Spezialstahl für Pkw-Scheinwerfer Es werde Licht! - AutomobilKONSTRUKTION

Spezialstahl für Pkw-Scheinwerfer

Es werde Licht!

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Pkw-Scheinwerfer sind längst mehr als schlichte Lichtquellen – heute zählen Scheinwerferformen und -funktionen zu den Alleinstellungsmerkmalen verschiedener Automarken. Zur Herstellung der immer komplexeren Kunststoffbauteile für Linsen, Farbfelder und Verkleidungen der Scheinwerfer, aber auch zur punktgenauen Kraftübertragung in kleinen Elektromotoren, wie sie etwa für das dynamische Kurvenlicht eingesetzt werden, benötigen Automobilzulieferer hochspezialisierte Edelstähle.
Die Autorin: Hanna Maurer, Journalistin in Montabaur
Neben Fernlicht, Abblendlicht, Tagfahrlicht, Positionslicht und Blinker zählen heute auch Autobahnlicht, Stadtlicht, Landstraßenlicht, Schlechtwetterlicht sowie statisches oder dynamisches Kurvenlicht zum Repertoire zeitgemäßer Pkw-Scheinwerfer. Dabei geht die Entwicklung schon lange weg von den klassischen Halogen-Lichtquellen und hin zur energieeffizienten LED-Technologie. Hierbei gewinnt das individuelle Design einzelner Marken zunehmend an Bedeutung. BMW beispielsweise ist im Straßenverkehr anhand von ringförmigen Leuchtelementen zu erkennen, während Audi Lichtbänder einsetzt. „Bei künftigen Pkw-Generationen werden zudem die einzelnen LEDs als Lichtquellen der Scheinwerfer nicht mehr zu sehen sein“, erklärt Franz-Josef Klegraf, Mitglied der Geschäftsleitung Geschäftsbereich Licht beim Automobilzulieferer Hella. „Vielmehr geht der Trend in Richtung homogener Lichtfelder mit einer gewissen 3D-Wirkung – etwa als Lichtvorhänge und Lichtleiter, je nach Anwendung am Fahrzeug.“
Spritzformen mit Profil
Hella zählt zu den weltweit führenden Automobilzulieferern für Lichttechnik und Elektronik. In der Werkzeugfertigung in Lippstadt stellt das Unternehmen einen Teil der Spritzgussformen für die Kunststoffteile der unterschiedlichen Scheinwerfer her. „Neuartige Lichteindrücke erzeugen wir beispielsweise über filigrane Oberflächenstrukturen unserer Kunststoffteile oder Optiken, die das Licht aus dem Scheinwerfer verteilen“, verdeutlicht Klegraf. Diese entfernt an eine Lederoberfläche erinnernde Mikrostruktur bringt der Lichttechnik-Hersteller über die Spritzgussformen auf die Kunststoffoberfläche auf. Einer der Hauptlieferanten für den Formenstahl von Hella sind die Deutschen Edelstahlwerke, ein Unternehmen der Schmolz+Bickenbach-Gruppe.
Da häufig nur eine einzige Spritzgießform für die Scheinwerferkomponenten eines bestimmten Pkw-Modells hergestellt wird, sind die Anforderungen an die eingesetzten Stähle sehr hoch. Sie sollten nicht nur eine hohe Korrosionsbeständigkeit und Härte aufweisen, um einen langfristigen Einsatz der Werkzeuge zu gewährleisten, sondern auch über eine gut zu polierende Oberfläche verfügen. „Für äußerst anspruchsvolle Anwendungen empfehlen wir Hella meist unseren Werkstoff Thermodur 2343 Superclean“, erklärt Hans-Georg Maschetzke, Vertriebsleiter Bearbeitung und Service bei den Deutschen Edelstahlwerken. „Aufgrund seiner Zusammensetzung und unserer ausgeklügelten Produktions- und Bearbeitungsverfahren eignet er sich Thermodur optimal für das individuelle Anforderungsprofil des Zulieferers.“
Komplexe Formenherstellung
Die Grundlage der Stahlproduktion der Deutschen Edelstahlwerke bildet sortenreiner Stahlschrott, der mit anderen hochwertigen Sekundärrohstoffen in einem 130-t-Elektrolichtbogenofen erschmolzen wird. Nach dem Zuführen der für die entsprechenden Stahlsorte erforderlichen Legierungsbestandteile wie Chrom, Nickel, Molybdän, Vanadium, Wolfram oder Kobalt wird der flüssige Stahl zur Weiterverarbeitung in eine bestehende Pfanne entleert. Diese Pfanne wird anschließend in die sekundärmetallurgische Behandlung überführt, wo dem Stahl störende Gas- und Sauerstoffgehalte entzogen werden und durch Mikrolegierung die Feinanalyse eingestellt wird.
