Der Grenzwert von 95 Gramm CO2 pro Kilometer ist für die gesamte Automobilindustrie – Hersteller wie Zulieferer – eine enorme Herausforderung. Polymer-Metall-Hybride vereinen höchste Funktionalität mit geringem Gewicht und werden zukünftig deutlich mehr eingesetzt.
Der Autor: Jürgen Goroncy, freier Mitarbeiter der AutomobilKonstruktion
Hydroformed-Hybrids für die Karosserie sparen nicht nur Gewicht ein
Leichtbau zählt zu den Schlüsseltechniken um Kraftstoffverbrauch und Emissionen zu senken. Seit einiger Zeit ersetzen Kunststoffe zunehmend Metalle. Bei Elring Klinger ging das erste Kunststoff-Leichtbauteil Ende der 1990er Jahre in Serie. Heute fertigt das Unternehmen aus Dettingen an der Erms etwa zehn Millionen Stück pro Jahr – Tendenz steigend. Ende 2014 erweiterte sich das Produktportfolio um neuentwickelte Hybrid-Werkstoffe. „Für uns stellt dies den Einstieg in den Leichtbau für Karosserie- und Fahrwerksteile mit einer neuen Hydroform-Hybridtechnik dar“, erklärt Reinhard Müller, Leiter des Geschäftsbereichs Elastomertechnik/Module bei Elring Klinger.
Leichtbaulösungen fürs Frontend und das Cockpit
Hergestellt werden die Strukturbauteile wie Cockpitquer- oder Frontendträger in einem innovativen Fertigungsverfahren, das Innenhochdruck-Umformen und Spritzgießen in nur einem Prozessschritt vereint. Dabei wird vorzugsweise ein dünnwandiges Aluminiumrohr in ein Kunststoff-Spritzgusswerkzeug eingelegt und mit Funktions-Elementen aus Kunststoff umspritzt. Im Anschluss wird das Hybridteil den nachfolgenden Bearbeitungsprozessen zugeführt.
Metall und Polymer gehen einen Form- beziehungsweise Kraftschluss ein. Die Spritzgussmasse wird auf ein durch eine Rändelung funktionalisiertes Aluminiumrohr aufgespritzt. In dieser Rändelung verankert sich der Kunststoff. Zusätzlich wird das Rohr mit Rippen und Funktionselementen aus Kunststoff umspritzt. Verwendet wird derzeit Polyamid PA6 mit 60 % Glasfaserfüllung (GF60). „Denkbar ist aber auch die Verarbeitung anderer Polyamide oder Thermoplaste“, sagt Müller.
An zwei Standorten kommt die Technik bisher zum Einsatz: In Suzhou/China sowie im kanadischen Leamington. Die hierzu benötigten, 32 t schweren Werkzeuge stellte der konzerneigene Werkzeugbau – bekannt unter dem Markennamen Hummel-Formen – am Standort Lenningen her.
Für die Karosserie werden von Elring Klinger zunächst Cockpitquer- und Frontendträger aus Polymer-Metall-Hybriden gefertigt. Der Cockpit-Querträger trägt Instrumententafel, Lenksäule, Heizungs- und Lüftungsmodule, Airbags, Handschuhkasten, Mittelkonsole sowie weitere Ausstattungselemente. Weiter vorne im Fahrzeug, am Frontend, fixiert ein ebenfalls in Hybridbauweise hergestellter Frontendträger beispielsweise den Motorkühler, die Scheinwerfermodule, den Spritzwasserbehälter, das Signalhorn, das Abstandsradar-Modul oder die Luftansaugung. Darüber hinaus stützt er die Motorhaube ab. Einsatz finden die Strukturbauteile in aktuellen Mercedes-Benz Modellen wie etwa A-, B-, C- und E-Klasse.
Eine Lizenzvereinbarung mit der Daimler AG ermöglicht es Elring Klinger, diese Technologie auch weiteren OEMs anzubieten, was beträchtliches Potenzial für Anschlussaufträge in den kommenden Jahren bedeutet. Mehrere Kunden haben bereits Interesse geäußert. Wer diese Interessenten sind, wollte man in Dettingen allerdings nicht kommunizieren.
Motor- und Getriebeträger aus glasfaserverstärkten Thermoplasten
Als Spezialist für Kunststoffspritzguss geht Elring Klinger auch bei Motor- und Getriebeträgern einen Schritt weiter und ersetzt die bis dato verwendeten metallischen Werkstoffe durch glasfaserverstärkte Thermoplaste. Motorträger aus glasfaserverstärktem Polyamid haben entscheidende Vorteile gegenüber herkömmlichen Aluminium-Konstruktionen. „Die wesentlich bessere Akustik sowie die höhere Wärmeisolierung sprechen für sich“, fasst Müller zusammen. Auch eine hohe Festigkeit und Steifigkeit zeichnen die Bauteile aus. Zudem wird das aus Naturkautschuk hergestellte Motorlager besser vor der Motorhitze geschützt und so die Lebensdauer erhöht. Inserts und Buchsen, aber auch Hitzeschilde können problemlos integriert werden.
Alles aus einer Hand – auch in Zukunft
Eine Besonderheit, die das Unternehmen seinen Kunden bietet: Die Entwicklung und Konstruktion der Bauteile, der Werkzeuge, sowie die zugehörige Prozessentwicklung kommen aus einer Hand. „Besonders unser konzerneigener Werkzeugbau ist ein klares Alleinstellungsmerkmal. Vom ersten Kundenanruf bis zur Großserienfertigung der Bauteile wird alles bei uns aufeinander abgestimmt. Dies bietet dem Kunden die Sicherheit einer günstigen, schnellen und flexiblen Bauteilentwicklung und -fertigung“, erklärt der Bereichsleiter.
Elring Klinger AG
Tel.: +49 7123 724-0info@elringklinger.com
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