Belastungsgerechte Auslegung automobiler Leichtbaustrukturen aus pressgehärtetem Stahl und kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff

Hybride Bauteile, welche aus Werkstoffen mit hohen spezifischen Festigkeiten bestehen, können zu einem signifikanten Leichtbau im Automobil beitragen. Diese Arbeit erforscht die hybride Kombination von pressgehärtetem Stahl und kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff. Ausgehend von einer Analyse bestehender Karosseriestrukturen erfolgt ein Konzept für eine hybride B-Säule. Das Potential zur Gewichtsreduzierung durch das hybride Bauteilkonzept wurde dabei zu 57 % identifiziert, welches jedoch nur bei Sicherstellung einer intakten Grenzfläche erreicht wird. Zur Erlangung der Grenzflächenfestigkeit bei charakteristischen Belastungsprofilen wurde ein Verfahren zur Einbringung makroskopischer Formschlusselemente im Presshärteprozess entwickelt. Durch diese Formschlusselemente wird eine Steigerung der Scherfestigkeit der hybriden Komponenten von über 300 % erreicht. Die gewonnenen Erkenntnisse werden abschließend zur Auslegung einer hybriden B-Säule angewendet.

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Hybrid components consisting of materials with high specific strengths can contribute to significant automotive lightweight design. This thesis investigates the hybrid combination of press-hardened steel and carbon fiber-reinforced plastics. Based on a potential analysis of existing body-in-white structures, a concept for a hybrid B-pillar is developed. The potential for weight reduction through the hybrid component concept was identified to be 57 %, which is only achieved if an intact interface is ensured. To achieve interface strength under characteristic load profiles, a method was developed for creating macroscopic form closures in the press hardening process. These form closures achieve an increase in the shear strength of the hybrid components of over 300 %. Finally, the knowledge gained is applied to the design of a hybrid B-pillar.