Leichtbau

Glasfaser statt Magnesium

Innovation beim Leichtbau in der Automobilbranche. Um eine höhere Steifigkeit von Bauteilen zu erreichen, lassen sich Polymere wie ABS mit Glasfasern verstärken. Die ABS Langglasfaserlegierung (ABS LGF) verbessert die mechanischen Eigenschaften und kann in der finalen Fahrzeugkomponente eine mit Magnesium vergleichbare Leistung bieten – neuer Schub für die Leichtbauweise in Fahrzeugen.

Intelligent verstärkte Kunststoffe ermöglichen den Ersatz von Magnesium und anderen Metallen im Zuge des Leichtbaus. © Trinseo

Klimaschutz und Kraftstoffeffizienz – zwei wichtige Gründe, warum Automobilhersteller auf Leichtbaumaterialien setzen. Die steigende Nachfrage nach schweren SUVs allerdings bringt jetzt neue Herausforderungen. Auch der Trend zum E-Auto geht wegen der zusätzlichen Batterien mit einem höheren Fahrzeuggewicht einher. Das gilt es an anderen Stellen, in sichtbaren und unsichtbaren Funktionen der Baugruppen einzusparen.

Da Kunststoffe eine hohe Designfreiheit, Funktions- und Bauteilintegration bieten, erfreuen sie sich wachsender Beliebtheit. Auch für strukturelle und semistrukturelle Komponenten sind sie zunehmend eine gute Alternative zu Magnesium und anderen Metallen. Kunststoffe lassen sich deutlich einfacher bearbeiten als Metall und punkten insbesondere im Innenbereich durch exzellente optische und haptische Eigenschaften. Für den Ersatz oder die Konsolidierung von Metallteilen sind dabei vor allem langglasfaserverstärkte Polymerlösungen geeignete Kandidaten, die eine erhebliche oder entscheidende Gewichtsreduzierung ermöglichen.

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Kunststoff auch für strukturelle Bauteile
Während Hersteller schon lange viele Teile der Innen- und Außenverkleidung aus Kunststoff fertigen, liegt die Herausforderung immer häufiger darin, auch bei strukturrelevanten Bauteilen Metall durch Kunststoff zu ersetzen. „Bei der Wahl des richtigen Materials ist es wichtig, dass Zulieferer und Materiallieferant eng zusammenarbeiten“, sagt Norwin van Riel, Entwicklungsleiter bei Trinseo, einem globalen Anbieter von Materiallösungen und Hersteller von Kunststoffen. „Aufgrund der komplexen Herausforderung bei einem Materialwechsel ist es wichtig, Material- und Komponentenwissen optimal zu kombinieren.“

Als ein internationaler Automobilzulieferer beim Kunststoffproduzenten Trinseo nach einer innovativen Materiallösung für einen Funktionsträger fragte, hatte sich der Zulieferer eigentlich bereits für eine Magnesiumlösung entschieden – eine Entscheidung, die er später revidierte. „Bei der Suche nach geeignetem Polymermaterial mussten unter anderem eine hohe Formstabilität und enge Bauteiltoleranzen gewährleistet sein“, sagt van Riel. Um eine im Vergleich zu Magnesium hohe Bausteifigkeit zu erreichen, kam von Anfang an nur eine glasfaserverstärkte Polymerlösung in Frage. Erfahrungsgemäß ermöglichen hohe Glasfasergehalte eine hohe Bauteilstabilität.

Hohe Formstabilität von ABS LGF
Nach einer Reihe von Tests schlug Trinseo dem Kunden langglasfaserverstärktes Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS LGF) vor. Im Gegensatz zu Legierungen mit Polyamid oder Polypropylen behält ABS LGF – insbesondere bei hohen Temperaturen von bis zu 100 Grad Celsius – seine hohe Formstabilität und Kriechfestigkeit bei. Diese Materialeigenschaft erweist sich insbesondere bei Funktionsträgern als günstig.

Um eine mit Magnesium vergleichbare Steifigkeit zu erreichen, wurde die Kunststoffkomponente entsprechend der durchgeführten Computersimulation verrippt. Die Materialeigenschaften von ABS LGF sind eine gute Nachricht für den Leichtbau: Im Vergleich zu Magnesium sparen Hersteller mit der Kunststofflösung bis 30 Prozent Gewicht ein – ein Schub für den Leichtbau im Auto.

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