Bild 3: Leichtbaupotenzial im Antriebsstrang. Bilder: Metaldyne, Hammerwerk Fridingen, Linamar Seissenschmidt Forging, Hay Group, Hirschvogel Automotive Group fahrzeug ein enormes Leichtbaupotenzial von 65 Kilogramm allein durch die auf dem Werkstoff Stahl beruhenden Leichtbaupotenzial Vorschläge ergeben. Weitere 34 Kilogramm können durch den Einsatz von Nichteisenwerkstoffen erreicht werden. Hochfester Stahl bleibt jedoch der wichtigste Leichtbauwerkstoff. Das Gewicht von Antriebsstrang und Fahrwerk liegt beim untersuchten Fahrzeug 13,3 Prozent über dem durch Umsetzung des besten Leichtbauvorschlags erreichbaren (oder: das Gewicht kann um 11,7 Prozent reduziert werden). Im Folgenden werden einige Leichtbaupotenziale präsentiert, um die Auswirkung von Werkstoff und Schmiedetechnologie auf Bauteil und Systemgewicht zu demonstrieren. Bei Angabe prozentualer Gewichtsverhältnisse ist stets die vorgefundene Komponente x Prozent schwerer als die Leichtbauvariante. Motor Der Motor ist direkt auf der Vorderachse platziert und trägt zusammen mit dem Getriebe entscheidend zum Fahrzeuggewicht bei. Diese Bauteile sind großen Belastungen und sehr hohen Ermüdungszyklen ausgesetzt. Dennoch sind Gewichtseinsparungen an diesen Komponenten möglich. In Bild 1 sind einige Beispiele von Leichtbauvorschlägen dargestellt. Pleuelstangen im Verbrennungsmotor weisen in nahezu allen Motoren weltweit eine 26 SchmiedeJOURNAL September 2015 ähnliche Form auf. Kürzlich wurden neue Geometrien zur Gewichtsreduzierung vorgeschlagen, die jedoch eine ähnliche Steifigkeit, Knicklast und Belastbarkeit aufwiesen. Zusammen mit einem optimierten Stahl könnte das Pleuelstangengewicht um 10 Prozent verringert werden. Die Kurbelwelle ist eine der schwersten Einzelkomponenten im Motor. Neue Stähle und geometrische Optimierungen könnten, insbesondere in Kombination, zu bedeutenden Gewichtsreduzierungen führen. Im Kraftstoffeinspritzsystem können sowohl beim Dieselpumpengehäuse als auch beim Hochdruckpumpendeckel durch Ausschöpfen des vollen Potenzials der freien Gestaltungsmöglichkeiten der Umformtechnik Gewichtseinsparungen realisiert werden. In Bild 1 nicht dargestellt, aber dennoch erwähnenswert: Das Common-Rail dieses Fahrzeugs kann 293 g leichter sein, was bedeutet, dass das Serienbauteil 27 Prozent schwerer ist als die Leichtbauversion. Dies wäre erreichbar, wenn das Rail nicht wie bisher als Rohr mit zusätzlichen Funktionsgeometrien, sondern als Freiform mit unterschiedlichen Durchmessern und dennoch exakt gleicher maximaler Spannung in höchstbelasteten Bereichen gestaltet werden würde. Getriebe Das Schaltgetriebe dieses Fahrzeugs wiegt 60,8 kg. Die Schmiedekomponenten dieses Systems tragen nahezu 22 kg hierzu bei. Folglich kann durch Gewichtseinsparungen an Wellen, Zahnrädern oder dem Abtriebsflansch das Systemgewicht signifikant gesenkt werden (Bild 2). Der Abtriebsflansch des Fahrzeugs verfügt bereits über komplexe Formen zur Gewichtseinsparung. Tiefere Nuten und zusätzlich abgeschrägte Seiten können dennoch mehr Masse einsparen (Bild 2). Die Wellen lassen eine hohle Ausführung entweder durch Rundkneten vom Rohr oder vom fließgepressten Rohteil zu. Eine alternative Fertigungsmethode für ein Hohlteil stellen Kaltumformung, Bohren und ein anschließendes Hohlfließpressen dar, was ebenso einen inneren Hinterschnitt ermöglicht. Es zeigt sich, dass verschiedene Herstellprozesse zu signifikanten Gewichtseinsparungen führen können. Letztendlich werden das Endgewicht, die Produktionskosten und der Gesamtmaterialeinsatz – sofern Ressourceneffizienz bewertet wird – betrachtet werden müssen, um die endgültige Fertigungsmethode auszuwählen. Die letzte Idee in diesem System betrifft die Zahnräder, hier meist rotationssymmetrisch: Bei diesen Teilen führen geringere Wandstärken und tiefere Nuten, die umformtechnisch machbar sind, zu entscheidenden Gewichtseinsparungen. Weiterer Antriebsstrang Vom Getriebe bis zur angetriebenen Radnabe übertragen viele Komponenten das DrehmoReport
SchmiedeJOURNAL September 2015 002
To see the actual publication please follow the link above