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Thermoplastische Composites Emissionsvorgaben leichter erfüllen

| Autor / Redakteur: Sven Welich und Karl-Heinz Kalmbach / Thomas Günnel

Die gesetzlichen Vorgaben zu CO2-Emissionen und Flottenverbräuchen sind ambitioniert. Leichtere Werkstoffe sind unumgänglich, wie die thermoplastischen Composites von Quadrant Plastic Composites (QPC).

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Die Produktgruppe SymaLITE umfasst spezielle Leichtbau-Verbundmaterialien. Sie sind ultraleicht, akustisch wirksam und lassen sich ohne Klebstoffeinsatz mit funktionalen oder dekorativen Decklagen ausstatten.
Die Produktgruppe SymaLITE umfasst spezielle Leichtbau-Verbundmaterialien. Sie sind ultraleicht, akustisch wirksam und lassen sich ohne Klebstoffeinsatz mit funktionalen oder dekorativen Decklagen ausstatten.
(Foto: Quadrant Plascits)

Durch die immer stärkere Forderung nach Leichtbau am Fahrzeug gewinnen thermoplastische Verbundwerkstoffe zunehmend an Bedeutung, da sich durch ihren Einsatz signifikante Gewichtseinsparungen im Vergleich zur Verwendung herkömmlicher Materialsysteme erzielen lassen. Je nach Anwendungsfall beziehungsweise Materialanforderung stellt Quadrant unterschiedliche Faserverbund-Materialgruppen zur Verfügung:

1. SymaLITE als leichtgewichtige (LWRT-) Werkstoffe für großflächige Verkleidungsteile

2. GMT für semi-strukturelle Anwendungen und

3. GMTex, GMT-UD & Organo Sheets als strukturelle Werkstoffe, mit denen sich Metalle substituieren lassen.

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Leichtbau bei der Produktentwicklung

In gemeinsamen Produktentwicklungen mit dem Kunden liegt das Augenmerk von Quadrant nicht nur auf der Auswahl des geeigneten Werkstoffsystems. Vielmehr hat man immer das spätere Bauteil im Blick, um dem Kunden etwa durch Funktionsintegration, geschickte Werkstoffkombinationen oder optimierte Werkzeugauslegungen weitere Vorteile und einen effizienten Fertigungsprozess von kleinen bis großen Stückzahlen zu bieten. Der Leichtbau beginnt bei der Produktentwicklung – spezifische Materialeigenschaften und die nachfolgenden Prozesse in der Fertigung müssen bereits in das Produktdesign einfließen. Nur so lässt sich ein qualifizierter Serienprozess mit dem entsprechenden Ausstoß gewährleisten.

Komplexe Materialaufbauten simulieren

Eine weitere wichtige Voraussetzung ist die Möglichkeit, hochkomplexe Materialaufbauten bei faserverstärkten thermoplastischen Kunststoffen zu simulieren und so den Produktentstehungsprozess zu beschleunigen. Dadurch lassen sich frühzeitig Optimierungspotenziale identifizieren und umsetzen. Für den Kunden eröffnen sich damit mehrere Vorteile bezogen auf nachfolgende Prozessschritte: das endgültige Bauteildesign, das Prototyping sowie die Planungen für den Anlagenbau der späteren Serienfertigung. „Time to Market“ bekommt mit den FEM-Berechnungsmöglichkeiten für komplexe thermoplastische Faserverbundwerkstoffe eine ganz neue Qualität. Quadrant Plastic Composites bietet mit seiner 100-prozentigen Tochter QMPS (Quadrant Metal Plastic Solutions) diese Bauteilberechnung für komplexe thermoplastische Faserverbundbauteile an.

Deutliche Gewichtsvorteile

Beispiele für erfolgreich entwickelte und in die Serienproduktion überführte Komponenten sind Frontendteile, Überrollbügel, Stoßfängerquerträger und Crashelemente. Alle diese Teile senken das Gewicht der Fahrzeuge, in denen sie zum Einsatz kommen – ohne die Fahrzeugsicherheit zu beeinträchtigen. SymaLITE-Werkstoffe sind seit über zehn Jahren am Markt etabliert und reduzieren das Fahrzeuggewicht wesentlich – in Exterieur- und Interieuranwendungen. Klassische Anwendungen im Außenbereich sind Unterbodenverkleidungen. Hier beträgt der Gewichtsvorteil gegenüber gewöhnlichen Kunststoffteilen in Spritzguss oder LFT bis zu 40 Prozent. Die Verkleidungen weisen dabei sehr gute aerodynamische Eigenschaften und integrierte Funktionen bei einer geringen Bauteilwanddicke auf. Im Interieur fungieren SymaLITE-Produkte als Dachhimmel, Hutablagen, Kofferraumverkleidungen, Sitzabdeckungen und Türinserts.

Materialgruppen in Hybridbauweise

Die fahrzeugtechnischen Vorteile des Leichtbaus durch thermoplastische Composite-Materialien haben ein großes Verbrauchsreduzierungspotenzial. Einzelne Materialgruppen sind dabei nicht nur als Monomaterialkonzept einsetzbar: In Hybridbauweise erfüllen sie auch anspruchsvolle Strukturanforderungen. Aktuell in Serie sind Materialkombinationen in GMT-GMTex-SymaLITE und GMT-Stahl. Dieses Multimaterial-Design nutzt die Vorteile der jeweiligen Materialgruppe an den Stellen, wo sie gefordert sind. Intelligent eingesetzt bieten diese Mischbauweisen somit große CO2-Reduzierungsmöglichkeiten. Ebenfalls im Trend liegen Mischbaustrukturen, bei denen unterschiedliche Prozesse und somit unterschiedliche Faserverbundkunststoffe zum Einsatz kommen.

Kombinationen aus Organo Sheets mit Spritzgusstechnologie oder LFT-Verfahren weisen dadurch ebenfalls interessante Gewichtspotenziale auf. Dabei erfüllen die Organo Sheets die Anforderungen an die Festigkeit im Dauerbetrieb und beim Crash der Komponenten, während Kombinationsprozesse wie Spritzguss oder LFT (Formpressen) im Wesentlichen für die Formgebung verantwortlich sind. Ein Beispiel aus einer laufenden Serienproduktion ist das Frontend des Ford Explorer Bolder mit einer Organo-Sheet-Verstärkung von QPC.

Sven Welich/CEO Quadrant Plastic Composites, Karl-Heinz Karl-Heinz Kalmbach/Vice President Sales & Marketing Quadrant Plastic Composites

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