Mit Sicherheit leicht! – Von der Faserverbund-Frontklappe zum „Multifunctional Frontcover“

Ausgelöst durch schärfere Vorschriften für den Fußgängerschutz haben die drei Partner-Unternehmen Magna Steyr, Rühl Puromer und Hennecke eine Motorhaube mit Wabenkern in Honeycomb-Struktur entwickelt, die nicht nur die vorgeschriebenen Tests bestanden hat, sondern auch deutlich leichter ist und eine bessere thermische und akustische Isolation aufweist als herkömmliche Motorhauben aus Stahl oder Aluminium.
Vorgestellt wurde die Motorhaube in 2013 u. a. auf der K in Düsseldorf.

Frontklappe_LUK2146_KopieDie EU veröffentlichte 2009 die Global Technical Regulation (GTR) Nr. 9 zum Fußgängerschutz, an deren Umsetzung die Automobilhersteller und -Zulieferer weltweit arbeiten. Auch bei der Neudefinition des Ratings der Euro NCAP, einem herstellerunabhängigen Crashtest-Programm, nimmt der Fußgängerschutz eine wesentlich stärkere Bedeutung ein. Um weiterhin die begehrten 4- oder 5-Sterne-Ratings für ihre Fahrzeuge zu erhalten, müssen die Hersteller künftig größere Anstrengungen beim Fußgängerschutz betreiben.
Einen Dreh- und Angelpunkt für den Fußgängerschutz stellt die Motorhaube dar. Sie soll so beschaffen sein, dass sie beim Aufprall des Körpers möglichst viel Energie aufnimmt. Dafür wird unter der Haube freier Raum benötigt. Bei aktuellen Fahrzeugen ist jedoch in der Regel der Motorraum bis auf den letzten Kubikzentimeter ausgefüllt. Das hat bisher dazu geführt, dass verschiedene Hersteller Systeme entwickelt haben, welche die Haube bei einer Kollision blitzschnell anheben – zum Teil mit zusätzlichen Airbags versehen – um die vorgegebenen Werte zu erreichen. Der Nachteil dieser Systeme ist der hohe technische und wirtschaftliche Aufwand durch den Einsatz von Sensorik, Steuerung und pyrotechnischen Auslösern sowie ein erhöhter Wartungsbedarf. Außerdem brauchen diese Systeme wiederum zusätzlichen Platz in der Fahrzeugfront. Das führt zwangsläufig dazu, dass Kompromisse im Design gemacht werden müssen.
motorhaube_highMagna Steyr entschied sich, das bereits vorhandene Know-how im Bereich Sandwich-Technologie auf die Entwicklung und Serienfertigung von Fahrzeugen zu übertragen. Die daraus resultierende Faserverbund-Motorhaube entstand in Zusammenarbeit mit Rühl Puromer und Hennecke. Ihr liegt die Idee zugrunde, eine der ureigensten mechanischen Eigenschaften der verschachtelten Papier-Wabenstruktur zu nutzen: den Aufprallschutz.
Eine wesentliche Herausforderung stellte dabei die bei Exterieur-Teilen geforderte lackierfähige Class-A-Oberfläche der Motorhaube dar. Rühl Puromer hat ein PUR-Material entwickelt, dass im RIM-Verfahren verarbeitet wird, die geforderte Oberflächengüte sicherstellt und damit die Aufgabenstellung erfolgreich löst.

