Image: Mit der BlechstangeFERCHAUFERCHAUNeues Verfahren zur Konstruktion leichterer Querlenker | Henrik5000
TechnikHybrid-Querlenker

Mit der Blech­stange

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Rüdiger Vossberg

Rüdiger Voßberg

freier Journalist

Wissenschaftler des Instituts für Integrierte Produktion Hannover (IPH) wollen Blech- und massive Stahlteile in nur einem einzigen Werkzeug vorbereiten, verbinden, umformen und nachbear­beiten. Dieses neue Verfahren soll es der Automobil­in­dus­trie ermöglichen, leichtere Querlenker zu fertigen und dabei Zeit und Kosten zu sparen.

09. April 2018

Leichte und dennoch stabile Querlenker sind ein wichtiges Element der Radaufhän­gung und verbinden die Karosserie mit den Rädern. Sie werden in den unterschied­lichsten geometri­schen Varianten verbaut. Ein leicht geschwun­gener Winkel, dessen Form einem Bumerang ähnelt, wird zum Beispiel als Dreiecks­lenker bezeichnet. Querlenker können aber auch eine Gabelform haben. Solche Leichtbau-Querlenker werden bereits serienmäßig mit punktver­schwei­ßten Blechpaketen in hoher Stückzahl produziert.

Ingenieure des Instituts für Integrierte Produktion Hannover wollen nun mit einem neuen Verfahren eine komplette Fertigung aus Massiv- und Blechteilen ohne Schweißge­räte kombinieren und im Vergleich zu den geschmie­deten Querlern­kern nochmals mindestens zehn Prozent Gewicht einsparen.

Kraft- und formschlüssig

Das Stahlblech und die massiven Enden dieses Querlenkers sollen auf Grund ihrer Formgebung zusammen­ge­halten werden und trotzdem den Kräften des Fahralltages standhalten. Kein Schweißen, keine Schraube oder Kleber wäre dabei im Spiel. Der Verbund der Fügepartner ist eine Mischung aus Form- und Kraftschluss, wobei der Kraftschluss deutlich überwiegt. So wie Regalbolzen fest in die Bohrungen der Seitenteile gepresst werden, damit sie später nicht mehr herausfallen.

Dass sich Blech- und massive Elemente prinzipiell gleichzeitig umformen und fügen lassen, haben die IPH-Ingenieure bereits in früheren Projekten nachgewiesen. „Allerdings ist zum jetzigen Zeitpunkt noch ungewiss, ob so ein Verbund von Massiv- und Blechteil nur durch den Kraftschluss gehalten werden kann“, erklärt der Projektleiter Eugen Seif.

Nur ein Werkzeug

Die Ingenieure aus Hannover wollen mit dem so genannten Folgever­bund­hy­bri­dschmieden gleich mehrere Umformpro­zesse in einem Schritt erledigen: Blech- und Massivteile in einem einzigen Werkzeug vorbereiten, verbinden, umformen und nachbear­beiten. Im Vergleich zur konventio­nellen Massivum­for­mung soll das Verfahren nicht nur Zeit sparen, sondern auch Kosten senken, weil deutlich geringere Presskräfte nötig sind.

Ziel der Forscher ist es, die nötige Presskraft für ihre Prozesse zu halbieren. Dadurch können die Bauteile später auf kleineren und leistungs­schwä­cheren Umformpressen erzeugt werden, die letztlich weniger Energie benötigen und so günstiger als Hochleis­tungs­pressen sind.

Praxisnahe Parameter

Aber noch ist alles graue Theorie: denn das Forschungs­pro­jekt startete erst vor wenigen Monaten und läuft bis Ende Oktober 2019. Ganz am Anfang stecken die Ingenieure also noch in der Simulati­ons­phase, in der sie zunächst ihren Referenz­quer­lenker in Anlehnung an aktuelle Industrie­stan­dards kreieren. „Und zwar mit praxisnahen Parametern, dennoch nicht mit konkreten Geometrien von Querlenkern aus der Automobil­in­dus­trie“, erläutert Seif. Schließlich betreibe man keine Plagiats­for­schung.

Wenn eine vorläufig optimale Versuchs­geo­me­trie gefunden ist, werden daran unter anderem die Temperatur- und Druckver­hält­nisse während der Pressvor­gänge für unterschied­liche Stahlpaa­rungen numerisch getestet. Zusätzlich zum passenden Entwurf einer Referenz­geo­me­trie müssen auch wichtige Material­ei­gen­schaften – wie zum Beispiel der Wärmeaus­deh­nungs­ko­ef­fi­zient – in den Programmen berücksich­tigt werden.

Forschung en détail

Prozessab­hän­gige Parameter wie die Kräftever­tei­lung während der sekunden­schnellen Fertigung spielen eine gewichtige Rolle, wenn es um Produkt oder Ausschuss geht. Die größten Umformkräfte müssen immer für die massiven Endstücke aufgebracht werden, die dann bei übermäßiger Ausbauchung den Blechabschnitt schädigen könnten.

Schmiede­tem­pe­ra­turen von bis zu 1.250 Grad Celsius dürfen zu keinen Spaltbil­dungen zwischen Blech und Massivteil wegen zu unterschied­li­cher Wärmeaus­deh­nungs­ko­ef­fi­zi­enten der Materialien führen. Eine zu hohe Wärmelei­tung durch das Blech kann wiederum die vorgegebenen Mikrostruk­turen des Materials auflösen und so die geforderte hohe Stahlfes­tig­keit zerstören. „Deshalb wollen wir eine möglichst geringe Wärmelei­tung vom massiven Zylinder hin zum Blech erreichen“, erklärt Seif.

Der optimale Verbund

Nach einer umfangrei­chen Validierung aller PC-Produkti­ons­pro­zesse wird dann das eigentliche Folgever­bund­werk­zeug zur Herstellung des Querlenkers konstruiert und gebaut. Danach beginnt erst die experimen­telle IPH-Prototypen­fer­ti­gung in Hannover.

Damit wollen die Wissenschaftler zeigen, dass sich ein solcher hybrider Querlenker doch relativ aufwandsarm fertigen lässt: Das Blech wird zunächst gelocht, anschlie­ßend werden die Massivteile für die Lagerstellen positioniert. Im nächsten Schritt werden die Massivteile umgeformt und gleichzeitig formschlüssig mit dem Blech verbunden. Abschlie­ßend wird das Blech im Folgever­bund­werk­zeug abgeschert. Fertig ist der leichte IPH-Querlenker – in weniger als zehn Sekunden.

Das neue Fertigungs­ver­fahren made in Hannover könnte zukünftig auch andere Bauteile mit „Distanzfunk­tion und Massevor­ver­tei­lung“ produzieren, konstatiert Projektver­ant­wort­li­cher Seif. Zudem wollen die Forscher einen Leitfaden verfassen, mit dessen Hilfe kleine und mittlere Unternehmen die Technologie in der Praxis anwenden können. Dadurch sollen diese Unternehmen konkurrenz­fähig bleiben, auch im Wettbewerb mit ausländi­schen Billigan­bie­tern.