Leichtbauinnovationen im Automobilbau

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Altair, Anbieter von CAE-Lösungen, und das Center for Automotive Research (CAR) haben gestern am CAR Management Briefing Seminar (MBS) in Traverse City, Michigan, die Gewinner des 6. alljährlichen Altair Enlighten Awards bekanntgegeben. Der Preis zeichnet jedes Jahr herausragende Leistungen in der Gewichtsreduzierung aus.

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Altair, Anbieter von CAE-Lösungen, und das Center for Automotive Research (CAR) haben gestern am CAR Management Briefing Seminar (MBS) in Traverse City, Michigan, die Gewinner des 6. alljährlichen Altair Enlighten Awards bekanntgegeben. Der Preis zeichnet jedes Jahr herausragende Leistungen in der Gewichtsreduzierung aus.

Die von Industrie, Entscheidungsträgern, Hochschuldozenten, Studenten und der Öffentlichkeit mit großem Interesse verfolgte Auszeichnung fördert Innovationen im automobilen Leichtbau und bietet eine globale Plattform, um technologische Errungenschaften zu würdigen und bekannt zu machen. Der Award wird von einer unabhängigen Jury bestehend aus Experten der Automobilindustrie, Wissenschaftlern und Fachmedien vergeben, die sechs Preisträger aus den diesjährigen 57 Finalisten auswählten.

In der Kategorie Full Vehicle hat der 2019 Chevrolet Silverado von General Motors gewonnen, der beeindruckende 204,5 kg leichter war als das Vorgängermodell. Die BMW-Gruppe konnte mit dem ersten 3D-gedruckten Metallbauteil, das in einer Serienproduktion zum Einsatz kam, die Kategorie Modul für sich entscheiden. Das Bauteil wird im 2018 BMW i8 Roadster verbaut und erzielte eine Gewichtseinsparung von 44 Prozent. Die Spitzenplätze in der Kategorie Enabling Technology sicherten sich die Asahi Kasei Corporation mit ihrer superleichten Pedalhalterung für den Mazda MX-5, Sika Automotive mit ihrem ultraleichtgewichtigen Constrained Layer Materialsystem und die United States Steel Corporation mit ihrem fortschrittlichen hochfesten martensitischen Stahl Mart-TenTM1500. Der Preis für die neue Kategorie „Future of Lightweighting“ wurde von den Teilnehmern des MBS gewählt und ging an die American Axle & Manufacturing, Inc. (AAM) für ihre Quantum Antriebsstrangarchitektur.

„Es war beeindruckend, zu sehen, wie hoch die Qualität der diesjährigen Beiträge für den Altair Enlighten Award ist. Die Nominierungen von OEMs, Zulieferern, Materialtechnologieunternehmen, Start-ups und der Wissenschaft zeigen, welche gewaltigen und vielfältigen Erfolge in der gesamten weltweiten Automobilindustrie im Bereich Gewichtseinsparungen erzielt wurden“, sagt Carla Bailo, Vorsitzende der Jury, President und CEO bei CAR. „Begeistert waren wir auch vom Feedback auf die dieses Jahr neu eingeführte Kategorie „Future of Lightweighting”, die mit einigen außergewöhnlich innovativen Lösungen aufwarten konnte, welche vielversprechende Möglichkeiten für die Verbesserung der Treibstoffeffizienz und der automobilen Nachhaltigkeit bieten.“

Neuer Materialmix und andere Montagetechniken

Das General Motors Team nutzte multi-disziplinäre CAE-Optimierung und konnte so einen höheren Anteil an modernen hochfesten Stählen und neue Montagetechniken in der Entwicklung der 2019 Chevrolet Silverado Fahrerkabine und des Rahmens umsetzen, was zum Sieg in der Kategorie Full Vehicle führte. Neben einer Gewichtseinsparung von insgesamt 204,5 kg konnte General Motors 23 Prozent mehr Stauraum, eine höhere dynamische Steifigkeit, einen verbesserten Korrosionsschutz, eine höhere NVH Leistung sowie einen stärkeren Aufprallschutz erzielen.

Die Modulkategorie mit Schwerpunkt auf Fahrzeugsysteme, Subsysteme und Bauteile konnte die BMW Group mit ihrer für den 2018 BMW i8 Roadster 3D-gedruckten Cabrio-Dachhalterung aus Metall für sich entscheiden. Mit dieser Bauteilinnovation kam erstmals ein 3D gedrucktes metallisches Bauteil in einer Fahrzeugserienproduktion zum Einsatz. Hergestellt mit selektivem Laserschmelzen (Selective Laser Melting – SLM), ohne dass Stützstrukturen benötigt werden, war es auch das erste Mal, dass ein topologie-optimiertes Design nahezu 1:1 in eine Fahrzeugserienproduktion übernommen wurde und dort zu einer Gewichtsersparnis von 44 Prozent und einer zehnfach erhöhten Steifigkeit führte.

