Report Bild 4: Leichtbaupotenzial im Fahrwerk – überwiegend Vorderachse. Bilder: Otto Fuchs, Felss Group, Leiber Group, Fuchs Schraubenwerk, Kamax Automotive SchmiedeJOURNAL September 2015 27 ment. Die Gewichtseinsparung dieser Bauteile reduziert einerseits die translatorisch beschleunigte Masse, andererseits darf jedoch in Getriebe und Antriebsstrang deren Rotationsträgheit nicht unbeachtet bleiben. Hier trägt das Einsparen von Masse zweifach zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs bei. Im Differenzialgetriebe stellen die Kegelräder, heutzutage meist net-shape geschmiedet, das zentrale Subsystem dar. Ein Vorschlag ist die Umstellung des Zwei- auf ein Vier-Bolzen- Subsystem mit Erhöhung der Anzahl der Kegelräder um zwei. Durch die geringere Belastung der Zähne könnte das Gesamtgewicht der Kegelräder so um 194 g reduziert werden. Durch den geringeren Einbauraum kann auch die Größe des Gehäuses verringert und um ein geschätztes Gewicht von 642 g gesenkt werden (Bild 3). Das Kreuz in der Kardangabel wird, abhängig von der Drehmomentbelastung mittels eines zentralen Lochs und einer Radialbohrung durch die Bolzen gewichtsreduziert. Das Tellerrad im Differenzialgetriebe kann durch Einbringen einer geschmiedeten Nut an der Rückseite und gleichzeitigem Belassen von genügend Material unter den Zähnen Gewicht verlieren. Schließlich ist es möglich, das Antriebskegelrad teilweise hohl zu fertigen. Die Kombination aus Schmiede- und Zerspantechnik bietet unterschiedliche Lösungen, die verschiedene Mengen an Gewicht einsparen können und für verschiedene Aufspann und Zerspankonzepte auf Kundenseite geeignet sind. Auch in der Kardanwelle bietet sich ein bemerkenswertes Leichtbaupotenzial durch Umgestaltung eines Subsystems an: Es wird vorgeschlagen, die konventionell verzahnte Nabe-Welle-Verbindung durch eine Hirthverzahnung an beiden Bauteilen (Gabel/Flansch) zu ersetzen. Dies könnte erhebliches Gewicht durch Materialreduzierung weit entfernt von der Rotationsachse und möglicherweise einige Schrauben und Muttern einsparen. Fahrwerk Das Fahrwerk trägt das Fahrzeug und ist als sicherheitsrelevantes System ausgelegt. Dennoch ist hier die Leichtbaugestaltung aufgrund eines hohen Anteils ungefederter Masse besonders vorteilhaft. Geschmiedete Aluminiumräder können die zurzeit beschichteten Stahlblechräder ersetzen. Aus EN AW 6082 geschmiedete Räder in T6 wärmebehandeltem Zustand weisen eine Streckgrenze (Rp0,2) von 330 MPa und eine Zugfestigkeit (Rm) von 360 MPa bei guter Duktilität auf. Das vorgeschlagene Al-Rad ist für eine Radlast von 975 kg ausgelegt (Bild 4). Heute findet man geschmiedete Aluminiumräder hauptsächlich in der Pkw-Oberklasse. Die Entscheidung für einen Werkstoff zur Ausschöpfung von Leichtbaupotenzialen hängt in jedem Fall insbesondere von den Kosten und zusätzlichen Kriterien wie Ressourceneffizienz und dem CO2-Ausstoß in der Produktion ab. Das vordere Dämpfersystem der Achse beinhaltet einen massiven Dämpferkolben, der durch eine rundgeknetete hohle Ausführung mehr als die Hälfte des derzeitigen Gewichts einsparen könnte. Ein weiterer Materialaustausch wird für das Schwenklager vorgeschlagen: Gusseisen (Rp0,2 250 MPa, Rm 400 MPa) könnte durch geschmiedetes Aluminium (Rp0,2 360 MPa, Rm 400 MPa) ersetzt werden. Nach bionischer Optimierung (Topologieoptimierung und linearelastische FEM gegen plastisches Fließen) ist das gegenwärtig eingesetzte Bauteil 174 Prozent schwerer als der Leichtbauvorschlag. Schrauben und Muttern sind im gesamten Fahrzeug allgegenwärtig. Die Optimierung dieser Teile spart jeweils nur wenige Gramm ein. Multipliziert mit ihrer großen Anzahl, ist dennoch eine erhebliche Gewichtsersparnis möglich. Dies gilt für die Schrauben zum Befestigen der Räder an den Bremsscheiben und Radnaben, wobei die Gesamtmenge an Schrauben nur 24 Stück beträgt. Allerdings liegt die Gewichtsersparnis pro Teil bei 12 g je Schraube, was sich pro Fahrzeug auf 288 g summiert, eher hoch (Bild 4). Ein weiterer Vorschlag betrifft eine gering ausgeprägte Vertiefung im Kopf der Schrauben, die aber an Schrauben jeglicher Größe angebracht werden kann. Die Gewichtseinsparung je Schraube liegt zwischen
SchmiedeJOURNAL September 2015 002
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