Automobil-Leichtbau: „Mehr Qualität …

... weniger Gewicht“

Composites_CH_3410aRessourcenverknappung, steigende CO2-Emissionen, Bevölkerungswachstum und der weltweit zunehmende Wunsch nach Mobilität sind die großen Herausforderungen für die automobile Zukunft.
Um die Effizienz von Fahrzeugen noch weiter zu erhöhen und damit den Kraftstoffverbrauch zu senken, ist der Leichtbau – z. B. die Substitution von Metallbauteilen durch Kunststoffe – ein Schlüsselfaktor. Durch faserverstärkte Kunststoffe lässt sich schon heute deutlich Gewicht einsparen. Ihre einfache und flexible Verarbeitbarkeit sowie die exzellente Funktionsintegration ermöglichen eine Designfreiheit und Individualisierung, die mit herkömmlichen Werkstoffen nicht möglich ist.
Composites_Frontspoiler_FVKurz- und langfaserverstärkte Kunststoffe sind in vielen Pkw- und Nutzfahrzeuganwendungen bereits etabliert, mit einer Gewichtseinsparung von bis zu 40 Prozent pro Bauteil. Um Metalle in lasttragenden Anwendungen, wie Chassis und Karosserie, zu ersetzen, wird dagegen eine Endlosfaserverstärkung benötigt.
Dabei liefern besonders karbonfaserverstärkte Composites hochfeste, steife und crashgeeignete Strukturen. Polyurethan-Systeme bieten viele Möglichkeiten, die Vorteile solcher Faserverbundwerkstoffe zu nutzen. Von kurz- über lang- bis zu endlosfaserverstärkten Systemen bietet BASF Polyurethanes maßgeschneiderte Lösungen.
Composites_LKW-AufbewahrungDie typischen Bauteile, gefertigt im Reinforced-Reaction-Injection-Moul­ ding-Prozess, sind Front- und Heckschürzen, Schweller, Kotflügel, Spoiler, Verkleidungsteile, Gehäuse für Pkw-Kleinserien und Nutzfahrzeuge. Aufgrund ihrer herausragenden Fließfähigkeit ermöglichen die Elastolit-Systeme von BASF Polyurethanes die Umsetzung selbst anspruchsvollster Designvorgaben. Die Bauteile bestechen durch höchste Qualität bei niedrigem Gewicht und sind aufgrund ihrer Class-A-Oberfläche gut lackierbar. Das optimale Kosten-Nutzen-Verhältnis ist insbesondere für Kleinserien-Bauteile im Automobil und bei Nutzfahrzeugen ein weiteres Argument.
Composites_Passat_AbdeckungMit den speziell auf das Long-Fiber-Injection-Verfahren abgestimmten Elastoflex E-Schaumsystemen lassen sich leichte Verbundstrukturen durch Hinterschäumen einer farbigen Class-A-Oberflächenfolie wirtschaftlich herstellen. Durch die geringe thermische Längenausdehnung in alle Belastungsrichtungen eignet sich der Werkstoff besonders zur Herstellung von großflächigen Sichtbauteilen. Dank der Verwendung einer Langglasfaser, eingebettet in die PU-Schaummatrix, sind Festigkeit und Steifigkeit höher als bei kurzfaserverstärkten Werkstoffen. Die hohe Ausreißfestigkeit des PU-Composites ermöglicht zudem die Integration von Befestigungshilfen oder Inserts. Die Ergebnisse sind auch bei dieser Technik eine signifikante Gewichtsreduktion, kurze Prozesszeiten, hohe Schlagzähigkeit sowie eine exzellente Temperaturbeständigkeit. Und das für so unterschiedliche Bauteile wie Motorhauben, Blenden, Klappen, Deckel sowie Front-, Heck- und Dachmodule für Nutzfahrzeuge.
Signifikante Gewichtsreduktion, hohe Steifigkeit – Wabensandwichwerkstoffe mit PU machen es möglich.
Langfaserverstärkte Composites können auch ideal im Wabenverfahren angewendet werden. Auf diese Weise lassen sich Ladeböden, Hutablagen, Schiebehimmel oder Ablageflächen im Automobil hervorragend gestalten. Der PU-Sprühimprägnierprozess ermöglicht dabei die Herstellung sehr leichter und biegesteifer Sandwichstrukturen. Diese basieren auf einer Papier-Wabenstruktur als Kernmaterial und einer langfaserverstärkten Deckschicht und eignen sich besonders gut für eine großserientechnische Herstellung. Die Wabentechnologie ermöglicht auch die Verwendung alternativer Kernmaterialien wie Metallwaben oder Schäume sowie den Einsatz von Geweben oder Gelegen als Deckschicht für innovative Leichtbauanwendungen. Der Einsatz des niedrigdichten PU-Schaumsystems Elastoflex E gewährleistet dabei sowohl eine gute Benetzung der Faserdeckschichten als auch eine zuverlässige Anbindung an die Kernlage. Die PU-Systeme sind thermisch aktivierbar. Der Vorteil: Die Fertigung ist sehr effizient, da lange Sprühzeiten für die Herstellung großer Sandwichbauteile und kurze Aushärtezeiten möglich sind.
Composites_SupercarMit dem Resin-Transfer-Moulding-Verfahren (RTM) sind komplexe dreidimensionale Bauteile zugänglich, die sich durch extrem hohe mechanische Eigenschaften auszeichnen. Bei der Herstellung werden Glas- oder Kohlefasern mit PU-Reaktivharzen durchtränkt und in einem Werkzeug schnell ausgehärtet. Die daraus entstehenden Bauteile eignen sich besonders gut zur Substitution von metallischen Werkstoffen in lasttragenden Anwendungen. Je nach eingesetztem Fasertyp, Fasergehalt und entsprechender Faserorientierung kann gegenüber metallischen Werkstoffen ein Gewichtseinsparpotenzial von bis zu 60 Prozent realisiert werden.
Sandwiches sind der „Königsweg“ zu komplexen, dreidimensionalen Bauteilen mit extrem hohen mechanischen Eigenschaften wie Steifigkeit und Festigkeit. Sandwichsysteme bestehen aus einem leichten, schub- und druckfesten Schaumkern, kombiniert mit einer hochfesten und hochsteifen Deckschicht. Je nach Sandwichprozessvariante stehen maßgeschneiderte PU-Schäume zur Verfügung: geschlossenzellige, druckfeste PU-Schäume mit niedriger Dichte oder elastischere Varianten zum Hinterschäumen von Deckschichten. Dadurch lassen sich Bauteile mit einem maximalen Gewichtseinsparungspotenzial realisieren.
Polyurethan-Systeme (PU) bieten bereits heute eine einzigartige Möglichkeit, die Vorteile von Faserverbundwerkstoffen zu nutzen. Um insbesondere der zukünftig stark wachsenden Bedeutung von Leichtbaulösungen für lasttragende Anwendungen gerecht zu werden, hat sich die BASF zum Ziel gesetzt, ganzheitliche Lösungen anzubieten. Neben der Auswahl des bestmöglichen Werkstoffs und der Unterstützung bei dessen Verarbeitung beinhaltet dies die werkstoffseitige
Unterstützung bei der Bauteilauslegung. Denn nur mit Faserverbundlösungen, die hinsichtlich ihrer Kosten, Performance und Nachhaltigkeit optimiert sind, wird es gelingen, Leichtbaulösungen erfolgreich in der automobilen Großserienfertigung zu etablieren.

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