Digitales Sichtsystem ersetzt Rückspiegel

Spiegelanordnung auf der Beifahrerseite eines Actros – Rampenspiegel, Rückspiegel, Frontspiegel. (Bildquelle: Simone Fischer/Redaktion Plastverarbeiter)

Viele sicherheitsrelevante Aspekte sind vom Gesetzgeber genormt. So auch das Sichtfeld eines Lkw-Fahrers, das laut Norm ECE R46/04 in vier Klassen eingeteilt ist. Die Klassen II und IV werden durch den klassischen Rückspiegel abgedeckt. Ein Rampenspiegel versetzt den Fahrer in die Lage, auf der Beifahrerseite das Geschehen sowie Radfahrer und Fußgänger auf Höhe der Zugmaschine (Klasse V) einzusehen. Der Frontspiegel ermöglicht selbiges im Sichtfeld Klasse VI, die sich direkt vor der Fahrerkabine befindet. Für die Zonen V und VI gibt es seit einigen Jahren Spiegelersatzsysteme, die dem Fahrer den jeweiligen Bereich an Displays im Führerhaus anzeigen. Jedoch waren die Rückspiegel aus Haupt- und Weitwinkelspiegel bisher immer als herkömmliche Einheiten ausgeführt. Der Spiegelsystemhersteller Mekra Lang aus dem mittelfränkischen Ergersheim hat gemeinsam mit der Daimler AG das Digitale Sichtsystem (DVS) entwickelt, das den klassischen Rückspiegel ersetzt. Nach einer dreijährigen Entwicklungszeit wurde das DVS auf der IAA-Nutzfahrzeuge 2018 erstmalig präsentiert. Die Entwicklung erfolgte gemeinsam mit Mercedes-Benz Lkw und wird beim neuen Actros serienmäßig zum Einsatz kommen.
„Der Anforderungskatalog an das zu entwickelnde System war seitens des Kunden sowie durch Gesetze und Normen, wie die ECE R46, die die indirekte Sicht am Fahrzeug beschreibt, enorm,“ erläutert Stefan Centmayer, Leiter der mechatronischen Systementwicklung bei Mekra Lang. „Denn bis dato war ein derartiges System für Nutzfahrzeuge noch nicht am Markt zugelassen.“

Der Unterschied liegt nicht nur im Detail

Das Spiegelsystem und das Spiegelersatzsystem. Michael Hornung, Key Account Manager Daimler bei Mekra Lang, zeigt die Systeme im direkten Größenvergleich. (Bildquelle: Simone Fischer/Redaktion Plastverarbeiter)

Die serienmäßigen Spiegelsysteme sind rund 900 mm hoch und bieten mit einer Breite von durchschnittlich 250 mm eine große Angriffsfläche für den Fahrtwind. Daher sollte ein kompaktes System ausgearbeitet werden, das sich positiv auf den Cw-Wert des Lkw auswirkt. Mekra Lang entwickelte eine HDR-Kamera, mit der das Spiegelersatzsystem klein und windschnittig möglich ist. Das DVS ist lediglich circa 100 mm hoch und ist außerhalb des Fahrersichtfelds am Fahrzeug montiert. Die Bildschirme, die dem Fahrer das Kamerabild zeigen, sind in der Fahrerkabine an den beiden A-Säulen angebracht. Weiterhin ermöglicht die Kamera eine Trailernachverfolgung, sodass der Fahrer auch bei Kurvenfahrten oder bei Wendemanövern das Ende seines Fahrzeugs im Blick hat. Beim Spurwechsel oder Andockmanövern werden dem Fahrer Hilfslinien am Bildschirm eingeblendet, die die Fahrzeugführung vereinfachen. Die treibende Motivation für die Systementwicklung war, dem Lkw-Fahrer neben einem Sichtgewinn zusätzlichen Mehrwert und Sicherheit zu bieten.

