Hochleistungswerkstoff im Auto

Funktionsintegration Querträger ist auch Hochdrucktank

Das Magna Powertrain Engineering Center in St. Valentin und das Unternehmen Teufelberger aus Wels haben gemeinsam einen Fahrzeug-Querträger aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CfK) entwickelt, der – bei verringertem Gewicht – eine zusätzliche Funktion übernehmen kann.

CfK statt Stahl – der Querträger des Lkw-Fahrgestells kann gleichzeitig als integrierter Drucktank genutzt werden. (Bild: ESC)

Ein Lkw-Fahrgestellrahmen besteht typischerweise aus zwei mit mehreren Querträgern verbundenen Längsträgern, in konventioneller Bauweise aus Stahlprofilen gefertigt. Diese Querträger werden hoch belastet und haben mit ihrer Steifigkeit maßgeblichen Einfluss auf das Fahrverhalten und den Komfort der Fahrzeuge.

Um das Gewicht und in weiterer Folge den Treibstoffverbrauch und CO2-Ausstoß zu verringern, wurde der Querträger in Composite-Metall-Hybridbauweise entwickelt. Das Besondere daran: in den Querträger kann zusätzlich ein Hochdrucktank integriert werden, beispielsweise für komprimiertes Erdgas. So spart man doppelt Gewicht ein. Ein Faserwickelprozess kombiniert mit einem Flechtprozess die Integration metallischer Komponenten als Krafteinleitungselemente mit Hilfe der T-Igel-Technologie. Eine Konsolidierung im RTM Verfahren lieferten die erforderlichen Eigenschaften für die Aufnahme des Innendrucks und der Kräfte im Fahrgestellrahmen.

Mit dem Funktionsdemonstrator hat das Projektteam die Steifigkeit und Festigkeitghinsichtlich Druckbeaufschlagung und mechanischer Lasten nachgewiesen. (Bild: ESC)

„Eine große Herausforderung war für uns der Übergang vom Werkstoff Stahl mit richtungsunabhängigen Eigenschaften zum stark richtungsabhängigen Werkstoff CFK. Hier gibt es viel mehr Optimierungsmöglichkeiten, wie Lagenaufbau oder Faserrichtung. Auch die Verbindungstechnik zu Metallen ist herausfordernd“, erklärte Helmut Dannbauer vom Engineering Center und fügt hinzu: „Die gewonnene Anwendungserfahrung für neue Werkstoffe ist für uns wertvoll. Wir beherrschen nun den gesamten Entwicklungsprozess, vom Konzept über Konstruktion, Lagendefinition, Festigkeitsbewertung mit hauseigener Software bis zur Produktion und den notwendigen Tests.“ Herwig Kirchberger von Teufelberger zeigt sich ebenfalls sehr zufriedenbegeistert: „Wir konnten unsere Kerntechnologien Flechten und Wickeln sowie unsere T-Igel Metall-Composite-Anbindung in dem Bauteil funktionsgerecht kombinieren; ein wichtiger Schritt für uns Richtung Technologieführerschaft im hybriden Leichtbau. Wir wollen diesen Funktionsdemonstrator gemeinsam mit dem Entwicklungspartner Magna Powertrain ECS und einem Lead-OEM für den Serieneinsatz weiter entwickeln.“

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Die Unterlagen dieses Beitrags wurden zur Verfügung gestellt von Kunststoff Cluster, A-Linz.

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