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Bionische Strukturen4.3.1 Ausgangssituation Exakte Geometrie der Automobilkarosserie entsteht durch Positionierung der Einzelteile in Vorrichtungsrahmen Genauigkeit der Karosserie wird bestimmt durch die Ge- nauigkeit der Vorrichtung Vorrichtungen müssen während des Produktionsprozesses immer wieder bewegt werden, üblicherweise durch Roboter Je schwerer die Vorrichtung, desto größer der Roboter, umso mehr Antriebsenergie wird benötigt Lösungsansatz Analyse der wirkenden Kräfte und Kraftflüsse Rechentechnische Ermittlung einer optimalen Materialan- ordnung im Designraum durch Topologieoptimierung Überführung der optimierten Lösung in ein Bauteil für Dünnwand-Stahlguss Überprüfung der Gießbarkeit durch Simulation Anschließende Überprüfung der mechanischen Eigen- schaften durch FEM-Simulation Umsetzung des Gussteils durch prototypische Erstellung von Gussformen (Formstofffräsen) und anschließendes Abgießen Ressourceneffizienter Karosseriebau durch Leichtbau mit bionischen Gussstrukturen für Betriebsmittel Ziele Senkung der Masse bewegter Schweißvorrichtungen im Karosseriebau um mindestens 20 %, dadurch wird eine Senkung der notwendigen Antriebsleistung und eine kleinere Dimensionierung der Antriebe möglich. Ergebnis Unter Berücksichtigung der Randbedingungen wurde eine optimierte Struktur errechnet. Die Struktur verbindet zwölf Spann- stellen für die zu fügenden Blechteile und fünf Einspannstellen für den Rahmen selbst. Durch eine optimierte Masseanord- nung konnten 27 % der Masse eingespart werden. Es wurde die dafür notwendige Gießtechnologie erarbeitet und die Teile im Stahl-Niederdruckgussverfahren abgegossen. Damit sind durch gezielte Steuerung der Formfüllparameter sehr filigrane Gussteile im Stahlguss möglich. Im Sinne der Ressourceneffizienz wurde kein physisches Gießereimodell erstellt, sondern die Gießform direkt, prototypisch erzeugt. Die Untersuchungen am Stirnwandspannrahmen stehen exemplarisch für eine Vielzahl weiterer Bauteile und -gruppen, welche sich mit Hilfe der Methode optimieren lassen. Von besonderem Interesse sind alle bewegten Teile. Die Massereduzierung be- wirkt neben der Energieeinsparung unter Umständen auch eine Senkung der Investitionskosten, wenn kleinere Roboter zum Einsatz kommen. pro Karosserie (Referenzkarosse) in der Referenzfabrik per anno Zeithorizont 0,1 kWh Elektroenergiereduzierung 25 MWh Elektroenergiereduzierung 24,0 kg Massereduzierung (Roboter mit Stirnwandspannrahmen) Re d u z i e r u n g i m Er g e b n i s d e s Pr o j e k t s Umsetzung Erläuterung auf Seite 3

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