Neues Forschungsprojekt: Hybrides Fügen von Multimaterialsystemen für Kraftfahrzeuge

Genehmigt wurde dem Forscherteam unter Leitung von Prof. Dr. Ralf Winkelmann das Projekt vom Bundesministerium für Bildung und Forschung/ Projektträger Jülich mit einer Laufzeit vom 1. April 2011 bis 31. März 2014. Projektpartner sind folgende Unternehmen: Drahtwerk Elisental W. Erdmann GmbH & Co., VW AG Wolfsburg, ThyssenKrupp Steel AG, Waldaschaff Automotive GmbH, Steremat Elektrowärme GmbH, Grillo Werk AG, Ruhr-Universität Bochum, BIAS.

Projektsteckbrief:

Das Automobil der Zukunft muss die wachsenden, gesellschaftlichen Erwartungen in Hinblick auf Energieeffizienz, Kraftstoffverbrauch, Klimaschutz, Sicherheit, Komfort und Nachhaltigkeit erfüllen. Der bereits beschrittene Weg das Fahrzeuggewicht durch den Einsatz innovativer Werkstoffe im Multimaterialsystem (hochfeste Stähle, Aluminium, und Magnesium) zu reduzieren, erfordert eine intelligente Kombination von Werkstoffen, Bauweisen und Fertigungsverfahren. Dabei bildet das tragfähige Verbinden der unterschiedlichen Werkstoffe einen zentralen Baustein zur Realisierung dieser Leichtbauweisen.

Ziel des Vorhabens ist deshalb die Entwicklung einer neuen Fügetechnologie zur Herstellung von Karosseriekomponenten für Kraftfahrzeuge aus verschiedenen Werkstoffen durch den Einsatz von thermischer Energie in Form von Laserstrahlung und magnetischer Induktion. Im Zentrum des Interesses stehen dabei im Crashfall hochbelastete Karosserieelemente, wie die B-Säule und Stoßfängermodule sowie der Türeinstieg und die Verbindung von Seitenteilen und Dachelementen. Hier müssen hochfeste, bisher nur bedingt schweißbare Stähle mit konventionellen Stählen und Leichtmetallen (z.B. DX 53; AA 6016; AZ91) gefügt werden.

Es sind Verbindungszonen mit gradiertem Eigenschaftsübergang zwischen den unterschiedlichen Fügepartnern durch gezielte Nutzung der Legierungselemente, der Verbindungspartner im Bulk und in einer etwaigen Beschichtung zu schaffen. Zusätzlich sollen niedrig schmelzende und zugleich ausreichend feste Zusatzwerkstoffe auf Aluminium-, Magnesium-, Zink-, oder Zinn-Basis entwickelt werden. Als Energiequelle wird dabei auf Laserstrahlung und fallweise auf ergänzende Induktionserwärmung zurückgegriffen. In der letzten Entwicklungsstufe ist mit Blick auf Leichtbau, Schwingungsdämpfung und Energieabsorbtion an aufgeschäumte Metallzusätze in der Verbindungszone gedacht. Die im Labormaßstab entwickelten gradierten Verbindungszonen sollen in einem aus neuesten Karosserie-Werkstoffen erzeugten und berechneten Funktionsmuster derart zusammenfassend dargestellt werden, dass eine zeitnahe Übertragung der Ergebnisse in Multimaterialsysteme der Verkehrstechnik real ist und einer schnellen Verwertung zugeführt werden kann.

In diesem Projekt wird der Schwerpunkt auf die Gradierung der Eigenschaften in der Fügezone gelegt, wodurch ein zusätzliches Konstruktionselement für den Leichtbau entsteht. Die Verbindung wird die Differenzen der physikalischen Grundwerkstoffeigenschaften ausgleichen. Die Gradierung der Eigenschaften führt zu dynamisch belastbaren Verbindungen. Die bewusste Ausnutzung von Diffusion und aufschäumenden Zusatzwerkstoffen bei begrenzter thermischer Energiezufuhr und somit der Erhalt der Grundwerkstoffeigenschaften bei der Erzeugung geschlossener Profile liefern in zukünftigen Konstruktionen wesentliche Akzente zum Leichtbau. Die werkstofftechnischen und berechnungsrelevanten Voraussetzungen werden im Vorhaben erarbeitet.

Im Konsortium sind alle für die Themenbearbeitung notwendigen Kompetenzen vertreten, beginnend beim Hersteller höher fester Grundwerkstoffe, über die Zusatzwerkstoffproduktion und die Anwender bis hin zum Hersteller von Induktionsanlagen. Die Kombination von fügetechnischer und werkstoffwissenschaftlicher Kompetenz auf der Forschungsseite ist die beste Voraussetzung dafür, die Zielstellungen und eine Verallgemeinerung der Ergebnisse auf hohem Niveau zu erreichen.

Weitere Informationen:
Prof. Dr.-Ing. Ralf Winkelmann
Hochschule Lausitz (FH)
Fachbereich Informatik/ Elektrotechnik/ Maschinenbau
Fertigungstechnik / Tribologie
Großenhainer Str. 57
01968 Senftenberg
Tel. und Fax: 03573 85-426