Anforderungen an sichere und variable Pkw-Sitze aus Fasermaterialien

Austauschbare Individualität

Bereits heute wird im Bereich der Sitzrahmen mit leichten Alternativmaterialien wie faserverstärkten Polymeren geforscht
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Sitzkomponenten müssen austauchbar sein, um verschiedene Funktionen und Ausstattungs- varianten der Komplettanlage sicherzustellen. Fahrzeugher- steller greifen deshalb zunehmend auf Gleichteile zurück. Andererseits wünscht sich der Endkunde aber hohe Individualisierung des Fahrzeuginnenraums und die Möglichkeit, das Interieur auf 0seine sich eventuell ändernden Bedürfnisse anpassen zu können – und das bei uneingeschränktem Komfort und hohem Sicherheitsniveau.

Der Autor Martin Zynda ist Executive Director Front Seats bei Johnson Controls Automotive Experience, Burscheid

Johnson Controls hat die globale „Technology Watch and Roadmap“ entwickelt, um Zukunftstrends zu erkennen, zu beobachten und zu analysieren. Die Betrachtung basiert auf Erkenntnissen unterschiedlicher Wissensgebiete. Insbesondere die Domänen Konsument und Gesellschaft, Fahrzeug und Industrie sowie Technologie, Produkte und Design sind von Interesse. Ziel ist die Ermittlung einer Kombina- tion von Faktoren aus Trends, Entwicklungen und Störfaktoren, die einander bedingen und stützen.
Die Forderung von Konsumenten und Industrie in Bezug auf Nachhaltigkeit, die Reaktion auf die Kreditkrise und schrumpfende Ölreserven stehen dabei ebenso im Fokus wie die veränderte Altersstruktur in den Industrieländern. Zudem stellen der wachsende Mobilitätswunsch in Entwicklungsländern und die besonderen Anforderungen schnellwachsender Städte neue Anforderungen in puncto Leichtbau, Sicherheit und Variabilität an Pkw-Sitze. Die Herausforderung besteht darin, die gleiche oder gar höhere Sicherheit, eine erweiterte Funktionalität und gesteigerten Komfort bei gleichen – besser noch sinkenden – Produktions- und Unterhaltskosten zu realisieren.
Verbesserte Stahleigenschaften haben über Jahre das Verhältnis von Gewicht zu Performance positiv beeinflusst und bei zahlreichen Bauteilen eine Materialreduktion bis 35 % ermöglicht. Hoch- und höherfeste Stähle, Stahlverbundkonstruktionen, Umformbauteile statt Gussteile sowie Laserschweißen waren ein erster Schritt. Mittelfristig wird dieser durch Tailored Blanks, Aluminium und andere Legierungen, Tailored Tempering, Kleben und Nieten ergänzt, langfristig wird gar der Einsatz faserverstärkter Polymere, Nanotechnologie und neuen Verbundtechniken weitere Gewichtreduzierungen ermöglichen.
Einfluss der Rohstoffe
Hybrid- und Elektrofahrzeuge werden zunehmend mit der Frage nach der Verfügbarkeit der notwendigen Rohstoffe in Verbindung gebracht. Im Fokus stehen insbesondere Faserverbundkunststoffe. Neue Applikationen werden untersucht und Möglichkeiten, Materialien wie Stahl oder Aluminium zu ersetzen, werden in unterschiedlichsten Bereichen geprüft. Bei Pkw-Sitzen werden bereits heute vor allem zwei Strategien verfolgt: Die Substitution auf Komponentenebene (integriertes Design) und das Ersetzen kompletter Bauteile.
Faserverbundkunststoffe zeichnen sich durch hohe Steifigkeit kombiniert mit hoher Dehnfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit, weitreichender Designfreiheit, geringer Ermüdungstoleranz und guter Vibrationsisolierung aus. Auf der wirtschaftlichen Seite schlagen hohe Materialkosten zu Buche, zudem bietet die Qualitätssicherung gerade bei großen Stückzahlen noch Potenzial. Auch hinsichtlich der Reparatur beziehungsweise Nachbesserung von Fertigteilen gibt es noch keine wirtschaftliche Lösung. Zudem schränkt die vergleichsweise niedrige Energieabsorptionsfähigkeit von Faserverbundkunststoffen derzeit noch deren Verwendbarkeit bei Teilen, die im Falle eines Aufpralls einer gezielten Deformation unterliegen sollen, ein.
Stellt sich also die Frage, welche Hürden überwunden werden müssen, damit der Einsatz von Fasermaterialien im Automobilbau lohnenswert ist. Eine Möglichkeit zur Kostenreduktion ist neben dem schlichten Sammeln von Erfahrungen beim Design von Laminaten beispielsweise die Weiterentwicklung von Simulationstechnologien hinsichtlich virtueller Produktentwicklung. Zudem wird der Zusammenarbeit aller Komponenten- und Systementwickler in einem sehr frühen Projektstadium eine hohe Bedeutung zukommen, um eine optimale Auslegung von Bauraum, Kraftfluss und Endmontage zu erreichen. Dabei spielen Faktoren wie die Integration von Multifunktionselementen beim Design der Komponenten eine Rolle. Zudem ist eine gezielte Spezifikationsanpassung an die Eigenschaften neuer Materialien ebenso wünschenswert wie neue Ansätze bei Entwicklung und Design. Ebenso wichtig wird künftig eine optimierte Prozesskombination von Produktion und Montage (Verzicht auf Schraubverbände). Natürlich müssen auch entsprechende Prozesse und Kapazitäten im Hinblick auf eine Serienfertigung in großen Volumina implementiert werden. Dazu gehört die Entwicklung von Methoden einer schnellen Schadensprüfung sowie Reparatur sowohl an der Produktionslinie, als auch später beim fertigen Produkt.
Johnson Controls; Telefon: 02174 65-4343; E-Mail: ulrich.andree@jci.com
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