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Florian Meier

• Die Erarbeitung eines Konzeptes in Schalenbauform zur Substitution eines Gussknotens, welcher den Schweller mit dem Hecklängsträger verbindet, war das Ziel dieser Diplomarbeit. Diese intelligente Blechlösung sollte in den bestehenden Aluminium-Space-Frame des Audi A8 D4 integriert werden. Die darauf aufbauenden Untersuchungen wurden aufgrund des gestiegenen Anforderungsprofils in Bezug auf Crashtests und neue Antriebskonzepte für PEHV-Fahrzeuge notwendig. Für dieses Ziel sollten Untersuchungen zu den Lastpfaden im Fahrzeug und im Bauteil selbst durchgeführt werden. Diese zeigten Belastungen und Teilfunktionen des Ausgangsbauteils auf. Ein sehr hoher Detailierungsgrad wurde durch die bionisch optimierte Rippenführung und die Wandstärkenoptimierung des Druckgussteils deutlich. Weiterhin sollte dargestellt werden, welche Varianten dieses Bauteils bereits von Audi in anderen Modellen verbaut werden. Um weitere Varianten des Schwellerverbindungsteils aufzuzeigen wurde die Benchmark-Analyse in Absprache mit den Betreuern der Arbeit auf die wichtigsten Hauptwettbewerber erweitert. Der BMW 7er F01 und die Mercedes Benz S-Klasse W222 wurden durch Rahmenbedingungen herausgefiltert. Eine sehr ähnliche Trägerstruktur bei den Oberklasselimousinen zeigt sich bei der näheren Betrachtung. Der große Unterschied zwischen dem Audi A8 und seinen Wettbewerbern stellte sich in der Karosseriebauform und den verwendeten Werkstoffen dar. Vor allem die Trägerstruktur wird bei den Wettbewerbern mit ihrer Stahlblechschalenbauweise aus ultrahochfesten warmumgeformten Stahlblechen gefertigt. Die geringen Kosten und die guten Crasheigenschaften von solchen Stählen wurden herausgearbeitet. Als innovativer Ansatz wurde die Chevrolet Corvette C7 mit in die Benchmark-Analyse gebracht. Diese weist eine völlig neue Trägerstruktur aus modernen, großen hydrogeformten Profilen auf. Aus den Untersuchungen wurde eine Anforderungsliste verfasst. Diese zeigt das geforderte und gewünschte Lasten- und Leistungsspektrum der neuen Konzepte. Die Ideensammlung bildete die Grundlage für die Variantenfestlegung. Dafür wurde das Schwellerverbindungsteil in die Außenhaut und die eventuell nötigen Verstärker aufgeteilt. Aus der Vielzahl an Möglichkeiten wurden vier Varianten zusammengesetzt. In der anschließenden Variantenbewertung zeigte sich der Vorteil von Stahlelementen abermals. Diese Varianten lieferten gute Ergebnisse im Bereich Lastübertragung und auch im Bereich der Kosten. Die Variante mit drei Mischbauelementen, das heißt einer durchgängigen Aluminiumoberschale, einem warmumgeformten Stahlelement für die Unterschale im vorderen Bereich und einem weicheren Stahlelement im Bereich des Heck-LTR, setzte sich als beste durch. Die gewählte Variante wurde in der Ausarbeitung und Detailierung zu einem funktionellen Konzept im Hinblick auf Herstellung und Integration in die Karosse konstruktiv überarbeitet. Hier wurde noch ein neuer Aspekt implementiert. Die Kombination der verschieden Blechhalbzeugvarianten, die als Tailored-Blanks bekannt sind, lieferte eine Bauteilvereinfachung und ein hohes Optimierungspotential in Bezug auf Festigkeitsverteilung und Gewichtsreduktion. Die Flansche der umliegenden Bauteile wurden geringfügig angepasst und nur die Verprägung für die Tankanbindung aus fertigungstechnischen Gründen entfernt. Die Geometrie des Konzeptes stellt sich sehr ähnlich zum Ausgangsbauteil mit dessen Außenhaut dar. Durch Adaption der Rippe, die im Gussteil einen sehr günstigen Lastpfad darstellt, wurde im Bereich der Kurbel zusätzlich an Steifigkeit gewonnen. Das Baugruppenkonzept wurde mit insgesamt drei Schottteilen zur Verstärkung versehen. Der erstellte CAD-Datenstand bildet Konzeptflächen ab. Daher handelt es sich nicht um einen für die Serienfertigung oder Bauteilherstellung optimierten Stand. Die Betrachtung des Konzeptes der CAD-Daten im Endstand wies eine unerwartete Gewichtsreduktion zur Ausgangssituation nach. Die Kostenreduktion durch die Verwendung von Stahlbauteilen wurde verdeutlicht. Die Aussagen bezüglich Festigkeit und Crashverhalten konnten nur auf Erfahrungswerte zurückgeführt werden. Nach diesen müsste sich ein deutlich verbessertes Verhalten des Schwellers in seiner Anbindung zum SVT für den Small-Overlap Crashtest präsentieren. Auch der Heckaufprall sollte bessere Ergebnisse liefern, begünstigt von der ultrahochfesten Unterschale mit weicherem Heck-LTRteil. Eine Entlastung der Baugruppe würde sich nach der Untersuchung der umliegenden Geometrie sehr schwierig gestalten und betont die Bedeutung des SVT.