Material GVX

Metallersatz durch teilkristallines Polyamid

Mehr Isotropie bei faserverstärktem Material
Cupholder von Fischer Automotive Systems – Glasfasergehalt 50 Prozent.
Der Automobilbau fordert faserverstärkte Kunststoffe, die neben hoher Dimensionsstabilität, Quersteifigkeit und Festigkeit möglichst einfach zu verarbeiten sind.

Eine beständige Gratwanderung leisten Konstrukteure bei der Werkstoffwahl: Zum einen müssen mechanische Anforderungen an die Bauteile sicher erfüllt werden. Zum anderen spielen, je nach Anwendung Oberflächenaspekte, Kosten, Nachhaltigkeit und Verarbeitbarkeit – wobei der Punkt Verarbeitungsfreundlichkeit auch mehr oder weniger direkt auf die Kosten durchschlägt – in unterschiedlichen Gewichtungen eine Rolle.

Beim speziell auf die Substitution metallischer Werkstoffe in der Automobilindustrie zielenden Werkstoff Grivory GVX trete die für Polyamide typische Wasseraufnahme nur in geringem Maß auf. Im konditionierten Zustand verringere sich daher die Steifigkeit, in Abhängigkeit vom Verstärkungsgrad, nur um rund 5 Prozent oder weniger. Dank erheblich verbesserter Faser-Matrix-Anbindung sei die Quersteifigkeit gegenüber vergleichbaren Produkten um 26 Prozent erhöht. Der Gewinn an isotropen Eigenschaften macht den Metallersatz, besonders den von Leichtmetallen, sehr viel einfacher.

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Außerdem, so der Hersteller, sei es mit dem neuen Material gelungen, den Verzug um mehr als 50 Prozent zu reduzieren. Dies belegen aktuelle Ergebnisse, nicht nur aus Moldflow-Simulationen, sondern auch aus Messreihen an Prüfkörpern und Praxisteilen. Als „weiterer Meilenstein“ beim Spritzgießen wird genannt, dass beispielsweise ein Material mit einem Faserverstärkungsgrad von 60 Prozent die gleiche Fließfähigkeit aufweist, wie ein mit 50 Prozent Glasfaser verstärktes Material. Dies erlaube einen sehr flexiblen Einsatz und es müssen keine Abstriche bei E-Modul (bis 28 GPa) oder Bruchfestigkeit (bis 300 MPa) hingenommen werden. In Kombination mit einem kunststoffgerechten Bauteildesign könnten somit Festigkeiten erreicht werden, die ebenbürtig zu Bauteilen aus Leichtmetallen sind.

Seit der Markteinführung des Materials im Jahr 2008 haben sich für dessen Einsatz im Automobilbau zwei interessante Anwendungsbereiche gebildet. In dem ersten Bereich wird Grivory GVX-5H mit 50 Prozent Glasfaserverstärkung verwendet. Mit der deutlich verbesserten Quersteifigkeit und dem reduzierten Verzug werden beispielsweise Anwendungen im Fahrzeuginterieur wie Funktionsträger, Gehäuse und Cupholder realisiert. Der Zulieferer Fischer Automotive Systems produziert in Serie die Arme und einen Blendenträger des Cupholders für den Porsche Panamera. Bei diesem Bauteil treten besonders quer zur Faser hohe Kräfte auf. Diese kann die Faser-Matrix-Anbindung gut aufnehmen.

Im zweiten Anwendungsbereich steht die Fähigkeit im Vordergrund, auch bei hohen Fasergehalten eine sichere Verarbeitung gewährleisten zu können. Häufig wird hier die Variante mit 65 Prozent Glasfaseranteil eingesetzt. Ein Beispiel ist der Gangwahlhebel für Automatikgetriebe, gefertigt von Leopold Kostal. Ähnliche Bauteile existieren derzeit zumeist nur in Zink-Druckguss. Der Gangwahlhebel muss auf Betätigungskräfte von bis zu 250 Newton in vier Richtungen ausgelegt sein. Im Crashfall muss dieser bei maximal 380 Newton definiert in einem unkritischen Bereich brechen, um Verletzungen der Fahrzeuginsassen vorzubeugen. Des Weiteren muss der Gangwahlhebel sehr steif sein, um ein präzises Schalten zu ermöglichen. Zusätzlich muss dieses Sichtbauteil auch hohe Oberflächenanforderungen (Class-A) erfüllen. Die Kombination dieser Eigenschaften war laut Verarbeiter mit einem Polyamid 6 GF50 nicht zu erreichen. In verschiedenen Moldflow- und Finite-Elemente-Analysen wurde der Gangwahlhebel optimiert und schließlich mit der Werkstoffvariante GVX-65H in die Serie gebracht.

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