24.02.2010

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Lanxess: Leichtbau durch Evolution der Blech-Polyamid-Verbundtechnik - Trend von Stahl zu Alu

Unter das Motto Leichtbau durch Hybridtechnik hat die Lanxess Deutschland GmbH ihren diesjährigen Auftritt auf der VDI-Fachtagung Kunststoffe im Automobilbau gestellt. Das Unternehmen verfügt nach eigenen Angaben als Erfinder der Hybridtechnik über mehr als 20 Jahre Erfahrung mit der Verbundbauweise aus Stahlblech und Polyamid. In Mannheim stellt das Unternehmen nun Weiterentwicklungen der "klassischen" Hybridtechnik und neue Konzepte für leichte Materialverbunde vor. Sie sollen dem Automobilbau Möglichkeiten für beträchtliche Gewichtseinsparung und Kostenreduktion bieten.

Organoblech-Hybridtechnik erstmals in Großserienproduktion
Als Highlight ist das erste Hybridserienbauteil mit einem Einleger aus Organoblech angekündigt. Das hochintegrierte Karosserie-Strukturbauteil belege, dass der Herstellprozess für Organoblech-Hybridkomponenten ausgereift ist und hohe Jahresstückzahlen wirtschaftlich produziert werden können. Organobleche sind Plattenhalbzeuge aus einer Fasergewebe-verstärkten Thermoplastmatrix, die deutlich weniger wiegt als Stahlblech. Im Fall des Strukturbauteils bestehen die Platten aus Polyamid 6. Die daraus ebenfalls mit Polyamid 6 gefertigten Hybridbauteile zeigen, wie vergleichende 3-Punkt-Biegeversuche am Erlanger Träger ergaben, eine höhere Belastungsgrenze und damit Energieaufnahme als ihre Stahlpendants. Außerdem sind sie demnach deutlich torsionssteifer. Lanxess kann als Partner für die Anwendungsentwicklung von Organoblech-Hybridbauteilen alle Rohstoffe für die Herstellung der Halbzeuge als auch maßgeschneiderte Polyamide und Polyester für die Hybridtechnik aus einer Hand anbieten. Außerdem verfügt das Unternehmen über langjährige Erfahrung unter anderem bei der Berechnung und Prüfung von Verbundbauteilen mit anisotropen Materialeigenschaften. Besonders bei der CAE-Simulation von endlos verstärkten Verbundsystemen wurde in die Weiterentwicklung der Methodik und Prüftechnik investiert. Dazu gehören die Teilnahme an BMBF-Projekten und die Investition in entsprechende Prüfmaschinen.

Das präsentierte Karosserieteil ist auch ein Beispiel für den Trend zu Aluminium-Blechen bei Hybridkonstruktionen. Alu-Bleche sind leichter als Stahl, weshalb zurzeit etwa Hybridfrontends vermehrt mit Blechen aus dem Leichtmetall gefertigt werden. Häufig kommt dabei als Kunststoff-Partner leichtfließendes Polyamid 6 zum Einsatz, um konstruktive Vorteile zu erschließen und Kosten bei Material und Fertigung einzusparen.

Hochgefüllte Polyamide in der Hybridtechnik
Als weiteres Exponat soll ein rund ein Quadratmeter großes 3D-Karosserieanbauteil zu sehen sein, das in den hinteren Bereich einer Oberklasselimousine eingeklebt wird. Es besteht aus dem mit 60 Prozent Glasfasern hochverstärkten, aber dennoch leichtfließenden Polyamid 6 Durethan DP BKV 60 EF H2.0. Das Bauteil steht stellvertretend für die großen Chancen, die das hochsteife Material in puncto Wanddickenreduktion bei der Konstruktion großflächiger, geometrisch komplexer Strukturbauteile sowohl in Voll-Kunststoff- als auch Hybridausführung bietet. Gleichzeitig ist es ein weiteres Beispiel für den Trend zur Verwendung von Alu- statt Stahlblechen in der Hybridtechnik. So ist ein mechanisch sehr belasteter Bereich, der zahlreiche, teils schwere Anbauteile tragen muss, mit einem Alu-Blech verstärkt.

Vollflächiges "Hybridkleben" - Kraftaufnahme mehr als verdoppelt
Außerdem wird an einer neuen Variante der Hybridtechnik gearbeitet: Die Basis bilden mit Haftvermittlern beschichtete Stahlbleche, die nach dem Umformen im Spritzgießwerkzeug eine Rippenstruktur aus Polyamid erhalten. Dabei entstehen keine punktuellen Verankerungen zwischen Metall und Kunststoff, sondern es resultiert ein vollflächig haftender Verbund. Die quasistatische Simulation von 3-Punkt-Biegungen am Erlanger Träger haben ergeben, dass solche Verbünde im Vergleich zur Standard-Hybridtechnik mehr als doppelt so hohe Kräfte aufnehmen können und deutlich biege- und torsionssteifer sind.

Es geht jedoch auch ohne Metalle: Einen weiterern Schwerpunkt des Auftritts werden Polyamid 6- und 66-Typen für Rohrsysteme bilden, die im Motorraum beim Luftmanagement, im Öl- und Kühlkreislauf und in der Treibstoffzuführung zum Einsatz kommen. Vorgestellt werden zum Beispiel neue Materialien für das Blasformen solcher Teile und für die Wasserinjektionstechnik, aber auch für treibstoffführende Leitungen - hier besonders für die AdBlue-Versorgung.

Bild: Beim "Erlanger Träger" - einem für Standarduntersuchungen verwendeten Modellträger - liegen die mechanischen Kennwerte der Organoblech-Hybridkonstruktion signifikant höher als bei einem Pendant auf der Basis von Blech. Dadurch können solche Bauteile deutlich mehr Energie aufnehmen.

Weitere Informationen: www.lanxess.com

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