StaProCrash – Entwicklung und Herstellung crashoptimierter Mehrkammerstrukturen aus Stahl durch Profiliertechnik

In diesem Projekt werden Methoden zur effizienten Auslegung von rollgeformten, crashoptimierten Profilstrukturen entwickelt. Hierbei werden verschiedene hochfeste Stähle auf ihr Verhalten beim Rollformen und auf ihre Fähigkeit der Energieabsorption bei der Umformung untersucht. Aufbauend darauf werden auf Strangpressprofile ausgelegte Algorithmen zur Optimierung der Querschnittsgeometrie angepasst, um die Querschnittsgeometrie von rollgeformten Mehrkammerstrukturen aus hochfestem Stahl zu optimieren. Abschließend werden Demonstratoren gefertigt und in Crashtests auf ihre Performance untersucht.

Projektverantwortlicher: Johannes Kilz M. Sc.
Laufzeit: Juni 2022 – Juni 2024
Förderlinie: AiF FOSTA

Motivation

Aktuell werden lateral belastete Bauteile in Automobilen in der Regel aus verschweißten tief- oder karosseriegezogenen Blechstrukturen oder aus stranggepressten Aluminiumstrukturen hergestellt. Aluminiumstrukturen haben zwar auf den ersten Blick aufgrund ihrer geringeren Dichte Gewichtsvorteile gegenüber Stahlkonstruktionen, benötigen aber aufgrund ihrer geringeren Festigkeit deutlich mehr Material und sind zudem deutlich schlechter recyclebar. Tief- oder karosseriegezogene Bauteile sind in ihrer Herstellung aufgrund der vergleichweise langen Prozesszeit und des notwendigen Platinenzuschnitts aufwändig und nicht ressourcenschonend. Die Nachteile der genannten Verfahren kann das Rollformen aufgrund der hohen Prozessgeschwindigkeiten, der hohen Werkstoffausnutzung und der Eignung zur Umformung von hochfesten Stählen kompensieren. Durch den Einsatz von geometrieoptimierten rollgeformten Mehrkammerstrukturen aus hochfestem Stahl könnte folglich sowohl das Gewicht von Crashstrukturen bei gleichbleibender Sicherheit der Fahrzeuginsassen reduziert als auch Ressourcen geschont werden.

[1] Vorgehensweise zur Entwicklung von crashoptimierten, rollgeformten Mehrkammerstrukturen

Lösungsweg

Im Rahmen des Projektes werden zunächst Materialcharakterisierungen mit verschiedenen hochfesten Stählen durchgeführt, um den Einfluss des Rollformens auf die Festigkeit und die Fähigkeit der Strukturen zur Energieabsorption zu ermitteln. Zudem werden Rollformsimulationen für verschiedene Profilquerschnittsgeometrien und Mehrkammerstrukturen durchgeführt. Die gewonnenen Daten werden der Bergischen Universität Wuppertal zu Verfügung gestellt, um einen für Strangpressprofile entwickelten Algorithmus zur Optimierung der Querschnittsgeometrie an die Anforderungen und das Materialverhalten beim Rollformen anzupassen. Ziel der Optimierung ist es, den Querschnitt einer rollgeformten Mehrkammerstruktur so zu optimieren, dass die Struktur möglichst viel Energie bei möglichst geringem Gewicht absorbieren kann. Zur Validierung des Optimierungsergebnisses werden Demonstratoren aus rollgeformten Bauteilen hergestellt und in einem Fallturm auf ihr Crashverhalten untersucht. Abbildung [1] verdeutlicht das Vorgehen.

Danksagung

Die hier dargestellten Forschungsarbeiten finden im Rahmen des IGF-Vorhabens Nr. 22320N der Forschungsvereinigung Europäische Forschungsgesellschaft für Blechverarbeitung e.V. (EFB) statt. Dieses wird über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Ferner bedanken wir uns bei allen Industriepartnern, die das Forschungsprojekt „Entwicklung und Herstellung crashoptimierter Mehrkammerstrukturen aus Stahl durch Profiliertechnik“ im Projektbegleitenden Ausschuss unterstützen.

Gefördert durch

Projektpartner