Vielfalt an Maschinen

Mit einem Tandemwerkzeug werden die Halbschalen der Tragarme des Actros-Spiegelsystems gefertigt. (Bildquelle: Simone Fischer/Redaktion Plastverarbieter)

Die Tragarme des bisherigen Spiegels sind zweischalig aufgebaut. Die beiden Halbschalen aus PA6GF30, für den oberen und unteren Arm, werden mit einem Tandemwerkzeug auf einer 350 Tonnen Spritzgießmaschine produziert. Direkt an den Formgebungsprozess schließt sich das Reibschweißen an. Um die Stabilität und somit ihre Belastbarkeit zu erhöhen, werden die noch warmen Halbschalen gefügt. Das Tandemwerkzeug bietet die Gelegenheit in kurzer Zeit die Arme paarweise herzustellen, zu verpacken und der Montage als Satz bereitzustellen.
In der Spritzgießabteilung bei Mekra Lang werden auf 60 Spritzgießmaschinen von Ferromatik, Engel und Krauss Maffei von 30 bis 1.300 Tonnen Schließkraft an fünf Tagen pro Woche im Drei-Schicht-Betrieb Kunststoffteile gefertigt. „Da im Lean Management produziert und die Kunden Just in Sequence beliefert werden, sind 60 bis 90 Werkzeugwechsel an der Tagesordnung,“ berichtet Klaus Herschner, der die Technik in der Spritzerei verantwortet. „Dies bedeutet, dass jede Maschine mindestens einmal täglich gerüstet wird. Für die Tagesproduktion der bis zu 150.000 Teile werden 20 bis 21 Tonnen Kunststoff benötigt.“ Verarbeitet werden hauptsächlich PA6 mit einem Glasfasergehalt von 30 und 50 Prozent sowie ABS und ASA.

Die Halbschalen der Tragarme des Spiegelsystems werden durch Reibschweißen verbunden und erhalten dadurch eine höhere Stabilität. (Bildquelle: Simone Fischer/Redaktion Plastverarbeiter)

Die Angüsse, Anfahr- sowie Ausschussteile werden sortenrein gesammelt, an ein externes Unternehmen geliefert, das diese regranuliert, um anschließend den Prozessen im eigenen Haus wieder zugeführt zu werden.
„Da die Spiegelsysteme über alle Typen hinweg leichter werden sollen, haben wir das Mucell-Verfahren qualifiziert,“ so Willi Felbinger, interner Berater Kunststoff- und Formenentwicklung. „Geplant ist, die Technologie, die bis zu zehn Prozent Gewichtsreduktion am Bauteil bringt, bei Neuentwicklungen für innenliegende Teile einzusetzen.“
Die Materialversorgung der Spritzgießmaschinen erfolgt für die Hauptmaterialien zentral. Die Lagerkapazität der Granulate im Außenbereich wurde Ende 2018 von einem Edelstahlsilo mit 50 m³ und acht mit je 75 m³ Fassungsvermögen um zwei weitere Großsilos erweitert. Die Granulate werden zu einem zentralen Bahnhof gefördert, getrocknet und über ein kilometerlanges Rohrleitungsnetz an die einzelnen Maschinen verteilt. 90 Prozent der Anwendungen erhalten die Materialien zentral, kleinere Mengen werden über Oktabin oder Sackware zugeführt.

Integrierte Funktionalität

Die 1.200 aktiven Werkzeuge werden an verschiedenen Stellen im Werk Ergersheim gelagert. (Bildquelle: Simone Fischer/Redaktion Plastverarbeiter)

Der Spiegelhersteller hat einen eigenen Werkzeugbau, der die rund 1.200 aktiven Werkzeuge in Stand hält und kleinere, eilige Änderungen und Anpassungen vor Ort durchführt. Da viele Sichtteile mit Class-A-Oberflächen aus den Werkzeugen entnommen werden, liegt ein besonderes Augenmerk auf der Reinigung der Kavitäten. „Um von den Werkzeugoberflächen die Additivablagerungen zu entfernen, setzen wir CO₂-Schneestrahlverfahren ein“, sagt Felbinger. „Je nach Gehalt und Art der Additive werden die Werkzeuge auch im laufenden Prozess auf der Maschine gereinigt, um einwandfreie Bauteiloberflächen zu erhalten.“

Blick in das Werkzeug der genarbten Abdeckung des Digitalen Sicht Systems. (Bildquelle: Simone Fischer/Redaktion Plastverarbeiter)

Neue Werkzeuge, wie die für das Digitale Sichtsystem, werden grundsätzlich in enger Abstimmung mit der Konstruktionsabteilung von Mekra Lang bei externen Partnern gefertigt. Der Bau der Werkzeuge für die tragenden Kunststoffkomponenten der Spiegelsysteme ist anspruchsvoll, da in die Bauteile zahlreiche Funktionselemente integriert sind.

