1. DEUTSCH
  2. Konzern
  3. Forschung
  4. Werkstoffe & Fertigungsverfahren

Wir setzen Cookies (eigene und von Drittanbietern) ein, um Ihnen die Nutzung unserer Webseiten zu erleichtern und Ihnen Werbemitteilungen im Einklang mit Ihren Browser-Einstellungen anzuzeigen. Mit der weiteren Nutzung unserer Webseiten sind Sie mit dem Einsatz der Cookies einverstanden. Weitere Informationen zu Cookies und Hinweise, wie Sie die Cookie-Einstellungen Ihres Browsers ändern können, entnehmen Sie bitte unserer Cookie-Richtlinie. Akzeptieren

Werkstoffe & Fertigungsverfahren

Der Werkstoff – die Basis

Werkstoffe sind die Basis für unsere Fahrzeuge und Fertigungsverfahren. Ihre Bedeutung reicht aber noch weiter: Über ihre haptischen und visuellen Eigenschaften transportieren sie das Produkterlebnis und Qualitätsverständnis des Volkswagen Konzerns.

Für jeden Kundenwunsch, jedes Konzernsegment, jedes Fahrzeugkonzept und jedes Bauteil arbeiten wir am bestmöglichen Werkstoff. In ihrer Funktion optimieren die Werkstoffe, Bauteilperformance, Design, Komfort und Sicherheit vor Kunde.

Wir treiben den Perspektivwechsel hin zu völlig neuen Werkstoffen voran. Im Fokus stehen dabei nicht nur klassische Parameter wie Festigkeit und Verformbarkeit, sondern die gesamte Bandbreite der mechanischen, chemischen und elektrischen Eigenschaften. Bei der Optimierung der Werkstoffe verfolgen wir einen ganzheitlichen Ansatz, der deren Anwendung und den Fertigungsprozess einschließt. Dank der Simulation gewinnen wir ein noch tieferes Verständnis des Materialverhaltens bis hin auf die atomare Ebene.

Wir nutzen dieses Know-how sowohl bei der Entwicklung neuer Werkstoffe als auch für flexible und effiziente Fertigungsprozesse. Virtuelle Techniken unterstützen ihre Wirtschaftlichkeit. Unsere Fügetechnologien eröffnen dem Konzern ganz neue Möglichkeiten beim Material-Mix und bei den Formgebungsverfahren. Das Ergebnis sind maßgeschneiderte, optimale Werkstoffe und Werkstoffkombinationen, die die höchsten Anforderungen in Sachen Nachhaltigkeit, Kosteneffizienz, Sicherheit und Anmutung erfüllen.

Wir betrachten die eingesetzten Werkstoffe im System, kooperieren mit Entwicklern, Produktions- und Fertigungsexperten und sind ein verlässlicher, inspirierender Partner für Forschungseinrichtungen und Zulieferer.

Adhäsionsuntersuchung an verschiedenen Werkstoffoberflächen

Bronzeschicht auf einem Stahl-Grundwerkstoff

Unterschiedlichste Grenzflächen, wie z.B. die zwischen Klebstoff und Metallkarosserie oder die zwischen einer Funktionsschicht und der Zylinderlauffläche oder die Grenzfläche zwischen Dekorschicht und Kunststoffbauteil müssen eines erfüllen: ihre Oberflächen müssen aneinander dauerhaft haften. 

Wird ein Bauteil beschichtet, so sind die Adhäsionsbedingungen für die Schicht aufgrund der Vielzahl von Materialkombinationen Schicht/Bauteil ebenso vielfältig. Daher muss für die Einsatzfähigkeit eines Klebstoffes oder eines beschichteten Bauteils grundsätzlich die Adhäsion zwischen Schicht- und Grundwerkstoff untersucht werden. 

In der Konzernforschung wird daher zum einen auf die rechnerische Betrachtung der Grenzflächen zurückgegriffen. Damit ist es möglich, die Adhäsionskräfte, insbesondere im Nano- sowie im Mikrometerbereich, zu simulieren. Von den berechneten Adhäsionskräften kann auf die Haftung zwischen den Werkstoffpaarungen geschlossen werden. 

Zum anderen werden die Werkstoffproben im Labor vermessen und analysiert. 
Hier kann mit verschiedensten Methoden wie z.B. einem Kontaktwinkelmessgerät die Oberflächenenergie der einzelnen Werkstoffoberflächen ermittelt, mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) und der energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX) die Struktur im Nanometerbereich sowie die atomare Zusammensetzung dargestellt und die Haftfestigkeit charakterisiert werden.

Mit dem genauen Verständnis der Interaktion zwischen Schicht- und Grundwerkstoff wird ein wichtiger Beitrag für den Einsatz neuer Werkstoffkombinationen im Fahrzeug- und Leichtbau geleistet.

