Neuartige Sandwich-Fahrzeugstruktur – von der Konzeptidee zum Forschungsdemonstrator

Kurzfassung

Neuartige Sandwich-Fahrzeugstruktur – von der Konzeptidee zum Forschungsdemonstrator Ressourcenschonende und emissionsverringernde Maßnahmen und Konzepte sind in Zeiten des Klimawandels und der damit verbundenen Klimaerwärmung wichtige Stellhebel, um den globalen technologischen Fortschritt nicht einzuschränken. Forschung und Fahrzeugindustrie können mit Hilfe von Leichtbaukonzepten einen entscheidenden Teil dazu beitragen, dass auch in Zukunft sichere, sparsame und fortschrittliche Automobile hergestellt werden. Das Institut für Fahrzeugkonzepte des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) arbeitet und forscht an unterschiedlichen Leichtbaukonzepten und Strukturen, um Anforderungen wie Energieeffizienz, Umweltfreundlichkeit und der gesellschaftlichen Akzeptanz gerecht zu werden. Am DLR-Institut für Fahrzeugkonzepte wurde eine leichte Karosseriestruktur in Sandwichbauweise entwickelt, deren Struktur und Aufbau die konsequente Nutzung des Potentials von hybriden Bauteilen in festigkeits-, steifigkeits- und sicherheitsrelevanten Fahrzeugbereichen beinhaltet. Konzeptionelle Ideen und Innovationen sollten dabei aufgezeigt und in Form von Demonstratoren umgesetzt werden. Die leichte Karosseriestruktur weist eine hohe Schadenstoleranz im Crashfall auf. Erreicht werden diese Eigenschaften, insbesondere die Toleranzfähigkeit durch die gezielte Nutzung der werkstofflichen Gegebenheiten der strukturellen Sandwich-Komponenten. Hierdurch wird ein hohes Leichtbaupotential erreicht. Die Sandwichkarosseriestruktur wurde durch numerische Crashberechnung (FEM) auf fünf verschiedene Crashlastfälle hin untersucht. Außerdem wurden in weiterführenden Untersuchungen die Torsions- und Biegesteifigkeit sowie die Eigenfrequenz des Fahrzeugrohbaus ermittelt und bewertet. In Komponentenversuchen auf den statischen Prüffeldern und auf der dynamischen Komponenten-prüfanlage des Instituts wurde das Versagensverhalten der Fahrzeugstrukturen untersucht, welche in einem Crashlastfall hohen Verformungen unterliegen. Hierzu wurden sowohl generische Versuche an Schaum- und Sandwichelementen, als auch Baugruppenversuche durchgeführt. Die Versuchsreihen bestätigen die simulativ bestimmten Kennwerte dieser hybriden Werkstoffe, bzw. Bauteile. Crashtests an Fahrzeugkomponenten, wie der Frontstruktur, zeigen eine Übertragbarkeit der aus generischen Versuchen gewonnenen Erkenntnisse auf reale Bauteile mit höherer geometrischer Komplexität. Das Ziel der virtuellen und praktischen Entwicklung ist eine umfassende Aussage hinsichtlich des Potentials dieser innovativen hybriden Bauteile, der Leichtbaugüte und der Umsetzbarkeit einer Sandwichgesamtfahrzeugstruktur treffen zu können, um einen Beitrag zur Entwicklung zukünftiger Fahrzeugkonzepte zu leisten. Erste Schritte hin zu einem fahrfähigen Demonstratorfahrzeug wurden erfolgreich beschritten, so dass eine Fahrzeugrohbaustruktur aufgebaut werden konnte. Weiterführend werden Gesamtfahrzeugversuche in Frontal- und Seitencrashlastfällen den Mehrwert dieser innovativen Bauweise unter Beweis stellen.