Das massive Transportwachstum und damit die durch Treibhausgase verursachte steigende Erderwärmung führt in der Transportindustrie zu einer wachsenden Nachfrage nach verbesserter Kraftstoffeffizienz und reduzierten Emissionen, wodurch bereits zu Beginn der Entstehungs-Kette eines Fahrzeuges die Materialauswahl zu einem Schlüsselelement im Fahrzeugdesign mutiert. Der Wettbewerb der OEMs und die Regierungsforderungen nach sichereren, leichteren und kraftstoffsparenden Transportmitteln führte zuletzt zum Markteintritt neuer hochfester Stähle und Aluminiumlegierungen.
Diese Arbeit widmet sich insbesondere dem Vergleich von Aluminium, konventionellen und neuen Stählen, um deren massenreduzierende Wirkung gegenüberzustellen. Für einen neutralen Vergleich des Massenreduzierungspotentials müsste auch die Leistungsfähigkeit der Körperstrukturen und Komponenten überprüft werden. Im Rahmen dieser Arbeit können jedoch nur grundlegende Referenzpunkte identifiziert sowie Eigenschaften und grundlegendes Strukturverhalten verschiedenster Materialien beschrieben werden. Das Hauptziel ist, die Gewichtsunterschiede zwischen Stahl und Aluminium zu visualisieren und einige Aspekte für Leichtkonstruktionen wie beispielsweise das Potenzial zur Massereduzierung oder die Leistungsfähigkeit, zu untersuchen. Auch können aufgrund der enormen Vielzahl unterschiedlicher Stahl- und Aluminiumlegierungen im Leichtbau nur einige wenige spezielle davon, jeweils mit Fokus auf hochfeste Legierungen beider Materialien, ausgewählt und verglichen werden.
Der wissenschaftliche Aspekt dieser Arbeit findet sich in der Berechnung und Bewertung von Formeln zur Beschreibung der Materialeigenschaften hinsichtlich Vergleich der metallischen Werkstoffe unter der Verwendung folgender Methoden: Zugversuche sowie Bewertung mechanischer Eigenschaften. Wesentliche Berechnungen zur Erklärung von Unterschieden im Stahl- und Aluminiumdesign finden sich in einer Übersicht. Material- und Steifigkeitseigenschaften sowie wichtige Begriffe sind gleichfalls angeführt. Die physikalischen Eigenschaften Biegesteifigkeit, Zugfestigkeit, Torsionssteifigkeit und der 3-Punkt-Biegeparamter bilden die Basis für den Vergleich der Eigenschaften und ermöglichen den Vergleich unterschiedlicher Sorten von Leichtstählen und Aluminiumlegierungen im Leichtbau. Man gewinnt die Erkenntnis, dass einige Stahlsorten ein hohes Leichtbaupotenzial aufweisen und somit Aluminium in diesem Zusammenhang nicht zwingend die beste Wahl ist.
Inhaltsverzeichnis
- Kurzfassung
- Abstract
- Inhaltsverzeichnis
- Einleitung
- Theoretische Grundlagen
- Leichtbauwerkstoffe
- Aluminium
- Legierungskonzepte von Aluminium
- Aluminium im Fahrzeugbau
- Leichtbaustahl
- Stahlsorten im Leichtbau
- Stahl im Fahrzeugbau
- Versuche/ Berechnungen
- Materialien
- mechanische Formeln
- Biegesteifigkeit
- Zugfestigkeit
- Torsionssteifigkeit
- 3-Punkt Biegen
- Ergebnisse
- Mechanische Eigenschaften
- Berechnungen
- Biegesteifigkeit
- Zugfestigkeit
- Torsionssteifigkeit
- 3-Punkt Biegen
- Zusammenfassung/ Ausblick
- Diskussion
- Zusammenfassung
- Abbildungsverzeichnis
- Tabellenverzeichnis
- Literaturverzeichnis
- Vergleich von Aluminium, konventionellen und neuen Stählen hinsichtlich ihrer massenreduzierenden Wirkung.
- Bewertung der Materialeigenschaften und des grundlegenden Strukturverhaltens verschiedener Materialien.
- Berechnung und Bewertung von Formeln zur Beschreibung der Materialeigenschaften.
- Analyse der Biegesteifigkeit, Zugfestigkeit, Torsionssteifigkeit und des 3-Punkt-Biegeparameters für verschiedene Leichtstahlsorten und Aluminiumlegierungen.
- Untersuchung des Leichtbaupotenzials von Stahlsorten im Vergleich zu Aluminium.
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Arbeit zielt darauf ab, das Leichtbaupotenzial und den Einfluss der Massenreduktion von modernen hochfesten Stählen und Aluminiumlegierungen für Luftfahrt- und Bodentransportanwendungen zu untersuchen. Das Hauptziel dieser Studie ist es, die Gewichtsunterschiede zwischen Stahl und Aluminium zu visualisieren und einige Aspekte für Leichtkonstruktionen zu untersuchen, wie z.B. das Potenzial zur Massenreduktion und die Leistung.
Zusammenfassung der Kapitel
Die Einleitung stellt die Notwendigkeit von Leichtbau im Transportwesen aufgrund des wachsenden Transportwachstums und der steigenden Nachfrage nach Treibhausgasreduktionen dar. Es werden die Vorteile von Leichtbau hinsichtlich Kraftstoffeinsparung, Gewichtsreduktion und CO2-Emissionsreduktion erläutert.
Kapitel 2 behandelt die theoretischen Grundlagen von Leichtbauwerkstoffen. Es werden Aluminium und Leichtbaustahl mit ihren jeweiligen Legierungskonzepten und Anwendungen im Fahrzeugbau vorgestellt.
Kapitel 3 beschreibt die verwendeten Materialien und die angewendeten Berechnungsmethoden. Es werden mechanische Formeln zur Beschreibung der Eigenschaften von Biegesteifigkeit, Zugfestigkeit, Torsionssteifigkeit und 3-Punkt-Biegen vorgestellt.
Kapitel 4 präsentiert die Ergebnisse der durchgeführten Berechnungen und zeigt die mechanischen Eigenschaften der verschiedenen Materialien.
Schlüsselwörter
Leichtbau, hochfeste metallische Werkstoffe, Aluminiumlegierungen, Stahlsorten, Fahrzeugdesign, Massenreduktion, Materialeigenschaften, mechanische Eigenschaften, Biegesteifigkeit, Zugfestigkeit, Torsionssteifigkeit, 3-Punkt Biegen, Leichtbaupotenzial.
- Arbeit zitieren
- Franz Josef Maislinger (Autor:in), 2018, Leichtbaupotenziale unter Verwendung hochfester metallischer Werkstoffe für Automobil- und Luftfahrtanwendungen, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/428689
