Von Peter Renz, Unternehmenskommunikation, ElringKlinger AG

Die Emissionsvorschriften werden strenger. Für die gesamte Automobilindustrie – Hersteller wie Zulieferer – eine enorme Herausforderung. Polymer-Metall-Hybride von ElringKlinger vereinen höchste Funktionalität mit geringstem Gewicht – eine gefragte Kombination.

Leichtbau hat bei ElringKlinger Tradition! Ende der 1990er Jahre ging das erste Kunststoff-Leichtbauteil in Serie, eine Ventilhaube. Über die Jahre erweiterte sich das Produktportfolio stetig. Auch der Einstieg in den Leichtbau für Karosserie- und Fahrwerkteile ist dem Unternehmen gelungen. Bei der Hydroform-Hybridtechnologie trifft Kunststoff auf Metall. Eine optimale Materialkombination.

Hart im Nehmen

Die Anforderungen an Funktionalität, Sicherheit, Stabilität, Umweltverträglichkeit, Design und Komfort sind bereits hoch und werden weiter steigen. Umso mehr benötigt es eine umfassende Werkstoff-, Prozess- und Fertigungskompetenz, um auch im Karosseriebereich maßgeschneiderte Leichtbauteile anbieten zu können.

Eine optimale Materialkombination samt Verbindungstechnologie sind beim Hybrid-Leichtbau entscheidend, denn es ergänzen sich dabei die Stärken beider Werkstoffe: Gewichtseinsparung, hohe Form- und Maßgenauigkeit, gesteigerte Struktursteifigkeit im Crashfall, Verwirklichung komplexer Geometrien, geringere Einzelteileanzahl durch Multifunktionalität, Zeitersparnis durch Integration mehrerer Verfahrensschritte in einen Arbeitsgang sowie weniger Materialeinsatz und folglich auch niedrigere Kosten – die Liste der Vorteile ist lang.

Hergestellt werden die Strukturbauteile wie Cockpitquer- oder Frontendträger in einem weltweit führenden Fertigungsverfahren, das Innenhochdruck-Umformen und Spritzgießen in nur einem Prozessschritt vereint.

Dabei wird ein in einem Strangpressverfahren hergestelltes dünnwandiges Aluminiumrohr automatisiert in ein Werkzeug eingelegt. Nach Schließen der Werkzeughälften wird der Innenraum des Rohrs mit einer Flüssigkeit gefüllt, unter Hochdruck gesetzt und erhält so seine präzise Endkontur. Anschließend startet in derselben Werkzeugkavität der Spritzgussprozess. Hierbei wird der geschmolzene Kunststoff unter Temperatur und Druck in das Werkzeug eingespritzt, der sich dort in der Kavität und um das verformte Rohr verfestigt. Anschließend wird das Hybridbauteil automatisch entnommen und den nachfolgenden Bearbeitungsprozessen zugeführt.

Metall und Polymer gehen einen Form- bzw. Kraftschluss ein. Die Spritzgussmasse wird auf ein durch eine Rändelung funktionalisiertes Aluminiumrohr aufgespritzt. In dieser Rändelung haftet die Spritzgussmasse, zusätzlich wird das Rohr umspritzt.

An zwei ElringKlinger-Standorten kommt die Technologie bisher zum Einsatz: In Suzhou (China) sowie im kanadischen Leamington. Die hierzu benötigten, 32-tonnenschweren Werkzeuge stellte der konzerneigene Werkzeugbau – bekannt unter dem Markennamen Hummel-Formen – am Standort Lenningen her.

Leichtbaulösungen fürs Frontend und das Cockpit

Im Karosseriebereich werden zunächst Cockpitquer- und Frontendträger aus Polymer-Metall-Hybriden gefertigt. Ein Cockpitquerträger von ElringKlinger vereint höchste Funktionalität mit geringstem Gewicht. Er trägt beispielsweise Instrumententafel, Lenksäule, Heizungs- und Lüftungsmodule, Airbags, Handschuhkasten, Mittelkonsole sowie weitere Ausstattungselemente und verbindet sie sicher mit der Fahrzeugkarosserie.

Weiter vorne im Fahrzeug, am Frontend, trägt ein ebenfalls in Hybridbauweise hergestelltes Frontendteil den Ladeluftkühler, die Scheinwerfermodule, den Spritzwasserbehälter, das Signalhorn und das Abstandsradar-Modul. Darüber hinaus stützt es die Motorhaube ab.

Weitergedacht: Motorund Getriebeträger aus glasfaserverstärkten Thermoplasten

Als Spezialist für Kunststoffspritzguss geht ElringKlinger auch bei Motor- und Getriebeträgern einen Schritt weiter und ersetzt die bis dato verwendeten metallischen Werkstoffe durch glasfaserverstärkte Thermoplaste. Motorträger aus glasfaserverstärktem Polyamid haben entscheidende Vorteile gegenüber herkömmlichen Aluminium-Konstruktionen: Eine bessere Akustik, höhere Wärmeisolierung und der deutliche Gewichtsvorteil sprechen für sich. Auch eine hohe Festigkeit und Steifigkeit zeichnen die Bauteile aus. Zudem wird das aus Naturkautschuk hergestellte Motorlager besser vor der Motorhitze geschützt und so die Lebensdauer erhöht. Inserts und Buchsen, aber auch Hitzeschilde können problemlos integriert werden.

Vielseitig anwendbar – Strukturbauteile aus endlosfaserverstärkten Thermoplasten

Die Anwendung von endlosfaserverstärkten Thermoplasten in Kombination mit thermoplastischem Spritzguss ermöglicht den Ersatz von metallischen Komponenten auch bei Strukturbauteilen im Karosserie- oder Interieurbereich. Crashrelevante Bauteile können durch diese Materialkombination als Kunststoffbauteil realisiert werden. Dies zeigen erste Designstudien, die bei ElringKlinger durchgeführt wurden. Bei dem einstufigen Prozess wird das warme Organoblech direkt in das Spritzgusswerkzeug eingelegt, beim Schließen des Werkzeugs umgeformt und danach direkt angespritzt. Hierbei werden die guten Materialeigenschaften des Organoblechs durch eine zusätzliche Funktionalisierung durch Anspritzen von Rippenstrukturen weiter verbessert. Durch die Möglichkeit der Funktionsintegration können mehrkomponentige metallische Bauteile in ein thermoplastisches Bauteil überführtwerden.

Die zahlreichen Einsatzmöglichkeiten der endlosfaserverstärkten Thermoplaste sind bemerkenswert. Auch im non-automotive Bereich ergeben sich Anwendungsgebiete.

Alles aus einer Hand – auch in Zukunft

Eine Besonderheit, die ElringKlinger seinen Kunden bietet: Die Entwicklung und Konstruktion der Bauteile, der Werkzeuge, sowie die zugehörige Prozessentwicklung kommen aus einer Hand. Gerade der konzerneigene Werkzeugbau ist ein klares Alleinstellungsmerkmal. Vom ersten Kundenanruf bis zur Großserienfertigung der Bauteile wird alles aufeinander abgestimmt. Dies bietet dem Kunden die Sicherheit einer günstigen, schnellen und flexiblen Bauteilentwicklung und -fertigung.

(Quelle: OEM & Lieferant, Ausgabe 2/2016)