HS Heilbronn

Leichtere Außenhautteile durch neuartigen Ansatz der Beulsteifigkeit

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Um Leichtbau durch Blechdickenreduzierung zu ermöglichen und dabei die Beulsteifigkeit ohne Zusatzgewicht aufrecht zu erhalten, entwickeln die FMF-WWF Werkzeug- und Prototypenbau GmbH und das Zentrum für Umformtechnik und Karosseriebau (ZUK) der Hochschule Heilbronn eine neuartige Methodik, die auf gezielt eingeleiteten elastischen Spannungszuständen im Bauteil beruht. Der Clou dabei ist der anti-intuitive Ansatz, welcher auf einer Idee von Prof. Arndt Birkert beruht. Die Bauteile werden nämlich nicht entgegen, sondern in Lastrichtung vorgespannt.

Höhere Beulsteifigkeit wird erreicht

Zunächst wurde der einfache Fall einachsig gekrümmter Versuchsgeometrien untersucht. Die Ausgangsgeometrien bilden dabei paraboloid gekrümmte Formen. Diese sind so berechnet, dass sie durch elastisches Aufbiegen die gewünschte Form eines Zylindermantelsegments mit konstantem Krümmungsradius einnehmen. Durch die Aufbiegung werden Druckspannungen in der Außen- und Zugspannungen in der Innenfaser des Blechs hervorgerufen. Wirkt ein Prüfkörper gegen die Oberfläche des spannungsbehafteten Blechteils, muss dieser - stark vereinfacht ausgedrückt - zunächst die induzierten Spannungen überwinden, bevor sich eine Beule einstellen kann, analog zu einer vorgespannten Feder.

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Tatsächlich wird der Effekt jedoch durch eine geometrische Nicht-Linearität bewirkt. Das heißt, bei der anschließenden lokalen Beulung der so vorgespannten Bauteile wird ein größerer Bauteilbereich in die Verformung einbezogen, wodurch die aufzubringende Federarbeit bei gleicher Beultiefe größer wird. Dies hat zur Folge, dass sich eine höhere Reaktionskraft des Blechs und damit eine höhere Beulsteifigkeit einstellen.

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