Innovative Werkstoffkonzepte für das Thermomanagement

CO2-Anforderungen und E-Mobilität verlangen nach innovativen Werkstoffkonzepten für das Thermomanagement des Fahrzeuginnenraums, so dass die thermische Behaglichkeit in der Fahrgastzelle zu jeder Jahreszeit ohne Einbußen der Reichweite gewährleistet werden kann.

Dabei sollen keine aktiven Klimatisierungsmaßnahmen, sondern passive  Lösungen auf Basis neuartiger Werkstoffe und Bauweisen  einen Beitrag leisten. Das können z. B. thermische Isolationsmaterialien, funktionalisierte Verglasung (Infrarot-Reflexion, aktive und passive Verdunkelung, Beschichtungen mit geringem Wärmedurchgang) oder auch IR-reflektierende Lacke sein.

Weiterhin stellt die Ermittlung von thermomechanischen Kenngrößen potenziell geeigneter Karosserie- und Innenraummaterialien zur Simulation des thermischen Innenraumverhaltens eine wichtige Grundlage dar. Es werden sowohl Serienmaterialien als auch innovative Werkstoffe  zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit analysiert.

Neben innovativen Maßnahmen für den Innenraum, werden außerdem neue Wege gesucht, um z.B. den Verbrennungsmotor oder die Batterie thermisch zu optimieren. Ziel ist es, für unterschiedliche Anwendungen den richtigen Werkstoff für ein optimales Thermomanagement zu finden. 

Zweistufiges Scherschneiden zur Reduktion der Kantenrissempfindlichkeit

Die Kantenrissempfindlichkeit hochfester Stahlwerkstoffe stellt dieKaltumformung komplexer Bauteile vor große Herausforderungen. Durch eineninnovativen Scherschneidprozess konnten Kantenrisse vollständig beseitigt und Oberflächeneinbußen an umgeformten Schnittkanten minimiert werden. BeimKragenziehen von Grobblechen gelang es,  in Untersuchungsreihen mit dem zweistufigen Herstellungsprozess das Aufweitverhältnis auf Grund der hervorragenden Schnittflächenqualität um bis zu 100 Prozent zu steigern. Dieses Verfahren wurde in einer Kooperation zwischen der Konzernforschung KEFW/M, dem Institut für Umformtechnik und Gießereiwesen der TU München und dem Volkswagen-Komponentenwerkzeugbau in Braunschweig entwickelt.

Neue Methode zur Simulation der Warmumformung höchstfester Stähle

Der Klimawandel und die damit verbundene globale Erwärmung ist eine der größten Herausforderungen der Bevölkerung im 21. Jahrhundert. Politik und Wissenschaft sind sich einig, dass der weltweite CO2-Austoß bis zum Jahr 2050 halbiert werden muss, um den Anstieg der globalen mittleren Temperatur auf weniger als 2 °C zu begrenzen. Im Falle eines PKWs gilt die Faustformel, dass eine Gewichtseinsparung von 100 kg zur Reduktion des CO2-Verbrauchs von 850 g führt. Mit 40% Massenanteil am Gesamtgewicht eines Fahrzeugs besitzt die Karosserie ein enormes Potential zur Gewichtseinsparung. 

Eine innovative Möglichkeit zur Gewichtsreduktion der Fahrzeugkarosse ist die Substitution von Werkstoffen geringerer Festigkeit durch höchstfeste Stähle. Dadurch ist es möglich, bei gleichbleibender Performance, das Gewicht der Bauteile infolge von Wanddickenverringerung um bis zu 20 % zu reduzieren. Höchstfeste Karosseriebauteile aus Stahlblech werden aus fertigungstechnischen Gründen üblicherweise mit dem Warmumformverfahren hergestellt. Dieses Verfahren vereint die Formgebung unter erhöhter Temperatur sowie die Härtung des Bauteils in einem Prozessschritt. Die Auslegung derartiger hoch komplexer Prozesse erfordert den prozessbegleitenden Einsatz von Simulation. Die aktuelle Standardvorgehensweise in der Methodenplanung ist die Absicherung von Materialversagen im Umformschritt unter Verwendung von thermo-mechanischen Simulationsmodellen. Ein aktueller Forschungsschwerpunkt zielt auf die Optimierung von Materialmodellen ab, um die Genauigkeit der Gefügemodellierung und die damit verbundene Eigenschaftsprogonose zu verbessern. Über eine vollständige Kopplung von metallurgischen und thermo-mechanischen Materialmodellen können explizit in komplexen warmumgeformten Bauteilen die resultieren Eigenschaften exakter vorhergesagt werden.

Dieses Thema ist Bestandteil der Volkswagen Konzernforschung, um die Machbarkeit zu studieren und nicht Serienumfang, bzw. ist derzeit kein Einsatz in Serie geplant.