Neue Maschinen, Werkstoffe und Verfahren

VDI: Kunststoffanwendungen für den Automobilbau der Zukunft

Am 14. und 15. März treffen sich Experten aus den Bereichen Kunststoff sowie Automobil- und Nutzfahrzeugbau wieder im Congress Center Rosengarten in Mannheim. Unter dem neuen Namen PIAE – Plastics In Automotive Engineering will das VDI-Wissensforum als Veranstalter das bewährte Konzept der „Kunststoffe im Automobilbau“ fortsetzen und erweitern sowie dem Wandel in die internationale Richtung Rechnung tragen.

Auch in diesem Jahr werden aktuelle kunststofftechnische Anwendungen im Bereich Interieur, Exterieur, Motor, Werkstoffe und Technologien beleuchtet. Neben den traditionellen Themenfeldern stehen Beiträge aus den Bereichen automatisiertes Fahren, Beleuchtung, E-Mobility, Interieur, Infotainment, Shared mobility, Simulation, additive Fertigung und Verbindungstechnik auf dem Programm.

Neu am Veranstaltungskonzept ist ein unterstützendes Expertengremium, welches gemeinsam mit dem Programmausschuss die Kongressinhalte auswählt. Mit dieser Konstellation soll eine definierte Ausrichtung auf die automobilen Megatrends realisiert werden. Diese werden in Mannheim auch in den Plenarvorträgen beleuchtet.

„Future automobility and the value of change“ ist das Thema des Plenarvortrages von Demian Horst, MFA Programme Director vom Umeå Institute of Design der Umeå University in Schweden. Und Thomas Drescher, Konzernforschung/ Elektronik und Fahrzeug und Leitung Fahrzeugtechnik bei der Volkswagen Aktiengesellschaft in Wolfsburg wird in seinem Plenarvortrag die Fahrzeugkonzepte der Zukunft erläutern sowie damit zusammenhängend den Wandel der Mobilität, neue Freiräume im Interieur des Pkw und Herausforderungen an die Materialien darstellen.

Das autonome und elektrifizierte Fahrzeug von morgen

Mobilitätstrends wie autonomes Fahren, Konnektivität und Elektrifizierung erfordern neue Fahrzeugkonzepte und Funktionalitäten. Designern bieten sich dadurch große Freiräume bei der individuellen Gestaltung von Innenraum und Karosserie. Welche Anforderungen funktionale Kunststoffe in diesem Zusammenhang erfüllen müssen, darüber wird Dr. Eckhard Wenz, Head of Technical Marketing Mobility – Polycarbonates, bei der Covestro Deutschland AG in Leverkusen, sprechen. „Covestro entwickelt innovative und nachhaltige Kunststofflösungen mit Polycarbonat zur Integration von Beleuchtung und Sensorik, für ein fugenloses Karosseriedesign, zur funktionalen Gestaltung des Interieurs sowie zur Integration von Lithium-Ionen- Batterien im elektrischen Powertrain. Aufgrund seiner besonderen Eigenschaften ist Polycarbonat ein Schlüsselwerkstoff für Innovationen im Auto der Zukunft“, beschreibt er Einsatzmöglichkeiten.

LiDAR-Sensoren werden zur Objekterkennung in teil- und vollautonomen Fahrzeugen eingesetzt. (Abb.: Covestro)

LiDAR-Sensoren werden zur Objekterkennung in teil- und vollautonomen Fahrzeugen eingesetzt. (Abb.: Covestro)

Fest steht: Die fugenlose Verscheibung aus spritzgegossenen Elementen sowie die Integration glasartiger Karosserieteile ermöglichen eine große Designfreiheit und Funktionsintegrationen und tragen zudem zur Sicherheit von Insassen und Fußgängern bei. Eine besondere Bedeutung kommt dabei der Beleuchtung mit Hilfe moderner LED-Technik zu, wobei neue Kunststoffoptiken fugenlos in große Kunststoffbauteile integriert werden können. Ein weiteres Beispiel ist der Einsatz von LiDAR-Sensoren (light detection and ranging) hinter Polycarbonat-Frontstrukturen oder anderen Außenteilen.

„Polycarbonat spielt heute schon seine Stärken vor allem in der Elektro- /Elektronikbranche sowie der Autoindustrie aus – Branchen, in denen sich zurzeit alles um Batterietechnologie, Elektroantrieb, Sensorik, Konnektivität und künstliche Intelligenz dreht. Sie werden deshalb in der künftigen Mobilität eine wichtige Rolle spielen. Covestro entwickelt deshalb gemeinsam mit Partnern entlang der Wertschöpfungskette innovative und nachhaltige Lösungen für diese Herausforderungen“, benennt Wenz das Potenzial des Werkstoffs.

