Leichtbau und Design treiben die Entwicklung

Elektroautos fahren auf Kunststoff ab

<pdata-id="11500080">Schon bisher setzen Fahrzeugentwickler in allen Bereichen auf Kunststoffe, um Treibstoffverbrauch und - falls möglich - die Kosten zu senken. Zudem spielt das Umsetzen neuer Design-Ideen bis hin zu sensitiven Oberflächen zur schalterlosen Steuerung von Funktionen eine Rolle. Weiter beschleunigt wird der innovative Kunststoffeinsatz von einer noch jungen Fahrzeuggattung - Autos mit Elektro- und Hybridantrieben.

Die Rückenlehne des Fahrer- und Beifahrersitzes ist das erste spritzgegossene und unlackierte Sitzstrukturbauteil aus Polyamid mit sichtbarer Oberfläche. Ihre komplexe und schlanke Konstruktion basiert auf dem frühen Einsatz der Simulation.

Für mehrere Bauteile im i3, dem Elektrofahrzeug der BMW Group, liefert BASF verschiedene Kunststoffe und Konstruktions-Know-how. Dazu gehören vor allem die Rückenlehnen der Frontsitze, maßgebliche Verstärkungsteile in der Karbonfaserkarosserie und die Rücksitzschale.

Die Rückenlehne des Fahrer- und Beifahrersitzes ist nach Angaben des Werkstoff-Lieferanten das erste spritzgegossene und unlackierte Sitzstrukturbauteil aus Polyamid, das eine sichtbare Oberfläche aufweist und im Innenraum verwendet wird. Bei dem etwa zwei Kilogramm leichten Hybridbauteil sei viel Know-how des BASF-Sitzkompetenzteams eingeflossen. Die Lehne, in die viele Funktionen integriert sind, besteht aus dem besonders UV-stabilen Polyamid 6-Compound Ultramid B3ZG8 UV. Dieser Werkstoff sorge nicht nur für ausreichende Steifigkeit, er bringe auch genug Dehnung und Zähigkeit mit, so dass die mechanischen Anforderungen der erfüllt werden, und zwar im Temperaturbereich zwischen -30 bis 80 Grad Celsius.

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Ihre finale, komplexe und vor allem sehr schlanke Form erhielt die Rückenlehne dank frühem Einsatz des universellen Simulationsinstruments Ultrasim. Aufgrund der exakten Abbildung der verwendeten Materialien für Lehne, Entriegelungshebel und Gurtführung stimmte das in der Crashsimulation errechnete Verhalten präzise mit den späteren Tests überein. Damit konnte bereits in frühen Phasen am Computer optimiert werden, so dass Änderungen in der späteren Bauteilentwicklung entfielen. Mit ihrer Simulation begleitete die BASF die gesetzlich erforderlichen Nachweise bei unterschiedlichen Sitzpositionen, Temperaturen und Lastfällen.

Darüber hinaus sei die spezielle Ultramid-Type besonders emissionsarm. Aufgrund ihrer sehr hohen Kratzfestigkeit und außergewöhnlichen Oberflächenqualität wird die Sitzstruktur sichtbar verwendet und zum Bestandteil des Designs. Beim Entriegelungshebel des Sitzes hingegen kommt es darauf an, dass der Werkstoff beim Crash nicht versagt; hier wurde eine spezielle langglasfaserverstärkte Werkstoff-Type verwendet, Structure B3WG8 LF.

Multifunktionale Strukturteile in der Karosserie aus PBT
Die Karbon-Karosserie des BMW i3 enthält zwischen äußerer und innerer Schale Strukturbauteile aus Polybutylenterephthalat (PBT). Das größte und erste seiner Art ist ein Integralbauteil. Es befindet sich im hinteren Seitenbereich zwischen den Karbonfaser-Karosserieschalen und dient neben seiner Funktion, im Crashfall Last abzutragen, auch dazu, die beiden Karosserieschalen auf Abstand zu halten. Außerdem trägt es zur Steifigkeit der Karosseriestruktur bei und bildet die hintere Öffnung für das Seitenfenster. Der PBT-Werkstoff Ultradur B4040 G6 wurde dafür gewählt. Er sei unabhängig vom umgebenden Klima dimensionsstabil und biete die notwendige Knickfestigkeit. Die BASF-Ingenieure haben mit ihrer Simulation hier vor allem die verzugsarme Herstellung und belastungsgerechte Glasfaserorientierung ermöglicht. Das spritzgegossene Bauteil fasst die zunächst geplanten, mehrere, kleineren Bauteile zusammen und reduziert dadurch Komplexität und Kosten. Mehr als zwei Dutzend kleinerer PBT-Komponenten mit einem Gesamtgewicht von rund neun Kilogramm finden sich in weiteren Karosseriebereichen des Fahrzeugs, wo sie zur Verstärkung dienen, aber auch für die gewünschte Akustik sorgen.

