Mit innovativen Kunststofflösungen die autonome Mobilität fördern

Entwicklungspartner für Funktionsteile

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Die steigende Nachfrage von Endkunden nach Assistenzsystemen für erhöhte Fahrsicherheit und der langfristige Trend zum automatisierten bzw. autonomen Fahren stellen Kraftfahrzeughersteller vor hohe technische Herausforderungen. Um sie zu lösen, müssen auch die Zulieferer komplett neue Lösungen entwickeln. Einen Beitrag leistet dabei Pöppelmann K-Tech als innovativer Entwicklungspartner für Funktionsteile.

Julia Uptmoor, Marketingleitung K-Tech, Pöppelmann GmbH & Co. KG, Lohne

Was Industrie 4.0 für das produzierende Gewerbe ist, ist das autonome Fahren in der Automobilität. In nicht allzu ferner Zukunft sollen Autos und Lkws komplett selbstständig auf den Straßen unterwegs sein. Die Vorteile sind zum einen eine deutlich erhöhte Fahrsicherheit mit dem Ziel „Null Unfalltote“, da der Mensch als Fehlerquelle im Straßenverkehr wegfällt, zum anderen werden komplett neue Mobilitätskonzepte, wie beispielsweise unbemannte Taxi- bzw. Shuttle-Dienste oder autonomer Güterverkehr, möglich.

Auf dem Weg zum vollständig autonomen Fahren, bei dem während der gesamten Fahrt kein menschliches Eingreifen mehr erforderlich ist, unterscheidet die Bundesanstalt für Straßenwesen fünf Level:

  • 1. assistiertes Fahren: Der Fahrer steuert selbst, wird jedoch von einzelnen Assistenzsystemen unterstützt
  • 2. teilautomatisiertes Fahren: Der Bordcomputer führt ausgewählte Manöver, wie Einparken, Spurhalten, Beschleunigen und Abbremsen im Stau, selbstständig durch
  • 3. hochautomatisiertes Fahren: Das Fahrzeug fährt vorübergehend selbst; in Fällen, in denen das System an seine Grenzen stößt, muss der Fahrer jedoch innerhalb weniger Sekunden übernehmen können
  • 4. vollautomatisiertes Fahren: In den meisten Fällen fährt das Fahrzeug dauerhaft selbstständig. Nur in besonderen Situationen, wie extremen Wetterverhältnissen oder Alpenpässen, wird der Fahrer aufgefordert, die Steuerung zu übernehmen.
  • 5. autonomes Fahren: Der Pkw oder Lkw fährt komplett selbstständig. Ein menschliches Eingreifen ist nicht mehr notwendig

Zwar finden Fahrassistenzsysteme bereits eine immer größere Verbreitung. Die modernsten am Markt erhältlichen Fahrzeuge entsprechen derzeit jedoch erst dem Level 2. Damit der vollständig autonome Straßenverkehr Realität werden kann, gilt es nämlich, noch einige technische Herausforderungen zu lösen und rechtliche Fragen zu klären.

Funktionsteile für Assistenzsysteme

Einen nicht zu unterschätzenden Part beim Thema Fahrassistenzsysteme spielt auch Pöppelmann K-Tech. Der Geschäftsbereich der Kunststoffexperten aus Lohne ist für verschiedene Hersteller aus der Automobilproduktion ein wichtiger Partner in Hinblick auf die aktive Fahrsicherheit. So liefert das Unternehmen z. B. Funktionsteile zur Befestigung und zum Abdecken bzw. Verkleiden von Fahrassistenzsystemen. Ein K-Tech-Funktionsteil kann beispielsweise Assistenzsysteme wie Regen-Licht-Sensoren, Mono- (für Straßenschilder) oder Stereokameras (für die Spurassistenz oder zur Kontrolle der Straßenverhältnisse) sowie Halter und Trägerplatten für Bremsassistenten oder die Rückfahrkamera beinhalten. „Zukünftig sind auch Funktionsteile für Augmented-Reality-Kamerasysteme denkbar. Mit solchen ließen sich beispielsweise Navigationskarten bzw. Anweisungen, ähnlich wie in einem Videospiel, direkt in der Windschutzscheibe abbilden“, sagt Alexander Harting, Projekt-Manager bei Pöppelmann K-Tech.

