Ultramid - Lösungen Fahrzeugbau

Feines für unten drunter

Kunststoffe für komplexe Anwendungen
Auf den ersten Blick steckt in diesem verstärkten Kunststoffteil doch einiges Know-how. Es ersetzt einen Vorläufer aus Metall.
Kunststoffe beherrschen den Innenraum unserer Fahrzeuge, wo sie Optik bestimmen. Sie dringen jedoch auch immer weiter in rein funktionale Bereiche vor – auch in den besonders anspruchsvollen Anwendungen in Antrieb und Fahrwerk.

So sorgen Luftfederkolben in Achsaggregaten von Lkw-Anhängern für deren wartungsarmen und sicheren Betrieb. Ein stabiles und leistungsstarkes Bauteil aus Kunststoff schützt die Ladung und den Aufbau von Nutzfahrzeuganhängern vor den enormen Kräften, die durch Schlaglöcher und Fahrbahnunebenheiten auftreten können. Der Luftfederkolben, hergestellt vom dänischen Unternehmen HBN Teknik, Dänemark, aus Ultramid B3WG6, arbeitet in den Achsaggregaten von BPW.

Luftfederkolben und Luftfederbalg müssen zusammen die gesamte Achslast des Fahrzeugs tragen können. Dabei gibt der Kunststoff-Kolben dem System die Stabilität. Der luftgefüllte Balg aus Gummi rollt auf dem Kolben ab und dient als Federelement. Der Kolben ist auf den ersten Blick ein steifes, mit 30 Prozent Glasfasern gefülltes Polyamid-Bauteil. Aufgrund seiner hohen Festigkeit und Zähigkeit kann er jedoch die auftretenden Lasten tragen und bei Stößen abfedern. Wie gut ihm das gelingt, konnten die Anwendungstechniker der BASF mit Hilfe von Finite-Elemente-Methoden zeigen. Der Kolben wird im Betrieb nicht nur einem Balgdruck von bis 10 bar ausgesetzt, sondern muss im Extremfall auch Achslasten bis 14 Tonnen aushalten. Um diese Anforderung zu erfüllen, hat HBN eine Rippenstruktur in das Bauteil integriert. Computersimulationen zum Design und zur Optimierung des Einspritzvorgangs haben dem Kunden dabei geholfen, das Bauteil so zu gestalten, dass es der hohen Belastung standhält.

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Der Kolben ist nicht nur leichter und kostengünstiger als sein Vorgänger aus Metall, sondern vor allem auch korrosionsbeständig. Darüber hinaus ist der Werkstoff Ultramid aufgrund seiner Fließfähigkeit problemlos zu verarbeiten. Da das optimierte Kunststoff-Teil erstaunliche 60 kN Gewicht unter Dauer- und Impulsbelastung aushalten kann, benötigt ein voll beladener Sattelauflieger nur sechs dieser Kunststoffkolben, um das Fahrzeug beim Beschleunigen, Bremsen und Kurven fahren abzufedern und zu stabilisieren. HBN hat eine modulare Bauweise der Luftfederkolben für die verschiedenen Anwendungsfälle gewählt. Je nach Fahrzeug-Typ und Anforderungsprofil kann der Kolben durch Zusatzteile in unterschiedlichen Höhen gefertigt werden. So konstruiert sind Kolben und Fahrzeug – nach worst-case-Simulation beim Hersteller auf übelsten Schlaglochstrecken – gewappnet für den weltweiten Einsatz im Transportwesen.

Aus drei mach eins

Unter dem Motto „Drei Aufgaben – eine Lösung“ haben sich die Spezialisten für Kühlersysteme beim britischen Zulieferer Denso Marston das Kühlersystem des neuen Kleinlasters Renault Mascott vorgenommen. Auch bei dessen Entwicklung spielt Kunststoff, in dem Fall ein hydrolysebeständiges Polyamid, eine entscheidende Rolle. Bisher wurden für die Kühlwasserkästen, die Ladeluftkühler-Endkappen und den tragenden Rahmen neben Polyamid 66 auch Aluminium und langglasfaserverstärktes Polypropylen verwendet. In der neusten Generation des Mascott-Kühlers übernimmt ein spezielles Polyamid 66 alle drei Funktionen. Im ursprünglichen Designkonzept bestand die verrippte Trägerkonstruktion im unteren Teil des Kühlers aus einem langglasfaserverstärkten Polypropylen-Hybridbauteil. Nach computergestützen Untersuchungen der BASF-Anwendungsentwickler zeigte sich, dass die Anforderungen an das Bauteil mit demselben, wärme- und hydrolysestabilisierten Polyamid, dem Ultramid A3HG6 HR erfüllbar sind, das ohnehin schon bei den Wasserkästen des Motorkühlers eingesetzt wird. In einem weiteren Schritt konnte derselbe Kunststoff auch das Aluminium ersetzen, aus dem bisher die Ladeluftkühler-Endkappen gefertigt wurden. Während bei der Trägerkonstruktion Steifigkeit und Zähigkeit die Hauptanforderungen sind, kommt es beim Ladeluftkühler und den Wasserkästen für den Motorkühler auf Heißluft- und Kühlmittelbeständigkeit an.

Mit Einsatz des speziellen Polyamids werden verschiedene Funktionen mit nur einem Material erfüllt. So kann beispielsweise nicht nur auf die aufwendige Hybridkonstruktion im Haltebereich des Kühlers verzichtet werden. Er reduziert auch die Logistikkosten, wenn er den Werkstoffmix durch ein Universalprodukt substituiert.

Funktionale Lösungen, in hoch beanspruchten Komponenten und Baugruppen sind machbar – wenn Werkstoffauswahl, konstruktive Auslegung und die Basisidee zusammen passen. Es macht Sinn, als Entwickler in einem frühen Stadium mit dem Werkstoffhersteller zu kooperieren, um – technologisch und wirtschaftlich – optimale Lösungen zu generieren. Aufwendige Simulationen und das Hintergrundwissen der Anwendungstechniker beim Materiallieferanten aus vielen anderen Projekten können bei mitunter kleinere Optimierungen zu erheblich besseren Ergebnissen führen.

Auch für den „Außen“-Einsatz

Ebenfalls zur Ultramid-Familie gehören Werkstoff. die speziell für online lackierbare Karosserieteile entwickelt wurden. Damit ist man dem Ziel, Kunststoff-Anbauteile bereits im Rohbau in die Fertigung von Automobilen zu integrieren einen Schritt näher. Bauteile aus der Wewrkstoffvariante Top 3000 lassen sich von Anfang an mit der restlichen metallischen Karosserie durch die Lackierstraße fahren – und das laut Anbieter ohne Einbußen bei den Eigenschaften des Kunststoffs. Der Kunststoff lässt sich in verschiedenen Lackieranlagen unter unterschiedlichen Bedingungen und Lackierkonzepten erfolgreich in Class-A-Oberflächenqualität lackieren.

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