ISBN 9783843913263

978-3-8439-1326-3, Reihe Produktentwicklung

Philipp Johann Müller
Konstruktionsmethode zur integrativen Ausführung von Bauteilen aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff für den Automobilbau

228 Seiten, Dissertation Technische Universität Braunschweig (2013), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Massenreduktion durch Leichtbau gewinnt in der Automobilindustrie zunehmend an Bedeutung. Eine Möglichkeit für Leichtbau ist die integrative Ausführung von Bauteilen. Ebenfalls ein großes Leichtbaupotential bietet carbonfaserverstärkter Kunststoff (CFK). Zudem besitzt CFK eine große Formgestaltungsfreiheit und eine hohe Variabilität in seiner werkstofflichen Zusammensetzung und eignet sich somit sehr gut zur Funktionsintegration. Jedoch haben sich in der Automobilindustrie noch keine Methoden zur integrativen Konstruktion mit CFK etabliert.

In der vorliegenden Arbeit wird eine solche Methode vorgestellt. Sie ermöglicht die Nutzung der Chancen, die der Werkstoff zur Integration bietet. Gleichzeitig stellt sie eine gute Möglichkeit zur fasergerechten Ausführung von Fahrzeugbauteilen dar. Die Methode gliedert sich in sechs Abschnitte. Im ersten Abschnitt werden übergeordnete Aspekte bestehend aus den automobilspezifischen Zielen der integrativen Konstruktion mit CFK und den gegebenen Randbedingungen erläutert. Inhalt des zweiten Abschnitts ist eine Abfolge zur Festlegung der fünfzehn werkstoffspezifischen Konstruktionsparameter von Faserkunststoffverbunden. Im dritten Abschnitt wird das Integrationspotential des Werkstoffs CFK beschrieben. Hierbei werden praktische Hilfsmittel zur Aufbereitung der Werkstoffeigenschaften und zum Konzipieren mit dem Werkstoff CFK vorgestellt. Der vierte Abschnitt beschreibt das Vorgehen zur integrativen Konstruktion, welches ein zentraler Bestandteil der Methode ist. Das Vorgehen orientiert sich am allgemeinen Konstruktionsprozess. Im fünften Abschnitt wird eine CA-Umgebung dargestellt, die das integrative Entwerfen durch Optimierung unterstützt sowie die zugehörige virtuelle Modellierung erklärt. Der sechste Abschnitt der Methode besteht aus der Klärung der Zuständigkeit für die Integration sowie der Organisation der anfallenden Arbeitsumfänge innerhalb eines Unternehmens.

Die Praxistauglichkeit der Methode wurde am Beispiel eines integrativen CFK-Frontends für ein Oberklassefahrzeug nachgewiesen. Hierzu wird der Vorderwagenbereich als geeigneter Startpunkt für die Integration mit CFK identifiziert. Im Anschluss wird aus drei Möglichkeiten ein Konzept für das Frontend gewählt. Als Ergebnis des integrativen Entwerfens werden die Gestalt und die Dimensionierung von zwei Frontends beschrieben, die integrativen CFK-Lösungen den differentiellen, konventionellen Lösungen gegenübergestellt und das Bewertungsergebnis erörtert.