Das Leichtbau-Bundesexzellenzcluster MERGE der TU Chemnitz präsentiert vom 23. bis 27. April 2018 auf der Hannover Messe neue Prototypen für den Automobilbau. Die Bauteile aus faserverstärktem Kunststoff können dazu beitragen, das Gesamtgewicht eines Pkw zu reduzieren.
An der Schnittstelle von Fahrwerk und Antrieb
Durch hocheffiziente und integrierte Prozessabläufe unter dem Motto „Ein Schuss, ein Bauteil“ entwickelten die Wissenschaftler mittels Spritzgießtechnologie Koppelstreben mit neuartiger Bauteilarchitektur. Neben einer Gewichtsreduzierung dieser Fahrzeug-Bauteile um 75 Prozent gelang es ihnen so, eine signifikante Kostenersparnis bei gleichzeitiger Lebensdauererhöhung zu erreichen. „Der veränderte Aufbau dieses funktionsintegrativen Schnittstellenelements ermöglicht eine gezielte Verlagerung von hohen lokalen Beanspruchungen mittels lasttragender Einleger. Dazu werden sogenannte Organobleche, also thermoplastische Faserverbundhalbzeuge mit endloser Faserverstärkung, oder konturierte Metallbleche sowie Hülsen zur Befestigung des Bauteils am Fahrzeug mit einem Handlingsystem in die Spritzgießmaschine eingelegt und mit Kunststoff umspritzt“, erklärt Tristan Timmel, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Bundesexzellenzcluster MERGE. Das Besondere: Die einzelnen Komponenten des Bauteils können auch in Großserienfertigung dank der Automatisierung des Prozesses individuell je nach Verwendungszweck eingelegt werden, müssen jedoch nicht wie bisher in mehreren aufeinanderfolgenden Montageschritten zusammengefügt werden. Das spart nicht nur Zeit, sondern auch Energie und Kosten.
Zum Einsatz kommen die Koppelstreben u. a. im Bereich des Fahrwerks sowie als Drehmomentabstützung im Bereich des Antriebstranges. Letztere fangen unter Last, also im Betrieb des Fahrzeugs, das sogenannte Differenzdrehmoment von Antriebseinheit und Rädern auf und leiten es in die Karosserie. Dadurch lässt sich auch die Akustik im Fahrzeuginnenraum deutlich verbessern. Die Bauteile finden aktuell gleich mehrfach als Prototypen Anwendung im „Chemnitz Car Concept“ (CCC), einem Systemdemonstrator auf der Plattform eines VW up! Das CCC repräsentiert MERGE-Technologien als ein elektrisch angetriebenes Leichtbaufahrzeug. Sowohl Innen- als auch Außenbauteile – von Leichtbaukomponenten bis zum Antriebsstrang – werden von den MERGE-Forschenden als Referenzteile neu entwickelt und exemplarisch im „MERGE up!“ verbaut.
Gleiche Eignung, weniger Gewicht
Auch bei einem thermoplastischen Druckluftbehälter, wie er vor allem in Nutzfahrzeugen eingesetzt wird, konnten die MERGE-Wissenschaftler durch eine Kombination aus Spritzgieß- und Wickeltechnologie eine signifikante Reduzierung des Gewichts bei gleicher Eignung erreichen. So wurden sowohl Fassungsvermögen, Größe des Bauteils als auch Betriebsdruck beibehalten. Das Gewicht reduzierten die Forschenden von 2,8 Kilogramm auf 1,3 Kilogramm um mehr als die Hälfte. Auch ein Erdgasrack für Fahrzeuge, das zu Befestigung von Gasdruckbehältern dient, wurde aus faserverstärkten thermoplastischen Halbzeugen als Pressbauteil gefertigt. Dadurch werden nicht nur etwa 15 Kilogramm Gewicht gegenüber der üblichen Herstellungsweise eingespart, sondern auch die Kosten reduziert, denn die leichtere Montage trägt zu einer geringeren Fertigungszeit bei.
Bis zur Serienreife entwickelt
Im vergangenen Jahr präsentierten die Chemnitzer Forscher auf der Hannover Messe mit der Durchlade einer Pkw-Rücksitzbank ein Bauteil, dessen Gewicht um mehr als die Hälfte reduziert werden konnte und trotzdem im Crash-Fall den Kräften standhält. Es war das erste Strukturbauteil, welches im Chemnitzer Exzellenzcluster als faserkunststoffverstärktes Bauteil konstruiert, technologisch als Prototyp umgesetzt und bis zur Serienreife weiterentwickelt wurde.
