Forschungsprojekt macht Reisemobile leichter und sicherer

Ergebnisse des geförderten Kooperationsprojektes "LeitHyb" präsentiert.

Im Rahmen des 4. Forums Multi Material Design zeigten die Projektbeteiligten die Ergebnisse des am Kompetenzzentrum Leichtbau der Hochschule Landshut (LLK) federführend durchgeführten Forschungsprojekt „Leichtbau-Hybridstruktur für das Chassis von Reisemobilen LeitHyb“.Das Projekt wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit 286.000 EUR gefördert.

Gewichtseinsparung und erhöhter Insassenschutz

Unter Projektleitung von Prof. Dr. Otto Huber (LLK) wurde beim Chassis eines Reisemobiles durch eine hybride Leichtbaustruktur eine Gewichtsersparnis von 50 Kilogramm erreicht. Darüber hinaus wurde eine Deformationsstruktur entwickelt, die ein verbessertes Crashverhalten mit gesteigertem Insassenschutz im Fondbereich. Den Anstoß für das Projekt hatte die Knaus Tabbert GmbH (Jandelsbrunn) gegeben, die bei Reisemobilen Gewichtseinsparungen vornehmen will, um Fahrzeuge unter 3,5 Tonnen mit ausreichender Zulademöglichkeit produzieren zu können.

Die Gewichtseinsparung von insgesamt 23 Prozent im Bereich des Rahmens und Doppelbodens wurde durch den Einsatz von dünnwandigen geschlossenen höherfesten Stahlprofilen (Hut-Profile) erreicht, wie Sergej Diel (LLK) in seinem Vortrag ausführte. Diese wurden in den steifigkeitsbestimmenden und beulgefährdeten Bereichen durch hohle Stützkerne aus zellularem Verbundwerkstoff (syntaktischer Schaum aus Glasschaumgranulat in Polyurethan- oder Epoxidharz-Matrix) lokal ausgesteift. Die dünnwandigen Profile ermöglichen in Kombination mit dem zellularen Verbundwerkstoff ein verbessertes Festigkeitsverhalten und eine Erhöhung der Beullasten bei gleichzeitig geringerem Gewicht. Zusätzlich trägt der mit einer Sandwichstruktur leichter gestaltete Aufbauboden durch eine feste Verbindung mit den Stahlprofilen zur Steifigkeit und Festigkeit der Gesamtstruktur bei. Ein weiterer Vorteil des in den zellularen Verbundwerkstoffen verwendeten Schaumgranulats ist der niedrige Preis: Es wird aus Altglas gewonnen und kostet ca. 0,60 Euro pro Kilogramm.

Diel erläuterte den aufwendigen Prozess des Systemleichtbaus von der Definition der Randbedingungen, Lastfällen wie Vollbremsung, Bodenwellen Kurvenfahrt oder Abheben eines Rades (Torsion) und die daraus resultierenden Belastungen, über die Konstruktion und numerische Simulation mittels FEM-Gesamtfahrzeug-Modell bis hin zum Bau eines Prototypen und dessen experimentelle Überprüfungen.

Crashsimulation und experimentelle Tests

Für die Crashsimulation, den simulierten Seitenaufprall an einem Reisemobil, zeichnete der Projektpartner CADFEM verantwortlich. Die Simulation mittels der Finite Elemente Methode erlaubt die Analyse komplexer Strukturen anhand eines virtuellen Prototyps. Bei der Modellbildung muss die Konstruktion abgebildet und dabei natürlich Werkstoffcharakteristika berücksichtigt werden. Anhand des Modells können auch unterschiedliche Belastungen und Varianten wie z.B. verschiedene Bauteilverbindungen untersucht und optimiert werden. Für die Crashsimulation wurde ein Seiten-Aufprall mit einem 950 Kilogramm schweren, bei 50 Stundenkilometern im 90-Grad-Winkel auf das Reisemobil stoßendem Fahrzeugmodell simuliert. Die Ergebnisse zeigen, dass die im LLK entwickelte Deformationsstruktur mit Crashboxen signifikant zur Verbesserung der passiven Sicherheit beiträgt, wie Klaus Graf (CADFEM GmbH) in seinem Vortrag das Ergebnis erläuterte.

Die fertigungsgerechte Konstruktion, Prototypenfertigung und Erprobung der hybriden Rahmen-Bodenstruktur war Aufgabe der Alois Kober GmbH in Kötz, wie Referent Helmut Lehner in seinem Vortrag beleuchtete. Dabei habe sich bei den Steifigkeits- und Festigkeitsmessungen am Prototyp eine hohe Übereinstimmung mit den vorherigen Simulationsergebnissen gezeigt. Der eingebrachte lokale Schaumkern im Rahmen erhöhe die Biegesteifigkeit um 9 Prozent, der zusätzlich aufgeklebte Sandwich-Doppelboden um weitere 70 Prozent. Der Rahmen mit eingeklebtem Schaumkern kann eine um 62 Prozent höhere Kraft aufnehmen bis ein Ausknicken bzw. Beulen am Rahmenlängsträger auftritt. Weitere Partner des Projektes waren die Altendorfer Kunststofftechnik e. K. sowie die Universität Erlangen-Nürnberg.