Leichte Laderaummulde für Oberklasse-Limousine

Die endlosfaserverstärkten thermoplastischen Verbundwerkstoffe der Marke Tepex dynalite von Lanxess, Köln, kommen im Leichtbau immer häufiger als Alternative zu Metallen zum Einsatz. Zum Beispiel werden aus den Composites nun auch Laderaummulden hergestellt, die in der Mercedes-Benz S-Klasse die Batterie des 48-Volt-Bordnetzes aufnehmen. Die Verbundbauteile sind mechanisch hoch belastbar und rund 30 % leichter als vergleichbare Ausführungen in Metallblech. „Die Batterie darf die Muldenwand im Crash-Fall nicht beschädigen oder gar durchschlagen. Genau das verhindert die hohe Steifigkeit und Festigkeit unseres gewebebasierten Verbundmaterials“, erklärt Dr. Klaus Vonberg, Anwendungsexperte für Tepex bei Lanxess. „Außerdem sorgt die Verbundkonstruktion dafür, dass die Laderaummulde dicht ist und Flüssigkeiten wie Wasser oder Batterieelektrolyte nicht ein- oder austreten können.“

Einfache Funktionsintegration

Das Sicherheitsbauteil wird wirtschaftlich im Hybrid-Molding-Verfahren aus einem rund 110 x 80 cm großen, per Wasserstrahl zugeschnittenen Einleger gefertigt. Dieser besteht aus dem PA-6-basierten Tepex dynalite 102-RG600(2), das mit zwei Gewebelagen aus Endlosglasfaser-Rovings verstärkt ist. Als Hinterspritzmaterial für die Integration von Befestigungselementen, aber auch von Verstärkungsrippen, dient das leichtfließende PA 6 Durethan BKV60H2.0EF DUS060 von Lanxess. Es enthält 60 % Kurzglasfasern und ist daher ebenfalls sehr steif und fest sowie auf das eingesetzte Tepex abgestimmt.

Komplexer Umformprozess

Die Umformung (Drapierung) des Einlegers erfolgt mit einem Stempel und ist unter anderem wegen der großen Tiefziehverhältnisse komplex. Denn das Composite-Material dehnt sich nicht plastisch wie Metallblech, sondern verformt sich durch ein Verschieben des Fasergewebes. Daher muss während der Umformung kontrolliert und kontinuierlich Verbundmaterial von außen nachgeführt werden. Ist die Verschiebung zu stark, können die Fasern die Umformung sperren, so dass sie reißen und der weitere Umformprozess beeinträchtigt wird.

Integrative Simulation spart Entwicklungsaufwand

Lanxess verfügt über Berechnungsmodelle, mit denen sich die Drapierung präzise simulieren lässt. Damit können die Umformeffekte vorausgesagt und analysiert werden, um passend darauf zu reagieren. So werden zum einen die optimalen 2D-Zuschnittgeometrien des Einlegers ermittelt. Zum anderen kann das Umformverhalten des Einlegers mit Blick auf das Werkzeugkonzept virtuell betrachtet werden, um Schwachstellen frühzeitig zu erkennen und zu beseitigen.

„Wir konnten für die Laderaummulde auch ermitteln, wann der kritische Scherwinkel des Gewebes bei der Umformung erreicht wird, wo sich Falten bilden und wann Fasern reißen“, so Vonberg. „Außerdem haben unsere Berechnungen und Simulationen dazu beigetragen, dass die abgerundeten Ecken des Bauteils, die so genannten Kofferecken, belastungsgerecht ausgelegt sind.“ Weiterhin wurde simuliert, wie die Endlosfasern selbst in Bauteilbereichen mit starker 3D-Kontur – wie etwa den Kofferecken – lokal orientiert sind. Dies ist Voraussetzung, um das mechanische Bauteilverhalten im Sinne einer integrativen Simulation genau voraussagen zu können. „All dies ist Bestandteil unserer Serviceleistungen der Marke HiAnt, mit denen wir die Entwicklungsexperten unseres Kunden bei der Auslegung der Laderaummulde unterstützt haben“, blickt Vonberg zurück.

Weitere Serienanwendungen

In der Mercedes-Benz C-Klasse kommen inzwischen ebenfalls Laderaummulden auf Basis von Tepex dynalite für Batterien des Bordnetzes zum Einsatz. „Wir sehen auch gute Anwendungschancen in Elektrofahrzeugen – so etwa bei Schutzvorrichtungen oder kompletten Einhausungen für Batteriesysteme und bei Komponenten für den neu gewonnenen Stauraum unter der Motorhaube. Denn unser leichter Konstruktionswerkstoff ermöglicht gegenüber Metallen spürbare Gewichtseinsparungen und hilft dadurch, die Reichweite von Elektrofahrzeugen zu erhöhen“, schaut Vonberg in die Zukunft.

www.leichtbau.lanxess.de