MCL – MATERIALS CENTER LEOBEN FORSCHUNG GMBH
FORSCHUNGSSCHWERPUNKT
COMET K2 MPPE
Strategisches
Forschungsprojekt
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A 3.9
Stoffliche, konstruktive und fertigungstechnische Leichtbauansätze gewinnen un-
ter anderem im Fahrzeugbau zunehmend an Bedeutung. Der Begriff „fertigungs-
technischer Leichtbau“ steht für Möglichkeiten, die statischen und/oder dyna-
mischen Eigenschaften eines Bauteils oder dessen Materialcharakteristika im
Herstellungsprozess zu verbessern, ohne dabei die Masse zu erhöhen. Im Fokus
des Projekts standen die Stabilität (Steigerung des Beulwiderstandes) und das dy-
namische Verhalten (Steigerung der Grundfrequenz) von dünnwandigen Bauteilen
mit dem Ziel, das Stabilitäts- und Schwingungsverhalten ohne Steigerung der Bau-
teilmasse zu verbessern.
Die Stabilität und das dynamische Verhalten von Bauteilen ist neben den Festigkeits-
eigenschaften ein wesentliches Auslegungskriterium von Leichtbaukomponenten.
Bei Leichtbaukonstruktionen mit geringer Wandstärke wird das Versagen durch Beu-
len besonders wichtig.
Ziel des Projekts war die Verbesserung des Stabilitäts- und Schwingungsverhaltens
von dünnwandigen Bauteilen. Dabei wurden verschiedene Konzepte verfolgt, die ohne
Steigerung der Bauteilmasse die statischen und dynamischen Eigenschaften verbes-
sern. Der Ansatz bestand darin, einerseits die Stabilität durch Einbringung von Eigen-
spannungen mittels Laserbehandlung zu erhöhen, und andererseits durch gezieltes
Einbringen von Sicken sowie durch Hohlprägen geometrische Versteifungen zu be-
wirken. Alternative Methoden, etwa die Anbringung von zusätzlichem Strukturmate-
rial wurden nicht betrachtet, da sie eine Erhöhung der Massen und Fertigungskosten
mit sich bringen.
Bei geeigneter punktueller oder linienweiser Laserbestrahlung des Bauteils werden
Eigenspannungen durch lokales thermomechanisches Plastizieren eingebracht, wel-
che den Beulwiderstand bzw. die Grundfrequenz erhöhen. Das Ausmaß der Verbesse-
rung hängt sehr stark von der Form und Lage (ring-, linien-, punktförmig) sowie der
Intensität der Laserbehandlung ab. Diese Parameter wurden im Rahmen von Simula-
tionen untersucht, um Grundlagen für eine Optimierung zu gewinnen. Diese Methodik
hat neben dem Vorteil der unveränderten Bauteilmasse den Vorzug, dass keine Ände-
rung der Geometrie erforderlich ist, also das Stabilitäts- und/oder Schwingungsver-
halten unter Beibehaltung des äußeren Erscheinungsbildes des Bauteils verbessert
wird.
Verbesserung des Stabilitäts- und Schwingungsverhaltens
von dünnwandigen Strukturen
Durch Hohlprägung eingebrachte Versteifun-
gen in einer Platte
Eigenspannungseinbringung in Stahlbleche
durch punktweise Laserbehandlung mittels
Nd-YAG Laser
Simulation des ersten Beulmodes einer
laserbehandelten Platte mit eingebrachten
Eigenspannungen ohne Versteifungen