Konstruktiver Vorschlag für Sicherheit und Leichtbau

Als Partner der Automobilindustrie arbeitet die Thyssen Krupp Stahl AG nicht nur erfolgreich an der Verbesserung der Festigkeit und der Verarbeitungseigenschaften ihrer Werkstoffe. Das Unternehmen untersucht auch, welche Umformverfahren, Fügetechniken und Konstruktionslösungen das Leichtbau-Potential moderner hochfester Stähle am besten ausschöpfen. Ein aktuelles Beispiel für diesen ganzheitlichen Ansatz ist ein neues, von der Thyssen Krupp Stahl AG entwickeltes Konzept für Pkw-Längsträger.

Das Bauteil ist mit entscheidend für die passive Sicherheit eines Automobils. Beim Crash muss ein Längsträger einen möglichst großen Teil der Aufprallenergie absorbieren. Ausschlaggebend hierfür ist eine definierte, regelmäßige Verformung auf einem hohen Lastniveau. Herkömmlicherweise werden solche Längsträger aus tiefgezogenen und anschließend zusammengeschweißten Blechschalen konstruiert. Um den Gewichtsvorteil hochfester Stähle auszunutzen sind allerdings neue Konstruktionslösungen notwendig. Würde man die Wanddicke der Blechschalen so weit verringern, wie es die hohe Festigkeit der neuen Werkstoffe eigentlich zuließe, würde sich das Deformationsverhalten des Bauteils verändern. Der Träger würde sich schon bei geringer Belastung unregelmäßig verformen und, im Extremfall, sogar kollapsartig versagen.

Damit die Crashsicherheit gewahrt bleibt und die Gewichtsvorteile moderner Stähle insbesondere für künftige ultraleichte Stahlkarosserien nutzbar werden, hat die Thyssen Krupp Stahl AG einen neuen konstruktiven Vorschlag für Längsträger entwickelt. Dabei besteht der Längsträger aus zwei übereinander angebrachten Rohren. Ein Stegblech verbindet die Rohre, und fixiert sie exakt an der richtigen Position und im richtigen Abstand voneinander. Die Rohre sind aus dem Werkstoff RA/K4070 gefertigt und erhalten ihre Form durch Innenhochdruckumformung (IHU). Der so konstruierte Längsträger erfüllt alle Anforderungen an die Energieaufnahme im Crashfall und ist circa 25 Prozent leichter als die herkömmliche Konstruktion.

Der RA/K4070 ist ein so genannter TRIP-Stahl, der seine endgültige Festigkeit erst im Umformprozess erhält. Die Zugfestigkeit von zunächst 700 Megapascal (MPa) erhöht sich beim IHU-Vorgang auf bis zu 850 MPa, die Streckgrenze von anfänglich 400 auf circa 650 MPa. Für diesen TRIP-Effekt (Transformation Induced Plasticity) ist ein Restaustenitanteil im Gefüge des Werkstoffs verantwortlich, der sich beim Umformen in harten Martensit umwandelt.

Dünnwandige Profile für den IHU-Prozess sind ebenfalls eine Innovation der Thyssen Krupp Stahl AG: Während IHU-Bauteile im Fahrgestell und Fahrwerk bereits Standard sind, bestand die Herausforderung im Karosseriebereich darin, rohrförmige Halbzeuge mit deutlich höheren Durchmessern (60 bis 150 Millimeter) und gleichzeitig geringeren Wanddicken (0,6 bis 1,5 Millimeter) zu fertigen. Die Thyssen Krupp Stahl AG hat für solche dünnwandigen Leichtbaustrukturen eine Fertigungstechnik entwickelt, bei der die Profile ohne Rollformer durch eine neuartige Einrolltechnik hergestellt und anschließend lasergeschweißt werden. Obwohl für die Herstellung des Längsträgers mit seiner komplexen Geometrie mehrere Umformschritte notwendig sind behält der TRIP-Stahl dank seines bei großer Festigkeit hohen Umfompotenzials genug Restumfomvermögen für die Energieaufnahme im Crashfall.

Auf dieser Basis können auch Thyssen Tailored Tubes® gefertigt werden, mit denen die Thyssen Krupp Stahl AG ihr bei Platinen bereits sehr erfolgreiches Konzept des maßgeschneiderte Halbzeugs auch auf Profile überträgt. Ähnlich wie tailored blanks können Thyssen Tailored Tubes® aus unterschiedlichen Stahlqualitäten oder mit unterschiedlichen Wanddicken zielgenau und belastungsorientiert auf die Anforderungen von Leichtbaustrukturen zugeschnitten werden.

Für Rückfragen: ThyssenKrupp AG, Fachpresse, Bernd Overmaat Tel: 0211-824-36012, Fax: 0211-824-36035 e-mail: overmaat@tk.thyssenkrupp.com