Mit Epoxid-Schaum leichter die Klappe halten

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Henkel und RLE demonstrieren weiteres Leichtbaupotenzial von Karosserieteilen anhand einer Heckklappe mit Strukturschaum auf Epoxidbasis.

In einer umfassenden gemeinsamen Studie haben Henkel und RLE International das Potenzial von Strukturschaum für die Gewichtsreduzierung von Bauteilen bei der Fahrzeugkarosserie untersucht und validiert. Die Studie hat gezeigt, dass faserverstärkte Polymerbauteile mit Rippen aus Strukturschaum im Vergleich zu herkömmlichen Konstruktionen aus Metall mehr als 40 kg Gewicht pro Fahrzeug einsparen können.

Mit einem optimierten Design aus faserverstärkten Kunststoffen und Expoxid-Strukturschaum wurde das Knicken (Verschieben) des Türblatts unter Last effektiv minimiert. Foto: Henkel/RLE

Karosserieteile und insbesondere Heckklappen, Türen und Motorhauben standen im Automobilbau seit jeher im Fokus des Leichtbaus, da sie zu den größten Teilen von Fahrzeugen gehören. Bereits 1/10 mm Dicke kann mehrere Kilogramm Gesamtgewicht bedeuten. In den meisten Autos ist die technische Grenze für dünnwandige Metallbauteile jedoch ausgereizt.

Verrippung und Verstärkung mit Epoxid-Schaum

„In einem radikal neuen Ansatz haben wir Möglichkeiten untersucht, diese Einschränkungen zu überwinden, indem wir Metallkonstruktionen durch Kunststofflösungen ersetzt haben, die mit Fasern und Strukturschaum verstärkt sind“, sagt David Caro, Leiter Global Engineering, OEM Design, Automotive & Transportation bei Henkel. „Die Ergebnisse unserer Studie haben bestätigt, dass wir in typischen Crashszenarien durch Optimierung der Steifigkeit von faserverstärkten Kunststoffrahmen oder -trägern mit selektiver Schaumstoff-Verrippung und -Verstärkung zu wettbewerbsfähigen Kosten eine signifikante weitere Gewichtsreduzierung erreichen können.“

Die Bauteile bestehen aus einem Rahmen oder Träger, gefertigt aus faserverstärkten Polymeren mit hohem Faseranteil und selektiven Verstärkungen unter Verwendung von Henkels Teroson EP-Epoxidschaum. Auch der Schaum selbst bietet eine hohe Festigkeit und Steifigkeit bei äußerst geringem Gewicht. Der Schaum wird abschnittsweise in den Träger eingespritzt, dehnt sich im Ofen aus und stellt eine steife Verbindung zwischen dem Bauteil und den angrenzenden Teilen im Rohbau her. Auch ungehärtet ist der Schaum beständig gegen Wasch- und Phosphatlösungen für Kraftfahrzeuge sowie gegen Elektrotauchlackierung. Die Aushärtung erfolgt dann in Abhängigkeit von der spezifischen Schaumgüte innerhalb von 15 Minuten oder weniger.

Karosserie- und Verschlussteile eines SUV

Das umfassende Projekt umfasste alle wichtigen Karosserie- und Verschlussteile eines SUV-Fahrzeugs, von Stoßfängern, Kotflügeln, Säulen und Türen bis hin zu Kipphebeln, Seitenwänden und Heckklappe. „Die endgültigen Entwürfe wurden in mehreren aufeinander folgenden Optimierungszyklen auf der Grundlage eines umfassenden Finite-Elemente-Engineerings und von Crash-Simulationen gemäß den Standardspezifikationen erstellt“, erklärt Tobias Wigand, Projektmanager, New Business Development, RLE International. „In einigen Fällen, wie bei den Seitentüren, konnte unsere Strukturlösung aus Kunststoff und Schaum die erwartete Leistung im Vergleich zur ursprünglichen Konstruktion aus Vollaluminium sogar übertreffen."

Gewichtsersparnis bei einer Heckklappenlösung von Henkel und RLE im Vergleich zu einer Heckklappe aus Stahl. Henkel und RLE verwenden Aluminium und einen Epoxid-Strukturschaum (rot). Foto: Henkel/RLE

Alle Crash-Tests bestanden

Die in der Studie durchgeführten Crashsimulationen entsprachen den Automobilstandards wie Offset- und Frontalcrash-Tests mit kleinen Überlappungen gemäß Euro NCAP und dem Versicherungsinstitut für Straßenverkehrssicherheit (IIHS) bei Geschwindigkeiten von 64 bzw. 50 km/h. Das Seiten- (oder „Stangen-“) Crashverhalten wurde gemäß den NCAP-Spezifikationen der USA bei 32 km/h getestet. Das Heckaufprallszenario wurde mit einer 60 km/h-Bewegungssperre auf ein feststehendes Testfahrzeug gemäß FMVSS Nr. 301 simuliert. Ein weiterer IIHS-Teststandard wurde angewendet, um das Verhalten des Daches zu bestimmen.

Insgesamt hat sich gezeigt, dass die Kunststoffkonstruktionen mit dem Henkel-Strukturschaum Teroson EP alle Tests bestehen und im Vergleich zu Bauteilen aus Metall eine erhebliche Gewichtsersparnis bieten.

mg

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