KEM Konstruktion Connected mobile Machines & Mobility (CMM) 2020

ANTRIEB & KOMPONENTEN
PERSPEKTIVEN
Der Setsuna von Toyota
ist kein marktreifes
Konzept – im Gegenteil:
Die Idee dahinter
soll vielmehr darauf
aufmerksam machen,
dass Gegenstände
künftig wieder eine
längere Lebensdauer
haben sollten. Eine Reperatur
an einem der
86 austauschbaren
Holzpaneele muss kein
Makel sein, sie kann
auch eine Erinnerung
erhalten
Bild: Toyota
15 % Investition. Am Aachener Zentrum für integrativen Leichtbau
(AZL) der RWTH will man durch das Projekt iComposite 4.0 nun die
Kosten insgesamt um 49 bis 64 % reduzieren, Schuler ist einer der
Partner. Als Demonstrator wird in einem hybriden Verfahren aus
Lang- und Endlosfaser ein Fahrzeugboden mit einer Wandstärke von
2,15 mm hergestellt. Im ersten Schritt werden dabei die Langglasfasern
per Roboter auf eine Negativform gespritzt, was für minimalen
Verschnitt sorgt. Nicht steuerbar ist hier aber die Faserorientierung,
weshalb anschließend bestimmte Bereiche mit Bändern aus Carbon
verstärkt werden. Derzeit wird daran gearbeitet, während des Faserspritzens
direkt die Ausrichtung der Fasern in Echtzeit zu messen.
Der Vergleich mit dem Digitalen Zwilling des Bauteils legt fest,
wo genau die Verstärkungsstruktur durch die Carbonbänder angebracht
und mit welchen Parametern der anschließende RTM-
Prozess gefahren werden muss. Diese vorausschauende Qualitätskontrolle
wird für jedes einzelne Bauteil direkt im Fertigungsprozess
durchgeführt, wodurch zwar jedes minimal individuell wird, die erforderliche
Steifigkeit aber immer garantiert gegeben ist. Experimentiert
wurde dabei auch mit den Anteilen Glasfaser und Carbon,
wobei die Eigenschaften hinsichtlich Torsionssteifigkeit, Biegesteifigkeit
und Frontaufprall gleich bleiben mussten. Dabei stellte sich
ein hoher Carbon-Anteil als die beste Lösung heraus, obwohl das
Material wesentlich teurer ist als die Glasfaser. Dabei wurde das
Gewicht im Vergleich zum Referenzteil aus Carbon-Textil-Material
von 7,9 auf 7 kg reduziert, die Kosten sanken um 50 %. „Im Serienprozess
kämen wir bei 35.000 Bauteilen pro Jahr auf unter 150 €
Stückkosten“, so Winterhalter. Weiteres Potenzial zur Reduktion der
Werkzeugkosten sehen die Experten in der Verringerung der Werkzeugsteifigkeit,
wodurch die RTM-Presse mit bauteilspezifischen
Parametern noch mehr Einfluss nehmen könnte.
Composite-Material ist in der Praxis angekommnen
Einige Hersteller produzieren bereits Strukturteile aus Composite-
Material: Die Firma SGL Carbon aus Wiesbaden arbeitet mit verschiedenen
Partnern an der Entwicklung von Batteriekästen aus carbonfaserverstärktem
Kunststoff (CFK). Nach der Produktion der ersten
Prototypen für den chinesischen Automobilhersteller Nio im
Jahr 2018 hat man inzwischen auch einen Großauftrag von einem
nordamerikanischen OEM für die Serienproduktion des Deckels und
Bodens für Batteriegehäuse aus carbon- und glasfaserverstärktem
Kunststoff in hoher Stückzahl erhalten. Weitere Aufträge kamen von
einem europäischen Sportwagenhersteller sowie von BMW: Für die
Münchner wird man einen glasfaserbasierten Deckel für ein Batteriegehäuse
produzieren. „Herkömmliche Batteriekästen für Elektroautos
werden überwiegend aus Aluminium und Stahl gefertigt. Im
Vergleich dazu ist das Akkugehäuse aus CFK rund 40 % leichter“, erklärt
Sebastian Grasser, Head of Automotive Segment im Geschäftsbereich
Composites bei SGL Carbon.
Auch hier sieht man aber das Gewicht nicht alleinig als Treiber des
Leichtbaugedankens: Die Bauteile müssen gleichzeitig eine hohe
Steifigkeit aufweisen, um die Fahrdynamik zu unterstützen. Zusätzlich
muss das Material den Unterboden vor Durchschlag schützen,
zu einem optimierten Thermomanagement beitragen, hervorragenden
Brandschutz bieten und die Dichtheitsanforderungen hinsichtlich
Wasser und Gas bestehen. Laut SGL-Carbon würden Verbundwerkstoffe
all diese Anforderungen sehr viel besser erfüllen als jedes
andere Material.
Leichtbau nicht Top-Priorität
Das Thema E-Mobilität und Leichtbau kennt auch Michael Begert
vom Produktentwicklungsspezialisten Edag, nach dessen Aussage
bedacht werden muss, dass etwa ein Drittel des Akkugewichtes auf
Gehäuse und Anbauteile entfallen, wo es noch viel Potenzial zu he-
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