Das Thema Leichtbau ist vor allem in der Automobilindustrie ein „Dauerbrenner“ und hat durch den jüngsten Trend zum Elektroauto noch mehr Schub erhalten. Ein Beispiel für Gewichtsreduktion ist die Kunststoff-Metall-Verbundtechnologie. „Das Leistungspotenzial der als Hybridtechnik bezeichneten Technologie sei noch lange nicht ausgereizt“, erläuterte Dr. Hubert Fink, Leiter der Business Unit Semi-Cristalline Products, Lanxess, während der K-Vorpressekonferenz. Ihr stünde eine Evolution bevor, weil statt Stahl- und Aluminiumblechen jetzt ebenfalls viel leichtere, so genannte Organobleche eingesetzt werden. Die leichten und zugleich steifen Plattenhalbzeuge aus einem Glasfasergewebe, das in eine Polymer-Matrix eingebettet ist, werden thermogeformt und mit Durethan im Spritzgussverfahren zu leichten, hochbelastbaren Hybrid-Strukturbauteilen verarbeitet. Auf der K wird die erste Anwendung, das Frontend des Audi A8, als Hybridserien-Frontend zu sehen sein. Durch den Einsatz dieser Hybridsysteme ließen sich etwa 10 Prozent des Bauteilgewichtes einsparen.

Gewichtsreduktion durch Hybridbauweise

Was Simulations-Tools leisten können, zeigt das Beispiel eines Kupplungspedals in Metall-Kunststoff-Hybridbauweise. Um Kosten und Gewicht zu sparen sollte nach Vorgaben eines Auftraggebers ein bestehendes Kupplungspedal aus Stahlblech durch eine Konstruktion in Hybridbauweise bei gleichen oder verbesserten mechanischen Eigenschaften ersetzt werden. Ein erster Konstruktionsvorschlag in Hybridbauweise wog bereits bei vergleichbaren Bauteileigenschaften deutlich weniger. Allerdings lagen die Kunststoff-Rippen zu dicht aneinander woraus sich die Aufgabe ableitete, mit möglichst wenigen, aber an den richtigen Stellen platzierten Rippen eine möglichst hohe Steifigkeit bei minimierten Materialeinsatz zu erreichen. Dabei sollte das Volumen der Rippen nicht mehr als 25 Prozent des Bauraums beanspruchen. Um das spritzgegossene Bauteil im Werkzeug schnell kühlen zu können und so kurze, wirtschaftliche Zykluszeiten zu ermöglichen, sollte die maximale Wanddicke der Rippen 4 bis 5mm nicht überschreiten und möglichst bei 3mm liegen.

Aus diesen Randbedingungen wurde mit Hilfe einer Optimierungs-Software ein Vorschlag für eine Verrippung berechnet, der auch fertigungstechnische Aspekte berücksichtigte. Das daraus abgeleitete Bauteil war schon etwa 100g leichter als sein Pendant aus Stahlblech.
Im nächsten Schritt wurde der Optimierungsvorschlag in ein detailliertes Berechnungsmodell umgesetzt, um eine virtuelle Bauteilprüfung des Entwurfs durchzuführen. Dabei zeigte sich, dass sich bereits mit einem Standard-Polyamid mit 30 Prozent Glasfaserverstärkung fast alle Anforderungen an die Steifigkeit erfüllen ließen. In y- und z-Richtung ist die Hybrid-Konstruktion deutlich steifer, lediglich in x-Richtung ist die Verformung etwa 20 Prozent höher. Dieses Problem konnte durch den Einsatz eines Polyamides mit einem höheren Glasfaseranteil von 60 Prozent gelöst werden. Alles in allem sei das Kupplungspedal in Hybridbauweise um mehr als 300g leichter als die ursprüngliche Stahlversion.
Außerdem sei es bei der Verfeinerung der CAE-Tools gelungen, die Prozesssimulation und Strukturanalyse mit Hilfe der so genannten integrativen Simulation zu verknüpfen und damit die aus dem Herstellprozess resultierenden inneren Bauteileigenschaften wie Eigenspannungen und Glasfaserorientierungen nachfolgenden Simulationen zugänglich zu machen. Das Simulationstool sei mittlerweile so ausgereift, dass es zur Entwicklung von sehr komplexen Bauteilen wie hochintegrierten Ölwannen und Front-endmodulen erfolgreich eingesetzt wird.

Schäumen im Spritzguss

Trotz großer Vorteile haben sich Schäumverfahren im Spritzguss bisher nicht breiter durchsetzen können. Das lag unter anderem an der schlechten Oberflächenqualität der resultierenden Bauteile. Deshalb wurde jetzt ein neues Polyamid 6 und 66 Durethan für das physikalische und chemische Schäumen maßgeschneidert, um diesen Nachteil auszugleichen.

Das Interesse an geschäumten Spritzgussteilen ist deshalb so groß, weil sich mit ihnen im Vergleich zu massiven Formteilen Material und bis zu 20 Prozent Bauteilgewicht einsparen lassen – bei vertretbaren Einbußen hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften. Die geschäumten Teile sind außerdem deutlich verzugsärmer und zeigen kaum Einfallstellen. Die Werkzeuginnendrücke lassen sich um bis zu 80 Prozent reduzieren, weshalb der Verarbeiter auf kleinere, kostengünstigere Spritzgießmaschinen mit geringeren Schließkräften zurückgreifen kann. Außerdem wird das Werkzeug weniger belastet, was längere, wirtschaftlichere Standzeiten bedeutet. Weiteres Einsparpotenzial eröffnen die meist spürbar kürzeren Zykluszeiten. Auch in puncto akustischer Dämpfung sind geschäumteBauteileinteressant. Be

Die Gas- und Wasserinjektionstechnik (GIT und WIT) sind etablierte Verfahren zur Produktion von Rohren für den Motorraum von Fahrzeugen. Für diese Verfahren und dieses Anwendungssegment wurde Durethan TP 424–009 (zukünftig Durethan AKV 30 G HR DUS 023) entwickelt. Das verarbeitungsoptimierte Polyamid 66 eignet sich besonders für Hohlkörper, die große Rohrquerschnitte und komplexe Geometrien mit Abzweigungen, Querschnittsabflachungen und großen Winkeln aufweisen. Aus dem Material werden bereits im GIT- und WIT-Verfahren Serienbauteile gefertigt. Potenzielle Anwendungen sind Bauteile wie Ölstabrohre, Kühlwasserrohre, Kraftstoffleitungen und -verteilerleisten. Der hydrolysestabilisierte Werkstoff ist mit 30 Gewichtsprozent einer speziellen Glasfaserverstärkung und mit einer an die spezifischen Anforderungen des WIT-/GIT-Prozesses angepassten Additivierung ausgerüstet.

Das neue Bayfomox-Sprühschaumsystem und Disflamoll TP LXS 51036, ein geruchsneutrales Flammschutzmittel für PVC-basierte Kunstlederprodukte wird den K-Besuchern vorgestellt. Weitere Produkte sind eine Reihe halogenfreier Flammschutzmittel, die dem wachsenden Bedarf vieler Anwender nach Alternativen zu problematischen Additiven entgegenkommen. Disflamoll DPK zum Beispiel zeichnet sich durch besonders niedrige o-Kresolgehalte aus, Levagard DMPP gilt als guter Ersatz für Dimethylmethylphosphonat, (DMMP), welches nach aktuellen EU-Regularien als toxisch gekennzeichnet werden muss.

Autor

Über den Autor

Martina Bechstedt