Düsseldorf, 15. Oktober 2024 – Stoffdächer für Cabrios sind hochkomplexe Baugruppen, wenn es um Sicherheit, Optik und Funktionalität geht. Sie zu gestalten ist daher immer eine Herausforderung. Das Beispiel des neuen Cabriolets eines deutschen Premium-Automobilindustrie Herstellers verdeutlicht die neuen Möglichkeiten, die Hightech-Thermoplaste bei der Konstruktion solcher Teile eröffnen. Sein vollautomatisches Akustik-Stoffverdeck ist vorne mit einem Dachquerträger ausgestattet, der aus den leichten Strukturwerkstoffen Tepex® und Durethan® von Envalior besteht. Sie wirken als Ersatz für Magnesium. Envalior wird den Querträger auf der Fakuma 2024 präsentieren.
Der Querträger hält die Aktuatoren und die Kinematik, mit denen das Verdeck mit dem Dachrahmen der Karosserie ver- und entriegelt wird. Bisher waren diese Komponenten in einer Magnesiumbaugruppe mit Kunststoff Deckel integriert. Diese Abdeckung war jedoch im Interieur sichtbar und reduzierte die Länge des Dachhimmels. Die Baugruppe besteht nun überwiegend aus Hochleistungs-Kunststoff.
"Dank der größeren Gestaltungsfreiheit, die die Kunststoffe von Envalior bieten, und der Flexibilität bei der Materialwahl war es möglich, das Bauteil unten zu schließen und den Dachhimmel bis zu den A-Säulen zu verlängern. Dadurch erhält das Interieur des Fahrzeugs ein homogeneres, harmonischeres und damit eleganteres Gesamtbild. Zudem wiegt diese Bauweise 700 Gramm weniger als die Vorherigen Magnesium-Varianten und ermöglicht es, 50 Prozent der notwendigen Bauteile einzusparen", erklärt Matthias Schütte, Produktmanager Structural Lightweight Global bei Röchling Automobilindustrie, dem Hersteller des Verdeckquerträgers.
Envalior Engineering Dienstleistungen als Schlüssel zum Erfolg des Projekts
Die Konstruktion des Querträgers war aufgrund des engen Bauraums, der komplexen Geometrie und der hohen Lasten äußerst anspruchsvoll.
"Dennoch ist es uns gelungen, ein Bauteil aus Kunststoff gemäß den Konstruktionsvorgaben zu konstruieren, das auch die hohen Anforderungen an Sicherheit, Funktion und Optik erfüllt", erklärt Schütte. Möglich wurde dieser Erfolg durch die enge Zusammenarbeit zwischen Envalior und Röchling Automobilindustrie.
"Zusätzlich zu unseren Konstruktionsmaterialien haben wir auch verschiedene technische Dienstleistungen in das Projekt eingebracht. Solche Dienstleistungen bieten wir Partnern an, um sie in alle Entwicklungsphasen eines Kunststoff Bauteils alle dem Weg zur Serienreife zu unterstützen. Dieses Know-how zahlt sich für unsere Kunden gerade im Rahmen anspruchsvoller, innovationsgetriebener neuer Projekte aus", sagt Dr. Klaus Vonberg, Sales & Business Development Manager Tepex® bei Envalior.
Hohe Steifigkeit der Bauteile durch verstärkenden Verbundwerkstoff
Der Verdeckquerträger befindet sich am Rand des Verdecks des Cabriolets und verbindet sich bei geschlossenem Dach fest mit dem Dachrahmen der Windschutzscheibe. Das Strukturbauteil wird in Hybrid-Molding-Technologie hergestellt. Dieses Verfahren kombiniert die Umformung eines thermoplastischen Faserverbundwerkstoffs mit dem Spritzguss in nur einem Werkzeug. Als Verbund kommt hier ein Querschnitt aus endlosglasfaserverstärktem und Polyamid 6-basiertem Tepex® dynalite 102-RG600 von Envalior zum Einsatz. Er bildet die Vorderkante des Verdeckquerträgers und verstärkt das Gesamtbauteil. Durethan® BKV50H2.0 ist das verwendete Spritzguss-Material. Dieses Polyamid 6 Compound ist mit 50 Gewichtsprozent Glasfasern verstärkt und wird ebenfalls von Envalior hergestellt.
Produktion in nur einem Prozessschritt
Der Verdeckträger aus Kunststoff ist wannenförmig und wird anschließend mit einer Kappe verschlossen, die mit dem Stoffverdeck verbunden ist. Die filigrane und lastpfadgerechte Innenstruktur des Trägers nimmt beispielsweise Halterungen, Führungen, Lager, Öffnungen und Befestigungen auf. Diese auch nur annähernd im Magnesium-Druckguss umzusetzen, wäre ein äußerst aufwendiges Unterfangen gewesen. So hätte es beispielsweise einen erheblichen Nacharbeitsbedarf gegeben. Im Gegensatz dazu gibt es beim Hybrid-Molding-Verfahren nur einen Prozessschritt, der ein nacharbeitsfreies Kunststoffbauteil erzeugt, in das zahlreiche Funktionen mittels Spritzguss integriert werden.
