Durch die gestiegenen Anforderungen an die Fahrzeugsicherheit und den Komfort ist ein kontinuierlicher Anstieg des Fahrzeuggewichts zu verzeichnen. Vor allem sind die Anforderungen an die Fahrzeugsicherheit in den letzten Jahren deutlich gestiegen. Neben einer Vielzahl von elektronischen Systemen kommt der Strukturauslegung noch immer eine entscheidende Rolle zu. Zusätzlich von den strenger werdenden Abgasnormen werden die Fahrzeughersteller gezwungen nicht nur sichere, sondern auch verbrauchsarmer Fahrzeuge zu produzieren. Das Fahrzeuggewicht stellt in der Beeinflussung des Kraftstoffverbrauchs einen entscheidenden Faktor dar, denn ein hohes Gewicht wirkt einer Absenkung des Kraftstoffverbrauchs entgegen.
Die Entwicklungen in der Fahrzeugindustrie, besonders die der crashrelevanten Bauteile, ist geprägt von analytischen und numerischen Berechnungen sowie anschließenden experimentellen Erprobungen. Eine schnelle Findung des optimaleren Werkstoffes, der die geforderten Ansprüche erfüllt, ist auch von ökonomischer Bedeutung. Durch Minimierung des Aufwands an Erprobungen reduzieren sich selbstverständlich auch die Kosten, die für eine spätere Änderung anfallen würden. Deshalb fällt der Werkstoffvorauswahl als Kostenfaktor eine besondere Bedeutung zu.
Das Ziel dieser Arbeit ist es, für einen Querträger und für die Crashabsorber einen geeigneten Werkstoff zu finden, der die Anforderungen an die Crash-Sicherheit übertrifft und dabei eine Gewichtsersparnis bietet. Dabei soll zuerst auf die möglichen Werkstoffe, die für eine Verwendung im Karosseriebau in Frage kommen, eingegangen werden. Im weiteren Verlauf werden die Anforderungen an ein CMS näher beschrieben, um daraus Schlüsse auf die Belastungen zu ziehen und dadurch einen geeigneten Werkstoff zu wählen. Hierzu wurden zwei Crashfälle ausgewählt, anhand dieser wird versucht, durch einfache Berechnungen die unterschiedlichen Anforderungen zu vereinen.
Diese Arbeit soll Ansätze bieten für FEM - Analysen (Finite – Elemente - Methode). Da hier in diesem Rahmen keine spezifischen Kennwerte aus Zugversuchen und Crashversuchen zu Grunde lagen, dienen diese Berechnungen nur einer Vorauswahl. Die hier nicht untersuchten Werkstoffe wie faserverstärkte Kunststoffe, Aluminiumschaum und Sandwichelemente können mit anderen Verfahren besser beurteilt werden, da das Versagensverhalten grundsätzlich ein anderes ist.
Inhaltsverzeichnis
- 1 Einleitung
- 2 Leichtbauwerkstoffe im Fahrzeugbau
- 2.1 Übersicht aktueller Leichtbauwerkstoffe
- 2.1.1 Stahl als Leichtbauwerkstoff
- 2.1.2 Aluminium als Leichtbauwerkstoff
- 2.1.3 Magnesium als Leichtbauwerkstoff
- 2.1.4 Tailored Produkte als Leichtbauwerkstoff
- 2.1.5 Faserverstärkte Verbundwerkstoffe als Leichtbauwerkstoff
- 2.1.6 Metallschäume als Leichtbauwerkstoff
- 2.1.7 Sandwichverbunde als Leichtbauwerkstoffe
- 2.2 Entwicklungstendenzen im Leichtbau
- 2.2.1 Entwicklungen in der Stahlforschung
- 2.2.2 Entwicklungen in der Kunststoffforschung
- 2.1 Übersicht aktueller Leichtbauwerkstoffe
- 3 Aktueller Stand einer Vorderwagenstruktur
- 3.1 Gesetzliche Anforderungen an aktuelle Vorderwagenstruktur
- 3.2 Aufbau und Aufgaben aktueller Crash-Management-Systeme
- 3.2.1 Aufbau und Aufgaben eines Prallkörpers
- 3.2.2 Aufbau und Aufgaben eines Querträgers
- 3.2.3 Aufbau und Aufgaben eines Crashabsorbers
- 3.3 Belastungen eines Crash-Management-Systems
- 3.4 Verwendete Werkstoffe eines CMS
- 3.5 Tendenzen in der Entwicklung von CMS Bauteilen
- 4 Werkstoffauswahl
- 4.1 Allgemeine Vorberechnungen eines CMS
- 4.2 Werkstoffvorauswahl
- 4.3 Werkstoffauswahl für einen Absorber
- 4.4 Werkstoffauswahl für einen Querträger
- 4.5 Kennwertermittlung
- 4.5.1 Kennwertermittlung für faserverstärkte Kunststoffe
- 4.5.2 Kennwertermittlung für Sandwichelemente
- 4.5.3 Kennwertermittlung für Aluminiumschaum
- 4.5.4 Kennwertermittlung für Klebeverbindungen
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die Diplomarbeit befasst sich mit der Optimierung von Crash-Management-Systemen (CMS) im Fahrzeugbau, mit dem Ziel, die Crash-Sicherheit bei gleichzeitiger Gewichtsersparnis zu erhöhen. Die Arbeit analysiert aktuelle Leichtbauwerkstoffe und deren Einsatzmöglichkeiten im CMS, insbesondere im Hinblick auf die Anforderungen der Crash-Sicherheit.
- Leichtbauwerkstoffe im Fahrzeugbau
- Entwicklungstendenzen im Leichtbau
- Aktuelle Crash-Management-Systeme
- Werkstoffauswahl für CMS-Bauteile
- Optimierung von CMS für maximale Crash-Sicherheit und Gewichtsreduktion
Zusammenfassung der Kapitel
- Kapitel 1: Die Einleitung stellt das Thema der Diplomarbeit vor und erläutert die Problematik der Crash-Sicherheit im Automobilbau sowie den aktuellen Stand der Leichtbautechnologie.
- Kapitel 2: In diesem Kapitel wird eine umfassende Übersicht über die gängigen Leichtbauwerkstoffe im Fahrzeugbau gegeben. Dabei werden die Eigenschaften, Vor- und Nachteile sowie die Einsatzmöglichkeiten der einzelnen Werkstoffe erläutert.
- Kapitel 3: Dieses Kapitel beschäftigt sich mit der Funktionsweise und dem Aufbau aktueller Crash-Management-Systeme. Dabei werden die verschiedenen Komponenten eines CMS sowie die Anforderungen an diese im Hinblick auf die Crash-Sicherheit beleuchtet.
- Kapitel 4: In diesem Kapitel erfolgt die Werkstoffauswahl für die einzelnen Komponenten des CMS. Es werden verschiedene Werkstoffkonzepte vorgestellt und anhand von Kriterien wie Festigkeit, Steifigkeit, Gewicht und Kosten bewertet.
Schlüsselwörter
Leichtbau, Crash-Sicherheit, Fahrzeugbau, Werkstoffe, Stahl, Aluminium, Verbundwerkstoffe, Crash-Management-Systeme, Querträger, Absorber, Optimierung, Gewichtsersparnis.
- Quote paper
- Stefan Gerber (Author), 2010, Leichtbau - Erhöhung der Crash-Sicherheit bei gleichzeitiger Gewichtsersparnis, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/188619
