Leichtbau Massivumformteile bleiben stabil und werden leichter

Autor Stéphane Itasse

Um das Gewicht von Automobilen zu senken, sind die Potenziale in der Karosserie weitgehend ausgereizt. Deshalb rücken jetzt Antriebsstrang und Fahrwerk in den Fokus des Leichtbaus – und mit ihnen zahlreiche Bauteile der Massivumformung.

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Leichtbaupotenziale massivumgeformter Komponenten in einem Automobil: Nach der Karosserie geht die Branche jetzt die nächsten Herausforderungen an.
Leichtbaupotenziale massivumgeformter Komponenten in einem Automobil: Nach der Karosserie geht die Branche jetzt die nächsten Herausforderungen an.
(Bild: Industrieverband Massivumformung)

Auch wenn es paradox klingt – gerade massive Bauteile bieten Potenzial für eine Gewichtsreduktion. Der Clou besteht darin, die gleiche Festigkeit und Belastbarkeit wie bisher mit weniger Material zu realisieren. Im Wesentlichen geht es dabei um neue Werkstoffe, in der Konstruktion um Veränderungen in der Topologie und Gestaltoptimierung sowie in der Fertigung um einen optimierten Faserverlauf und neuartige Oberflächenbehandlungsverfahren.

Massivumformer und Stahlhersteller arbeiten für Leichtbau zusammen

Antriebsstrang und Fahrwerk machen im Durchschnitt 41 % des Gewichts eines Autos aus. Um die Masse dieser Komponenten zu senken, haben sich 15 Unternehmen aus der Massivumformung und neun Stahlhersteller unter dem Dach des Industrieverbands Massivumformung e.V. und des Stahlinstituts VDEh zur Initiative Massiver Leichtbau zusammengefunden. Experten aus den Unternehmen analysierten in mehreren Workshops circa 3500 Bauteile eines von der FKA Forschungsgesellschaft Kraftfahrwesen mbH, Aachen, beschafften Referenzfahrzeugs und formulierten daraus 399 Leichtbauideen.

Von den 1740 kg Gesamtgewicht des Referenzfahrzeugs ließen sich damit 42 kg einsparen. Dabei kommen einige schwergewichtige Fahrzeugkomponenten für eine Potenzialanalyse nicht infrage, da hierfür Massivumformverfahren technisch oder wirtschaftlich nicht anwendbar sind. Dazu gehören in erster Linie der Motorblock, die Abgasanlage und der hintere Subframe.

Weiterentwickelte und neue Werkstoffe

Bei den Werkstoffen setzen die Massivumformer zum Teil auf Neuerungen wie Aluminiumlegierungen, aber auch auf eine Weiterentwicklung der Stähle. Für Letzteres sprechen insbesondere die mechanischen Eigenschaften und ein beherrschbarer Kostenaufwand. Derzeit entwickelt die Branche beispielsweise hochfeste duktile bainitische (HDB-)Stähle, deren mechanische Kennwerte denen der teuren Vergütungsstähle entsprechen, deren Verarbeitungskosten aber in etwa denen der günstigeren AFP-Stähle entsprechen. Schon auf dem Markt verfügbar ist mit 20MnCrMo7 1300 eine Stahlgüte, bei der durch kontrollierte Absenkung der Schmiedetemperatur ein bainitisches Gefüge ausgebildet wird. Als zweites Beispiel ist die Güte 900 16MnCr5mod (H2) zu nennen, hervorgegangen aus der Entwicklungsarbeit zweier Hersteller aus der Stahl- und Massivumformindustrie. Beiden Stählen gemeinsam ist die direkte Eigenschaftsbildung aus der Warmumformung heraus, die jedoch sowohl einen sehr exakten Prozessverlauf während der Umformung als auch genau geregelte Abkühlgeschwindigkeiten nach der Warmumformung erfordern, wie die Initiative berichtet.

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