Hybrid-Technik – unterschiedliche Materialwelten miteinander verbinden
Von Guido Deußing
Die Bezeichnung „Hybrid“ hat aus sprachlicher Sicht verschiedene Ursprünge. Sie leitet sich zum einen aus dem Griechischen ab und bedeutet so viel wie „hochmütig“, „übersteigert“ oder „vermessen“. Damit aber hat die Hybridtechnik nichts gemein.
Ihr Wurzeln gründen in der lateinischen Sprache, in dem das Wort ein Gemisch aus Verschiedenem zweierlei Herkunft bedeutet. Ein Beispiel soll diesen Sachverhalt veranschaulichen: das Wort „Automobil“.
Es passt nicht nur sehr gut in den Kontext, sondern beschreibt ihn auch ausgezeichnet. Dieses Wort setzt sich zusammen aus „Auto“ und „mobil“, also zwei an und für sich eigenständigen Worten. Das aber ist nicht der springende Punkt, sondern die Tatsache, dass „Auto“ ein der deutschen und „mobil" ein der lateinischen Sprache entlehntes Wort ist – Worte zweierlei Herkunft.
Weitere Beispiele?
Hybridautos sind so ausgelegt, dass sie mit zwei verschiedenen Energiequellen fahren können: Flüssigtreibstoff und Gas oder Flüssigtreibstoff und Strom. Ähnlich werden Anwendungen in der Raumfahrt bezeichnet. Raketen, die zum Antrieb sowohl festen als auch flüssigen Treibstoff verwenden, nennt man Hybridraketen. Oder: Hybridrechner sind Rechner, die sowohl mit analoger als auch digitaler Technik arbeiten.
Bei traditionellen Konstruktionsmethoden stehen sich Metall und Kunststoff normalerweise in einer ausgeprägten Wettbewerbsposition gegenüber. Die Hybrid-Technologie nutzt gezielt die Vorteile beider Werkstoffe, um sie in einem Formteil miteinander zu kombinieren. Ein konkretes Anwendungsbeispiel soll diese Beschreibung veranschaulichen:
Fokus auf die Hybrid-Technik
Ende 1997 wurde erstmals das Frontend im Audi A6 als Hybrid-Konstruktion aus einer Kombination von Stahlblech und einem Polyamit hergestellt. Wesentlich bei der Hybrid-Konstruktion: die spezifischen Eigenschaften der ein gesetzten Werkstoffe gehen nicht verloren, sondern ergänzen sich. Es entsteht ein Materialverbund mit physikalischen Eigenschaften, die mit homogenen Werkstoffen nicht zu erzielen wären.
Die Fertigung beruht ebenfalls auf der Kombination zweier Produktionsverfahren: Metall-Tiefziehen und Kunststoff-Spritzgießen. Damit ergänzen sich nicht nur die Eigenschaften, sondern auch die wirtschaftlichen Methoden der Massen- beziehungsweise Serienfertigung.
Wie funktioniert nun diese Technik? Vereinfacht ausgedrückt wird ein gelochtes Stahlblech in ein Spritzwerkzeug eingelegt und mit einem geeigneten Kunststoff umspritzt. Dabei dringt die Kunststoffschmelze durch die gestanzten Öffnungen des Stahlblechs – es wird vollständig eingehüllt und durch die Verbindung der Kunststoffschichten beider Seiten fest eingeschlossen. Auf diese Weise entsteht eine hochbelastbare kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen beiden Komponenten – ohne zusätzliche Kleber oder Haftvermittler.
Diese Technik bietet viele Vorteile. In Bezug auf die ständig geforderten Gewichtsreduzierung von Bauteilen lassen sich tragende Metallstrukturen noch dünnwandiger auslegen: Mit gezielt angespritzten Kunststoffrippen lässt sich die Tendenz dünner Konstruktionen deutlich reduzieren, unter Belastung zu knicken und auszubeulen. Die Belastbarkeit der Bauteile bleibt erhalten, obwohl das Gewicht reduziert wird. Außerdem: Die Kunststoffstrukturen erhöhen nachweisbar die Leistungsfähigkeit der Metallkonstruktion bei Druck- und Biegebelastung. Mit anderen Worten: Das Traumpaar Kunststoff und Stahl im Verbund weist gegenüber herkömmlichen Bauelementen, die nur aus dem einen oder anderen Material bestehen, erhebliche Vorteile auf.
Weitere, ungeahnte Möglichkeiten bieten nunmehr die Faser-Kunststoffverbünde – ebenfalls ein Werkstoff aus der Hybridfertigung. GDeußing