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20-09-2017 | Additive Fertigung | Nachricht | Article

Projekt Light Hinge+ entwickelt Leichtbau-Haubenscharnier

Author:
Christiane Köllner
2:30 min reading time

Edag, Voestalpine und Simufact arbeiten im Projekt "Light Hinge+" zusammen. Sie haben ein additiv gefertigtes Leichtbau-Haubenscharnier mit integriertem Fußgängerschutz entwickelt.

Die Projektpartner Edag Engineering, Voestalpine Additive Manufacturing Center und Simufact Engineering habe sich zusammengeschlossen und das Projekt "Light Hinge+" ins Leben gerufen. Light Hinge+ ist ein im Laserstrahlschmelz-Verfahren additiv hergestelltes Motorhaubenscharnier mit integriertem Fußgängerschutz. Die Ergebnisse des Projektes stellen die Partner auf der IAA in Frankfurt vor.

"Motorhauben-Scharniersysteme sind aufgrund der hohen Anforderungen an Sicherheit und Funktionalität sehr komplex", sagt Dr. Martin Hillebrecht, Leiter Competence Center Leichtbau, Werkstoffe und Technologien bei Edag Engineering. "Somit bleibt der Leichtbau bislang auf der Strecke. Deshalb haben wir uns gemeinsam mit Voestalpine und Simufact das Ziel gesetzt, das Scharnier durch die generative Fertigung ganz neu zu überdenken."

Gewichtsvorteil von 50 Prozent

Die Edag-Ingenieure haben das Scharniersystem neu konstruiert. Im zweiten Schritt folgte die Topologie-Optimierung der komplexen Bauteilstruktur, um den gewünschten Gewichtsvorteil zu erreichen. Unter Anwendung bionischer Prinzipien sei es den Edag-Ingenieuren gelungen, den minimalen Materialbedarf zu ermitteln und einen Gewichtsvorteil von 50 Prozent gegenüber der Referenz zu erzielen. Die anschließende Optimierung der Stützstrukturen haben man in enger Zusammenarbeit mit dem Voestalpine Additive Manufacturing Center durchgeführt.

"Die Topologieoptimierung berechnet anhand der tatsächlichen Belastungen den minimalen Materialbedarf des Scharniers", erklärt Dr. Eric Klemp, Geschäftsführer des Voestalpine Additive Manufacturing Center in Düsseldorf. "Die daraus resultierenden Geometrien der Bauteile erfordern einen hohen Anteil an Stützstrukturen, die wir im Projekt dann auf ein Minimum reduzieren konnten", so Klemp.

Ein wichtiger Zwischenschritt in der Konstruktion und Fertigung additiver Bauteile sei die Simulation des eigentlichen Druckprozesses im 3-D-Drucker gewesen, so die Ingenieure. Hier kam Simufact mit seiner speziell für die additive Fertigung erstellten Softwarelösung "Simufact Additive" zum Einsatz. "Im additiven Fertigungsprozess entstehen durch den konzentrierten Wärmeeintrag mit hohen Aufheiz- und Abkühlraten Verzug und Eigenspannungen im Bauteil", weiß Dr. Patrick Mehmert, Product Manager Additive Manufacturing bei Simufact. "Ein nicht verzugskompensiertes Scharnier kann so Abweichungen von ein bis zwei Millimetern vom CAD-Modell aufweisen."

Simulation des Bauprozesses

Mit Simufact Additive habe man den eigentlichen Druckvorgang und die nachfolgenden Prozessschritte simulieren und damit Verzüge und Eigenspannungen vorhersagen können. "Auf Basis des simulierten Verzugs haben wir die Bauteil-Geometrie negativ vorverformt, um so die Formabweichungen der gedruckten Scharnierteile zur Sollgeometrie zu minimieren", beschreibt Mehmert das Vorgehen im Projekt.

Dass dieses Verfahren auch die gewünschten Ergebnisse erzielt, habe ein dem Druck der Teile nachgelagerter Abgleich der verzugskompensierten Bauteile zeigen können: Eine dreidimensionale optische Vermessung durch die Firma Aicon 3D Systems habe die Maßhaltigkeit der Bauteile nachweisen können.

Aktive Haubenfunktion

Ein interessantestes Merkmal des "Light Hinge+" stellt die Integration der aktiven Haubenfunktion dar. Kollidiert ein Fußgänger mit dem Fahrzeug, wird ein pyrotechnischer Aktuator der Firma Hirtenberger aus Österreich ausgelöst, der auf einen definierten Bereich am Scharnier trifft. An dieser Stelle sind komplexe Losbrechstrukturen monolithisch integriert, die durch die Krafteinwirkung ein zusätzliches Gelenk freigeben und so eine Anhebung der Motorhaube ermöglichen. Der Aufprall des Fußgängers soll somit durch den entstehenden Freiraum abgefedert werden.

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01-09-2017 | Spezial | Issue 9/2017

Leichtbaulager aus additiver Fertigung

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