Für die Herstellung wählte man eine PUR-CSM-Verarbeitungsanlagen von Hennecke aus.
Vom Prinzip her ähnelt die Sandwich-Bauweise der Haube dabei dem Aufbau eines PREG-Ladebodens für Kofferraum-Systeme. Für die Herstellung der Motorhaube wird ein Wabenkern von oben und unten mit Glasfasergewebe belegt. Um die unterschiedlichen Stauchhärten und die Stabilität, beispielsweise für Scharniere, in der Haube zu erreichen, ist der Wabenkern an den erforderlichen Stellen in speziell verstärkter Bauweise ausgeführt. Im Anschluss folgt der PUR-Matrix-Auftrag im PUR-CSM-Sprühverfahren. Bei diesem patentierten Sprühauftrag werden die Faserhalbzeuge beidseitig mit einem thermisch aktivierbaren PUR-System benetzt. Hierbei ist ein gezielter, stärkerer Materialauftrag in bestimmten Bauteilbereichen möglich. Anschließend wird das Bauteil innerhalb der Form verpresst und ausgehärtet. Als nächster Schritt wird im RIM-Verfahren auf der Außenseite und um die Außenkante der Haube herum die lackierfähige Class-A-Oberfläche hergestellt.
Die Motorhaube hat die umfangreichen Zulassungstests der Automobilindustrie allesamt bestanden – natürlich auch die neuen Anforderungen an den Fußgängerschutz.

Magna-Steyr-CoupicEin weiteres Highlight ergibt sich aus der Überlegung, nicht nur die Bauteile aus den klassischen Werkstoffen wie Stahl oder Aluminium durch Faserverbund Komponenten zu ersetzen. Der ausschließliche Substitutionsgedanke wird der neuen Technologie vor allem in ihren Anfangsbemühungen schwer zum Nachteil
gereichen. Gegenüber arrivierten Technologien erfolgreich zu sein, erfordert mehr als nur Gewichts­einsparung.

Es wird entscheidend sein die beiden Ansätze, Funktionsintegration und Verschiebung der Schnittstellen zu angrenzenden Bauteilen hin, intelligenter und den Stärken und Alleinstellungsmerkmalen der Faserverbund-Technologie angepasst zu gestalten. Dabei hilft das Thema Funktionsintegration, das Bauteil intelligenter zu gestalten und damit die Wertschöpfungstiefe zu erhöhen.

Antennenfunktion, Beleuchtung, Energiespeicherfunktion, Luftzuführung und -leitung im Motorraum sind ohne größeren Aufwand mit dieser Technologie zu realisieren. Denkt man an die Verschiebung und Optimierung von Schnittstellen, ist es wichtig, Bauteile mit zusätzlichen Funktionen auszustatten. Ein Beispiel ist das Scharnier einer Frontklappe: Einerseits kann, bedingt durch das reduzierte Gewicht einer Faserverbund-Frontklappe, eine Reduktion des Scharniergewichtes erreicht werden. Andererseits stellt sich auch die Frage: Muss im alltäglichen Gebrauch eine Frontklappe immer vollständig geöffnet werden oder genügt es auch, darunter angeordnete Serviceöffnungen bedienen zu können und somit die Öffnungsfunktion lediglich auf einen eingeschränkten Bereich zu begrenzen? Auch der dadurch mögliche Entfall von Offenhaltern wird zur Gewichtsreduktion des neuen intelligenten Gesamtsystems „funktionelle Frontabdeckung“ beitragen.

Nur allein aus dieser Überlegungen heraus ist ersichtlich, wie umfangreich man das Thema Funktionsintegration und Verschiebung der Bauteilgrenzen in Bezug auf funktionellen Leichtbau anlegen kann. Weitere Funktionsintegration kann sich auch bezüglich optischer Effekte wie direkte und indirekte Beleuchtung ergeben, die einerseits den Sicherheitsgedanken unterstützen, anderseits als designunterstützendes Element Konturen und Strukturen am Fahrzeug hervorhebt. Die Motorhaube des zwanzigsten Jahrhunderts hat hauptsächlich nur den Blick und Zugang zu Motor und Zusatzaggregaten verwehrt. Sie wird in Zukunft dem „Multifunctional Frontcover“ weichen müssen. Unser Denken und Handeln wird zukünftig noch mehr auf die Erreichung von maximaler Funktionalität bei minimalem Ressourceneinsatz ausgerichtet sein müssen. Wer dabei noch „leicht“ bauen kann, wird auch in Zukunft erfolgreich sein.