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Profile Materialeffizienz und Leichtbau mit Profil

| Autor: Stéphane Itasse

Leichtbau lässt sich beispielsweise in der Automobilindustrie mit dem Einsatz von mehr Profilen bei der Fahrzeugkonstruktion erreichen. Doch das ist nicht alles: Auch die Profile selbst lassen sich gewichtsreduziert und materialeffizient gestalten. Das wurde auf der Konferenz „Biegen in Siegen“ deutlich.

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Werden Profile schon bei der Konstruktion richtig berücksichtig, kann man damit viel Material und Gewicht einsparen.
Werden Profile schon bei der Konstruktion richtig berücksichtig, kann man damit viel Material und Gewicht einsparen.
(Bild: Kuhn)

Die Automobilindustrie steht unter Druck: Neue Anforderungen aus Umwelt, Politik, Wirtschaft, Kultur, Urbanisierung und von Kunden treiben Nachhaltigkeit, Elektromobilität und Leichtbau voran. „Das Thema Leichtbau ist extrem wichtig“, erläuterte Dr. Johannes Staeves, Clusterleiter Leichtbaukarosserie bei der BMW Group in München. Für sich hat der bayerische Autobauer festgelegt: Bei jedem neuen Fahrzeugprojekt muss das Fahrzeug 10 % leichter werden. Allerdings wird durch mehr Sicherheit, mehr Funktionen, Mehrausstattung und mehr Platz jedes neue Fahrzeug zunächst um 5 bis 10 % schwerer. Um die Gewichtsreduktion zu erreichen, muss das zusätzlich durch leichtere Komponenten kompensiert werden.

Aluminium erlaubt auch Einsatz von Strangpressprofilen im Auto

Je nach Stückzahl und der Art des Fahrzeugs entscheide sich, ob die Karosserie in klassischer Blechschalenbauweise, die am meisten verbreitet ist, in Profilbauweise oder in einer Mischform konstruiert wird. Es ist laut Staeves ganz wichtig, in der frühen Konzeptphase zu wissen, ob das Fahrzeug profilintensiv oder in konventioneller Weise gebaut wird.

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Bei den Werkstoffen kommt hinzu, dass Aluminium auch zusätzlich den Einsatz von Strangpressprofilen und Guss erlaubt, während bei Stahl nur Bleche und Rohre möglich seien. Für den Einsatz von Profilen spricht nach Aussage von Staeves eine ganze Reihe von Argumenten: Profile sind einfach und günstig herzustellen, es gibt nur einen geringen Verschnitt und deshalb einen hohen Materialnutzungsgrad, geschlossene Profile bieten eine hohe Funktionalität, es gibt keine „pumpenden“ Flansche, die Wandstärke ist im gleichen Bauraum bei vergleichbaren Anschlussgeometrien skalierbar, bei Strangpressprofilen und bedingt bei Walzprofilen sind effiziente Längsverschottungen möglich, der Entfall der Flansche erlaubt einen größeren Profilquerschnitt, der Entfall der Flanschabdichtungen bietet weiteres Potenzial und bei Profilen sind zum Teil hochfeste Werkstoffe auch kalt verarbeitbar.

Profile in der Konstruktion können auch die Flexibilität einschränken

Doch wo viel Licht ist, ist auch viel Schatten – es gibt auch einige Argumente gegen den Einsatz von Profilen: So zieht die eingeschränkte Formgebung auch Bauraumrestriktionen nach sich; außerdem sind Querschnitte und Wanddicke der Profile über die Länge nur bedingt variabel. „Da wünschen wir uns mehr Flexibilität“, sagte Staeves. Auch seien oft nachträgliche Bearbeitungen wie Ausklinkungen oder Verprägungen notwendig, „da müssen wir gegebenenfalls doch eine Beule in unser Strangpressprofil machen, das tut dem Ingenieur in der Seele weh“. Seine Forderung an die Biegeexperten: „Erfinden Sie neue Varianten, wie wir solche Querschnitte noch flexibler darstellen können.“ Ein weiteres Gegenargument seien gegebenenfalls Zusatzaufwände für das Fügen ohne Flansch. Bei Profilen sei das Einbringen von Schotten kaum möglich. Außerdem könnten auch Flansche in der Konstruktion tragen, gerade im Übergang zu Flächen. „Flansche erhöhen in kritischen Bereichen die Biegesteifigkeit gerade da, wo wir sie auch brauchen“, erläuterte Staeves. Schließlich könne man Profile nicht in einem späteren Projektstadium hineinkonstruieren, sondern müsse sie schon in einer frühen Projektphase berücksichtigen.

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 Stéphane Itasse

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, MM MaschinenMarkt