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Stahlentwicklung LH800® für den Integralträger der aktuellen Mercedes E-Klasse

30.09.2009

Stahlentwicklung LH800® für den Integralträger der aktuellen Mercedes E-Klasse

30.09.2009

Die neue E-Klasse (Foto: Mercedes-Benz)
Integralträger aus LH®800 mit Zinklamellenbeschichtung

Ende März 2009 rollte die neue E-Klasse zu den Mercedes-Händlern. Mit dabei: der luftvergütbare Stahl LH800® aus dem Hause Salzgitter. Aus diesem ist der komplette Integralträger der Vorderachskonstruktion des Fahrzeugs hergestellt.

Der LH800® wurde, wie der LH900®, bei der Salzgitter Mannesmann Forschung in Zusammenarbeit mit der Salzgitter Flachstahl als Alternative zu hoch- und höchstfesten Stählen in kürzester Zeit zur Serienreife entwickelt und auf den Markt gebracht. Diese luftvergütbaren Stähle mit einer Mindestzugfestigkeit im vergüteten Zustand von 800 MPa bzw. 900 MPa, daher die Namen, sind im Lieferzustand hervorragend umformbar. Als fertiges Bauteil sind sie zudem sehr fest, ermöglichen ein sehr gutes Crashverhalten und erfüllen gleichzeitig die Anforderungen an eine leichtere Bauweise.

Vorteile von lufthärtbaren Stählen
Platinen aus LH800® und LH900® sind im weichen Lieferzustand durch Tiefziehen oder ein anderes modernes Umformverfahren ausgezeichnet zu hochkomplexen Bauteilen verformbar. Als geschweißtes Rohr können sie sogar mit Innenhochdruck ohne Zwischenglühungen umgeformt werden. LH®-Stähle lassen sich komfortabel und prozesssicher schweißen und oberflächenveredeln. Die Schweißnähte an LH®-Stählen zeigen konstant hohe Festigkeiten und einen homogenen Härteverlauf. Dies ermöglicht den Einsatz der Bauteile insbesondere bei schwingenden Belastungen. Die Bauteile können abschließend in einem üblichen Beschichtungsverfahren mit einem Korrosionsschutz versehen werden. Hochfeste Bauteile aus LH®-Stählen gewährleisten größtmöglichen Insassenschutz bei hoher statischer und dynamischer Belastung im Betrieb wie auch im Crashfall. Damit sind LH800®- und LH900®-Stähle moderne Alternativen zu hoch- und höchstfesten Stählen. Im Vergleich zu diesen Werkstoffen wie auch zu Aluminium und anderen Leichtmetalllegierungen bieten LH®-Stähle deutlich höhere Festigkeiten. Dies ermöglicht es, die Blechdicke erheblich zu verringern. LH®-Stähle kombinieren damit die aktuellen Anforderungen an automobile Werkstoffe hinsichtlich Sicherheits- und Leichtbaupotenzial. Nach umfangreichen Vorversuchen hat sich Daimler daher entschlossen, den LH800® zur Fertigung des Integralträgers für die neue E-Klasse einzusetzen.

Erste Serienanwendung: der Integralträger der neuen E-Klasse
Auf dem Integralträger werden Vorderachskomponenten, Lenkgetriebe, Motor und Getriebe vormontiert. Er ist fest mit den Längsträgern der Karosserie verschraubt, sodass er auch als wichtiges Element der vorderen Crashstruktur der neuen E-Klasse dient. Beim Frontalaufprall bildet der Integralträger einen separaten Lastpfad, auf dem die Aufprallenergie gezielt absorbiert wird. Durch die Kombination verschiedener Herstellungsverfahren konnten die Mercedes-Ingenieure das Gewicht des Integralträgers im Vergleich zum aus Aluminium bestehenden Vorgängermodell um rund vier Kilogramm verringern - bei unverändert hoher Steifigkeit und Festigkeit. Bereits in der aktuellen C-Klasse wird ein bauähnlicher Integralträger in Stahlleichtbauweise verwendet, wobei eine Aluminium-Druckgusskonstruktion ersetzt werden konnte. Schon hier konnten durch die Verwendung von Stahlblech mit hoher Festigkeit geringere Wanddicken verbunden mit einer Gewichtseinsparung realisiert werden. Der Integralträger besteht aus einer Vielzahl von Rohr- und Blechteilen, die zum weitaus größten Teil (bis auf einige angeschweißte Hülsen) aus LH800® gefertigt sind. Die verarbeiteten Rohrteile werden zunächst durch Laserstrahlschweißen von Spaltband vorgefertigt und erhalten ihre endgültige Form durch Innenhochdruckumformen (IHU). Ein Vorteil der lasergeschweißten Rohre aus LH800® ist hierbei, dass sie vor dem IHU-Prozess keiner zusätzlichen Glühbehandlung unterzogen werden müssen. Nach erfolgter Montage erhält der fertige Integralträger ohne weitere Zwischenschritte eine Zinklamellenbeschichtung als Korrosionsschutz.

Weitere Anwendungspotenziale für LH®-Stähle
Die LH®-Stähle zählen zu der Kategorie der so genannten PFHT-Stähle (Post-Forming Heat-Treatable). Daher können die geformten Bauteile in einem nachgeschalteten Fertigungsprozess im Ofen unter Schutzgas aufgewärmt und schließlich bei natürlicher Abkühlung an Luft oder Schutzgas gehärtet werden. Bedingt durch das ausgefeilte Legierungskonzept zeigen die LH®-Stähle nach dieser Abkühlung ein hochfestes martensitisches Gefüge. Der Stahl muss somit nicht mehr zum Härten in Wasser oder Öl abgeschreckt werden. Die Bauteile oder auch gefügte Baugruppen können anschließend angelassen und hierbei vergütet werden, wobei durch Variation der Prozessbedingungen die gewünschten mechanischen Kennwerte zielgerichtet eingestellt werden können. Diese Besonderheit hat die Automobilhersteller veranlasst, weitere mögliche Einsatzgebiete für die LH®-Stähle zu erkunden. Dies sind insbesondere solche geschweißten Bauteile, die statisch und dynamisch hoch belastet sind und tragende sowie sicherheitsrelevante Funktionen haben, wie etwa Kardanwellen, Hybrid- und Querlenker, Überrollbügel oder Trailerachsen. Dies bietet dem Automobilhersteller neue Möglichkeiten zur weiteren Verringerung des Fahrzeuggewichts, was letztendlich zur Ressourcenschonung und zur Reduzierung der Schadstoffemissionen beiträgt.