52 © Carl Hanser Verlag, München Kunststoffe 3/2012

TAGUNG

KAI FISCHER

In seiner Eröffnungsrede ging Ta-gungsleiter Dr.Wolfgang Wittig (ehe-mals Leiter Kunststoffe bei der Daim-

ler AG) auf die aktuelle Situation derAutomobilindustrie – und insbesondereder kunststoffverarbeitenden Zulieferin-dustrie – ein. Er gab einen Überblick überHerausforderungen, die sich durch Me-gatrends wie Urbanisierung und Ressour-ceneffizienz für die Automobilbranche er-geben. „Schneller sein wird im Wettbe-werb der Automobilindustrie bedeutsa-mer als besser werden“,mit diesen Wortencharakterisierte Wittig die Herausforde-rungen für die Automobil- und Zuliefer-

industrie, die sie mit zunehmenden An-sprüchen der Kunden nach individuellenLösungen sowie alternativen Antriebenbewältigen muss.

Leichtere Batteriekonzepte

Das Thema „Elektromobilität“ war imwahrsten Sinne des Wortes greifbar. Ro-land Mathé,Adam Opel AG,Rüsselsheim,parkte mit einem der ersten seit Novem-ber 2011 ausgelieferten Opel „Ampera“in der Garage des Tagungshotels. DerElektroantrieb des Fahrzeugs wird übereinen Lithium-Ionen-Akku versorgt, des-sen Aufbau und die Rolle von Kunststof-fen Mathé erläuterte. Neben dem Gehäu-se aus einer Glasfaserpressmasse werdenauch bei der Fertigung der einzelnen Zel-len Kunststoffe eingesetzt. Die Separator-

folie der einzelnen Zellen besteht aus ei-nem keramikbeschichteten Polyolefin.Der für die Kühlung benötigte Rahmenaus Aluminium ist innen mit Polypropy-len und außen mit Polyethylen und Po-lyamid beschichtet.

Noch im Forschungsstadium befindetsich das Batteriekonzept, das in Koope-ration der Audi AG mit dem Institut fürKraftfahrzeuge der RWTH Aachen (ika)entwickelt wird. Das von Christian All-mann (Audi) und Sven Ginsberg (ika)vorgestellte Batteriesystem wird als de-formierbares Strukturelement genutzt,das im Crashfall Energie absorbiert. Diesermöglicht eine Gewichtsersparnis undgleichzeitig eine Reduzierung des Bau-raums. Kunststoffe spielen hierbei einezentrale Rolle. Das für den Audi „e-tron“entwickelte Konzept basiert auf einer

Elektromobilität und Leichtbau

Konzepte und Diskussionen. Vor dem Hintergrund der Dynamik im Bereich neuer

automobiler Antriebskonzepte für Pkw diskutierten Experten Ende November 2011

anlässlich der Fachtagung „Kunststoffe automotive powertrain“ des Carl Hanser

Verlags in München über innovative Verarbeitungsverfahren und Einsatzbeispiele

von Kunststoffen im Bereich des Antriebsstrangs. Elektromobilität, Leichtbau,

Funktions- und Verfahrensintegration bildeten die Schwerpunkte.

ARTIKEL ALS PDF unter www.kunststoffe.deDokumenten-Nummer KU110986

Im Premium-Elektroauto BMW i3 machen koh-lenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) Fahr-gastzelle und Batterie leichter. Das ermöglichteine erheblich höhere Reichweite bei gleich-zeitig besseren Fahrleistungen (Foto: BMW)

53Kunststoffe 3/2012

TAGUNG

Kombination von Spitzgussbauteilen miteinem Epoxidharzschaum der HenkelAG & Co. KGaA, Düsseldorf. Hierfürwerden die einzelnen Zellen des Batterie-packs in trapezförmige Gehäuse aus ei-nem ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol)eingesetzt und mit dem Epoxidharz-schaum Terocore 1401 fixiert. Die be-

stückten Gehäuse, sogenannte Makrozel-len, werden anschließend zusammen mitCrashelementen zum Batteriepack mon-tiert. Die Crashelemente können zusätz-liche Funktionen zur Entlüftung undTemperierung des Batteriepacks über-nehmen. Im Crashfall wird die Aufpral-lenergie durch die Geometrie der Ma-

