Das Beste von Zweien

Die Kunststoff-Metall-Verbundtechnologie, auch Hybridtechnik genannt, ist im Automobilbau bei der Fertigung von hochbelastbaren, leichten Strukturbauteilen wie Frontends, Pedallagerböcken oder Bremspedalen fest etabliert. Als Metallkomponenten dienten dabei bisher Stahl- oder Aluminiumbleche. Nun ist es laut Werkstofflieferant Lanxess erstmals gelungen, neben Aluminium-Blech auch Organoblech in einem Hybridfrontend einzusetzen – und zwar im Untergurt des Frontends im neuen Audi A8. Dort findet ein U-Profil aus dem Leichtbau-Werkstoff Verwendung.

Das Frontend beweise, so das Unternehmen, dass Organobleche alle Anforderungen etwa in punkto Torsions- und Biegesteifigkeit erfüllen und eine Alternative zu Stahl- und Aluminium-Blechen in der Hybridtechnik sind. Und man prognostiziert: „Wir sehen das Bauteil als Zwischenschritt zu Hybridfrontends, die ausschließlich mit Einlegern aus Organoblech als Vollkunststoff-Teile mit Polyamid 6 in Serie gefertigt werden“. Der Leverkusener Spezialchemiekonzern liefert sowohl zur Herstellung des Organoblechs als auch zum Spritzgießen des Hybridfrontends maßgeschneiderte Polyamid 6-Typen Das Organoblech fertigt die Bond-Laminates im sauerländischen Brilon.
Bei Organoblechen handelt es sich um endlosfaserverstärkte, thermoplastische Kunststoffe (hier mit Polyamid 6 als Matrix), die sich wegen ihrer hohen Festigkeit und Steifigkeit bei geringer Dichte als Leichtbauwerkstoff beweisen. Zur Fertigung eines Hybridbauteils wird das Organoblech zunächst erwärmt, umgeformt und beschnitten, das resultierende Teil anschließend in ein Spritzgießwerkzeug eingelegt und gezielt mit Verrippungen und Versteifungen – zum Beispiel aus Polyamid 6 – stoffschlüssig verstärkt.

Derzeit wird daran gearbeitet, den bisher separaten Umformschritt in das Spritzgießwerkzeug zu verlegen. Umformen und Anspritzen geschehen dann in einem Prozessschritt, was ein Plus an Wirtschaftlichkeit und Produktivität bedeutet.

Potenzial zur Gewichtseinsparung

Die Verstärkung aus Organoblech für den Untergurt – im Obergurt kommt ein Aluminium-Blech zum Einsatz – ist nur 1,0 Millimeter dick. Im Fahrbetrieb wird sie beträchtlich belastet, weil der Untergurt unter anderem Lower Leg-Schutz, Stoßfänger, Unterbodenschutz und die Aufnahme für das Kühlmodul trägt. Dennoch konnte das U-Profil dünner ausgelegt werden als mit Aluminium-Blech. Die Gewichtsreduktion durch generellen Einsatz von Organo- statt Aluminium-Blech wird auf weitere 10 Prozent geschätzt.

Beim Spritzgießprozess wird das leichtfließende, mit 30 Prozent Glasfasern verstärkte Polyamid 6 aus der Durethan-Reihe eingesetzt. Es lasse sich gegenüber vergleichbaren Standardtypen mit bis zu 40 Prozent geringerem Einspritzdruck verarbeiten.

Leichtfließendes PA 6 spart Kosten

Daraus resultiere geringerer Werkzeugverschleiß. Wanddicken lassen sich zudem dünner auslegen und filigrane Bauteilgeometrien präziser abbilden.

Weitere Einsparungen ergeben sich aus niedrigeren Einspritztemperaturen aus sinkendem Energieverbrauch und kürzeren Zykluszeiten. Außerdem werden weniger Anspritzpunkte benötigt, was hilft, eine einheitliche Orientierung der Glasfasern zu erreichen und so Schwindung und Verzug zu minimieren. Zudem kann das die Werkzeugkosten positiv beeinflussen.
Wie auch bei früheren Hybrid-Frontends sind in das Hybridfrontend des A8 zahlreiche Funktionen integriert, was die Folgemontage und daran gekoppelte logistische Abläufe vereinfacht. Dazu zählen zum Beispiel Aufnahmen für Wasserkühler, der Crash-Sensor, die Lüftungshutze des Ölkühlers sowie die Scheinwerfer und deren Rahmen. Integriert sind außerdem Gewindebuchsen und die Anbindungen zur Kotflügelbank und die Stoßfängerhaut.

Das Projekt wurde von mehreren Partnern gestemmt: Lanxess hat bei der Entwicklung Unterstützung in Form von Mold Flow-Analysen geleistet, um unter anderem den Bauteilverzug zu minimieren und eine optimale Werkzeugfüllung zu erreichen. Außerdem wurde das Torsions- und Biegeverhalten des Organoblech-Trägers geprüft, um die Simulation seines Crash-Verhaltens zu validieren. Bei der simulativen Auslegung des Bauteils machte sich bezahlt, dass man über die mechanischen Kennwerte sowohl für das Organo-blech als auch für das leichtfließende Polyamid 6 verfügt. Schließlich halfen Experten des Unternehmens bei der Abmusterung und beim Serienstart.

Service nach Maß bei der Bauteilumsetzung

Nachdem sich die Kunststoff-Metall-Verbundtechnologie im Automobilbau bei der Fertigung von hochbelastbaren, leichten Strukturbauteilen wie Frontends, Pedallagerböcken oder Bremspedalen fest etabliert hat, steht nun offenbar die nächste Evolutionsstufe bevor: Der Ersatz der Metallkomponenten in solchen Baugrupen durch Kunststoffe wird erfahrungsgemäß in kurzer Zeit auch in Fahrzeugen der unteren Klassen Einzug halten.