Beschreibung
Im Zuge verschärfter Umweltschutzanforderungen muß die Freisetzung von Kraftstoffoestandteilen völlig vermieden werden. Diese Forderung wird demnächst für Kraftstoffbehälter gelten und ist bisher nur mit Stahl als Werkstoff sicher zu erfüllen. Konstruktive und sicherheitstechnische Vorgaben im Pkw-Bau verlangen die Positionierung des Kraftstoffbehälters in für Crash-Fälle weniger kritischen, aber sehr komplexen Hohlräumen der Karosserie. Ziel der vorliegenden Forschungsarbeit war es, für diesen Anwendungsfall mit Hilfe der wirkmedienbasierten Blechumformung technische und wirtschaftliche Lösungen für die Herstellung geometrisch hochkomplizierter Hohlkörper aus Stahl zu erarbeiten.
Für die Untersuchungen wurde der bisher in Kunststoff ausgeführte Tank eines New Beetle, PQ 34, der Volkswagen AG als Beispiel für einen Kompaktwagen mittlerer Stückzahl ausgewählt. Als Werkstoffbasis diente der in Vorversuchen (P 242 Untersuchung der Herstellmöglichkeiten eines modernen Kraftstofftanks aus Stahl mit Hilfe hydromechanischer und hydrostatischer Umformverfahren, Bestell-Nr. P 242, ISBN 3- 930621-78-9, Verlag und Vertriebsgesellschaft mbH, Düsseldorf) erprobte austenitische, nichtrostende Stahl 1.4301. In simulationstechnischen Vorarbeiten wurden erfolgversprechende Formgebungsverfahren, angepaßte Prozeßführung und spezielle Werkzeuggestaltung untersucht und ausgewählt. Schließlich wurde die Tankoberschale durch Tiefziehen von 0,6 mm dickem Blech gefertigt. Die geometrisch wesentlich anspruchsvollere Unterschale konnte durch einstufiges hydromechanisches Tiefziehen aus 0,8 mm dickem Blech erfolgreich hergestellt werden.
Die aus den zwei Halbschalen mittels WIG-Schweißen zu Prototypen gefügten Tanks wurden anschließend den werksintemen Bauteiltests der Volkswagen AG unterzogen. Dabei zeigte sich, daß aufgrund des werkstoffspezifisch großen Restformänderungsvermögens alle notwendigen Sicherheitsanforderungen voll erfüllt werden können. Ohne weitere Optimierungsschritte konnte auf diese Weise für den Stahltank eine Gewichtserspamis gegenüber der Kunststoffausführung um 1,7 kg oder 20 % erreicht werden. Dabei beträgt die Wanddicke in Stahl gegenüber Kunststoff teilweise nur ein Zehntel, dies führt zu einer um fast 3 I bzw. nahezu 4 % höheren Füllmenge.
Anhand dieser Untersuchungsergebnisse kann festgestellt werden: Nichtrostende Stähle, wahrscheinlich auch korrosionsgeschützte andere Stähle, lassen sich in Verbindung mit modernen Hydroformverfahren und einer Verfahrens- und werkstoffgerechten Konstruktion zu geometrisch sehr komplexen Kraftstoffbehältern verarbeiten. Damit bietet Stahl eine hochaktuelle Werkstoffaltemative für die Lösung künftiger Umweltschutzanforderungen an Kraftstofftanks.
STUDIENGESELLSCHAFT STAHLANWENDUNG e.V.
Veröffentlichung:
2001
Autoren:
Prof. Dr.-lng. E. Friebe, Dipl.-Wirtsch.-lng. T.Langhammer, Dipl.-Ing. P. Corsten, ]}, Dr.-lng. W. Homberg, Dipl.-Ing. A. Wellendorf, Dr.-lng. A.t Birkert, Dr.-lng. F. Trösken, M. Carl, Dr. rer. nat. J. Krautschick, Dr. rer. nat. P. Papaiacovou
