25. JUNI 2016

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Es lebe der intelligente Materialmix


Pfiffige Lösungen kann man sich gerade von den eher ­unbekannten zulieferern der großen Automobilhersteller ­erwarten. Die Frage »Stahl, Aluminium oder Plastik?« stellt sich hier nicht, denn der richtige mix machts.

Alle kennen die namhaften Automobilhersteller, doch bei Zulieferern müssen die meisten passen. Eigentlich schade, denn viele gute Ideen stammen von Lieferanten. bbr betrachtet daher mit der Werkstoffbrille Konzepte aus Deutschland, Frankreich, den USA und Österreich.

Es lebe der Materialmix!
In diesem Beitrag kommen ­unter anderem Experten aus der Autositz-Szene, Kunststoff- und Aluminiumindustrie sowie von einem großen US-Zulieferer zu Wort. Ihr gemeinsamer Nenner: Bei den Werkstoffen ist die Zeit der Monokultur längst passé - es lebe der Materialmix. Das trifft besonders zu für die Produkte der C. Rob. Hammerstein GmbH & Co. KG (CRH) aus Solingen, die ihre besten Entwicklungen im wahrsten Sinn ›aussitzen‹. CRH produziert Komplettsitzstrukturen und Verstellsysteme für Sitze sowie Lenksäulen und variable Innenraumkonzepte. Leicht, günstig ­und voll im Trend. Die Vorgaben der Kunden, großen OEM und Systemlieferanten, sind im Prinzip für alle Produkte gleich: Komponenten ohne Mehrkosten, die weniger wiegen, aber den gleich hohen Anforderungen an Sicherheit und Umweltschutz entsprechen. Ein Trend in Solingen: Mittel- und hochfeste Spezialstähle lösen die „Allerweltssorten“ ab. Ein Beispiel: Bei lasttragenden Elementen ver­wenden die Solinger hochfeste Mehrphasenstähle mit einer Festigkeit von mehr als 1.000 MPa.

Kunststoff statt Blech?
Zum Teil kommt es aber laut Dr. Wilfried Beneker, dem technischen Direktor, auch zu Metallsubstitution: Statt teurem Magnesium kommen etwa bei Getriebe-Gehäusen zunehmend glasfaserverstärkte Kunststoffe (GF-Anteil: 30 bis 50 Prozent) zum Zuge. Diese Gehäuse mit einer Festigkeit von 150 bis 200 MPa entstehen in einem speziellen Spritzgussverfahren. Bei komplexeren Bauteilen verwendet CRH Aluminium. Interessant ist eine Faustformel: Aluminium mit einer Festigkeit von 300 MPa besitzt die gleiche Umformbarkeit wie ein 900-MPa-Stahl.

Hydroforming, Thixoforming oder?
Für Anwender sind auch die Erfahrungen in Sachen Fer­tigungsverfahren interessant: Hydroforming kommt für CRH nur eingeschränkt in Frage, weil es zu langsam arbeite, wenn Löcher in das Blech zu stanzen sind. Auch Thixoforming sei „eher weniger gefragt“, weil es zu teuer sei. ­Solingen setzt daher auf die konventionelle Prozesskette Biegen und Stanzen, wobei das Stanzen reduziert werden soll. Ansonsten kommt das Fließpressen und Druckgießen zum Einsatz.

Lösung aus der Kunststoffecke
Zwei sehr interessante Entwürfe, die den Karosserie- und Fahrwerksbau umkrempeln könnten, präsentierte (ausgerechnet) ein franzö­sischer Zulieferer aus der ›Kunststoffecke‹. Die Rede ist von Plastic Omnium (9.500 Mitarbeiter, 1,8 Milliarden Euro Umsatz), deren Geschäftsbereich Auto Exterior die Nr. 2 auf dem Markt für Karosserieteile und -module sein soll. Zur Idee Nummer eins: Es handelt sich um eine in Karosseriebau lang gehegte Idee. Experten meinten, es ließe sich mit einer nicht aufklappbaren, zugeschraubten Motorhaube eine zugleich preiswertere und steifere Karosserie verwirklichen. Reparaturstätten kämen dann entweder vom Fahrzeuginneren oder per Aufschrauben an den Motorraum.

Serviceklappe inklusive
Für Öl- und Wasserwechsel gäbe es eine kleine Serviceklappe. Diesen Traum jeden Karosserieentwicklers (und den Albtraum eines jeden Auto­tuners) verwirklichte Plastic Omnium mit einem Kunststoffmodul mit Serviceöffnung. Es handelt sich dabei um eine Kombination zweier Werkstoffe: Das Modul vereint eine ­Außenstruktur aus Thermoplast mit einem Innenteil aus Duroplast. Zur Werkstoffwahl bei diesem Hybridkonzept: Während die Franzosen Thermoplaste wegen ihrer Formflexibilität, Oberflächenqualität und Festigkeit bei kleinen Zusammenstößen (etwa beim fixen Einparken) auswählten, entschieden sie sich für die Duroplaste vor allem wegen deren Festigkeit.