Zu den neuen Bauteilen gehören vor allem die neuartigen Rückenlehnen der Frontsitze mit sichtbarer Polyamid-Oberfläche (rechts), maßgebliche Verstärkungsteile in der Karbonfaserkarosserie (links) und die selbsttragende Rücksitzschale aus dem Polyurethan (vorne).

Rücksitzschale aus Karbonfasern und PU-Matrix
Für die selbsttragende Rücksitzschale wurde das Polyurethan-System Elastolit gewählt. Hier sind laut BASF erstmals in einem Serienfahrzeug Karbonfasern in Kombination mit einer Polyurethan-Matrix genutzt worden. Das Bauteil integriert verschiedene Funktionen wie Cupholder-Befestigung und Ablageschale, was Montageschritte und Gewicht einspart. Der Werkstoff zeichne sich durch sein breites Prozessfenster sowie die hohe Ermüdungsfestigkeit und Schadenstoleranz aus. Das crash-relevante Teil erfüllt aufgrund der besonderen Eigenschaften des Materials trotz der geringen Wanddicke von 1,4 Millimeter die hohen Sicherheitsanforderungen der BMW Group.

Der PU-Strukturschaum Elastolit D ist im gesamten Dachrahmen inklusive A-Säule als Verstärkungsmaterial eingesetzt. Der besonders druckfeste Schaum wird zu einem Karbon-Sandwichverbund verarbeitet und unterstützt so die Struktursteifigkeit des Fahrzeugs.

Bewährte Konstruktionen übernommen
Im BMW i3 finden sich außerdem zahlreiche weitere Bauteile aus Kunststoffen, die sich bereits in vielen Fahrzeugen bewährt haben. Dazu gehören verschiedene Elektro- und Elektronikanwendungen wie die Sicherungsbox aus Ultramid B3ZG3, das hohe Anforderungen an Steifigkeit und Dehnbarkeit erfüllt, sowie ein Hochvolt-Steckverbinder aus Ultramid A3EG6, außerdem Kabelummantelungen und Kabeldurchführungen aus den Polyurethanen Elastollan und Elastoflex. Im Innenraum ist die Instrumententafel mit einem PU-Halbhartschaum hinterschäumt, während die C-Säulenabdeckung aus Ultramid besteht.

In der Dachkonstruktion finden sich zwei verschiedene Elastoflex E-Polyurethanschäume für eine verbesserte Innenraumakustik - zum einen im Dachhimmel als Kernmaterial eines Sandwichverbundes, das sich durch gute Thermoformbarkeit und Steifigkeit auszeichne; zum anderen sind akustisch wirksame Teile verbaut, die auf einem niedrig-dichten, offenzelligen Schaum basieren. Bei der Modulfertigung des optional erhältlichen Schiebedachs wird das UV- und witterungsbeständige Scheibenumgusssystem Elastolit R 8919 eingesetzt. Der Rahmen des Schiebedachs besteht aus Ultradur B 4040 G6, einem verzugsarmen PBT/PET-Blend.

Auch im BMW i3 finden sich leichte Zusatzfedern auf Basis von Cellasto, einem mikrozelligen Spezialelastomer, für die Vorder- und Hinterachsfederung.

Der BASF-Unternehmensbereich Coatings schließlich trägt zum außergewöhnlichen Design des BMW i3 bei: Er beliefert die neue Fertigungslinie im Werk Leipzig mit Basislacken in vier Farbtönen, die die Anforderungen an die Beschichtung der Anbauteile und die damit verbundenen Lackierprozesse erfüllen.

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