P 645 - Berechnungs- und Konstruktionsgrundlagen für sandwichähnliche Verbundträger mit Trapezblechstegen im Brückenbau

P 644 - Auslegung eines Prozessfensters für die Blechumformung höchstfester Vergütungsstähle bei erhöhten Temperaturen Die Gewichtsreduzierung bei gleichzeitiger Einhaltung der steigenden Sicherheitsanforderungen ist ein zentrales Thema im Automobilbau. Dies führt zu den unterschiedlichsten Lösungsansätzen seitens der Automobil- und Zuliefererindustrie.  In den vergangenen  Jahren hat sich die Technologie des Presshärtens als gute Möglichkeit zur Herstellung von crashrelevanten Karosseriebauteilen gezeigt. Hierbei handelt es sich um eine Kombination aus Warmumformung und Härten, die  simultan in einem Prozessschritt erfolgen. Im Rahmen des Forschungsvorhabens „Auslegung des Prozessfensters für die Blechumformung höchstfester Vergütungsstähle bei erhöhten Temperaturen“ war die Zielsetzung, einen Beitrag zum besseren Verständnis des Prozesses und zur  robusteren Prozessauslegung zu leisten. Für die Untersuchungen wurde der Presshärtprozess in die vier Prozessschritte Austenitisieren, Transfer, Formgebung und Härten unterteilt. Das Prozessfenster für das Austenitisieren wurde im  Hinblick auf eine obere und eine untere Grenze für die Austenitisierdauer untersucht. Es zeigte sich, dass der Werkstoff unabhängig von der Glühdauer ähnliche Härtewerte aufwies. Auch eine schnellere Aufheizgeschwindigkeit, die durch  konduktive Probenerwärmung realisiert wurde, hatte keinen Einfluss auf die Härtewerte. Speziell zur Bestimmung der prozesstypischen Abkühlgeschwindigkeiten während des Härtens wurde ein Versuchsaufbau entwickelt, mit dem das  Abkühlen durch beidseitigen metallischen Kontakt ermittelt werden kann. Die resultierenden Abkühlgeschwindigkeiten in Abhängigkeit vom Anpressdruck konnten so bestimmt werden. Diese Kontaktbedingung wurde zudem in Finite-Elemente-Simulationen abgebildet und der jeweils auftretende Wärmeübergangskoeffizient anhand eines Vergleichs zwischen den Ergebnissen aus Experiment und Finite-Elemente-Simulation detektiert. Zur Aufnahme der thermo-mechanischen Kenngrößen des allgemein für das Presshärten verwendeten Stahls 22MnB5 (1.5528) wurden Warmzugversuche durchgeführt. Mit Hilfe der Universalprüfmaschine Gleeble, die mit einer konduktiven Erwärmungseinheit ausgestattet ist, konnte der für das Presshärten typische Zeit-Temperatur-Verlauf eingehalten werden. So wurde der Einfluss der Temperatur, Dehnrate, der Abkühlgeschwindigkeit und Charge bzw. Blechdicke ermittelt. Als Demonstratorbauteil wurde von der DaimlerChrysler AG das Werkzeug zum Abpressen einer B-Säule zur Verfügung gestellt. Der Einfluss des Niederhalterabstands und der Zuhaltezeit auf das Formgebungsergebnis wurde sowohl während der  Abpressens als auch danach anhand von Thermographieaufnahmen, Härte- und Blechdickenmessungen bestimmt. Mit den zuvor in den experimentell ermittelten Prozess- und Werkstoffdaten wurde das Demonstratorbauteil mit der  Finite-Elemente-Software LS Dyna modelliert. Die Versagensorte des Bauteils und die Temperaturverteilung konnten damit gut wiedergeben werden. Autoren: M. Geiger, M. Merklein, C. Hoff, K. Roll, D. Lorenz Veröffentlichung: 2006