Leicht und sicher
Philippe Favre, Business Development Director hebt die Vorteile des SMC-Innenteil hervor: „Mit ihm lassen sich bessere Ergebnisse bei den HIC-Tests (HIC: Head Impact Criteria, Anmerkung der Red.) als bei einer klassischen Stahllösung erzielen. Das Modul bietet dem Fußgänger eine höhere Sicherheit, wenn dessen Kopf auf der Motorhaube aufschlägt.“ Als weitere Pluspunkte nennt er die auf fünf Kilogramm geschätzte Gewichtsverringerung, die starke Integration der Funktionen und die bessere Zugänglichkeit bei der Wartung (Demontage der kompletten Motorhaube). Die Karosserie ist in diesem Bereich leichter, weil Scharniere und Klinken entfallen. Durch die Befestigung direkt an den Stoßfängern und Kotflügeln verringert sich die Anzahl an Fugen und Spalten. Alles in allem rechnet Plastic Omnium - auch wegen der Integration von Funktionen - mit einer Kostensenkung von 15 Prozent.

Modulares Fahrwerkskonzept
Als sehr viel interessanter bezeichnet Sébastien Guyon, Product Marketing Manager, das neue modulare Fahrwerkkonzept: Es geht um das so genannte Heckbodenmodul, das sich in zwei Submodule unterteilt: Einem kundenspe­zifischen Oberrahmen für indi­viduelle Anwendungen (zum Beispiel Plattformlänge, Sitzschienen, Schalldämmung) plus einem standardisierten Unterrahmen für die Energieversorgung des Antriebs. Hier werden beispielsweise die Tanks für Kraftstoffe aller Art oder Elektroakkus untergebracht. Ein Plus: Der integrierte Tank steigert durch Ausnutzen von ›totem‹ Raumvolumen sein Fassungsvermögen etwa um 50 Prozent.

Die Idee mit der Plattform
Zu den Pluspunkten zählen neben Funktionsintegration (unter anderem: Tank, Bodengruppe, Hecköffnung und Befüllsystem), Optimieren der Innenraumnutzung (flacher Boden/schlanker Tank), Vereinfachen der Montage beim OEM vor allem die Plattform-Idee, die für eine Standardisierung des Karosseriebaus führen soll. Bei dem zum Patent angemeldeten Modul ist die Materialfrage noch nicht geklärt, aber ein intelligenter Werkstoffmix mit Stahl, Alu und Kunststoffen bietet sich an.

Aluminium auf Kundenwunsch
Zu den Spezialitäten der Salzburger Aluminium AG zählen Alu-Guss- und Umformwerkstoffe der Tochter SAG Aluminium Lend. In den Sichtbereich (zum Beispiel Abdeckungen Motorrad, Gurtintegralsitze, Fahrwerk, Motormanagement) gehen die Werkstoffe, die sich per Thixoforming bearbeiten lassen. Jörn Denzler, Leiter Vertrieb Automobil bei der SAG Euromotive GmbH & Co. KG, Ranshofen/Österreich: „Nur mit wenigen Alu-Werkstoffen wie unseren maßgeschneiderten Legierungen aus eigener Produktion funktioniert das Thixotrop-Umformen.“
Aber auch das Verarbeiten seiner eigenen Aluminiumlegierungen gehört zu den Stärken: Im Kommen befindet sich die Wärmevorbehandlung (zum Beispiel Lösungsglühen), welche die Festigkeit deutlich erhöht. (Anmerkung der Redaktion, Quelle: www.irt.rwth-aachen.de: Thixoforming ist eine innovative Fertigungstechnologie, bei der die günstigen Eigenschaften geschmiedeter Bauteile mit der Formenvielfalt, die bei Gießprozessen erreicht werden, kombiniert werden. Die eingesetzten Werkstoffe werden in einem thixotropen „teilfesten/teilflüssigen“ Zustand verarbeitet - das heißt sie verflüssigen sich, wenn sie Scherkräften unterliegen, die beispielsweise bei der Füllung einer Form auf sie wirken. Der Werkstoff wird auf die Temperatur erwärmt, bei der er ein thixotropes Verhalten zeigt. Die anschließende Formgebung kann dann auf Schmiedepressen oder Druckgussmaschinen erfolgen.)

Kunden werden „Alu“ bevorzugen
Auf Aluminium setzt auch die amerikanische Dana Corporation aus Ohio (45.000 Mitarbeiter, rund acht Milliarden US-Dollar Umsatz) bei einem Sportwagen. Von GM erhielt der Automobilzulieferer den Auftrag, komplett aus Aluminium eine ultraleichte Space-Frame-Karosserie für die neue Corvette Z30 zu entwickeln. Die Teile des Alu-Space-Frame entstehen per Hydroformen, Strangguss und Pressen. Beim Fügen setzt Dana unter anderem auf Magnetpuls-Schweißen und Laser. Dabei gelang dem Automobilzulieferer ein Durchbruch. Nach Firmenangaben ließ sich die Dicke des per Laser zu fügenden Alubleches fast verdoppeln. Trotzdem kann Dana die engen Toleranzen von GM einhalten. Das Interessante: Die Kunden haben die Wahl. Dazu Dan Souhan, Manager Structure: „Auf der gleichen Montagelinie entstehen wahlweise Corvette Z30 mit Stahl- oder Aluminiumkarosserie. Die Kunden werden aber die Premium-Version mit Aluminium bevorzugen.“

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