Einsatzmöglichkeiten von Stahl-Hybrid-Strukturen im Crashfall

Abstract

Eine der wesentlichen Herausforderungen des Leichtbaus mit Stahl besteht in seiner relativ hohen Dichte. Bei Pkw-Karosserien in Schalenbauweise führt dies notwendigerweise zu sehr geringen Wandstärken. Solche dünnwandigen Strukturen neigen jedoch, insbesondere bei Crashlastfällen, zum Beulen. Durch die Kombination von Stahl mit leichteren Materialien kann dieses Verhalten verbessert werden. 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. Nach diesem Prinzip wurde, für den Einsatz in einem Demonstratorfahrzeug eine ringförmige Rahmenstruktur in Metall-Hybridbauweise entwickelt. Diese Struktur ist dafür ausgelegt, bei seitlicher Lasteinleitung durch Deformation Energie zu absorbieren, ohne daß es zu einem lokalen Kollabieren kommt. 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 wird die Funktionweise der ringförmigen Rahmenstruktur, sowie deren Integration in die Karosserie des Demonstratorfahrzeugs vorgestellt.