Gewichtsreduzierung von Großserienfahrzeugen und Komponenten unter Berücksichtigung des gesamten Lebenszyklus.

Nachhaltiger Transport, Material Engineering, Leichtbau

Vorbereitung zu Ermüdungserprobungen von Modulen unter Hochtemperatur mit neuartigem Einsatz von Composite Werkstoffen zur Gewichtreduzierung. (© Fraunhofer LBF)

Im europäischen Projekt ALLIANCE wurden Alternativen zur Gewichtreduzierung von Fahrzeugen erforscht, wobei das Fraunhofer LBF sich darauf fokussierte, die erforderlichen Struktureigenschaften für physikalische Demonstratoren auf Modulebene zu validieren. Das ALLIANCE-Projekt steht nicht nur für innovative Leichtbauwerkstoffe und Fertigungstechnologien, sondern auch für deren Anwendbarkeit und beschleunigte Einführung für die kommenden Fahrzeugmodellgenerationen in Kooperation mit großen europäischen OEMs.

Neue Methodik zur Validierung von Bauteilen auf Modulebene

Um Simulationsmodelle der Komponenten und deren Implementierung innerhalb einer Darstellung eines kompletten Systems zu validieren, haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Prüfung und Validierung der physikalischen Demonstratoren auf Modulebene geplant und durchgeführt. Für jeden Demonstrator wurde eine Prüfstrategie entwickelt, jeweils auf Basis von Prüfstandards, die in der Automobilindustrie verwendet werden. Die Moduldesigns und Geometrien sind aktuellen Serienfahrzeugen sehr nahe, bieten aber eine deutliche Gewichtreduzierung an.

Schwerpunkt der Untersuchungen waren die Module von Daimler, Volvo und CRF, zu denen eine detaillierte NVH-Untersuchung durchgeführt wurde. Darüber hinaus wurden drei Kofferraumbodenplatten in Halb-Karosserien von TME (Toyota Motor Europe) am Fraunhofer LBF in statischen und Ermüdungstests erprobt.

Abb. 1: Starre Einspannung der neuartigen Daimler Stoßstange zu NVH-Untersuchungen. (© Fraunhofer LBF)

Abb. 2: »Frei-Frei« Zustand der Volvo-Fahrzeugtür mit Gummibändern zu NVH-Untersuchungen. (© Fraunhofer LBF)

Abb. 3: »Frei-Frei« Einbau kondition der CRF Motorhaube zu NVH-Untersuchungen. (© Fraunhofer LBF)

Erprobung und Messungen zur Systemvalidierung

Für Noise Vibration Harschness-Untersuchungen (NVH) wurden einsatznahe Frequenzbereiche und Setup-Anforderungen der Partner ausgearbeitet, um deren Einflüsse zu dokumentieren und Simulationsmodelle für neuartige Aluminiumlegierungen und Fertigungsverfahren zu validieren.

Ziel war es, die Daten für eine experimentelle Modalanalyse zu extrahieren. Diese Daten enthalten Frequenzgangfunktionen von jedem Messpunkt auf den Bauteilen und die entsprechenden Modenformen, welche das Verhalten der Bauteile in einsatznahen Konditionen beschreibt.

Alternativ zu Bauteilen aus Aluminium wurden zur Gewichtersparnis ebenfalls Demonstratoren aus Kunststoff-Glasfaserverbund entwickelt. Zum Beispiel wurde eine Kofferraumbodenplatte, die üblicherweise aus Stahl besteht, durch Komposite ersetzt, womit rund 25% Masse eingespart wurden. Um die Zuverlässigkeit solcher neuartigen Elemente zu gewährleisten, müssen diese ähnliche Anforderungen wie die Originalbauteile erfüllen.

Die Untersuchung der hinteren Kofferraumbodenplatte wurde in drei Teile gegliedert: statische Aufwärts-, statische Abwärts- und Ermüdungstests. Das Fraunhofer LBF hat einen maßgeschneiderten Prüfstand für Halb-Karosserien entwickelt, um die oben genannten Prüfungen unter der vorgegebenen Umweltbelastung von 80°C zu ermöglichten.

Verbesserte Zuverlässigkeitsabschätzung

Die Validierung der Bauteile auf Modulebene lieferte Ergebnisse zum Abgleich der Simulationsmodelle sowie eine deutliche Verbesserung der Zuverlässigkeitsabschätzungen im Vergleich mit ihren Original-Referenzteilen, bezogen auf Gewicht, Leistung und relative Kosten der Gewichtsreduzierung.

Förderer und Partner

Dieses Projekt wurde gefördert von ALLIANCE

Grant Agreement number: 723893 — ALLIANCE — H2020-NMBP-2016-2017/H2020-NMBP-GV-2016

Amendment Reference No AMD-723893-20

»Für die Prüfungen unter der vorgegebenen Umweltbelastung von 80°C haben wir im Fraunhofer LBF einen maßgeschneiderten Prüfstand für Halb-Karosserien entwickelt und aufgebaut.« Julien Scheffelmeier, M. Sc.

Ihr Ansprechpartner zu diesem Projekt