Zu den möglichen Einsparungen und Optimierungen sagt er: „Polycarbonat bietet viel Gestaltungsfreiheit und ermöglicht deutliche Gewichtseinsparungen. Im Autoinnenraum sorgt die gute Wärmedämmung des transparenten Kunststoffs zudem für ein effizientes Thermomanagement: Die Klimaanlage verbraucht weniger Energie beim Heizen und Kühlen, was bei Elektroautos zu einer größeren Reichweite führt.“

Entwicklung eines Leichtbau Trittbretts in Hybridbauweise

Im Herstellungsverfahren für das Leichtbau-Trittbrett des SUV werden mittels Spritzgießen Stahleinleger in einem Werkzeug fixiert und dann hinterspritzt. (Foto: Audi)

Im Herstellungsverfahren für das Leichtbau-Trittbrett des SUV werden mittels Spritzgießen Stahleinleger in einem Werkzeug fixiert und dann hinterspritzt. (Foto: Audi)

Im Vortrag von Markus Thurmeier, Entwicklungsingenieur für faserverstärkte Kunststoffe/Leichtbau Karosserie bei der Audi AG in Ingolstadt, geht es um ein neues Leichtbau-Trittbrett für SUVs. Durch das kombinierte Herstellungsverfahren und die neue Materialkombination, sollen sowohl die Anforderungen an das Bauteil verbessert werden, als auch eine Gewichtsersparnis erreicht werden.

„Das Thema ist nicht so neu, da es Hybridbauteile schon länger am Markt gibt. Aber die Länge eines solchen Bauteils mit den entsprechenden Bauteiltoleranzen und den Anforderungen im Außenbereich, wie beispielsweise Steinschlag, sind sehr hoch. Zudem wirkt auf das Bauteil eine hohe Kraft, was den Verbund zwischen Stahleinlegern und Spritzguss sehr fordert. Um diese Lasten überhaupt realisieren zu können, muss das Bauteil, welches bis dato nur in Stahlbauweise gefertigt wurde, sehr genau ausgelegt sein“, beschreibt Thurmeier die Herausforderung.

Im Herstellungsverfahren werden mittels Spritzgießen Stahleinleger in einem Werkzeug fixiert und hinterspritzt. Dabei müsse man, so Thurmeier, einen ganz neue Weg gehen, denn die Metalleinleger müssen aufgrund der Toleranzanforderungen in einer genauen Position im Werkzeug gehalten werden.

Hinsichtlich der Einsparpotenziale sagt Thurmeier: „Es wird eine Gewichtseinsparung zum Serienteil von 32 Prozent erreicht – bei der Umsetzung der gleichen Anforderungen.“ Zudem könnten ohne Mehraufwände zahlreiche Sonderfunktionen, wie beispielsweise eine Vorfeldbeleuchtung, in das Trittbrett integriert werden.

Das Werkzeug der Zukunft realisiert die Stückzahl 1

Mit dem Konzept „Werkzeug der Zukunft“ lassen sich grundsätzlich alle traditionellen Produktionsanlagen ersetzen. (Abb.: Design Tech)

Mit dem Konzept „Werkzeug der Zukunft“ lassen sich grundsätzlich alle traditionellen Produktionsanlagen ersetzen. (Abb.: Design Tech)

Vor dem Hintergrund von Smart Factory, Industrie 4.0 und vernetzten Prozessen, verändert sich die Produktion. Das hat auch Auswirkungen auf die Auslegung der Werkzeuge. Wie diese in der zukünftigen Automobilproduktion aussehen und agieren könnten, darüber wird Jürgen R. Schmid von Design Tech in Ammerbuch sprechen. „Im Rahmen der Digitalisierung und der Industrie 4.0 zeigt das Innovationskonzept “Werkzeug der Zukunft“ große Chancen, die Fertigung bis hin zur Stückzahl 1 kostenbewusst zu individualisieren. Und nicht nur das: Es ermöglicht zudem eine nachhaltige und damit ressourcenschonende Produktion“, benennt Schmid die Bedeutung des Lösungsansatzes, den er zum VDI-Kongress vorstellen wird. „Bei unserem Konzept wird die klassische Fertigungsmaschine durch Produktionssysteme ersetzt, die sich hochflexibel den jeweiligen Bearbeitungsaufgaben anpassen“, so Schmid weiter.

Mit dem Konzept „Werkzeug der Zukunft“ lassen sich grundsätzlich alle traditionellen Produktionsanlagen ersetzen. „Was wir dann sehen werden, sind keine üblichen Produktionshallen mehr, sondern intelligente Produktions- und Logistiklandschaften, die sämtliche Herstellverfahren integrieren. Das Spektakuläre ist, dass die smarte Fertigungsumgebung nur einen Bruchteil des bisherigen Flächen- und Raumbedarfs in Anspruch nehmen würde“, beschreibt der Industrie-Designer die Zukunftsvision. Mit Blick auf mögliche Einsparpotenziale beziehungsweise Optimierungen sagt er: „Wir gehen davon aus, dass sich sowohl im Material- und Energieeinsatz, als auch beim Raumbedarf die Einsparpotenziale um den Faktor 10 erhöhen lassen. Und da Unternehmen mit diesem innovativen Ansatz eine neue Stufe der Flexibilität erreichen, wird ihnen der Spagat zwischen der gewünschten hohen Individualisierung ihrer Produkte und dem Wunsch der Kunden nach sinkenden Preisen gelingen.“ Annedore Bose-Munde

www.vdi-wissensforum.de/piae/kongress/

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