Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Methodenentwicklung zur Prognose des Crashverhaltens von widerstandspunktgeschweißten 3-Stahlblechverbindungen

Die Automobilindustrie ist bestrebt, die CO2 Emissionen ihrer Fahrzeuge zu reduzieren und den Treibstoffwirkungsgrad zu erhöhen. Um diese Ziele zu erreichen, arbeiten die Automobilhersteller u.a. kontinuierlich an der Reduzierung des Gesamtfahrzeuggewichtes. Durch umfangreichen Einsatz von höchstfesten Stählen in dünnen Blechdicken im Karosseriebau soll dieses Leichtbau-Ziel erreicht werden. Das Widerstandspunktschweißen ist für OEM wie KMU eine hochautomatisierbare und damit serientaugliche und kostengünstige Fügetechnik zur Zielerreichung. Um Begrenzungen des Bauraums zu begegnen und um den Materialeinsatz im Leichtbau möglichst effizient zu gestalten, setzen Konstrukteure zunehmend Verbindungsstellen ein, die drei Bleche mit einem Schweißpunkt verbinden. Allgemein können überall dort, wo widerstandpunktgeschweißte 2-Blechverbindungen zum Einsatz kommen, 3-Blechverbindungen produktions- und materialeffizientere sowie konstruktiv vorteilhaftere Lösungen bieten. Eine optimale, wirtschaftliche und vor allem sichere Auslegung widerstandspunktgeschweißter Bauteile aus unterschiedlichen hoch- und höchstfesten Stählen unter Crashbeanspruchung erfordert die Realisierung von maximaler Verbindungsfestigkeit und hoher Energieabsorption, die nur durch eine optimale konstruktive Gestaltung der Verbindung und des Bauteils erreicht werden können. Bisher werden 3-Blechverbindungen in der Auslegung jedoch als zwei getrennte 2-Blechverbindungen betrachtet. Mit den Ergebnissen dieses Forschungsvorhabens können KMU widerstandspunktgeschweißten 3-Blechverbindungen mit reduziertem Aufwand auslegen und im Hinblick auf ihre Gebrauchsfähigkeit qualifizieren, weil aufwendige Experimente vermieden werden. Mit Hilfe der Simulation wird die Crashsicherheit schon vor der Existenz von Hardware optimiert, so dass eine Vielzahl von Tests eingespart werden können, was die Kosten der Umsetzung insbesondere für KMU senkt. Die hierzu benötigten validierten Verbindungsmodelle werden hier erarbeitet.

Ergebniszusammenfassung:

Das erzielte Ergebnis dieses Forschungsvorhabens ist eine Methodenentwicklung zur Vorhersage des Trag- und Versagensverhaltens von widerstandspunktgeschweißten Dreiblechverbindungen (3-BV) unter Crashbelastung. Dafür wurden die Einflüsse der Fügeteilfestigkeit, Fügeteilanordnung, Blechdickenkombination sowie Belastungsart und Lasteinleitungsfall auf das Trag- und Versagensverhalten mit einer entsprechend konzipierten experimentellen Versuchsmatrix untersucht. Numerische Simulationen unterstützten ergänzend, Ursachen für auftretende Phänomene aus den experimentellen Ergebnissen aufzuklären.

Weiterhin wurde im Vorhaben untersucht, inwieweit das Verhalten von 2-BV auf 3-BV übertragbar ist. Ein formelmäßiger, empirischer Zusammenhang ermöglicht schnelle und kostengünstige Abschätzungen über die Tragfähigkeit von 3-BV zu treffen. Darüber hinaus wurden Ersatzmodelle für 3-BV für die Crashsimulation entwickelt, die für eine recheneffiziente Simulation von Bauteilen mit 3-BV eingesetzt werden können und die insbesondere die Einflüsse auf die Tragfähigkeit und Energieabsorption des Lastangriffs an jeweils einer oder beiden Fügebenen unter Kopfzug-, Scherzug- sowie Biegebelastung abbilden können.

Durch die Erkenntnisse aus diesem Forschungsvorhaben sind die Anwender des Widerstandspunktschweißens befähigt, entsprechend gefügte Bauteile und Baugruppen mit 3-BV gezielt mit höherer Aussagesicherheit auszulegen. Insbesondere

kleine und mittlere Unternehmen profitieren von den Projektergebnissen und können widerstandspunktgeschweißten 3-BV mit reduziertem eigenem Aufwand auslegen und im Hinblick auf ihre Gebrauchsfähigkeit qualifizieren.