Mehr über unsere Veranstaltungenfinden Sie unter:www.taw.de

Ihr Ansprechpartner:Dr.-Ing. Stefan Mähler

0202 / 7495 - 207stefan.maehler@taw.de

UnsereWeiterbildungszentren

finden Sie in:Wuppertal � Altdorf b. Nürnberg

Berlin � Bochum � CottbusWildau b. Berlin

Technische AkademieWuppertal e. V.

Hubertusallee 18 � 42117 Wuppertal

Schnelles Rüsten zur Erhöhungder Anlagenverfügbarkeit

27.-28.3.2012 in Wuppertal

Bewitterung von Kunststoffenund Lackierungen

18.-19.4.2012 in Altdorf b. Nürnberg

Ausbildung zumBrandschutzbeauftragten −gemäß Vfdb Richtlinien23.-28.4.2012 in Wuppertal

Langzeit- undAlterungsverhaltenvon Kunststoffen

21.-22.5.2012 in Altdorf b. Nürnberg

Elektrisch leitende Kunsstoffe27.-28.6.2012 in Altdorf b. Nürnberg

Verbesserung von Kunststoff-eigenschaften durchStrahlvernetzung13.6.2012 in Wuppertal

Ihr kompetenterWeiterbildungspartnerfür den Themenbereich

Kunststoffe

WEITER DURCH BILDUNG

Bild 1. Batteriekonzept: Aufbau der Makrozellen des Batteriepacks und Funktionsprinzip der Last-verteilung im Crashfall (Quelle: Audi)

langeoffene Zeit

Temperatur [°C]

exotherm

konventionelleHärtungHärtung durchlatente Beschleuniger

Bild 2. Vergleich zwi-schen konventionel-ler und beschleunig-ter Härtung einesEpoxidharzsystems(Quelle: BASF)

© Kunststoffe

>

54 © Carl Hanser Verlag, München Kunststoffe 3/2012

TAGUNG

krozellen auf die Crashelemente verteilt.Der Schaum stabilisiert die Gehäuse undschützt die Einzelzellen vor Beschädi-gung (Bild 1). Die tragende Leichtbaus-truktur und die Verkleidung des Batte-riepacks bestehen aus kohlenstofffaser-verstärktem Kunststoff (CFK).

Herausforderungen mit CFKund GFK

Das Thema „Leichtbau mit faserverstärk-ten Kunststoffen“ war ein weitererSchwerpunkt der Tagung. Dr. HuberJäger, SGL Carbon GmbH, Meitingen,

führte in die Thematik ein. Jäger schilder-te die Chancen und Herausforderungenbeim Einsatz von CFK im Automobil. AlsBeispiel führte er den für 2013 angekün-digten BMW i3 (Titelbild) an, ein Elektro-fahrzeug für das SGL Carbon im Rahmeneines Joint Ventures mit der BMW AGu.a. die Kohlenstofffasern liefert. Das zu-sätzliche Batteriegewicht soll durch denEinsatz von CFK in der Fahrzeugstrukturkompensiert werden.Herausforderungenbestehen in der Reduzierung der Zyklus-zeit und der Produktionskosten. JägersAusblick auf die Verarbeitung schnell aus-härtender Harzsysteme und technischerThermoplaste als Matrixkunststoffe wur-de von den nachfolgenden Referentenaufgegriffen.

Dr. Michael Henningsen, BASF SE,Ludwigshafen, stellte neue Entwicklun-gen im Bereich der Epoxidharze mit kur-zen Aushärtezeiten vor. Zur Reduzierung

der Zykluszeit bestehen Forderungennach einer möglichst geringen Viskositätwährend des Füllvorgangs und eineranschließend schnellen Aushärtung. Dieswird laut Henningsen durch die Verwen-dung von latenten Beschleunigern er-reicht, die erst mit einer bestimmten Ver-zögerung „schalten“ (Bild 2).

