0,52 g und 10,2 g (bei Schlüsselweiten von 10 bis 27 mm). Die Verminderung des Gewichts für das gesamte Fahrzeug wird auf zirka 700 g bei einem gleichzeitigen Kostenanstieg von nur zirka 5 Prozent geschätzt. Zudem wurden im gesamten Fahrzeug nur Verbindungselemente mit einer Festigkeit unterhalb der Klasse 10.9 gefunden. Das Ausnutzen der Festigkeitsklasse 10.9 könnte sogar noch weiteres Leichtbaupotenzial einbringen. Bild 5 stellt einige Vorschläge des Leichtbaupotenzials der Hinterachse dar. Das Rohr, welches das Differenzialgetriebegehäuse beidseitig mit den Radträgern verbindet, stellt einen großen Gewichtsanteil dieses Teilsystems dar. Derzeit wird dieses Rohr aus St52 mit einer Streckgrenze Rp0,2 von 420 MPa gefertigt. Die Umstellung des Stahlwerkstoffs auf 20MnV6, thermomechanisch gewalzt, steigert die Streckgrenze auf 600 MPa und erlaubt so die Verringerung der Wandstärke in nicht geschweißten Bereichen. Das derzeitige Rohr ist um 44 Prozent schwerer als der Leichtbauvorschlag. In der Bremse lässt sich die Wandstärke des Kolbens von 4,8 auf 3,5 mm reduzieren. Für die im Fahrzeug vierfach vorhandene Radnabe wurden unterschiedliche Ansätze vorgeschlagen, abhängig von den Produktionsmöglichkeiten der jeweiligen Zulieferer. Grundsätzlich überwiegen unrunde, steifigkeitsoptimierte Geometrien. Die derzeitigen Bauteile sind mehr als 30 Prozent schwerer als die Leichtbauvorschläge. In Bild 5 ist unten links ein möglicher Werkstoffersatz dargestellt. Tauscht man eine dreiteilige geschweißte Stahlbaugruppe gegen 28 SchmiedeJOURNAL September 2015 ein Monoblock Aluminium Schmiedeteil aus, erweist sich das Stahlbauteil im Vergleich zu dem Leichtbauvorschlag als 74 Prozent schwerer. Das Aluminiumbauteil bedarf jedoch einiger Zerspanungsvorgänge, ist aber von den Ideen die prozesstechnisch interessanteste. Leichtbaupotenzial Werkstoffe • Materialentwicklung im Allgemeinen Obwohl Schmieden und Stahlproduktion seit langer Zeit angewandte Technologien sind, gibt es fortwährende Verbesserungen auf diesem Gebiet. Etablierte und genormte Stahlqualitäten werden permanent optimiert. Ein weiterer starker Trend der Schmiedeindustrie ist derzeit die Einführung bainitischer Stähle, die die Festigkeit vergüteter Stähle mit hoher Kosteneffizienz, erzielt durch kontrollierte Abkühlung nach der Umformung anstelle des Härteprozesses, vereinen 3. • Stärkere Stähle – leichtere Getriebe (und andere Verzahnungsanwendungen) Leichtbau muss auf dem gesamten Gebiet der Fahrzeugtechnik angewendet werden. Daher findet es die Initiative Massiver Leichtbau lohnenswert, das Verhältnis zwischen der Kostensteigerung durch Legierungselemente oder höher entwickelte Stahlerzeugungsprozesse (zur Verbesserung der Stahlreinheit) und möglichem erzielbarem Leichtbau von Getrieben zu untersuchen. Mit Gestaltungsparametern der DIN 3990/ISO 6336 und sinnvoller Nutzung von Festigkeitswerten, wie von der FVA 6 für hier verwendete mittellegierte Stähle vorgeschlagen, errechnet ein mit MS Excel erstelltes Getriebemodell ziemlich genau das Gewicht des Getriebes, welches in dem hier untersuchten leichten Nutzfahrzeug analysiert wurde. Anhand dieser Tabelle lässt sich der Gewichtsvorteil im Vergleich zu den Mehrkosten für Stahlwerkstoff leicht auswerten. Um dies realistisch durchzuführen, wurde ein Modell für ein Doppelkupplungsgetriebe eines anderen Fahrzeugherstellers (aus Phase I der Initiative Massiver Leichtbau 1) erstellt. Dieses setzt auf einen hoch legierten Einsatzstahl. Wieder berechnet das Modell Getriebegewicht und -größe ziemlich zutreffend. Wäre das Schaltgetriebe aus dem hoch legierten Stahl, der im Doppelkupplungsgetriebe eingesetzt wird, müssten zirka 21 kg Wellen und Zahnräder durch höher legierten Stahl ersetzt werden. Bei einem Anstieg der Stahlkosten um 5 Euro wäre ein Einsparpotenzial von 2,45 kg am Getriebe möglich. Dies entspricht 2 Euro pro kg Gewichtsersparnis. Angenommen das Einsatzgewicht für Schmiedebauteile sinkt im gleichen Maß um 2,45 kg, kann die finale Schlussfolgerung gezogen werden, dass eine Gewichtsreduzierung von 2,45 kg bei einer Kostensteigerung von weniger als 1 Euro pro kg erspartem Gewicht erreicht werden kann. Fazit und Ausblick Die Initiative Massiver Leichtbau demonstriert anhand von zwei unterschiedlichen Report Bild 5: Leichtbaupotenzial im Fahrwerk – Hinterachse. Bilder: voestalpine Metal Engineering, Schondelmaier Presswerk, Hirschvogel Automotive Group, Linamar Seissenschmidt Forging, Otto Fuchs
SchmiedeJOURNAL September 2015 002
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