Die Konzeption für solche Assistenzsysteme übernimmt teilweise der Kunde; die 3D-Konstruktion sowie kunststoffgerechte Bauteildefinition der Kunststoffkomponenten unter Berücksichtigung der Herstellung und der Anforderungen aus dem jeweiligen Lastenheft, findet dagegen bei Pöppelmann K-Tech statt.

Kurze Entwicklungszeiten

Von der Entwicklung bis zur Serie läuft bei Pöppelmann alles unter einem Dach ab, was neben einem großen Kosten- auch einen erheblichen Zeitvorteil darstellt: Zwischen dem Start der Entwicklung bis zum Vorliegen der ersten werkzeugfallenden Teile vergehen in der Regel nur neun bis zwölf Monate; nach zwei Jahren erreichen die Artikel die Serienreife.

Pöppelmann K-Tech verfügt dazu über ein eigenes Projektteam, das sich ausschließlich mit FEM-Berechnungen und Bauteilsimulationen beschäftigt. Eigene Materialdatenbanken unterstützen eine zielgerichtete Simulation. Diese Ergebnisse können parallel für die Bearbeitung kunststoffgerechter CAD-Daten verwendet werden. Ein großer Nutzen für die Kunden: Auf diese Weise lassen sich auch kurzfristig konstruktive Anpassungen an geänderte Bauraum- oder Anforderungssituationen erarbeiten. Pöppelmann K-Tech richtet sich immer stärker nach den Zielvorgaben des jeweiligen Anwenders. „Dies hängt damit zusammen, dass das Unternehmen im Projektgeschäft tätig ist, in dem jede Anwendung unterschiedliche Anforderungen aufweist und jeder Kunde verschiedene Ziele anstrebt. Bei einer Anwendung lassen sich zudem mehrere Ziele gleichzeitig verfolgen, die es dann zu kombinieren gilt“, erklärt Andreas Kellermann, Verkaufsleiter von Pöppelmann K-Tech.

Von Mehrwerten profitieren

Ein großer Vorteil ergibt sich, wenn der Kunde K-Tech als Lieferanten bzw. Experten für die Kunststofftechnik früh in den Entwicklungsprozess einbezieht. Dank verkürzter Entwicklungszeit führt dies zu einer schnelleren Marktlösung und einer höheren Effizienz durch individuelle Prozessgestaltung. „Kernelement unserer Arbeit ist die Projektierung“, sagt Kellermann. „Das jeweilige Projekt-Team von K-Tech berät den Kunden in jeder Projektphase. Um bei der hohen Entwicklungsgeschwindigkeit und den komplexen Anforderungen des Kunden mitzukommen, stellt Pöppelmann K-Tech teilweise Mitarbeiter vor Ort beim Kunden in den Entwicklungsteams. Fachabteilungen wie beispielsweise Prozessoptimierung, Simulation oder Labor können Analysen und Konzepte direkt erarbeiten.“

Gleich zu Beginn des Projektes bringen die K-Tech-Experten Vorschläge für mögliche Innovationen ein und der Kunde profitiert so von Mehrwerten wie integrierten Funktionen, die das Unternehmen als Pöppelmann-Effekt bezeichnet. Die strukturierte Vorgehensweise bzw. die gesamtheitliche Betrachtung sorgt nicht nur für erhebliche Zeiteinsparungen in der Entwicklung, sondern letztendlich auch für hochwertigere Endergebnisse.

Extrembedingungen fordern hohe Zuverlässigkeit

Ein Beispiel für eine erfolgreiche Lösungsentwicklung im Bereich der aktiven Fahrsicherheit ist eine Trägerplatte, die Pöppelmann K-Tech jüngst für das Fahrassistenzsystem von Daimler entwickelt hat. Fast jeder der Pkws, die Daimler in diesem Jahr bisher gebaut hat, verfügt über Fahrassistenzsysteme, die – mit einer Trägerplatte fixiert – an der Windschutzscheibe angeklebt werden. Damit die Kamera immer freie Sicht hat und verlässliche Ergebnisse liefert, wird in der Trägerplatte ein Heizpad eingebracht, das über einen elektrischen Widerstand aufgeheizt wird, damit die Windschutzscheibe nicht beschlägt oder einfriert.

