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Mittwoch, 26. April 2017
13. Januar 2014 | 09:45

Leichtere Autos aus Stahl – die Kombination macht’s!

Beim „Automobilleichtbau mit Stahl“ denkt man zunächst häufig an moderne Stahlsorten, die höhere Festigkeiten und verbesserte Umformeigenschaften vereinen und dadurch dünnere, gewichtsreduzierte Bauteile ermöglichen. Für die Herstellung solcher Bauteile sind aber innovative Verarbeitungskonzepte und Konstruktionsweisen ebenso wichtig. Oft wird in diesem Zusammenhang vom Werkstoff-, Fertigungs- und Formleichtbau gesprochen.

In der Praxis kommen diese Leichtbauprinzipien nie allein zum Einsatz, sondern bedingen sich gegenseitig. Insbesondere hier spielt der Werkstoff Stahl seine besonderen Stärken aus: Durch seine vielfältigen Verarbeitungsmöglichkeiten – sei es durch unterschiedliche Verfahren der Kalt- und Warmformgebung, der Wärmebehandlung, der Füge- oder auch der Oberflächentechnik – bietet Stahl eine bestmögliche Anpassung des Bauteils an die vorliegenden Beanspruchungen.

Bestes Beispiel hierfür ist die Warmumformung von Mangan-Bor-Stählen, auch als Presshärten oder Formhärten bezeichnet, ein Verfahren, das von den Automobilherstellern zunehmend für Karosseriestrukturteile eingesetzt wird. Diese Kombination aus Tiefziehen und martensitischer Härtung wendet Volkswagen beispielsweise im aktuellen Golf auch bei dickenvariabel gewalzten Platinen, so genannten Tailor Rolled Blanks, an. Das Ergebnis dieser Kombination des Fertigungsleichtbaus, bei der Material nur dort eingesetzt wird, wo es zur Erfüllung der Funktion zwingend notwendig ist: eine Gewichtsreduktion von 4 kg. [1]

Tailor Rolled Blank_DB2012AU00825_medium_leichtere_autosDabei kommen für das gleiche Bauteil bei verschiedenen Herstellern durchaus unterschiedliche Fertigungs- und Konstruktionskonzepte zum Einsatz. Volkswagen setzt für die B-Säule des Golf zum Beispiel eine solche warmumgeformte Platine aus einem vierstufig gewalzten Tailor Rolled Blank ein, um die Festigkeiten den lokalen Beanspruchungen anzupassen [2]. Konzernschwester Audi verwendet für dieses Bauteil im A3 eine Platine mit einheitlicher Dicke, die durch gezielte Temperaturführung bei der Warmumformung unterschiedliche Festigkeitsbereiche erhält [3]. Dadurch stehen die Verarbeitungskonzepte auch untereinander im Wettbewerb. Und das ist auch gut so: So beflügeln sich Automobilhersteller, Zulieferer, Entwicklungsdienstleister sowie Stahlhersteller gegenseitig und arbeiten kontinuierlich an neuen, noch effizienteren Leichtbaulösungen.

Bisher ist lediglich ein Bruchteil der theoretisch denkbaren Werkstoff- und Verfahrenskombinationen für die praktische Anwendung untersucht – stehen doch für den Leichtbau in Karosserie, Fahrwerk und Antrieb einige Hundert verschiedene Stahlsorten zur Verfügung. Wir dürfen also auf weitere Innovationen gespannt sein, die auch künftig eine kostengünstige und nachhaltige Mobilität mit Autos aus Stahl sicherstellen.

Bildunterschrift: B-Säule des VW Golf aus einem warmumgeformten Tailor Rolled Blank

Quellen

[1] Presseinformation: Der Golf. WORKSHOP. Das Auto. Presse-Information, August 2012

[2] Hillmann, Jürgen: The new Golf VII – Lightweight Design in Large Scale Production. Fachvortrag Aachener Karosserietage 2012

[3] Bielz, Christian; Hein, Stefan: The new Audi A3. Fachvortrag EuroCarBody 2012, Bad Nauheim

Links

Medieninformation: Heißes Eisen: Warmumgeformte Stähle (.pdf), August 2012

Quelle Bildmaterial: Volkswagen Media Services

BartosRalphÜber den Autor: Ralph Bartos ist Technischer Referent im Stahl-Zentrum Düsseldorf und dort vor allem für die Themen Stahl im Automobilbau, Mobilität sowie Verarbeitungstechnologien im Bereich der Stahlanwendung zuständig.