„Selbst sehr kleine Unreinheiten im Stahl können Auswirkungen auf die Kunststoffform und damit auf die Bauteile und das Lichtbild des Scheinwerfers haben“, verdeutlicht Maschetzke. Daher werde Thermodur 2343 Superclean ein zweites Mal eingeschmolzen und bei diesem erneuten Umschmelzvorgang quasi zusätzlich gefiltert (ESU/VU-Verfahren). Die anschließenden Diffusionsglühprozesse, das Schmieden an die finale Abmessung sowie umfangreiche Glühbehandlungen führen zu Stahlblöcken mit durchgängig homogener Struktur, die die Grundlage für den Formenbau bei Hella darstellen.
Der Scheinwerferhersteller oder einer seiner Zulieferer führt anschließend einen Großteil der Bearbeitungsschritte an der Form durch und schickt das Werkstück zurück an die Deutschen Edelstahlwerke zur Vakuum-Wärmebehandlung. „Die Wärmebehandlung ist einer der entscheidenden Arbeitsschritte, denn hier geben wir der Form die im Einsatz erforderliche hohe Härte“, betont Maschetzke. Dazu wird die Form in bestimmten Intervallen erhitzt und abgekühlt, um die innere Struktur des Stahls entsprechend den Anforderungen zu verändern. Die letzten Arbeitsschritte an der Form liegen wiederum bei Hella. Die Spezialisten für Lichttechnik polieren und bearbeiten, je nach gewünschtem Endergebnis, die Oberfläche der Form. „Um beispielsweise Designeffekte zu erreichen, werden Bereiche einer Form aufwendig mittels Ätzverfahren bearbeitet“, erklärt Klegraf. Nach einigen Probedurchgängen und Freigabe ist die Spritzform schließlich fertig für die Scheinwerferproduktion von Hella in Lippstadt, Osteuropa, Mexiko oder China.
Neben dem Werkstoff Thermodur 2343 Superclean empfehlen die Deutschen Edelstahlwerke auch weitere Werkstoffe für die Anwendungen im Kunststoff-Spritzguss. Der Werkstoff Formadur 2083 Superclean bietet durch höhere Chromanteile eine nochmals gesteigerte Korrosions- und Verschleißbeständigkeit. Eine Neuentwicklung stellt der Werkstoff PH X Superclean dar, der einen Verzicht auf die sonst übliche Wärmebehandlung ermöglicht und hohen Korrosionsanforderungen genügt.
Die Marke Formadur 2738 sowie der neu entwickelte Formadur 320 sind Stähle mit geringerer Härte. Sie ermöglichen eine kosteneffizientere Produktion von Kunststoffformen mit einer weniger aufwendig gestalteten Oberfläche oder geringeren Standzeitanforderungen.
Dynamisches Kurvenlicht – punktgenau
In einem zeitgemäßen Xenon- oder LED-Scheinwerfer finden sich neben den lichtgebenden Elementen auch mehrere Motoren, die die Beleuchtung den aktuellen Gegebenheiten anpassen. Bei Start des Autos messen beispielsweise Sensoren die Höheneinstellung der Scheinwerfer und passen die Ausrichtung je nach Beladungszustand an, damit der entgegenkommende Verkehr nicht geblendet wird. Zunehmend komplexer noch ist die Steuerung des dynamischen Kurvenlichts. Es passt die Streuung des Lichtkegels flexibel den Umweltbedingungen an. Sensoren messen hierfür kontinuierlich die Geschwindigkeit und den Lenkwinkel des Pkws. Hochaktuelle Systeme greifen zudem auf Daten einer Pkw-eigenen Kamera oder auf GPS-Daten zurück, um kommende Fahrsituationen vorauszusehen. Der aus diesen Daten ermittelte optimale Beleuchtungsgrad wird über einen elektrischen Impuls an den Motor des Kurvenlichts weitergegeben und entsprechend umgesetzt. Dabei zählt nicht nur eine schnelle Reaktion, sondern vor allem eine hohe Genauigkeit in der Umsetzung des Drehwinkels. An dieser Stelle werden Antriebswellen benötigt, die punktgenau arbeiten und den eingehenden Impuls in exakte Bewegungen umsetzen.
Ein geeigneter Werkstoff ist der hochspezialisierte Blankstahl ETG 25, der von der zur Schmolz+Bickenbach-Gruppe zählenden Steeltec AG produziert und als Vormaterial für Antriebswellen an verschiedene Automobilzulieferer geliefert wird. Der Werkstoff ist sowohl gut zu zerspanen als auch hochfest in der Anwendung – ohne weitere Bearbeitungsschritte wie etwa eine Wärmebehandlung. Gerade im Automotive-Bereich wird dieser Stahl daher zunehmend als Alternative zu herkömmlichen Werkstoffen erkannt und für Anwendungen mit hohen Ansprüchen an die Belastbarkeit und Genauigkeit eingesetzt.
Schmolz + Bickenbach, Tel.: 0211 5 09-0, info@schmolz-bickenbach.com
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