19.03.2010

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LANXESS: Spritzgegossene Reserveradmulde mit karosserieversteifender Wirkung

Hochgefülltes Polyamid 6 als Alternative zu Stahl, Aluminium und GMT
Seine sehr hohe Steifigkeit und Festigkeit eröffnet hochverstärktem Polyamid 6 im Automobilbau neue Einsatzchancen als Alternative zu Stahlblech, Aluminium und glasmattenverstärkten Thermoplasten (GMT). Ein aktuelles Beispiel hierfür ist die Reserveradmulde mit integrierten Verstärkungskanälen im neuen Audi A8. Sie besteht aus dem mit 60 % Glasfasern hochgefüllten Durethan DP BKV 60 H2.0 EF von LANXESS. „Unser Polyamid 6 ist Material der Wahl, weil sich mit ihm die komplexe Teilegeometrie präzise im Spritzguss umsetzen lässt. In Metallblech ist das Bauteil dagegen wegen des engen Bauraums und der großen Tiefziehverhältnisse kaum darzustellen. Außerdem sind mit unserem Kunststoff zahlreiche Funktionen direkt integrierbar. Diese Funktionen hätten bei einer Ausführung in Metall viele separate Fertigungs- und Fügeschritte mit entsprechenden Kosten bedeutet“, so Martin Klocke, Key Account Manager für Audi. Gegen eine GMT-Konstruktion sprach unter anderem der enorme Nacharbeitsaufwand, den die filigrane Struktur des Bauteils mit sich gebracht hätte. Hersteller der Reserveradmulde ist die voestalpine Plastics Solutions mit Sitz im holländischen Putte.

Hohe Bauteilsteifigkeit gefordert
Die Reserveradmulde ist mit Maßen von 100 x 85 x 32 cm für ein Spritzgussteil ungewöhnlich groß. Das reine Kunststoffgewicht beträgt ca. neun Kilogramm. Das Bauteil wird mit der Rohkarosse verklebt und verschraubt und hat über seine eigentliche Funktion hinaus die Aufgabe, den Hinterwagen zu versteifen. Dazu sind zwei je rund zwei Meter lange, in Gasinjektionstechnik (GIT) umgesetzte Verstärkungskanäle integriert. Zur hohen Gesamtsteifigkeit trägt das Polyamid 6 wesentlich bei. Sein Zugmodul ist bei Raumtemperatur mit etwa 19.000 MPa (konditioniert 13.000 MPa) doppelt so hoch wie das eines mit 30 % Glasfasern gefüllten Standard-Polyamid 6. Selbst bei hohen Temperaturen bleibt seine Steifigkeit – wie von Audi etwa für Bauteilbereiche nahe der Abgasanlage gefordert – erhalten. Die hohe Steifigkeit und Festigkeit werden auch benötigt, weil an die Reserveradmulde zahlreiche, insgesamt rund 70 kg schwere Anbau- und Ausstattungsteile (Package) befestigt sind – so zum Beispiel das Ersatzrad, der Luftfeder-Kompressor, verschiedene Steuergeräte, Wagenheber, Werkzeug und die Batterie. Letztere ist auf einem Aluminium-Blech fixiert, das in das Bauteil integriert ist. Dadurch wird verhindert, dass sie sich bei einem Crash mit Heckaufprall löst.

Stabile, sichere Fertigung, hoher Rezyklatanteil
Die Reserveradmulde wird in einem Prozessschritt per Spritzguss gefertigt. Eine besondere Herausforderung waren dabei die Größe und 3D-Komplexität des Formteils, das hohe Schussgewicht von rund 12 kg, das präzise Hinterspritzen des Aluminium-Bleches für die Batterie und die Integration des GIT-Verfahrens für die Verstärkungskanäle. Um eine präzise Dosierung zu erreichen, kommt eine 2.700-t-Spritzgießmaschine mit einer Schnecke zum Einsatz, die einen relativ großen Durchmesser von 150 mm hat.

Zunächst wird das Polyamid 6 in das Werkzeug eingespritzt. Dazu sind wegen der exzellenten Fließfähigkeit des hochgefüllten Werkstoffs – er ist ähnlich fließfähig wie ein Standard-Polyamid 6 mit 30 % Glasfasern – nur zwei Anschnitte notwendig. Anschließend werden im GIT-Verfahren die Verstärkungskanäle ausgeblasen, wobei überschüssige Schmelze in Überlaufkavitäten gedrückt wird. „Mit unserem Werkstoff sind dabei dünne Wanddicken umsetzbar. Außerdem kann die ausgeblasene Schmelze als Rezyklat mit einem Anteil von 30 % wieder in den Prozess zurückgeführt werden“, erläutert Markus Hildebrandt, GIT-Experte bei LANXESS. Ein wichtiger Vorzug des Polyamid 6 war auch, dass der Werkzeugverschleiss dank der hohen Fließfähigkeit vergleichbar mit einem Standard-Polyamid 6 mit 30 % Glasfasern ist.

Kundenservice für eine optimale Bauteilqualität
LANXESS leistete bei der Entwicklung der Reserveradmulde einen umfangreichen Service. So wurden mit Mold Flow-Analysen die Wanddicken optimiert und der Verzug minimiert. Unterstützung gab es auch beim Werkzeugbau, bei der Abmusterung und ersten Produktionsversuchen. Außerdem wurde die Recyclingfähigkeit des GIT-Materials geprüft und mit Hilfe der integrativen Simulation das Schwingungsverhalten des Formteils berechnet, heißt es abschließend in einer Mitteilung des Unternehmens.

Weitere Informationen: www.lanxess.com

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