Forschungsprojekt

Optimierung von Bauteileigenschaften durch Einbringung von Strukturierungen

Zielbranchen

Fahrzeug- und Verkehrstechnologien, auch: Antriebstechnik, Leichtbau, Herstellung von Kraftwagen und Kraftwagenteilen

Problemstellung

Die konsequente Umsetzung von Leichtbaustrategien erfordert neben der Verwendung typischer Leichtbauwerkstoffe auch konstruktive Maßnahmen. Ziel dieser Ansätze ist es, die geometrische Steifigkeit hinsichtlich der spezifischen Anforderungen z. B. durch Einbringung funktionsangepasster lokaler Strukturierungen zu optimieren. So kann bei hinreichender Werkstofffestigkeit eine deutlich geringere Wandstärke gewählt, der Werkstoffeinsatz minimiert und die Ressourceneffizienz maximiert werden. Gleichzeitig lassen sich vielfach bessere akustische Bauteileigenschaften erzielen, da die Eigenfrequenz strukturierter Komponenten höher ist als bei konventionell gestalteten. Die Implementierung dieses Optimierungskonzeptes erfordert jedoch geeignete Auslegungsmethoden zur anforderungsoptimierten Gestaltung und Fertigung solcher Strukturierungen.

Lösung

Um eine Datenbasis für diese Auslegung zu entwickeln, wurde der Einfluss unterschiedlicher umformtechnisch hergestellter Strukturen auf die resultierenden Bauteileigenschaften Steifigkeit und akustisches Verhalten systematisch analysiert. Vergleichende Untersuchungen haben exemplarisch gezeigt, dass sich die erste Eigenfrequenz von Aluminiumblechen durch Strukturierung bei geschickter Parameterwahl nahezu verdreifachen lässt und gleichzeitig die Geräuschabstrahlung des strukturierten Bleches bei dieser ersten Eigenfrequenz gegenüber der des ebenen Bleches um 70 Prozent verringert werden kann.

Anhand zweier unterschiedlichen Verfahren – der elektromagnetischen Umformung sowie der Umformung mit einem Elastomerstempel – wurde der Einfluss der Fertigungsstrategie auf die Strukturierungseigenschaften und damit indirekt auf die Bauteilperformance untersucht. Hier wurde u. a. gezeigt, dass sich beim Strukturieren durch EMU für Aluminiumbleche Ziehtiefen erreichen lassen, die beim Einsatz von Elastomerstempeln aufgrund von Rissbildung nicht möglich sind.

Im Hinblick auf die Einbringung lokaler Strukturierungen in komplexe vorgeformte Bauteilgeometrien wurde auch der Einfluss der Umformhistorie auf den Strukturierungsprozess, das Strukturierungsergebnis und die resultierenden Bauteileigenschaften betrachtet. Dazu wurden mithilfe von Modellversuchen vor dem Strukturierungsprozess unterschiedliche Dehnungszustände eingestellt und deren Auswirkung auf die genannten Aspekte analysiert.

Partner

Die dargestellten Untersuchungen wurden im Rahmen des Projektes »Lokal versteifte Leichtbaukomponenten« in enger Zusammenarbeit mit dem Projektpartner Westfalia Presstechnik GmbH & Co. KG durchgeführt. Das Projekt wird gefördert von der Sächsischen Aufbaubank (SAB).

© Fraunhofer IWU