Lanxess Tepex Verbundwerkstoff: Leichtere, stärkere Ladefachwannen für Mercedes-Benz S-Klasse

Lanxess (Köln, Deutschland) hat sein Tepex dynalite kontinuierlich faserverstärktes thermoplastisches Verbundwerkstoffmaterial in der Herstellung der Ladefachwanne eingesetzt, die in der Mercedes-Benz S-Klasse Luxuslimousine verbaut ist, um die 48V-Bordbatterie des Fahrzeugs aufzunehmen. Lanxess sagt, die Verbundwerkstoffkomponenten können hohen mechanischen Belastungen standhalten und sind rund 30 % leichter als vergleichbare Blechkomponenten.

„Im Falle eines Unfalls darf die Batterie die Wannenwand nicht durchdringen oder in irgendeiner Weise beschädigen. Dies wird durch die hohe Festigkeit und Steifigkeit unseres gewebebasierten Verbundwerkstoffmaterials sichergestellt“, sagt Dr. Klaus Vonberg, Anwendungsexperte für Tepex bei Lanxess. „Das Verbundwerkstoffdesign stellt auch sicher, dass die Ladefachwanne dicht ist und das Ein- und Austreten von Flüssigkeiten wie Wasser und Batterielektrolyt verhindert.“

Das Sicherheitsbauteil wird in einem Hybridformprozess hergestellt, der einen ~110 x 80 Zentimeter großen Rohling verwendet, der von einer Wasserstrahlschneidemaschine produziert wird. Der Rohling besteht aus polyamid 6 (PA6)-basiertem Tepex dynalite 102-RG600(2), das mit zwei Lagen kontinuierlicher glasfaserverstärkter Gewebe verstärkt ist. Zudem wird Lanxess' PA6 Durethan BKV60H2.0EFDUS060 als Rückspritzmaterial verwendet, um Befestigungselemente zu integrieren und Rippen zu verstärken. Sechzig Prozent seiner Masse bestehen aus Kurzglasfasern, so Lanxess, was auch seine Festigkeit und Steifigkeit für den Einsatz mit dem Tepex-Material optimiert.

Das Formen (Drapieren) des Rohlings wird dann durch einen Stempel durchgeführt, ein hochkomplexer Prozess, unter anderem aufgrund der hohen Ziehverhältnisse. Das liegt daran, dass sich das Verbundwerkstoffmaterial nicht plastisch wie Blech ausdehnt, sondern sich als Reaktion auf die Bewegung (Drapieren) des faserigen Materials verformt, was bedeutet, dass das Verbundwerkstoffmaterial während des Formprozesses kontinuierlich von außen zugeführt werden muss. Wenn die Bewegung zu groß ist, können die Fasern den Formprozess hemmen, brechen und den Rest des Prozesses beeinträchtigen.

Lanxess setzte auch eine Reihe virtueller Berechnungsmodelle ein, die es dem Unternehmen ermöglichten, den Drapierprozess präzise zu simulieren – einschließlich der Bestimmung der optimalen 3D-Schneidegeometrien des Rohlings und seines Formverhaltens –, um Formeffekte besser vorherzusagen und zu analysieren und entsprechend zu reagieren.

„Für die Ladefachwanne bestimmten wir auch, wann der kritische Scherwinkel des Gewebes beim Formen erreicht wird, wo Falten entstehen und wo Fasern anfangen zu brechen“, sagt Vonberg. „Unsere Berechnungen und Simulationen halfen auch sicherzustellen, dass die abgerundeten Ecken des Bauteils den erwarteten Lasten standhalten können.“ Die lokale Orientierung der kontinuierlichen Fasern selbst in Bauteilbereichen mit ausgeprägtem 3D-Kontur (z. B. in den abgerundeten Ecken) wurde ebenfalls simuliert. Dies ist eine Voraussetzung für die präzise Vorhersage des mechanischen Verhaltens im Rahmen integrativer Simulation. „All dies ist Teil unseres Serviceangebots unter der Marke HiAnt, mit der wir die Entwicklungsexperten unserer Kunden beim Design der Ladefachwanne unterstützten“, sagt Vonberg.

Mit Blick in die Zukunft merkt Vonberg an, dass Lanxess auch Potenzial in Elektrofahrzeugen (EVs) sieht. „Für Sicherheitseinrichtungen, komplette Batteriesystemgehäuse oder Komponenten für den Stauraum sind jetzt unter der ‚Haube‘ verfügbar – weil unser leichtes Strukturmaterial viel leichter als Metall ist und so hilft, die Reichweite von EVs zu verlängern“, schließt er.