„Für uns ist es eine große Ehre, den Altair Enlighten Award dieses Jahr zu erhalten, und unser Dank geht an die Juroren, die damit die Leistung des i8 Teams würdigen“, sagt Maximilian Meixlsperger, Leiter Additive Manufacturing Metal der BMW Group. „Es wird deutlich, dass die additive Fertigung für Fahrzeugdesigner ein enormes Leichtbaupotenzial bietet, wenn sie mit Optimierungstechnologie kombiniert wird. Noch vor kurzem wäre ein 3D gedrucktes Bauteil für ein Serienfahrzeug undenkbar gewesen, aber mit diesem Erfolg haben wir die Chance, diesen Prozess zu einem Bestandteil unseres Standarddesign- und Herstellungsansatzes zu machen.“

In der Kategorie Enabling Technology, die ihren Schwerpunkt auf technologische Innovationen setzt, die den Herstellern Gewichtseinsparungen ermöglichen, sah die unabhängige Jury die Wettbewerber sehr nahe beieinander und beschloss, drei Kategoriegewinner auszuzeichnen: Asahi Kasei Corporation zusammen mit der Mazda Corporation, Sika Automotive sowie die United States Steel Corporation.

Der Siegerbeitrag von Asahi Kasei Corporation war die Neuproduktion einer Bremspedalhalterung für den Mazda MX-5, bei dem glasfaserverstärktes Polyamid 66 eingesetzt wurde. Das neue Spritzgussdesign zwang das Team von Asahi Kasei und Mazda zu einer Abkehr von einer konventionellen Denkweise und ermöglichte die Beseitigung von überflüssigen Metallbauteilen sowie eine Gewichtseinsparung von 83 %.

Der preisgekrönte Beitrag von Sika Automotive ist ein ultraleichtgewichtiger Constrained Layer Materialverbund für Körperschalldämpfung. Die üblicherweise für Körperschalldämpfung verwendeten Materialien haben ein Flächengewicht von 5 kg/m², welches in Mittelklasse-Limousinen wie z. B. beim BMW i8, Audi Q7 und der Daimler A-Klasse um bis zu 80 % reduziert werden konnte, wenn der neue superleichte Materialverbund von Sika zum Einsatz kommt.

Die hochfesten martensitischen Stähle Mart-Ten 1500 für Strukturbauteile geringer Masse, dem Gewinnerbeitrag von U.S. Steel, wurden kürzlich im Automobilmarkt eingeführt und weisen eine maximale Zugfestigkeit von über 1.500 MPa auf. U.S. Steels Leistungen in der Durchlaufglüh-Technologie haben es durchgängig und wiederholt ermöglicht, Festigkeiten im Gigapascal-Bereich in der Serienfertigung zu erreichen und so mehr als 10 % Gewichtseinsparung zu erzielen.

Die Kategorie “Future of Lightweighting” wurde dieses Jahr eingeführt, um Ideen, Prozesse, Materialien und Technologien auszuzeichnen, die ein sehr hohes Potenzial für den Leichtbau aufweisen, aber noch nicht produktiv bei einer Fahrzeugplattform zum Einsatz kommen. Als erster Preisträger in dieser Kategorie wurde American Axle & Manufacturing für seine Quantum Antriebsstrang-Architektur ausgezeichnet. Quantum ist eine einzigartige Verbindung von bewährten Materialien und Technologien, die die Masse des Hinterachssystems eines Kleinlastwagens um 35 Prozent reduziert, den übertragenen Wirkungsgrad erhöht und eine robuste NVH-Leistung bietet.

„Für unsere Jury war die Auswahl der diesjährigen Preisträger bei so vielen hochwertigen Beiträgen eine sehr schwierige Aufgabe“, sagte Richard Yen, Senior Vice President, Global Automotive und Industry Verticals Team bei Altair. „Ich möchte den Award Gewinnern persönlich gratulieren und allen Finalisten und Bewerbern für die Teilnahme danken. Es ist eine wertvolle Erfahrung, jedes Jahr zu erleben, wie simulationsgetriebene Designstrategien, neue Materialien und innovative Herstellungsverfahren den automobilen Leichtbau fördern, indem sie von Beginn an neue Innovationsmöglichkeiten für Gewichtseinsparungen schaffen.“

Bild oben: AAM Quantum Antriebsstrangarchitektur.

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