Metal-hybrid structures for an improved crash behaviour of car body structures

Kurzfassung

Zur Zeit verwendete Karosserien in Stahl-Schalen-Bauweise bestehen vorwiegend aus durch Punktschweißen gefügten Blechschalen. Solche Strukturen können im Crashfall, bei einer konzentrierten Lasteinleitung wie dem Pfahlcrash, zu hohen Intrusionen führen, auch da die Blechschalen konzeptbedingt zum Beulen und Falten neigen. Mit dem Ziel, das Crashverhalten von Karosserien bei gleichzeitiger Gewichtsreduzierung zu verbessern, wurden die Vorteile von Trägerstrukturen in Metall-Hybrid-Bauweise untersucht. Der Schwerpunkt lag dabei auf der Verbesserung der gewichtsspezifischen Crashperformance, insbesondere bei einer nahezu punktuellen Last, wie sie beispielsweise beim Pfahlcrash auftritt. Durch die Verwendung möglichst leichter Kernstrukturen im Inneren metallischer Trägerstrukturen wurde das Kollabieren der Metallschalen erfolgreich verhindert. Somit entstehen Strukturen, die im Crashfall nicht lokal versagen, sondern sich als Ganzes verformen, und damit in größeren Bereichen Energie absorbieren. Dies führt zu einer besseren Materialausnutzung und damit zu einer Erhöhung der gewichtspezifischen Energieabsorption. Eine wichtige Rolle für die Funktion der Energieabsorption spielt die Wahl geeigneter Kernstrukturen und -werkstoffe, da diese nicht nur eine möglichst hohe Druckfestigkeit bei möglichst geringem Gewicht aufweisen müssen. Sie müssen vielmehr auch während der Verformung der Struktur ihre Stützwirkung innerhalb des Profils beibehalten. Als Werkstoffe für die Profilschalen kommen vor allem Metalle mit hoher gewichtsspezifischer Festigkeit und Dehnbarkeit wie z.B. Edelstähle, neu entwickelte Manganstähle, aber auch Aluminium-Legierungen mit hoher Dehnbarkeit in Frage. Im Vortrag werden Versuchsergebnisse zu Verformungsverhalten und Energieabsorption von mit geeigneten Kernen verstärkten Trägerstrukturen präsentiert. An generischen Bauteilen konnte eine Steigerung der gewichtsspezifischen Energieabsorption auf das dreifache einer hohlen Struktur erzielt werden. Außerdem werden weiterführende konzeptionelle Ansätze für die Berechnung und Integration solcher Strukturen in Karosserien vorgestellt.