„Wir nutzen den Kunststoff, um viel Funktionalität mit möglichst wenigen Bauteilen darzustellen“, sagt Centmayer. „Die Formgebung der Tragteile des DVS im Spritzguss bietet viele Vorteile. So können im Haltearm funktionelle Geometrien wie zum Beispiel Rippen, Sensoraufnahmen, Schraubdome, Rastfunktionen, Luftführungen sowie verschiedene Öffnungen für die Kamera realisiert werden. Dadurch werden zusätzliche Bauteile und Montageschritte eingespart.“

Zahlreiche Funktionselemente sind in das Spritzgießteil integriert, um die Montage von Kleinteilen einzusparen. (Bildquelle: Simone Fischer/Redaktion Plastverarbeiter)

Neues Stabilitätskonzept

Die derzeitigen Spiegelsysteme erhalten ihre Stabilität durch ein Aluminiumrohr, das mit dem Spiegelgehäuse und den beiden Tragarmen verpresst ist. Beim Spiegelersatzsystem kommt diese ausschließlich durch den Polyamid-Haltearm. Dieser wurde durch verschiedene Simulationstechniken konstruktiv so ausgelegt, dass er Lasten aufnehmen, verzugsfrei hergestellt und exakt am Fahrzeug angebracht werden kann, damit die genaue Fahrposition der Kamera sichergestellt ist. Befestigt wird das Digitale Sichtsystem über ein Aludruckgussteil an den dafür vorgesehenen Haltepunkten der Karosserie.

Stefan Centmayer erläutert seinen Kollegen die in den Haltearm des Spiegelersatzsystems integrierten Funktionen. (Bildquelle: Simone Fischer/Redaktion Plastverarbeiter)

Das Kameragehäuse im Innern des DVS besteht aus zwei Aludruckgusshalbschalen. Weiterhin kommen bei verschiedenen Halteelementen im Innern des Ersatzsystems leitfähige Kunststoffe zum Einsatz, um die elektromagnetische Abschirmung sowie die elektrostatische Ableitung sicherzustellen. Die Kabelführung ins Lkw-Innere zu den Monitoren erfolgt über entsprechend eingebrachte Kanäle.
Sowohl Haltearm als auch die Abdeckung des DVS sind A-Flächen und dürfen keinerlei Einfallstellen und Abzeichnungen besitzen. Werden die Verkleidungsteile undekoriert eingesetzt, so sind die Oberflächen genarbt. Wird die Abdeckung lackiert oder verchromt, so werden die Bauteile in hochglanzpolierten Werkzeugen gefertigt, um die gewünschte Oberflächengüte nach der Beschichtung zu erzielen. „Um die geforderten Oberflächenqualitäten zu erzeugen, arbeiten wir bei vielen Sichtteilen mit Druckspeichern, die uns ein deutlich schnelleres Füllen der Form ermöglichen,“ erläutert Ernst Mangold, Abteilungsleiter Kunststofftechnik. „Wichtig ist beim schnellen Einspritzen, dass die Werkzeugentlüftung ausreichend ist, damit es zu keinem Brenner am Fließwegende kommt.“ Doch nicht nur die Oberflächen sind für den Designer wichtig, sondern auch die Spaltmaße zwischen Ober- und Unterteil. Diese sind exakt festgelegt und müssen von allen Bauteilpaarungen eingehalten werden.

Ausgezeichnetes System

Dadurch, dass das Ersatzsystem sehr kompakt ist, mit weniger Komponenten auskommt und die schweren Spiegelgläser durch eine leichte Kamera ersetzt sind, konnte das Gewicht eines Systems von circa 4,5 kg auf rund 2 kg reduziert werden. Das geringe Gewicht und in erster Linie das aerodynamische Design des DVS führen zu einer Kraftstoffeinsparung von bis zu 1,5 Prozent. All diese Punkte haben dazu geführt, dass Mekra Lang im Februar 2019 von Daimler mit dem Daimler Supplier Award in der Kategorie „Innovation“ für das Digitale Sicht System ausgezeichnet wurde.