Lanxess Tepex-Verbundmaterial macht den Laderaum von Luxuslimousinen gut

Lanxess (Köln) hat seine endlosfaserverstärkten thermoplastischen Verbundwerkstoffe Tepex Dynalite bei der Herstellung des Laderaums verwendet, der in der Mercedes-Benz S-Klasse Luxuslimousine zur Aufnahme der 48-Volt-Pulverbatterie des Fahrzeugs eingebaut ist. Laut Lanxess halten die Verbundbauteile hohen mechanischen Belastungen stand und sind rund 30 % leichter als vergleichbare Blechbauteile.

„Im Crashfall darf die Batterie die Nischenwand nicht durchdringen oder in irgendeiner Weise beschädigen. Dafür sorgt die hohe Festigkeit und Steifigkeit unseres gewebebasierten Verbundmaterials“, sagt Dr. Klaus Vonberg, Anwendungsexperte für Tepex bei Lanxess. „Das Verbunddesign stellt außerdem sicher, dass die Laderaummulde dicht ist und verhindert das Ein- und Austreten von Flüssigkeiten wie Wasser und Batterieelektrolyt.“

Das Sicherheitsbauteil wird in einem Hybrid-Molding-Verfahren aus einem ~110 x 80 Zentimeter großen Rohling hergestellt, der auf einer Wasserschneidemaschine hergestellt wird. Der Rohling besteht aus Tepex dynalite 102-RG600(2) auf Polyamid 6 (PA6)-Basis, das mit zwei Lagen glasfaserverstärkten Endlosgeweben verstärkt ist. Darüber hinaus wird PA6 Durethan BKV60H2.0EFDUS060 von Lanxess als Hinterspritzmaterial verwendet, um Befestigungselemente zu integrieren und die Rippen zu verstärken. 60 Prozent seiner Masse bestehen aus kurzen Glasfasern, sagt Lanxess, das auch seine Festigkeit und Steifigkeit für den Einsatz mit dem Tepex-Material optimiert.

Die Umformung (Drapierung) des Rohlings erfolgt dann durch einen Stempel, ein unter anderem aufgrund der hohen Ziehverhältnisse hochkomplexer Vorgang, so das Unternehmen. Denn der Verbundwerkstoff dehnt sich nicht wie ein Blech plastisch aus, sondern verformt sich durch die Bewegung (Drapierung) des Faserstoffs, so dass der Verbundwerkstoff während des Umformprozesses kontinuierlich von außen zugeführt werden muss. Wenn die Bewegung zu groß ist, können die Fasern den Umformprozess hemmen, dadurch brechen und den Rest des Prozesses beeinträchtigen.

Darüber hinaus setzte Lanxess eine Reihe von virtuellen Berechnungsmodellen ein, die es dem Unternehmen ermöglichen, den Drapierprozess präzise zu simulieren – einschließlich der Bestimmung der optimalen 3D-Schneidgeometrien des Rohlings und seines Umformverhaltens – um die Umformeffekte besser vorherzusagen, zu analysieren und entsprechend zu reagieren.

„Für den Laderaum haben wir auch ermittelt, wann der kritische Scherwinkel des Gewebes beim Formen erreicht wird, wo sich Falten bilden und wo Fasern zu brechen beginnen“, sagt Vonberg. „Unsere Berechnungen und Simulationen haben auch dazu beigetragen, dass die abgerundeten Ecken des Bauteils den zu erwartenden Belastungen standhalten.“ Auch die lokale Orientierung der Endlosfasern selbst in Bauteilbereichen mit ausgeprägter 3D-Kontur (z. B. in den abgerundeten Ecken) wurde simuliert. Dies ist eine Voraussetzung für eine präzise Vorhersage des mechanischen Verhaltens im Sinne einer integrativen Simulation. „All das gehört zu unserem Serviceangebot unter der Marke HiAnt, mit dem wir die Entwicklungsexperten unserer Kunden dabei unterstützt haben, den Laderaum gut zu gestalten“, sagt Vonberg.

Mit Blick in die Zukunft stellt Vonberg fest, dass Lanxess auch Potenzial in Elektrofahrzeugen (EVs) sieht. „Für Sicherheitseinrichtungen sind jetzt komplette Batteriesystemgehäuse oder Komponenten für den Stauraum unter der ‚Haube‘ verfügbar – denn unser Leichtbau-Strukturmaterial ist viel leichter als Metall und hilft so, die Reichweite von Elektrofahrzeugen zu erweitern“, schlussfolgert er.