P 642 - Verbesserung der Kerbgeometrie zur Erhöhung der Schwingfestigkeit von höherfesten und nichtrostenden Stählen durch Prozesssteuerung und innovative Nachbehandlung beim Laser- und Lichtbogenschweißen und –löten Ziel des Vorhabens war, durch eine Verbesserung der Nahtgeometrie bei Kehlnähten an Überlappstößen (Blechdicke s = 2mm) höhere Schwingfestigkeiten (im Idealfall bis zu der des Grundwerkstoffes) zu erzielen. Hierzu wurde zunächst die Prozesssteuerung bei bereits bekannten und in der Fertigung etablierten Fügeverfahren (Laserstrahlschweißen und –löten, MSG-Schweißen, MSG-Löten, Laser-MSG-Hybridschweißen) für zwei Stähle, einem hochfesten ferritischen-martensitischen Dualphasenstahl (DPW600/ 1.0936) und einem nichtrostenden austenitischen Stahl (H400/1.4376) optimiert. Es wurden der Einfluss der Energieintensität und ihrer Verteilung während des Schweißens, der Einfluss der Schweiß- bzw. Lotzusätze sowie des Schutzgases auf den Nahtübergangsradius und Nahtanstieg untersucht. Des Weiteren wurde bei den MSGLötverfahren versucht, den Einfluss der Nahtgeometrie durch eine thermische Nachbehandlung durch das kombinierte MIG-WIG Verfahren zu verringern. Um die Umsetzung der Ergebnisse in der industriellen Fertigung zu gewährleisten, sollte die Übertragbarkeit der Verfahren auf ein Demonstrator- Bauteil ebenfalls geprüft werden. Zu einer ersten Beurteilung der Schwingfestigkeit wurden für beide Werkstoffe zunächst Wöhlerversuche an Flachproben mit Überlappnähten durchgeführt. Im nächsten Schritt wurden an Flachproben mit Überlappnähten Gassnerversuche (variable Belastungsamplitude) durchgeführt. Als Schweißverfahren wurden dabei für beide Werkstoffe das Laser-MSG-Hybridschweißen, das Laserstrahlschweißen und das MIGWIG-Löten eingesetzt. Letzteres stellt dabei aufgrund der thermischen Nachbehandlung durch den WIG-Prozess eine Verbesserung des MSG-Lötens bzgl. Der Nahtgeometrie dar und wurde, gemäß der Ergebnisse der Wöhlerversuche, unter Verwendung des Zusatzwerkstoffes AlBz5Ni2 für den DP-W600 und mit dem Zusatzwerkstoff CuAl8 für den H400 eingesetzt. Ergänzend wurden für diese Varianten aus Gründen der Vergleichbarkeit auch noch die entsprechenden Wöhlerversuche durchgeführt. Die Umsetzbarkeit der Optimierung des Fügeprozesses wurde zum Abschluss des Projekts an einem realen Bauteil verifiziert. Hierzu wurden Instrumententafelträger mit einer geschweißten Lenksäulenbefestigung bei einem Industriepartner des Betreuerkreises nach den im Projekt gewonnen Erkenntnissen hergestellt. Veröffentlichung: Oktober 2020 Autoren: Dr. J. Laakmann, Dr.-Ing. M. Küppers, Prof. Dr.-Ing. C. M. Sonsino, Dipl.-Ing. A. Sevim, Dipl.-Ing. St. Longerich, Dipl.-Ing. D. Piontek, Dr.-Ing. J. Gollnik, Dr.-Ing. A. Zwick, Dipl.-Ing. R. Imhoff

P 640 - Entwicklung und Erprobung von kathodischen Korrosionsschutzsystemen für höchstfeste Stähle Neben Zuverlässigkeit und Qualität sind vor allem Fahrzeugsicherheit und Wirtschaftlichkeit entscheidende Kriterien für den Automobilhersteller. Der Korrosionsschutz spielt dabei eine herausragende Rolle, da hierdurch die Lebens- und Gebrauchsdauer erhöht werden. Es wurden die Vor- und Nachteile sowie Einsatzgebiete von unterschiedlichen Korrosionsschutzmaßnahmen im Automobilbereich verglichen. Mit der Bereitstellung höchstfester Stahlsorten stehen Werkstoffe zur Verfügung, die auf Grund ihrer mechanischen Eigenschaften ein hohes Leichtbaupotenzial sowie ein sehr gutes Energieabsorptionsvermögen aufweisen. In Verbindung mit der Möglichkeit der Warmformgebung sind sie damit prädestiniert für die Herstellung komplizierter, beanspruchungsgerechter Formen im crashrelevanten Karosseriebereich. Die unterschiedlichen konventionellen Korrosionsschutzsysteme für pressgehärtete hochfeste Stähle werden beschrieben, charakterisiert und verglichen. Zurzeit besteht keine serienreife Lösung für den nachträglichen Korrosionsschutz von bereits warmumgeformten Bauteilen. Deshalb wurde ein Korrosionsschutzsystem auf Basis des herkömmlichen Schmelztauchverzinkungsprozesses entwickelt und appliziert. Grundlage der Entwicklung war eine umfangreiche Untersuchung des Entfestigungsverhaltens des höchstfesten Substrats 22MnB5. Das neu entwickelte Produkt wurde mit unterschiedlichen konventionellen Korrosionsschutzsystemen verglichen. Die Bewertung erfolgte bezüglich der Oberflächen-und Schichteigenschaften, der Schichthaftung, dem Korrosionsverhalten, den tribologischen Eigenschaften sowie der Schweißbarkeit. Zusätzlich zu den Untersuchungen an Flachproben erfolgten Bauteilversuche. Als Bauteil wurde ein Teilstück einer B-Säule verwendet. Die Bewertung erfolgte durch Rasterelektronen- und Lichtmikroskopie. Die Untersuchungen erfolgten in enger interdisziplinärer Zusammenarbeit von Stahlherstellern, Hersteller/Verarbeiter von Beschichtungssystemen, der Automobilindustrie und Forschungseinrichtungen. Das Forschungsvorhaben wurde im VDEh-Betriebsforschungsinstitut GmbH, Düsseldorf und der Fachhochschule Ingolstadt Werkstofftechnik-Labor für Oberflächentechnik mit fachlicher Begleitung und mit finanzieller Förderung durch die Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V., Düsseldorf, aus Mitteln der Stiftung Stahlanwendungsforschung, Essen, durchgeführt. Autoren: J. Kurzynski, C. Strobl, V. Merklinger, R. Salomon Veröffentlichung: 2013