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Automobiler Leichtbau
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7 Kommentare:

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  • Dr.-Ing. Franz-Josef Lenze sagt:

    Insbesondere die Warmumformung von Tailor Welded Blanks, den so genannten „Hotform Blanks“, stellt eine weitere interassante Möglichkeit dar, lokal unterschiedliche Festigkeiten und Dicken in einem Bauteil einzustellen. ThyssenKrupp Steel liefert beispielsweise seit dem Jahr 2005, als weltweite Premiere, den Stahl für diese „Hotform Blanks“ erfolgreich in Großserie. Dabei kommt u.a. die Kombination MBW 1500 mit MBW 500,einem „weicheren Werkstoffpartner“, zum Einsatz. Über eine auf das Blechhalbzeug aufgebrachte Aluminium-Silizium-Beschichtung lassen sich die so gefertigten Bauteile gegen Korrosion schützen.

    Mit der Stahl-Warmumformung lässt sich gegenüber konventionell kaltumgeformten mikrolegierten höherfesten Stählen, wie z.B. MHZ 340, eine Gewichtsreduzierung bei Karosseriebauteilen von bis zu 35 % erreichen.

  • Dr.-Ing. Franz-Josef Lenze sagt:

    Interessanter Beitrag zum Thema Warmumformung. Insgesamt bzw. global gesehen kann man im Falle der Warmumformung inzwischen von einem „Megatrend“ sprechen. Warmgeformte Stahl-Karosseriebauteile haben mittlerweile weltweit in die nahezu gesamte Automobilindustrie Einzug gehalten.

    In Europa gibt es bereits Baureihen in der Großserie mit einem Anteil von mehr als 25% warmgeformter Teile in der Karosserie; Tendenz steigend über alle Baureihen. Diese Tendenz ist weltweit zu verzeichnen, wobei außerhalb Europas größere Mengensteigerungen zu erwarten sind, da die Warmumformung auf anderen Kontionenten, wie z.B. Amerika, gerade dabei ist sich zu etablieren.

    Es ist überdies zu erwarten, daß die Warmumformung zukünftig zunehmend auch zur Herstellung von Fahrwerksteilen eingesetzt wird.

    • Ralph Bartos sagt:

      Vielen Dank, Herr Dr. Lenze, für diese Ergänzung. Wenngleich mein Beitrag eigentlich nicht primär auf die Warmumformung abzielen sollte, ist diese sicherlich zurzeit eines der plakativsten Beispiele, wie sich innovative Werkstoffkonzepte und Verarbeitungstechnologien miteinander verknüpfen lassen.

      In der Tat nimmt der Anteil warmumgeformter Stähle mit jeder neuen Modellgeneration zu. Laut Volkswagen beträgt er in der aktuellen Golf-Limousine nunmehr 28 % im Vergleich zu noch 6 % im Vorgängermodell. Im neuen Volvo XC 90 soll der Anteil entsprechend eines unlängst erschienenen Beitrags in MaschinenMarkt (http://www.maschinenmarkt.vogel.de/themenkanaele/produktion/umformtechnik/articles/421725/) sogar bei 40 % liegen. Der weltweite Jahresbedarf an Bauteilen soll laut den dort erwähnten Untersuchungen der Universität Kassel in den nächsten zwei Jahren auf 600 Millionen Stück ansteigen.

      Zu diesem Wachstum trägt natürlich auch bei, dass sich beim Presshärten, wie in meinem Beitrag nur angedeutet, zahlreiche unterschiedliche Verfahrenstechnologien etabliert haben oder sich derzeit in Entwicklung befinden.