Applikationen wie diese stellen die Ingenieure vor verschiedene technische Herausforderungen. Beispielsweise muss das Material dauerhaft hohen Temperaturen standhalten: „Beim Einsatz in Wüstenregionen heizt sich die Scheibe bei Sonneneinstrahlung auf bis zu +100 °C auf, die Kamera sogar auf bis zu +105 °C“, so Harting. In diesem Fall müsse die Technik genauso zuverlässig funktionieren, wie bei einer Fahrt im schwedischen Winter bei Temperaturen unter -30 °C.

Ein weiteres Projektbeispiel ist ein Radarsystem für die passgenaue, nachträgliche Befestigung im Bereich des Frontends des Fahrzeugs zur Abstandsregelung. Die Herausforderung in diesem Fall: Da schon sehr kleine Abweichungen der Radarposition die Angaben über den Abstand des Fahrzeugs zu einem Objekt verfälschen, weil der Sensor nicht weit genug bzw. zu weit reicht, war die Passgenauigkeit bzw. das Einhalten der Toleranzen bei dem Halter sehr wichtig. Eine weitere Kundenvorgabe war die Funktionsintegration: Der Halter sollte sich einfach und schnell an Radar und Karosserie montieren lassen. Weiterhin sollte der Halter für unterschiedliche Fahrzeugmodelle einsetzbar sein.

Von Beginn an war hier klar, dass die schnellste und kostengünstigste Variante in einem Halter aus zwei Bauteilen bestehen würde: einem gleichbleibenden Adapterrahmen für das Radar und einem variablen Stützwinkel, der je nach Modell angepasst werden kann. „Die beiden Bauteile müssen immer exakt im gleichen Winkel zueinander montiert werden. Um dieses Problem zu lösen, integrierten unsere Ingenieure eine Schraube, die den gewünschten Winkel fixiert“, erzählt Projekt-Manager Reinhard Thobe. „Zur Montage wurde an beiden Bauteilen eine Clip- bzw. Rastfunktion vorgesehen.“ Für eine sichere und dauerhafte Positionierung verstärkten die Konstrukteure die Befestigungsbereiche mit Metallbuchsen. Resultierend aus FEM-Berechnungen und Füllsimulationen integrierten sie zudem eine belastungsorientierte Verrippung.

„Dank der zweiteiligen Bauweise des Halters sind nur wenige Iterationsschleifen im Werkzeug nötig, um eine passende Lösung für eine andere Schnittstelle zu liefern. Das Abstandsradar liefert zudem verlässliche Ergebnisse, da der Halter passgenau sitzt und die Toleranzen nicht übersteigt“, erklärt Thobe weiter. Der Halter ließe sich sicher und störungsfrei mit Radar und Karosserie verbauen.

Projektbeispiele wie diese zeigen, dass Pöppelmann K-Tech mit seinen langjährigen Erfahrungen, den vielfältigen zur Verfügung stehenden Tools sowie der schnellen Entwicklungsarbeit und straffer Projektabläufe, die denen reiner Spritzgießer überlegen sind, sich als zuverlässiger und zukunftsorientierter Entwicklungspartner im Bereich der Fahrassistenzsysteme auszeichnet. Die Orientierung an den Anwendungsanforderungen und die Nähe zum Kunden helfen dabei, in kürzerer Zeit eine ganzheitliche Lösung zu finden, die optimal auf den jeweiligen Bedarf zugeschnitten ist. Mit seinen innovativen Entwicklungen trägt Pöppelmann somit ein Stück weit mit bei, dass der Weg zum autonomen Fahren etwas kürzer wird. bec

Detaillierte Informationen zur Funktionsintegration bei technischen Kunststoffteilen:

http://hier.pro/JtaE7

Fakuma: Halle B5, Stand 5107

Electric Vehicle Symposium & Exhibition: Halle 1, Stand G62


PLUS

Innovationsführer

Am 23. Juni 2017 wurde Pöppelmann von Physiker und Wissenschaftsjournalist Ranga Yogeshwar, Prof. Dr. Nikolaus Franke von der Wirtschaftsuniversität Wien sowie Compamedia aufgrund des Innovationsklimas und -erfolgs als einer der TOP-100-Innovationsführer des deutschen Mittelstands ausgezeichnet.


„Die strukturierte Vorgehensweise bzw. die gesamtheitliche Betrachtung sorgt letztendlich auch für hochwertigere Endergebnisse.“

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