optimaler Nachhaltigkeit (Lebensdauer, Ökologie) und optimaler Qualität (robustes Produkt, robuster Produktion). 4

5 Optimaler Leichtbau durch Kombination von Leichtbau-Feldern Konzeptleichtbau Formleichtbau Fertigungsleichtbau Qualität Werkstoffleichtbau Ganzheitlicher Ansatz (Konzept, Design, Werkstoffe und Fertigung) zur Realisierung des wirtschaftlich umsetzbaren Leichtbau-Potentials 5

6 Leichtbau-Felder im PKW-Rohbau Quelle: ThyssenKrupp 6

7 Pressgehärtete Stähle Trend zu gradierten Bauteileigenschaften - Tailored Parts VW Tiguan 2008 B-Säule, hergestellt durch partielle Aufheizung Mittel- und Oberteil: Höchste Festigkeit (R m 1500 MPa) Geringe Bruchdehnung (A 50 5 %) Intrusionsschutz Lokal unterschiedliche Bauteileigenschaften beim Presshärten durch partielle: Aufheizung Kühlung im Transfer Kühlung beim Presshärten Erwärmung (Anlassen) Fußbereich: Geringe Festigkeit (R m 600 MPa) Hohe Bruchdehnung (A %) Energieabsorption Quelle: Bastuck 7

8 ZfP für pressgehärtete Stähle Einsatz zerstörungsfreier Prüfung (ZfP) beim Presshärten Werkstoffeigenschaften Festlegung erst beim Umformen Automobilhersteller bzw. - zulieferer verantwortlich (nicht ausschließlich Stahlhersteller Korrelation mit Crashverhalten Beeinflussung von nachfolgenden 3MA-Prüftechnik Nutzt Korrelation zwischen magnetischen und mechanischen Eigenschaften Zerstörungsfreie Bestimmung von: Härte, R m, R p0.2, A 50, A g, Beschichtungsdicke Deutlich reduzierter Prüfaufwand gegenüber zerstörender Prüfung Prozessen (Fügen, Lackieren, etc.) Engmaschige Absicherung der Produktions- u. Bauteilqualität! Quelle: Bastuck 8

9 Optimierung Laserschweißprozess durch Überwachung der Schweißparameter mittels ZFP Schweißparameter Variation Musterproben (22MnB5) mit Überlapp-I-Naht Versuche / Literatur Relevante Qualitätsmerkmale Optimierung Ultraschallprüfung Validierung Referenzverfahren 9

10 Leichtbau-Karosserie C-Klasse (W205) Quelle: Automobil Produktion 10

11 Vergleich Leichtbau-Werkstoffe 11

12 Faserverbundkunststoffe im Automobil Einflussfaktoren auf das spätere Bauteil Fasermaterial und -form Faser-Matrix- Haftung Matrix Fertigungsverfahren Ebenen im Prozess: 1. Design 2. Konstrukteur/ Entwickler 3. Auslegung/ Berechner 4. Materialprüfung 5. Produktion Faservolumengehalt Faserorientierung Bauteilkontur Genaue Kenntnis des Materials auf allen Ebenen wichtig! Quelle: IFAM 12

13 BMW I-Drive-Konzept Life-Modul Drive-Modul Quelle: BMW 13

14 ZfP eines FVK-Rotorblattes mit 3D-Ultraschall- Tomographie (Sampling-Phased-Array Technik) Große Delamination Verbessertes Fehlernachweisvermögen durch tomografische Bildrekonstruktion 3D-Erfassung und Echtzeit- Visualisierung des Bauteilvolumens Quantitative Bewertung der Fehlergrößen Kleine Delamination 14

15 Nachweis von Impact-Schäden in GFK: Luft-Ultraschall-Prüfung Beispiele: GFK-Platte mit Metalleinleger 15

16 Prüfung von Bauteilverbindungen Thermographischer Nachweis von Verklebungsfehlern Teil eines Automobil- Türholms mit künstlichen Fehlern -134 Klebelinie -109 Blitzanregung, Impuls-Phasenbild bei 3,5 Hz Markierungen: Verringerte Kleberbreite (mitte), Ablösung des inneren Blechs (rechts), zu starker Kleberauftrag (links) 16