Nieten am Auto im Crash-Test

Nieten müssen die Karosserie eines Autos zuverlässig zusammenhalten – auch im Falle eines Unfalls. Wie viel Belastung sie aushalten, ließ sich bisher nur ungenau vorhersagen. Ein weiterentwickeltes Modell des Fraunhofer-Instituts für Werkstoffmechanik in Freiburg liefert nun realistische Prognosen.

Düsseldorf – 30.07.2014 – Nieten müssen die Karosserie eines Autos zuverlässig zusammenhalten – auch im Falle eines Unfalls.Wie viel Belastung sie aushalten, ließ sich bisher nur ungenau vorhersagen. Ein weiterentwickeltes Modell des Fraunhofer-Instituts für Werkstoffmechanik in Freiburg liefert nun realistische Prognosen.

Stahl, Aluminium, Magnesium, faserverstärkte Kunststoffe – Autos bestehen mittlerweile aus zahlreichen Werkstoffen. Diese müssen zuverlässig miteinander verbunden werden und dürfen auch bei einem Crash nicht brechen. Bei reinen Stahlautos nutzten die Hersteller Schweißgeräte. Möchte man aber Stahl und Aluminium oder Stahl und Kunststoff miteinander verbinden, sind die klassischen Schweißverfahren schlichtweg nicht geeignet. Die Autohersteller greifen daher unter anderem zu mechanischen Verbindungen wie etwa Nieten.

Verbindungen sind Schwachstellen, die bei einem Crash üblicherweise als erstes versagen. Und da es im Auto etwa 3.000 bis 5.000 solcher Schwachstellen gibt, sollen Simulationen überprüfen, ob die verschiedenen Verbindungsstellen den Belastungen bei einem Unfall standhalten. In vielen Fällen sagen die Berechnungen zwar genau voraus, wie sich die einzelnen Fügestellen verhalten; allerdings nicht für jede Art von Belastung: Werden die gefügten Bauteile etwa gebogen – Experten sprechen dabei von einer Biegebelastung – liegen die Simulationen häufig daneben.

Forscher am Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg beseitigten dieses Manko in den Simulationen – gemeinsam mit ihren Kollegen vom Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik der Universität Paderborn und der Gesellschaft zur Förderung angewandter Informatik in Berlin. „Wir haben ein Modell weiterentwickelt, das das Verhalten von Nieten zuverlässiger voraussagt – sowohl bei langsamen und schnellen Biegebelastungen als auch bei Zug- und „Scherbelastungen“, erklärt IWM-Gruppenleiterin Silke Sommer. Dazu fertigten die Forscher einzelne „Bauteilproben“ aus verschiedenen Materialien, verbanden sie über Nieten miteinander und belasteten sie anschließend. Insgesamt haben die Forscher fünfzehn unterschiedliche Werkstoffkombinationen untersucht. Mit dem erweiterten Modell können die Ingenieure nun bei einer Crash-Simulation für jede einzelne Niete voraussagen, ob sie den Belastungen an eben dieser Position standhalten wird.