Intelligenter Leichtbau für „Grüne Mobilität“
Das in Organoblech-Hybridtechnik mit Polyamid 6 umgesetzte Bremspedal ist um rund 50 Prozent leichter als vergleichbare herkömmliche Pendants aus Stahl. (Foto: LANXESS)
Bremspedal in Organoblech-Hybridtechnik - 50 Prozent Gewichtseinsparung
20.03.2012 / Lanxess. Die ZF Friedrichshafen AG hat in Zusammenarbeit mit LANXESS und der Bond-Laminates GmbH aus Brilon ein Bremspedal auf Basis von Organoblech und Polyamid 6 entwickelt. Sein Clou: Es ist um rund 50 Prozent leichter als vergleichbare herkömmliche Bremspedale aus Stahl, aber dennoch genauso mechanisch belastbar. Das nur 355 Gramm schwere Konzeptbauteil ist das weltweit erste mit Endlosglasfasern verstärkte und für die Fertigung in Großserie ausgelegte Pkw-Bremspedal aus Polyamid. „Das Bauteil steht beispielhaft für die großen Chancen, die thermoplastische Composite-Konstruktionen bei der Verwirklichung grüner Mobilität eröffnen“, so Thomas Malek, Experte für Hybridtechnik in der Business Unit Semi-Crystalline Products von LANXESS. Der Einsatz des Bremspedals kann in konventionellen, aber auch speziell in Elektrofahrzeugen erfolgen, die nur wenig wiegen dürfen, damit ihre Reichweite pro Ladezyklus der schweren Batterien ausreichend groß ist.
Weniger Prozessschritte
Das in Organoblech-Hybridtechnik ausgeführte Bremspedal lässt sich einfacher fertigen als vergleichbare Pendants aus Stahlblech, die meist aus mehreren Blechen bestehen. Zum Beispiel entfallen aufwändige Blechumform-, Stanz- und Schweißschritte. Auch Maßnahmen zum Korrosionsschutz sind überflüssig, weil das Kunststoffteil kein Metall enthält.
Die Herstellung des Bremspedals geht von einem Organoblech aus dem Sortiment Tepex dynalite von Bond-Laminates aus. Das zwei Millimeter dicke, mit 47 Volumenprozent Endlosglasfasern verstärkte Organoblech-Halbzeug aus Polyamid 6 wird erwärmt, tiefgezogen und beschnitten. Es resultiert ein Einleger, der dann im Spritzgießwerkzeug an ausgewählten Stellen mit dem in der Hybridtechnik bewährten Polyamid 6 Durethan BKV 30 H2.0 von LANXESS verstärkt wird. „Das Bremspedal könnte auch in einem einstufigen Prozess gefertigt werden. Denn das Umformen des Organoblechs lässt sich problemlos in das Spritzgießwerkzeug integrieren. Dieser One-Shot-Prozess ermöglicht die wirtschaftliche Produktion großer Stückzahlen“, so Malek. Kostensenkend wirkt sich gegenüber einer reinen Stahllösung weiterhin aus, dass per Spritzguss zahlreiche Funktionen direkt in das Bauteil integrierbar sind – so etwa die Trittfläche, Anbindungen für die Boosterstange und Komponenten des Bremslichtschalters.
Stark belastbar durch stoffschlüssige Verbindung
Polyamid 6 ist Spritzgussmaterial und zugleich Matrix des Organoblechs. Im Gegensatz zur Hybridtechnik mit Stahlblech bilden Matrix und Hinterspritzbereiche an allen Kontaktflächen eine stoffschlüssige Verbindung aus. Sie wirkt wie eine Verschweißung und erhöht deutlich die mechanische Leistungsfähigkeit des Bauteils. „Dies trägt mit dazu bei, dass das Bremspedal die Anforderungen des Lastenheftes mehr als erfüllt“, so Malek.
HiAnt – präzise Simulation der Organoblech-Verformung
LANXESS hat ZF bei der Konzeption und rechnerischen Auslegung des Bremspedals umfangreich unterstützt. Diese Leistungen sind Teil der Marke HiAnt, in der die Business Unit Semi-Crystalline Products ihr Know-how bei Materialien, Konstruktion, Simulations-, Verfahrens- und Prozesstechnik für einen Kundenservice nach Maß gebündelt hat. So wurde etwa der Umformprozess simuliert, um die lokal unterschiedlichen Faserorientierungen im verformten Organoblech zu berechnen und entsprechend der Belastung des Bremspedals zu optimieren. Die Ergebnisse flossen in ein neues Materialmodell ein, das das anisotrope Materialverhalten von Organoblech berücksichtigt. „Wir können alle wichtigen Eigenschaften von Organoblech-Hybrid-Bauteilen wie etwa ihr Crash-Verhalten präzise berechnen. Somit sind wir in der Lage, solche Bauteile kostengünstig, schnell und belastungsgerecht im Computer zu konstruieren“, erklärte Malek.
