E-Porsche mit Bremspedal aus Vollkunststoff

Lanxess und Boge Elastmetall entwickeln das erste Vollkunststoff-Bremspedal für einen batterieelektrischen Sportwagen von Porsche.

Im ersten Serienfahrzeug eines batterieelektrischen Sportwagens kommt ein Bremspedal aus Vollkunststoff zum Einsatz. Denn bei diesem rein elektrisch angetriebenen Sportwagen von Porsche zählt jedes Gramm Gewicht.

Das Sicherheitsbauteil wurde von Boge Elastmetall, einem Anbieter für Schwingungstechnik und Kunststofflösungen in der Automobilindustrie, zusammen mit dem Geschäftsbereich High Performance Materials (HPM) von Lanxess entwickelt. Seine hohe mechanische Belastbarkeit bei sehr geringem Gewicht verdankt es einer thermoplastischen Composite-Konstruktion. Für den Aufbau werden ein Einleger aus dem endlosfaserverstärkten, thermoplastischen Verbundwerkstoff Tepex Dynalite von Lanxess und mehrere Tapes verwendet.

„Der Verbundaufbau senkt das Gewicht des Bremspedals um 50 Prozent gegenüber einer vergleichbaren Stahlkonstruktion. Die hohen Lastanforderungen an das Strukturbauteil werden durch den maßgeschneiderten Faserlagenaufbau des Tepex-Einlegers sowie durch eine zusätzliche lokale Tape-Verstärkung erfüllt. Dank einer durchgehenden Automatisierung ist eine effiziente, großserientaugliche Herstellung des geometrisch komplexen Sicherheitsbauteils möglich“, erklärt Dr. Klaus Vonberg, Leichtbauexperte in der Tepex Automotive Group von HPM.

Die Tepex Dynalite-Materialien haben eine thermoplastische Matrix, die mit mehreren Lagen aus Endlos-Glasfasergeweben verstärkt ist. Im Fall des Bremspedals für den batterieelektrischen Sportwagen wurde ein Verbundaufbau mit Polyamid 6-Matrix gewählt, der im Inneren unidirektionale Faserlagen und in den beiden Deckschichten Gewebelagen mit +45°-Faserausrichtung enthält. Die inneren Lagen sorgen für die exzellente Zug- und Biegebelastbarkeit des Bauteils.

Tapes sind dünne Kunststoffbänder, in die unidirektional ausgerichtete, hochfeste Endlosfasersysteme eingebettet sind. Beim Bremspedal werden mehrere Tapes mit Glasfaser-Rovings eingesetzt, um die Bauteilunterseite zu verstärken. Da die Tapes und der Tepex-Einleger aus zueinander kompatiblen Kunststoff-Matrices bestehen, können die Tapes einfach per Laser auf den Tepex-Einleger geschweißt werden.

Das Resultat sind maßgeschneiderte Laminate, deren Faserlagen genau den Lastpfaden folgen und exakt an die lastspezifischen Bauteilanforderungen angepasst sind. So sorgen die Deckschichten des Einlegers mit ihren +45°-Faserlagen zusammen mit den aufgelegten Tapes für eine hohe Torsionsbelastbarkeit des Pedals.

„Durch diesen maßgeschneiderten Faserlagenaufbau und die Kopplung von Organoblechen und Tapes ist es gelungen, das Gewicht von Bremspedalen weiter zu senken und gleichzeitig das sehr hohe mechanische Eigenschaftsniveau zu erreichen, das ein solches sicherheitsrelevantes Bauteil mitbringen muss“, so Dr. Daniel Häffelin vom Innovation Center bei Boge Elastmetall.

Gegenwärtig befinden sich vier unterschiedliche Bremspedalausführungen in der Serienfertigung, bei denen auf eine Vollkunststoff-Version gesetzt wird. Für alle Bauteilvarianten sind die Lastpfade auch entsprechend den unterschiedlichen Torsionsrichtungen optimiert.

Die Bremspedale werden per Hybrid Molding in kurzen, für die Großserie geeigneten Zykluszeiten in einem automatisierten Prozess gefertigt. Das Verfahren integriert das Umformen des Einlegers aus Tepex sowie der Tapes in den folgenden Spritzgießprozess. In einem ersten Fertigungsschritt werden die Tape-Zuschnitte mittels optischer Messsysteme exakt ausgerichtet und auf dem Tepex-Einleger positioniert, um dann mit diesem verschweißt zu werden. Anschließend wird der Aufbau umgeformt und im Spritzgussprozess mit Polyamid 6.6 hinterspritzt.

Für thermoplastische Composite-Aufbauten mit lastgerechter Faserorientierung eröffnen sich in der Elektromobilität weitere Einsatzmöglichkeiten. Vonberg: „Anwendungen für Tepex-Einleger sind zum Beispiel Frontendsysteme und Stoßfängerträger, Halter von Elektro-/Elektronikmodulen, Laderaummulden, Batteriegehäuse und -abdeckungen, strukturelle Komponenten im Greenhouse sowie strukturelle Verkleidungen im Unterbodenbereich zum Schutz der Batterie.“

mg