©Bernulius/stock.adobe.com

Leichtbaugarage #11 Wölbstrukturierte Bleche im Mercedes SLK

26. November 2021
von Julius V. Winkler

Das Fahrzeug

Hinter diesem Garagentor befindet sich ein Fahrzeug, welches wohl jeder schon einmal gesehen hat. Es ist der Mercedes-Benz SLK, ein 1996 von Mercedes-Benz eingeführter Roadster. Das Fahrzeug ist verwandt mit der C-Klasse und bekannt für sein klappbares Stahldach. Doch auch im Verborgenen befindet sich eine innovative Lösung, welche hier vorgestellt werden soll. Dabei handelt es sich um die Rückwand, die mit einer besonderen Wölbstruktur versehen ist und seit 2004 für weniger Gewicht im SLK sorgt.

©Steve Coulter, Mercedes Benz SLK, CC BY-NC-ND 2.0

Die Technologie

Das Wölbstrukturieren ist ein Verfahren der Umformtechnik, mit dem quadratische oder wabenförmige Strukturen in Bleche eingebracht werden. Für die Herstellung wird das Blech an bestimmten Stellen abgestützt und von außen mit Druck beaufschlagt. Dadurch stellt sich selbstorganisiert eine 3D-Struktur ein. Es hebt sich von den konventionellen Verfahren der Blechumformung (z.B. Einprägen, Sicken, Hydroforming) durch einen energieminimierten Selbstorganisationsprozess ab. Da das Material automatisch eine Form mit minimaler Energie einnimmt, ist der Energiebedarf zur Erzeugung der Wölbstrukturierung gering und die Oberflächengüte bleibt vollständig erhalten.

Die eingebrachten Strukturen stellen eine Form des Instabilitätsversagens dar, weshalb sich ein solches Blech im Einsatz automatisch im Nachbeulbereich befindet. Der Grund für die verbesserten Eigenschaften liegt in der Kaltverfestigung, die beim Beulen auftritt. In den Vertiefungen kommt es zu Druck- und Biegespannungen mit geringfügiger plastischer Verformung und in den Falten zu Zugspannungen, welche die Struktur stabilisieren.

©Dr. Mirtsch GmbH Germany, Bleche mit Wölbstruktur, CC BY-SA 3.0

Wölbstrukturen sind ursprünglich aus der Natur bekannt und somit ein gutes Beispiel für eine bionische Anwendung. Die wabenähnlichen Muster kommen zum Beispiel in Schildkrötenpanzern vor. Sie werden von der Natur seit vielen Millionen Jahren evolutionär optimiert und bilden somit einen perfekten Panzer für die Tiere. Technische Anwendungen ahmen diese Struktur geschickt nach, um von den positiven Eigenschaften zu profitieren.

©Stanze, Schildkröte mit wölbstrukturiertem Panzer, CC BY-SA 2.0

Der Leichtbauaspekt

Der Gewichtsvorteil der wölbstrukturierten Rückwand des SLK ergibt sich aus der Erhöhung der Formsteifigkeit, welche eine Verringerung der Wandstärke ermöglicht. Ähnlich wie beim Einbringen von Sicken in Bleche wird hierbei das Flächenträgheitsmoment durch einen Abstand zur Neutralfaser erhöht und die Belastung somit verringert. Dies führt zu einer hohen Steifigkeit bei geringem Gewicht, einem reduzierten Bauraum und guten akustischen Eigenschaften. Durch das besondere Herstellungsverfahren haben Wölbstrukturen jedoch noch weitere positive Eigenschaften. Sie sind widerstandsfähiger, thermostabiler, strömungsgünstiger und blendärmer als gesickte Bleche.

All diese positiven Eigenschaften führen dazu, dass wölbstrukturierte Bauteile im Vergleich zu konventionellen Blechteilen bis zu 30% leichter ausgeführt werden können.

 

Sie finden weitere Leichtbaugarage-Artikel unter Aktuelles.