Mehr Realität in virtuellen Crashtests

Laut krachend prallt das Auto gegen die Wand, die Dummies werden fest in die Gurte gedrückt. Crashtests gehören zum Pflichtprogramm, bevor ein neues Automodell über die Straßen rollen darf. Die meisten dieser Zusammenstöße zerstören das Fahrzeug – ein teures Unterfangen. Wann immer es geht, ersetzen Autohersteller die Crashtests daher durch Simulationen am Computer. Doch auch diese Variante hat ihre Tücken: Sie berücksichtigt nicht, dass einzelne Karosserieteile und die Verbindungen dazwischen – seien es Klebverbindungen, Nieten, Schweißpunkte oder Laserstrahlnähte – brechen können. Man nimmt an, dass die Verbindungen unendlich belastbar sind.

Die Zahl der Fügestellen ist groß, ein Mittelklassewagen wird von etwa 5 000 Schweißpunkten und über 120 Metern Klebenähten sowie zahlreichen Nieten zusammengehalten. Platzen sie auf, kann das Hindernis bei einem Aufprall tiefer in das Auto eindringen und die Gefahr für die Insassen vergrößern. Welchen Belastungen halten die Nähte stand? Wann versagen sie? Forschern des Fraunhofer-Instituts für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg gelang es erstmalig, dies zuverlässig zu simulieren. »Wir haben ein Ersatzmodell für die Crashsimulation entwickelt, das die Eigenschaften von Punktschweißverbindungen wiedergibt – inklusive des Versagens«, erklärt Silke Sommer, die das Projekt am IWM leitet. Um das Modell aufzustellen, mussten die Forscher zunächst einen Schritt zurückgehen und einzelne Fügestellen in einer Zugprüfmaschine experimentell untersuchen. So belasteten sie etwa einen Schweißpunkt unter Zug, Scherung, Biegung und Torsion. »Aus den Experimenten ermitteln wir Kennwerte und stellen daraus ein geeignetes Ersatzmodell für jede Fügeart auf«, sagt Sommer. Anschließend setzen die Forscher die verschiedenen Füge-Ersatzmodelle in das Crashmodell ein, das den ganzen Wagen repräsentiert – und an dem man verschiedene Aufprallsituationen einfach simulieren kann.

Ist erkannt, wo die Nähte bei einem Aufprall aufgehen, kann man die eingesetzte Fügetechnik und die Konstruktion der Karosserie anpassen. Das ist insbesondere beim Leichtbau interessant: Reduziert man die Dicke der Stahlbleche, müssen diese aus hochfestem Stahl ge-macht sein, um den Insassen genügend Schutz zu bieten. Je fester der Stahl, desto schwerer lässt er sich schweißen und desto höher das Risiko, dass die Verbindungen aufgehen. »Für punktförmige Schweiß- und Nietverbindungen und flächige Klebverbindungen haben wir Ersatzmodellierung und die ersten Verifikationen fast abgeschlossen«, sagt Sommer.