KEM Konstruktion Automobilkonstruktion 01.2017

KAROSSERIE + INTERIEUR

KAROSSERIE + INTERIEUR LEICHTBAU Bild: ElringKlinger Das Concept Car zeigt, wo Polymer-Metall- Hybride im Fahrzeug eingesetzt werden Hydroform-Hybridtechnologie: Kunststoff trifft auf Metall Die Kraft der zwei Werkstoffe Die Automobilindustrie steht vor einem nie dagewesenen Wandel. Emissionsvorschriften werden strenger, der Trend zur Elektromobilität beschleunigt sich. Für die gesamte Automobilindustrie, Hersteller wie Zulieferer, eine enorme Herausforderung. Polymer-Metall-Hybride von ElringKlinger vereinen hohe Funktionalität mit geringem Gewicht – eine Kombination, die auch in Elektroautos Anwendung findet. Jürgen Goroncy, freier Mitarbeiter der KEM Konstruktion Leichtbau hat bei ElringKlinger Tradition. Ende der 1990er Jahre ging das erste Kunststoff-Leichtbauteil in Serie, eine Ventilhaube. Über die Jahre erweiterte sich das Produktportfolio stetig. Auch der Einstieg in den Leichtbau für Karosserie- und Fahrwerksteile ist dem Unternehmen gelungen. Bei der Hydroform-Hybridtechnologie trifft Kunststoff auf Metall. Eine optimale Materialkombination. Hart im Nehmen Die Anforderungen an Funktionalität, Sicherheit, Stabilität, Umweltverträglichkeit, Design und Komfort sind bereits hoch und werden weiter steigen. Umso mehr sind umfassende Werkstoff-, Prozessund Fertigungskompetenz notwendig, um auch im Karosserie - bereich maßgeschneiderte Leichtbauteile anbieten zu können. Eine optimale Materialkombination samt Verbindungstechnik sind beim Hybrid-Leichtbau entscheidend, denn es ergänzen sich dabei die Stärken beider Werkstoffe: zum Beispiel Gewichtseinsparung, hohe Form- und Maßgenauigkeit, gesteigerte Struktursteifigkeit im Crashfall, Realisierung komplexer Geometrien, Multifunktionalität, Integration mehrerer Verfahrensschritte in einen Arbeitsgang sowie weniger Materialeinsatz und folglich auch niedrigere Kosten – die Liste der Vorteile ist lang. Hergestellt werden die Strukturbauteile wie Cockpitquer- oder Frontendträger in einem weltweit führenden Fertigungsverfahren, das Innenhochdruck-Umformen und Spritz - gießen in nur einem Prozessschritt vereint. Dabei wird ein in einem Strangpressverfahren hergestelltes dünnwandiges Aluminiumrohr automatisiert in ein Werkzeug eingelegt. Nach Schließen der Werkzeughälften wird der Innenraum des Rohrs mit einer Flüssigkeit gefüllt, unter Hochdruck gesetzt und erhält so seine präzise Endkontur. Anschließend startet in derselben Werkzeugkavität der Spritzgießprozess. Hierbei wird der geschmolzene Kunststoff in das Werkzeug eingespritzt, der sich dort in der Kavität und um das verformte Rohr verfestigt. Anschließend wird das Hybridbauteil automatisch entnommen und den nachfolgenden Bearbeitungsprozessen zugeführt. 56 K|E|M Konstruktion Sonderausgabe Automobilkonstruktion 01 2017

LEICHTBAU KAROSSERIE + INTERIEUR Bild: ElringKlinger Zur Herstellung von Struktur bauteilen – auch Polymer-Metall-Hybride (PMH) genannt – setzt ElringKlinger auch das Innenhochdruck- Umformen ein Metall und Polymer gehen einen Form- beziehungsweise Kraftschluss ein. An zwei ElringKlinger-Standorten kommt die Technik bisher zum Einsatz: In Suzhou (China) sowie im kanadischen Leamington. Die hierzu benötigten, 32 Tonnen schweren Werkzeuge stellte der konzerneigene Werkzeugbau – bekannt unter dem Markennamen Hummel-Formen – am Standort Lenningen her. Frontend, Cockpit, Motor- und Getriebeträger Im Karosseriebereich fertigt das Unternehmen Cockpitquer- und Frontendträger aus Polymer-Metall-Hybriden. Cockpitquerträger von ElringKlinger vereinen hohe Funktionalität mit geringem Gewicht. Sie tragen beispielsweise Instrumententafel, Lenksäule, Heizungsund Lüftungsmodule, Airbags, Handschuhkasten, Mittelkonsole sowie weitere Ausstattungselemente und verbinden sie sicher mit der Fahrzeugkarosserie. Weiter vorn im Fahrzeug, am Frontend, trägt ein ebenfalls in Hybridbauweise hergestelltes Frontendteil den Ladeluftkühler, die Scheinwerfermodule, den Spritzwasserbehälter, das Signalhorn und das Abstandsradar-Modul. Darüber hinaus stützt es die Motorhaube ab. Als Spezialist für Kunststoffspritzguss geht ElringKlinger auch bei Motor- und Getriebeträgern einen Schritt weiter und ersetzt die bis dato verwendeten metallischen Werkstoffe durch glasfaserverstärkte Thermoplaste. Motorträger aus glasfaserverstärktem Polyamid haben entscheidende Vorteile im Vergleich zu herkömmlichen Aluminium-Konstruktionen: eine bessere Akustik, höhere Wärmeisolierung und der deutliche Gewichtsvorteil. Zudem wird das aus Naturkautschuk hergestellte Motorlager besser vor der Motorhitze geschützt und so die Lebensdauer erhöht. Inserts und Buchsen, aber auch Hitzeschilde können problemlos integriert werden. Die Anwendung von endlosfaserverstärkten Thermoplasten in Kombination mit thermoplastischem Spritzguss ermöglicht den Ersatz von metallischen Komponenten auch bei Strukturbauteilen im Karosserie- oder Interieurbereich. Crashrelevante Bauteile können durch diese Materialkombination als Kunststoffbauteil realisiert werden. Bei dem einstufigen Prozess wird das warme Organoblech direkt in das Spritzgießwerkzeug eingelegt, beim Schließen des Werkzeugs umgeformt und danach direkt angespritzt. Hierbei werden die guten Materialeigenschaften des Organoblechs durch eine zusätzliche Funktionalisierung durch Anspritzen von Rippenstrukturen weiter verbessert. Durch die Möglichkeit der Funktionsintegration können mehrkomponentige metallische Bauteile in ein thermoplastisches Bauteil überführt werden. Leichtbau-Lösungen auch in Elektroautos gefragt Während ElringKlinger seine Kunststoff-Leichtbauteile heute vor allem in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor verbaut und damit zur Gewichts- und Emissionsreduzierung dieser beiträgt, denkt das Unternehmen aus Dettingen/Erms bereits weiter. Die Elektromobilität wird eine wichtige Säule für die künftige Entwicklung des Konzerns darstellen. ElringKlinger profitiert hierbei von der Tatsache, dass Leichtbaukomponenten wie Cockpitquer- und Frontendträger unabhängig vom Antriebssystem Anwendung finden und damit auch in E-Fahrzeugen gefragt sind. jpk www.elringklinger.de Direkt zur ElringKlinger-Themenseite „Kunststoff-Leichtbauteile für die Karosserie“: http://hier.pro/KYfNk K|E|M Konstruktion Sonderausgabe Automobilkonstruktion 01 2017 57