23.03.2010

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LANXESS: Frontend in Hybridtechnik mit Organoblech

Die Kunststoff-Metall-Verbundtechnologie, auch Hybridtechnik genannt, ist im Automobilbau bei der Fertigung von hochbelastbaren, leichten Strukturbauteilen wie Frontends, Pedallagerböcken oder Bremspedalen fest etabliert. Als Metallkomponenten dienten dabei bisher Stahl- oder Aluminiumbleche. Nun ist es nach LANXESS-Angaben erstmals gelungen, neben Aluminium-Blech auch Organoblech in einem Hybridfrontend einzusetzen – und zwar im Untergurt des Frontends vom neuen Audi A8. Dort findet ein U-Profil aus dem Leichtbau-Werkstoff Verwendung. „Das Frontend beweist, dass Organobleche alle Anforderungen etwa in punkto Torsions- und Biegesteifigkeit erfüllen und eine Alternative zu Stahl- und Aluminium-Blechen in der Hybridtechnik sind. Wir sehen das Bauteil daher als Zwischenschritt zu Hybridfrontends, die ausschließlich mit Einlegern aus Organoblech als Vollkunststoff-Teile mit Polyamid 6 in Serie gefertigt werden“, erklärt Ulrich Dajek, Konstruktionsexperte bei LANXESS.

Der Leverkusener Spezialchemiekonzern liefert sowohl zur Herstellung des Organoblechs als auch zum Spritzgießen des Hybridfrontends maßgeschneiderte Polyamid 6-Typen des Sortimentes Durethan. Das Organoblech wird von der Bond-Laminates GmbH aus Brilon gefertigt.

Bei Organoblechen handelt es sich um endlosfaserverstärkte, thermoplastische Kunststoffe (hier mit Polyamid 6 als Matrix), die wegen ihrer hohen Festigkeit und Steifigkeit bei gleichzeitig geringer Dichte ein hervorragender Leichtbauwerkstoff sind. Zur Fertigung eines Hybridbauteils wird das Organoblech zunächst erwärmt, umgeformt und beschnitten, das resultierende Teil anschließend in ein Spritzgießwerkzeug eingelegt und gezielt mit Verrippungen und Versteifungen zum Beispiel aus Polyamid 6 stoffschlüssig verstärkt. Zusammen mit Partnern arbeitet LANXESS derzeit daran, den bisher separaten Umformschritt in das Spritzgießwerkzeug zu verlegen. Umformen und Anspritzen erfolgen dann in einem Prozessschritt, was ein Plus an Wirtschaftlichkeit und Produktivität bedeute.

Potenzial zur Gewichtseinsparung
Die Verstärkung aus Organoblech für den Untergurt – im Obergurt kommt ein Aluminium-Blech zum Einsatz – ist nur 1,0 Millimeter dick. Im Fahrbetrieb wird sie beträchtlich belastet, weil der Untergurt unter anderem den Lower Leg-Schutz, den Stoßfänger, den Unterbodenschutz und die Aufnahme für das Kühlmodul trägt. Dennoch konnte das U-Profil dünner ausgelegt werden als mit Aluminium-Blech. „Wir schätzen, dass der Einsatz von Organo- statt Aluminium-Blech generell noch einmal ein Einsparpotenzial beim Bauteilgewicht von ca. 10 Prozent eröffnen kann“, so Dajek.

Leichtfließendes Polyamid 6 spart Kosten
Beim Spritzgießprozess zur Produktion des Hybridfrontends kommt das leichtfließende, mit 30 Prozent Glasfasern verstärkte Polyamid 6 Durethan BKV 30 EF zum Einsatz. Es lässt sich gegenüber vergleichbaren Standardtypen von Polyamid 6 mit Einspritzdrücken verarbeiten, die bis zu 40 Prozent niedriger sind. Daraus resultiert ein geringerer Werkzeugverschleiß, was die Kosten für die Instandhaltung des Werkzeugs senkt. Wanddicken lassen sich zudem dünner auslegen und filigrane Bauteilgeometrien präziser abbilden. Weitere Einsparungen ergeben sich aus niedrigeren Einspritztemperaturen (Energieverbrauch, Zykluszeit). Außerdem werden weniger Anspritzpunkte benötigt, was hilft, eine einheitliche Orientierung der Glasfasern zu erreichen und so Schwindung und Verzug zu minimieren.

Hohes Maß an Funktionsintegration
Wie auch bei früheren Hybrid-Frontends sind in das Hybridfrontend vom Audi A8 zahlreiche Funktionen integriert, was die Folgemontage und daran gekoppelte logistische Abläufe erheblich vereinfacht. Zu diesen Funktionen zählen zum Beispiel Aufnahmen für den Wasserkühler, den Crash-Sensor, die Lüftungshutze des Ölkühlers und für den Scheinwerfer und dessen Rahmen. Integriert sind außerdem Gewindebuchsen und die Anbindungen zur Kotflügelbank und die Stoßfängerhaut.

Service nach Maß bei der Bauteilumsetzung
LANXESS hat die Partnerfirmen bei der Entwicklung des Frontends umfangreich unterstützt. So wurden beispielsweise Mold Flow-Analysen durchgeführt, um unter anderem den Bauteilverzug zu minimieren und eine optimale Werkzeugfüllung zu erreichen. Außerdem wurde das Torsions- und Biegeverhalten des Organoblech-Trägers geprüft, um die Simulation seines Crash-Verhaltens zu validieren. Bei der simulativen Auslegung des Bauteils machte sich bezahlt, dass LANXESS über die mechanischen Kennwerte sowohl für das Organoblech als auch für das als Spritzgießpartner eingesetzte, leichtfließende Polyamid 6 verfügt. Schließlich halfen Experten des Unternehmens bei der Abmusterung und beim Serienstart.

Weitere Informationen: www.lanxess.com

VDI-Tagung „Kunststoffe im Automobilbau“, 17.-18. März 2010, Mannheim, Stand 2