Thomas Malek und Frank Lutter, bei-de Lanxess Deutschland GmbH, Dorma-gen, erläuterten die Potenziale von end-losfaserverstärkten Thermoplasten (soge-nannte „Organobleche“) mit angespritz-ten Versteifungsstrukturen hinsichtlichGewichts- und Kostenersparnis sowie derMöglichkeit zur Funktionsintegration.Für eine sichere Auslegung solcher Bau-teile wurde ein neues Berechnungsverfah-ren vorgestellt, das das komplexe Bauteil-versagen auch im Crashfall zufriedenstel-lend abbilden kann. Das von Lanxess ent-wickelte Materialmodell „HiAnt“ermöglicht eine integrative Simulationdes gesamten Herstellungsprozesses. Diesumfasst sowohl den Umformvorgang des

Bild 3. Vergleich zwischen Versuchs- und Berechnungsergebnissen am Beispiel eines Stoßfängerträgers(Quelle: BMBF)

Bild 4. Mittels Elasto-meren funktionali-sierte CFK-Struktur(Foto: Wimmer)

Bild 5. Kühlwasserrohr mit zwei Abzweigungen, hergestellt mittels Projektilinjektionstechnik(Quelle: Röchling Automotive)

55Kunststoffe 3/2012

TAGUNG

Organoblechs und die damit einherge-hende Umorientierung der Fasern desVerstärkungsgewebes als auch die Ori-entierungen der Kurzfasern aufgrunddes Formfüllvorgangs beim Ansprit-zen der Funktionselemente. Ausdehnratenabhängigen Materialda-ten und lokalen Faserorientierun-gen werden die mechanischen Ei-genschaften an jeder Stelle desBauteils berechnet und auf ein Si-mulationsmodell übertragen. Ne-ben einer realistischen Berechnungdes Kraftverlaufs ermöglicht die Si-mulation zudem Aussagen über Artund Ort des Bauteilversagens (Bild 3).

Auf die Funktionalisierung von CFK-Bauteilen mithilfe von Elastomeren gingFlorian Plenk, Gummiwerke KraiburgGmbH & Co. KG, Waldkraiburg, ein.Kraiburg bietet unvernetzte Kautschuk-bahnen an, die in steife CFK-Laminate in-tegriert werden können. Je nach Materi-al und Anordnung im Laminat könnendas Impactverhalten, die Dämpfungs-und die Oberflächeneigenschaften ver-bessert werden. Weiterhin besteht dieMöglichkeit zur Elastfizierung, beispiels-weise um zwei Bauteile mit einem

schwingungsentkoppelnden, elastischenGelenk zu verbinden (Bild 4).

Projektil- und Gasinjektions-technik kombiniert

Dr. Matteo Piazzi, Röchling AutomotiveAG, Mannheim, erläuterte die Vorteileder Projektilinjektionstechnik (PIT) undLösungen zur Realisierung von komple-

xen Rohrgeometrien. Am Beispieleiner Kühlmittelleitung zeigt Piazzi,dass die im Vergleich zur Gasinjekti-onstechnik (GIT) geringeren Rest-wanddicken eine Gewichtseinspa-rung von 50 % ermöglichen. Zum

Abschluss stellte Piazzi die Verfahrens-und Anlagentechnik für die Fertigung

eines Kühlwasserrohrs mit zwei Abzwei-gungen vor. Das Bauteil wird aus einemPA66-GF30 in einem Werkzeug mit zweiKavitäten in Stückzahlen von 2000000pro Jahr hergestellt (Bild 5).