Gleichmäßige Formfüllung
Die Dienstleistungen von Envalior Engineering für den Softtop-Träger umfassten auch detaillierte Moldflow-Analysen für die Formfüllung. Das Füllen des Hohlraums im Hybrid-Molding-Verfahren ist nicht einfach, da das Bauteil eine komplexe innere Struktur aufweist und sehr breit ist. Dadurch hat der geschmolzene Kunststoff entsprechend lange Fließwege. Es wurde ein Anschnittkonzept entwickelt, mit dem das große Werkzeug dennoch gleichmäßig befüllt werden kann. Auf diese Weise kann die Bildung von Bindenähten, die die mechanische Leistungsfähigkeit des Bauteils beeinträchtigen, weitgehend verhindert werden.
Integrierte Simulation komplexer Lastfälle
Mold-Flow-Analysen halfen zudem, den Verzug des Bauteils zu minimieren und die lokale Orientierung der Glasfasern im Bauteil zu bestimmen. Letzteres ist ein wichtiger Eingangsparameter, um verschiedene mechanische Lastfälle mittels integrierter Simulation präzise zu berechnen.
"Wir haben verschiedene Crash-Substitute-Lastfälle untersucht und die Kräfte analysiert, die durch die Spannung des Verdeckgewebes unter Windlast sowie durch die Dichtungskompression auf das Bauteil einwirken. Auf Basis der Ergebnisse haben wir das Bauteildesign unter Berücksichtigung der Toleranzanforderungen bei der Integration des Bauteils in die Karosserie angepasst und optimiert", erläutert Vonberg.
Gute Aussichten für den Leichtbau der oberen Karosserie
Der Träger verdeutlicht, wie sinnvoll der Einsatz von Tepex® im Leichtbau von Struktur- und Karosseriebauteilen ist. Dies gilt insbesondere für Bauteile im oberen Bereich des Fahrzeugs (Gewächshaus).
"Unser leichtes Material Verbundwerkstoff trägt dazu bei, den Fahrzeugschwerpunkt zu senken und dadurch die Fahrdynamik zu verbessern", betont Henrik Plaggenborg, Director Global Sales & Business Development Tepex® bei Envalior.
So ist es Envalior bereits gemeinsam mit Partnern gelungen, eine A-Säule für das Porsche 911 Cabrio im Tepex® Composite-Design zu entwickeln. "Wir gehen davon aus, dass B- und C-Säulen, Dachspriegel und sogar ganze Rahmen auch für Windschutzscheiben realisiert werden können", so Plaggenborg weiter.
Neben Bauteilen im Gewächshaus hat die Verbundbauweise mit Tepex® gute Chancen, auch in der unteren Karosserie eingesetzt zu werden, zum Beispiel zur Verstärkung von Türschwellern, Längsträgern und Querträgern. Das Material Verbundwerkstoff könnte in allen dieser Anwendungen als Ersatz für Metalle fungieren und so zur Gewichtsreduzierung beitragen, was beispielsweise die Reichweite von Elektrofahrzeugen erhöht.
Die Fakuma findet vom 15. bis 19. Oktober 2024 auf dem Messegelände Friedrichshafen statt. Sie finden den Stand von Envalior in Halle B4, Stand #4302.
Weitere Informationen zu den Produkte und Dienstleistungen von Envalior finden Sie unter www.envalior.com.
Der Dachquerträger besteht aus den leichten Konstruktionswerkstoffen Tepex® und Durethan® von Envalior. Die Konstruktion des Strukturteils war aufgrund des engen Bauraums, der komplexen Geometrie und der hohen Lasten äußerst anspruchsvoll. Trotzdem ist es gelungen, die hohen Anforderungen an Sicherheit, Funktion und Optik zu erfüllen.
Foto: Envalior
Über Envalior
Envalior ist ein weltweit führender Anbieter von Engineering Materials mit über 4.000 Mitarbeitern weltweit. Sie entstand 2023 durch den Zusammenschluss von LANXESS Performance Materials und DSM Engineering Materials. Mit einer langen Erfolgsbilanz kundenorientierter Innovationen ist Envalior auf die Entwicklung nachhaltiger und leistungsstarker Materialien spezialisiert. Zu den Fokusmärkten gehören Automobilindustrie, New Mobility, Elektronik & Elektrik sowie Konsumgüter. Weitere Informationen finden Sie unter www.envalior.com.
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Candace Roulo
