- Wenn heute die Umkehr der Gewichtsspirale im Automobilbau gefordert ist, bereitet nicht der Leichtbau als solcher den Ingenieuren Kopfzerbrechen – sondern vielmehr der Anspruch, Leichtbau ökonomisch vertretbar zu gestalten. Die hybride Leichtbaustruktur Variostruct überzeugt nicht nur in punkto Leichtbaugüte und Strukturleistung, sondern auch unter Aspekten der Wirtschaftlichkeit.
Runter mit den Pfunden
Gewichtseinsparung, Funktion und Wirtschaftlichkeit – die möglichst effiziente Kombination dieser Faktoren stellt Ingenieure im Karosseriebau täglich vor neue Herausforderungen. VarioStruct ist eine neue, intelligente Antwort auf die Frage nach kompromisslosem, aber bezahlbarem Multi-Material-Leichtbau. Mit „Variostruct" lassen sich Bauteile konstruieren, die unter funktionalen wie fertigungstechnischen Aspekten überzeugen – und das mit einer Gewichtseinsparung von 30 % und mehr gegenüber konventionellen Stahlblechstrukturen.
Grundidee ist es, eine typische Stahl- oder Aluminiumblechschale mit einer verstärkenden Leichtmetall-Gussstruktur in Aluminium oder Magnesium zu kombinieren. Es entsteht eine sogenannte Multi-Material-Komponente. Durch die Kombination des konventionell umgeformten Blechträgers mit einer gegossenen Metallstruktur lässt sich eine Vielzahl an Material-Kombinationen mit sehr hoher Geometrievarianz bedarfsgerecht abbilden. Variostruct zeichnet sich im Ergebnis durch einen offenen, hochintegrativen Querschnitt aus und kombiniert Funktionsintegration sowie höchste Leichtbaugüten durch die Synthese bekannter Werkstoffe und Fertigungsverfahren.
Gezieltes Verhindern von Ausbeulvorgängen unter hoher Belastung
Die Kombination aus Blecheinleger und Guss bietet hohe Vorteile gegenüber geschlossenen, dünnwandigen Blechstrukturen. Werden solch „konventionelle Strukturen" durch hohe Biege- oder Axialkräfte belastet, beginnt bei Erreichen der Traglastreserven ein lokaler Ausbeulvorgang. Bei weiterer Lastzunahme schreitet der Ausbeulvorgang fort, der Profilquerschnitt reduziert sich und der Träger versagt in einem Fließgelenk, ohne weitere Kräfte aufzunehmen.
Bei Leichtbaustrukturen nach dem Variostruct-Prinzip wird durch die Leichtmetallinnenstruktur das Ausbeulen des Blecheinlegers verhindert. Der Blecheinleger wird quasi „ gezwungen", höhere Lasten zu ertragen, oder anders gesagt: Er kann deutlich dünner ausgeführt werden. Dank der hohen Gestaltungsfreiheit der urgeformten Innenstruktur wird die Blechstruktur bedarfsgerecht unterstützt. Nach diesem Prinzip lassen sich offene Strukturen erzeugen, welche die Leichtbaugüte geschlossener Blechstrukturen deutlich übertreffen.
Hohes Integrationspotenzial durch offene Querschnitte
Das hohe Leistungspotenzial prädestiniert Variostruct für zwei Gruppen von Bauteilen: für crashrelevante Baugruppen im Rohbau sowie für Montageteile. Zur ersten Gruppe gehören beispielsweise Längsträger, Querträger und Säulen. Bei Säulen spielt Variostruct nicht nur seine Stärke im Bereich Strukturleistung aus, sondern bietet hohes Potenzial für die Integration zahlreicher Funktionalitäten. Dazu gehören beispielsweise die Anbindungen der Tür, die Aufnahme der Schlösser, die Auflage der Windschutzscheibe oder die Integration des Gurtrollers und der Gurthöhenverstellung.
Bei den Montageteilen wie Sitzstrukturen oder Instrumententafelträgern ist das Integrationspotenzial ebenfalls ein großer Vorteil. Die Freiheit der geometrischen Bauteilgestaltung im Guss sowie die offenen Querschnitte ermöglichen die raumsparende Integration von Kabelführungen, Kommunikationskanälen, Verkleidungen oder Elektromotoren direkt im Bauteil. Durch den Wegfall angrenzender Zusatzbauteile und die Vermeidung aufwändiger Füge-operationen im Rohbau lassen sich erhebliche Kosten einsparen.
Ein weiterer Vorteil von Variostruct liegt darin, den begrenzten Raum innerhalb der Karosseriestruktur effizienter nutzen zu können. Durch sein hohes Integrationspotential und die kompakte Bauweise schafft die hybride Leichtbaustruktur Freiräume im Package, die für angrenzende Funktionalitäten genutzt werden können. So lässt sich beispielsweise der Querschnitt eines Dachquerträgers deutlich reduzieren. Der Kunde profitiert letztendlich von mehr Luft und Licht im Fahrzeug.
Prozesssichere Entwicklung und Fertigung
Entwickelt und vermarktet wird Variostruct in enger Kooperation von Tower Automotive sowie dem Entwicklungsdienstleister Imperia Automotive Engineering, Aachen. Der Gussspezialist KSM Castings GmbH, Hildesheim, sowie die auf Gussformen spezialiserte Schaufler Tooling GmbH & Co. KG, Laichingen, bringen ebenfalls fachspezifisches Know-how ein.
Bei der Entwicklung und Fertigung eines Dachquerträgers in Variostruct-Bauweise meisterten die Bauteile alle geforderten Tests wie Crash, Betriebsfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Akustik – und lieferten den Beweis, dass Variostruct der Lösung des gordischen Knotens im Karosseriebau ein gutes Stück näherkommt.
Tower Automotive; Telefon: 02202 103243; E-Mail: kraehe.ralf@towerautomotive.com
Imperia Automotive, Telefon: 0241 608330; E-Mail: roeth@imperia.info
Der Autor Norbert Selle ist zuständig für Marketing und Kommunikation bei der Tower Automotive Holding GmbH, Bergisch Gladbach
Herstellprinzip
Ausgangsbasis der Technologie bildet ein sehr dünnwandiger Blecheinleger. Dieser wird in ein Gusswerkzeug eingelegt und in eine topologisch optimale Leichtmetall-Struktur eingegossen. Das Ergebnis ist der innige Verbund der Werkstoffe, der form-, kraft- und bedingt stoffschlüssig erfolgt. Im Folgenden kann die Einzelkomponente durch weitere Ein- und Anbauteile ergänzt oder direkt in die Rohkarosserie verbaut werden.
