Formgebung mehrachsig stark gekrümmter Stahlbleche mit lastangepassten Versteifungsrippen

Die Versteifung schalenförmiger Tragstrukturen mit Rippen ist ein etabliertes Prinzip des konstruktiven Leichtbaus. Rippenbleche aus metallischem Werkstoff finden beispielsweise Anwendung in der Luft- und Raumfahrt, im Fahrzeugbau und der Architektur. Zu den Vorteilen dieser Bauweise zählt die Möglichkeit, Rippen gemäß der vorherrschenden Lastsituation optimal anzuordnen und die Verrippung einer Tragstruktur mit ihrer mehrachsigen Krümmung zu kombinieren. Aus Sicht der Fertigung stellen genau diese Eigenschaften eine Herausforderung dar, insbesondere wenn gleichzeitig die Werkstoffwahl auf einen Stahl fällt. Ein großer Fertigungs-, Montage- und Fügeaufwand kennzeichnet z. B. die Differentialbauweise. Die Integralbauweise durch Gussverfahren bedingt eine gussgerechten Konstruktion und schränkt zudem die Materialauswahl ein. Trennende Verfahren führen auf eine schlechte Materialausnutzung, lange Prozesszeiten und einen hohen Werkzeugverschleiß.
Als Alternative umgehen die Fertigung ebener Rippenbleche und ihre anschließende Umformung diese Nachteile, indem sie die Verzweigung des Querschnitts von der Formgebung trennen und für beide Schritte die Wahl der jeweils bestgeeigneten Verfahren zulassen. Als besonders vorteilhaft hat sich in Vorarbeiten eine Prozesskette aus Laserschweißen und Hochdruck-Blechumformung erwiesen. Beide Prozesse sind industriell etabliert, ermöglichen die Verarbeitung von Stahl und eignen sich für eine Serienproduktion.
Diese Arbeit beschreibt einen Beitrag zur Weiterentwicklung dieser Vorgehensweise. Hierzu analysiert sie die vorherrschenden Versagensarten der HBU von Rippenblech, die das herstellbare Bauteilspektrum limitieren und leitet Maßnahmen zu ihrer Umgehung und zur Erweiterung der zugehörigen Verfahrensgrenzen ab.