Hannover Messe 2018: Autofahren leicht gemacht

Der Bundesexzellenzcluster „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen“ (MERGE) der Technischen Universität Chemnitz erforscht hybride Leichtbaukomponenten durch neuartigen Technologie- und Materialeinsatz. Vor allem in der Automobilindustrie ist die Anwendung von Faserverbunden von vielfältigem Nutzen. Neben der Reduktion von Gewicht und Kosten wird so auch die Erfüllung der Klimaziele unterstützt.

„Mit jedem Kilogramm, das am Auto eingespart werden kann, verringert sich der Kraftstoffbedarf und somit auch der CO2-Ausstoß“, erklärt Prof. Dr. Lothar Kroll, Koordinator des Bundesexzellenzclusters. Auf der Hannover Messe 2018 präsentiert MERGE daher Bauteile aus faserverstärktem Kunststoff, die dazu beitragen können, das Gesamtgewicht eines Pkw zu reduzieren.

An der Schnittstelle von Fahrwerk und Antrieb

Durch hocheffiziente und integrierte Prozessabläufe unter dem Motto „Ein Schuss, ein Bauteil“ entwickelten die MERGE-Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mittels Spritzgießtechnologie sogenannte Koppelstreben mit neuartiger Bauteilarchitektur. Neben einer Gewichtsreduzierung dieser Fahrzeug-Bauteile um 75 Prozent gelang es ihnen so, eine signifikante Kostenersparnis bei gleichzeitiger Lebensdauererhöhung zu erreichen.

„Der veränderte Aufbau dieses funktionsintegrativen Schnittstellenelements ermöglicht eine gezielte Verlagerung von hohen lokalen Beanspruchungen mittels lasttragender Einleger. Dazu werden sogenannte Organobleche, also thermoplastische Faserverbundhalbzeuge mit endloser Faserverstärkung, oder konturierte Metallbleche sowie Hülsen zur Befestigung des Bauteils am Fahrzeug mit einem Handlingsystem in die Spritzgießmaschine eingelegt und mit Kunststoff umspritzt“, erklärt Tristan Timmel, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Bundesexzellenzcluster MERGE.

Das Besondere: Die einzelnen Komponenten des Bauteils können auch in Großserienfertigung dank der Automatisierung des Prozesses individuell je nach Verwendungszweck eingelegt werden, müssen jedoch nicht wie bisher in mehreren aufeinanderfolgenden Montageschritten zusammengefügt werden. Das spart nicht nur Zeit, sondern auch Energie und Kosten.

Zum Einsatz kommen die Koppelstreben u. a. im Bereich des Fahrwerks sowie als Drehmomentabstützung im Bereich des Antriebstranges. Letztere fangen unter Last, also im Betrieb des Fahrzeugs, das sogenannte Differenzdrehmoment von Antriebseinheit und Rädern auf und leiten es in die Karosserie. „Durch die neuartige Bauteilarchitektur ist es uns nun gelungen, die Schwingungen aus der Radaufhängung oder dem Antriebsstrang gezielt aufzunehmen und zu absorbieren, wodurch die Akustik im Fahrzeuginnenraum deutlich verbessert werden kann.

Diese Schwingungstilgung können wir über die Beschaffenheit der unterschiedlichen Einleger realisieren, z. B. Material, Faserorientierung und die Einlegerdicke“, so Timmel. Die Bauteile finden aktuell gleich mehrfach als Prototypen Anwendung im „Chemnitz Car Concept“ (CCC), einem Systemdemonstrator auf der Plattform eines VW up!

Das CCC repräsentiert MERGE-Technologien als ein elektrisch angetriebenes Leichtbaufahrzeug. Sowohl Innen- als auch Außenbauteile – von Leichtbaukomponenten bis zum Antriebsstrang – werden von den MERGE-Forschenden als Referenzteile neu entwickelt und exemplarisch im „MERGE up!“ verbaut.

Gleiche Eignung, weniger Gewicht

Auch bei einem thermoplastischen Druckluftbehälter, wie er vor allem in Nutzfahrzeugen eingesetzt wird, konnten die MERGE-Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler durch eine Kombination aus Spritzgieß- und Wickeltechnologie eine signifikante Reduzierung des Gewichts bei gleicher Eignung erreichen. So wurden sowohl Fassungsvermögen, Größe des Bauteils als auch Betriebsdruck beibehalten.

Das Gewicht reduzierten die Forschenden von 2,8 Kilogramm auf 1,3 Kilogramm um mehr als die Hälfte. Auch ein Erdgasrack für Fahrzeuge, das zu Befestigung von Gasdruckbehältern dient, wurde aus faserverstärkten thermoplastischen Halbzeugen als Pressbauteil gefertigt. Dadurch werden nicht nur etwa 15 Kilogramm Gewicht gegenüber der üblichen Herstellungsweise eingespart, sondern auch die Kosten reduziert, denn die leichtere Montage trägt zu einer geringeren Fertigungszeit bei.

Da die Nachfrage nach leichteren Bauteilen und geringeren Kosten bei gleicher Eignung und Sicherheit im Fahrzeug stetig zunimmt und aus der Zukunft des Automobilbaus nicht mehr wegzudenken ist, ist die Leichtbauforschung und Technologieentwicklung an der TU Chemnitz grundlegend für weitere Entwicklungen. Den aktuellen Forschungsstand und die Prototypen der bisherigen Entwicklungen präsentieren die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Bundesexzellenzclusters MERGE auf der Hannover Messe 2018.

Vom 23. bis 27. April stellen sie auf dem Gemeinschaftsstand „Forschung für die Zukunft“ (Halle 02, Stand A38) sowohl den Druckluftbehälter, das Erdgasrack und die Koppelstreben sowie weitere neuentwickelte hybride Leichtbaukomponenten aus dem Exzellenzcluster vor.

Hintergrund: Schlüsseltechnologie Leichtbau im Bundesexzellenzcluster MERGE

Der Bundesexzellenzcluster „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen“ (MERGE) der TU Chemnitz ist der erste und einzige Bundesexzellenzcluster auf dem Gebiet der Leichtbauforschung. Ziel ist es, heute noch getrennte Fertigungsprozesse bei der Verarbeitung unterschiedlicher Werkstoffgruppen wie Textilien, Kunststoffe und Metalle zusammenzuführen sowie gleichzeitig Bauteile und Halbzeuge mit Sensorik und Aktorik auszustatten. Mehrkomponentenbauteile können dann in Großserie kostengünstiger und energieeffizienter produziert werden.

Im vergangenen Jahr präsentierten die Chemnitzer Forscherinnen und Forscher auf der Hannover Messe mit der Durchlade einer Pkw-Rücksitzbank ein Bauteil, dessen Gewicht um mehr als die Hälfte reduziert werden konnte und trotzdem im Crash-Fall den Kräften standhält. Es war das erste Strukturbauteil, welches im Chemnitzer Exzellenzcluster als faserkunststoffverstärktes Bauteil konstruiert, technologisch als Prototyp umgesetzt und bis zur Serienreife weiterentwickelt wurde.

Homepage des Bundesexzellenclusters MERGE: www.tu-chemnitz.de/MERGE

Weitere Informationen erteilt Prof. Dr. Lothar Kroll, Telefon 0371 531-13910, E-Mail merge@tu-chemnitz.de