Der moderne Fahrzeugbau verfolgt mit den kunden- und marktbezogenen Anforderungen nach

Komfort und Sicherheit auf der einen Seite sowie einem möglichst geringen Kraftstoffverbrauch

und der Einhaltung von Schadstoffgrenzwerten auf der anderen Seite zwei übergeordnete Ziele.

Der werkstoffliche Leichtbau muss als tragende Säule innerhalb der Fahrzeugentwicklung demnach

sowohl den Sicherheitsaspekt berücksichtigen als auch zur Reduktion der Fahrzeugmasse

und somit zur Verringerung des Kraftstoffverbrauchs bzw. des Schadstoffausstoßes beitragen.

Neben der Entwicklung neuer, hochfester und mittels Warmumformung hergestellter Stahlgüten

zur Verringerung von Blechdicken sowie Mischbauweisen mit Aluminium und Magnesium

werden zunehmend auch faserverstärkte Kunststoffe im Fahrzeugbau eingesetzt. Bei Anwendung

dieser sogenannten Multi-Material-Bauweise bis auf Bauteilebene resultiert gleichzeitig

ein Bedarf nach wirtschaftlichen und kombinierten Herstellungsverfahren für Kunststoff-Metall-

Hybridbauteile.

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung eines solchen Fertigungsverfahrens namens

„Hybridpressen“, welches die Kaltumformung von Stahlblechen mit dem Fließpressen von langfaserverstärkten

Thermoplasten in einem simultanen Prozessschritt kombiniert und gleichzeitig

beide Werkstoffe durch Einsatz eines Haftvermittlers stoffschlüssig miteinander verbindet. Dazu

werden die erforderlichen Werkzeug- und Dichtkonzepte für verschiedene Geometrien erarbeitet,

die Verbindungseigenschaften ermittelt sowie relevante Prozessparameter identifiziert und

optimiert. Mit Hilfe einer entwickelten Auslegungs- und Optimierungsmethode auf Basis der Finite-

Elemente-Methode (FEM) wird es möglich, Stahlbauteile durch Blechdickenreduktion und

gleichzeitige Verstärkung mit einer Rippenstruktur aus faserverstärktem Kunststoff bis zu 20 %

leichter zu gestalten, ohne dabei einen Verlust in den mechanischen Bauteileigenschaften zu

erhalten. Der gesamte Prozess von der Auslegung des Bauteils und Werkzeugs bis zur Fertigung

auf Serienanlagen wird anhand eines realen Vorderachs-Querlenkers demonstriert.

Modern vehicle construction follows two overriding goals with customer- and market-related

requirements for comfort and safety on the one hand and the lowest possible fuel consumption

and compliance with emission limits on the other hand. Accordingly, lightweight construction

based on materials must, as a supporting pillar within vehicle development, consider both the

safety aspect and the reduction of vehicle mass and thus contribute to the reduction of fuel consumption

and pollutant emissions. In addition to the development of new, high-strength steel

grades produced by hot forming to reduce sheet thicknesses and mixed construction methods

with aluminum and magnesium, fiber-reinforced plastics are also increasingly being used. The

application of this so-called multi-material construction method down to the component level

simultaneously results in a demand for economic and combined manufacturing processes for

hybrid components made of plastics and metal.

This work describes the development of such a production process called “hybrid forming”,

which combines the cold forming of steel sheets with the compression molding of long fiber reinforced

thermoplastics in a simultaneous process step and at the same time connects both materials

by using an adhesion promoter. The required tool and sealing concepts for different geometries

are developed, the joining properties are determined, and relevant process parameters

are identified and optimized. With the aid of a developed design and optimization method based

on the finite elements method (FEM), it will be possible to make steel components up to 20%

lighter by reducing sheet thickness and simultaneously reinforcing them with a ribbed structure

made of fiber-reinforced plastic without losing any of the components’ mechanical properties.

The entire process, from the component and tool design to the manufacturing on series production

lines, is demonstrated using a real front axle control arm.