Der BAGS ist seitlich mit den Längsträgern verschraubt. Als Strukturbauteil muss er hohe Steifigkeits- und Festigkeitsanforderungen erfüllen. Er wird daher in Kunststoff-Metall-Verbund- bzw. Hybridtechnik gefertigt. Metalleinleger befinden sich an den Seiten und im Obergurt. Letzterer enthält auch das Haubenschloss und ist dadurch hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt. Der Bolster hat zahlreiche Schnittstellen zu anderen Systemen des Vorderwagens – etwa zu Sensoren, Leitungen und zum Luftführungssystem – und ist deshalb ein hochintegriertes Bauteil. Seine Hauptaufgabe ist es, die schweren Kühlsysteme zu tragen und in Position zu halten. Darüber hinaus sind neben dem Active Grill Shutter, der über einen Hebel gesteuert wird, zahlreiche Funktionen wie Führungen, Aufnahmen für den kompletten Elektromotor und Befestigungselemente integriert.

Zusammenarbeit über gesamte Entwicklungskette

Bei der Entwicklung des Serienbauteils arbeiteten OEM, Systemlieferant und Rohstoffhersteller von der ersten Idee über die Konstruktion, den Werkzeugbau, die Bauteilprüfung und Abmusterung bis zum Produktionsstart eng zusammen. Seitens Ford wurden für den Start der Entwicklung der Bauraum und die wichtigsten Eigenschaften des Strukturbauteils wie Crash-Verhalten, Traglasten und Auslegung in Hybridbauweise festgelegt. Lanxess sprach mit Blick auf diese Vorgaben eine Materialempfehlung aus und machte auf Basis der Berechnung von ersten wichtigen Lastfällen – wie Versicherungseinstufungstests – einen virtuellen, kunststoffgerechten Entwurf zur Gestaltung des Bauteils inklusive einer verstärkenden Rippenstruktur. Ziel war, die Machbarkeit des Bauteils hinsichtlich Lastfälle, Bauraum, Materialien und wirtschaftlicher Fertigung nachzuweisen.

Sichere Direktverschraubung

Im Rahmen der Materialempfehlung passte Lanxess das avisierte Polyamid 6 an die Anwendung an. So zeichnet sich der glasfaserverstärkte Thermoplast unter anderem durch einen geringeren Verlust der Vorspannkraft nach dem Verschrauben aus. Dies ist wichtig, weil für den BAGS an einigen Stellen Direktverschraubungen vorgesehen waren. Diese sind deutlich kostengünstiger, weil Metallinserts eingespart werden können und stattdessen direkt in den Kunststoff geschraubt werden kann. In vergleichenden Versuchen konnte Lanxess zeigen, dass die Direktverschraubungen mit dem gewählten Polyamid 6 stabiler, langlebiger und sicherer auszulegen sind als mit Polypropylen. Dies hat auch eine höhere Prozesssicherheit bei der Vor- und Endmontage der Baugruppe zur Folge.

Mit Hilfe des Gestaltungsentwurfs von Lanxess entwickelte Röchling, Systemlieferant des BAGS mit Sitz in Worms, das erste CAD-Modell des Bauteils. Dieses Modell berücksichtigte den Entwicklungsstand des gesamten Fahrzeugs und war Ausgangspunkt für die Detailentwicklung des Bolsters. So war eine schrittweise Anpassung des Strukturbauteils an die zahlreichen Anbaukomponenten notwendig. Umgekehrt mussten zahlreiche Anbaukomponenten für das neue BAGS-Konzept verändert werden.

Lanxess führte im Laufe dieser Bauteilverfeinerung verschiedene Berechnungen und Simulationen durch – beispielsweise zur Verbesserung der Steifigkeit der Kühlerlager. Diese Optimierungen waren auch wegen des engen Bauraums für die Kühler besonders anspruchsvoll. Besondere Beachtung fand die Simulation des Steifigkeitsverhaltens des Bolsters. Er darf sich im Fahrbetrieb nicht so stark verformen, dass er an andere Komponenten stößt und diese beschädigt. Berücksichtigt wurden dabei auch besondere Fahrsituationen wie Erschütterungen durch Schlaglöcher. Geprüft wurde weiterhin, ob Verbindungen wie Verschraubungspunkte richtig positioniert und ausreichend fest sind. Weitere, vor allem versicherungstechnisch relevante Lastfälle, die Lanxess für den BAGS berechnete, waren das Verhalten bei leichten Kollisionen wie beim Parken und Lower Leg Impact-Tests für den Fußgängerschutz.

Sollbruchstelle und Haubenschloss

Ein anderer Schwerpunkt des CAE-Services war die Integration der vier Luftklappenbereiche in den Frontendträger. Der Schieber zum Öffnen und Schließen der Lamellen sitzt auf der Bauteilvorderseite und ist daher Crash-relevant. Von Ford kam die Vorgabe, den Schieber so zu konstruieren, dass er im Fall eines leichteren Crashs kontrolliert bricht und dabei keine weiteren Schäden entstehen, so dass der Reparaturaufwand gering ist. Das Verhalten des Schiebers bei Crashs mit Geschwindigkeiten bis etwa 10 km/h wurde simuliert und das Bauteil entsprechend ausgelegt. Außerdem wurden die Ergebnisse der Berechnungen in realen Bauteiltests validiert.