Zur Ausformung der langen Abzwei-gung wird der Druck des zum Vortriebdes Projektils injizierten Treibgases ge-nutzt. Nachdem das Projektil den Ab-zweig passiert hat, strömt das Treibgas inden Abzweig ein und formt den Hohl-raum aus. Die kurze, gerade Abzweigungwird durch einen Schieber realisiert. DieNachbearbeitung, wozu auch das Durch-bohren der verbleibenden Haut zwischen

Bild 6. CAD-Bild der großserien-tauglichen Autofelge des Kon-

zeptautos „smart forvision“(Quelle: Hummel Formen)

>

56 © Carl Hanser Verlag, München Kunststoffe 3/2012

TAGUNG

Hauptrohr und Abzweigung gehört, wirdvollautomatisch in einer Fertigungszelledurchgeführt.

Schweißen imSpritzgießwergzeug

Einen weiteren innovativen Ansatz zurKombination von Verfahren präsentierteKarl-Heinz Knab, Hummel FormenGmbH, Lenningen. Bei dem neu ent-wickelten JoinMelt-Verfahren ermöglichtein spezielles Spritzgießwerkzeug das Ver-schweißen von zwei Formteilen direkt inder Spitzgießmaschine. Hierfür werdenzunächst die Komponenten des herzustel-

lenden Bauteils gespritzt. Nach der Kühl-phase wird das Werkzeug geöffnet, dieWerkzeughälfte auf der Schließseite ver-fährt anschließend so, dass Ober- undUnterteil des Bauteils auf gleicher Höhepositioniert werden. Ein Heizelement er-wärmt synchron die Schweißräder derFügepartner. Zum Fügen werden dieSchweißränder durch Schließen desWerkzeugs aufeinander gepresst. Das ver-schweißte Bauteil wird nach dem Öffnenmittels Auswerfern an die Werkzeughälf-te auf der Schließseite übergeben und ent-nommen.

Anhand eines Rechenbeispiels an ei-nem Bauteil mit Stückzahlen von circa

300000 pro Jahr zeigte Knab, dass sichdas Verfahren trotz der längeren Bele-gung der Spritzgießmaschine rechnenkann. Neben reduzierten Teilekostenbietet das Verfahren folgende Vorteile:Bauteilgewicht und Bauraum lassen sichdurch schmale Schweißrandgeometrienreduzieren. Die Prozesssicherheit wirderhöht, da im Werkzeug kein Verzug derBauteile stattfindet. Und das Verfahrenbietet eine höhere Gestaltungsfreiheit.Anwendung findet es beispielsweise beider ersten großserientauglichen Auto-felge aus langfaserverstärktem Polyamid(Bild 6). Die steifigkeitsgebende Zierblen-de wird mit dem JoinMelt-Verfahren an-gebracht, wodurch Auswerfermarkie-rungen auf den Sichtflächen vermiedenwerden. Als weitere Anwendungennennt Knab Zylinderkopfhauben, Saug-rohre und Ölwannen (s. auch Beitrag„Schweißen im Spritzgießwerkzeug:Höhere Produktqualität durch höhereFestigkeit“, S. 87).

Fazit

Die vierte Veranstaltung war durch dieThemen Elektromobilität und Leicht-bau geprägt. Die praxisrelevanten Vor-träge zeigten deutlich, welche Potenzia-le die zunehmende Bedeutung des Elek-troantriebs für die Kunststofftechnikbietet. Neben einer notwendigen Kom-pensation des Batteriegewichts durchLeichtbau ist die Integration von Funk-tionen essenziell. Weiterhin wurden in-teressante Lösungen zur Kombinationunterschiedlicher Verfahren vorgestellt,die höhere Bauteilleistungsfähigkeit undreduzierte Fertigungskosten ermögli-chen. �

DER AUTORDIPL.-ING. KAI FISCHER leitet die Abteilung Faser-

verstärkte Kunststoffe am Institut für Kunststoffverar-beitung (IKV) an der RWTH Aachen.

Überzeugen Sie sich

davon und von weiteren

Neuigkeiten an der

VDI Tagung in Mannheim,

Stand Nr. 7

www.gktool.ch

Informationen zu weiteren Tagungen imBereich Automotive finden Sie unter

www.kunststoffe-automotive.de/

tagung

Tagungeni