2020 Corvette C8: Ein Meisterwerk der Composite-Engineering

Früher dieses Jahr rollten die ersten Acht-Generation Chevrolet Corvette Sportwagen (C8) von GMs Bowling Green, Kentucky, USA Montagelinie. Beschrieben als „schnellster, stärkster Einstiegs-Corvette“ in der 67-jährigen Modellgeschichte, ist es auch der composite-intensivste Corvette und der erste mit Mittelmotor-Konfiguration. Nicht nur ist der 2020 Corvette Stingray schön und schnell, sondern er ist mit zahlreichen Luxusfeatures ausgestattet. Doch lassen Sie sich nicht von gutem Aussehen und schnellen Rundenzeiten täuschen: Es steckt jede Menge Composite-Innovation in diesem Auto. CWs zweiteilige Berichterstattung über Composite-Einsatz in diesem Fahrzeug begann in der Juli-2020-Ausgabe. Dies ist Teil 2.

Karosseriestruktur: Teil B

Der neue Corvette verfügt nicht über einen, sondern zwei Kofferräume, die zusammen 12,6 Kubikfuß / 0,36 Kubikmeter Laderaum bieten. Beide Kofferräume werden in 42 Gew.-% gehacktem Glasfaser/Vinylester-Unsättigtes Polyester (VE-UP) Harz gefertigt, nutzen aber unterschiedliche Prozesse, getrieben durch Geometrie und mechanische Anforderungen. Der vordere Kofferraum (frunk) wird im Pressverfahren aus 0,95-spezifischem Gewicht (SG) „float“ Sheet Molding Compound (SMC) geformt, während der hintere Kofferraum über das proprietäre PRiME-Verfahren (Prepositioned Reinforcement ensuring Manufacturing Excellence) hergestellt wird, eine Flüssigpressform-(LCM)-Variante. Der float SMC und der PRiME-Prozess wurden von Processor Molded Fiber Glass Co. (MFG, Ashtabula, Ohio, USA) entwickelt. MFG fertigte alle strukturellen SMC- und LCM-Teile am Auto.

„Obwohl beide Räume durch flache Winkel, lange Ziehwege charakterisiert sind, ist der frunk kleiner als der hintere Kofferraum und konnte pressgeformt werden“, erklärt Chris Basela, Corvette Body Structure Lead Engineer. „Der hintere Kofferraum benötigte höhere mechanische Performance und war eine schwierige Geometrie für eine SMC-Beschickung. Da der PRiME-Prozess es uns ermöglicht, Faserlänge zu variieren, konnten wir längere vorpositionierte Verstärkung in unserem Preform nutzen. Das Fließen des Harzes [nicht des Glases] erwies sich als bester Ansatz.“

Cleveres Engineering und ein neues Material waren entscheidend für die Kühlung des C8-Motors. Mehrere primäre Kühlpfade (hintere Einlässe hinter jeder Tür, vordere Radhausentlüftungen, äußere Kühllufteinlässe) speisen hochkomplexe Induktionskanäle, die Luft durch das Fahrzeug und über den Motor leiten, bevor sie durch Aluminiumgitter-Entlüftungen und SMC-Appliqués auf beiden Seiten der Glaswand, die den Corvette-Motor zur Schau stellt, ausgestoßen wird. Die Appliqués bestehen aus MFGs float (0,95-SG) SMC (gehacktes Glas/UP-VE Harz). Niedrig in flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs), reduziert das Material Emissionen und eliminiert die Notwendigkeit von Resonatoren an hinteren Induktionskanälen, während es Kosten und Masse (2,4 kg) gegenüber alternativen Technologien reduziert.

Der massive, kunden-sichtbare hintere Umrahmen – 64 x 69 x 24 Zoll (163 x 175 x 61 cm) – der die hintere Hälfte des Fahrgastraums umgibt, wird in zähmodifiziertem 1,2-SG SMC pressgeformt. Dieses hybrid-verstärkte Material weist Carbonfaser bei 15 % Faser-Volumenanteil (FVF) und Glasfaser bei 30 % FVF auf, mit niedrig-VOC UP-Harz, formuliert, um Motorraumhitze standzuhalten. Der Rahmen bildet die dimensionsliche Grundlage für alle hinteren Außen- und Innenpaneele, doch flexibles Design ermöglicht Nutzung für mehrere Modellvarianten. Dank signifikanter Teilekonsolidierung wurden Sekundärbefestigungen eliminiert, was Innenraumpaketraum erhöht, Geräusch/Vibration/Härte (NVH) reduziert, bessere Karosseriestruktur und Dichtleistung bietet, die Sicht durch die Heckklappe verbessert und Masse (15 %) und Kosten gegenüber dem Vorgängerrhmen reduziert. „Angesichts der Größe dieses Teils, das fast 6 x 6 Fuß hoch und 2 Fuß tief ist, mussten wir das Material im Werkzeug eigentlich bergauf fließen lassen, daher waren wir alle etwas besorgt beim ersten Schuss“, erinnert sich Basela.

Ebenso interessant ist die Trennwand (Mittelfensterrahmen), die von MFG kundenspezifisch formuliert wurde, um hohe Hitze- und Lärmherausforderungen zu lösen, da dieser Kabinenbereich direkt über dem V8-Motor sitzt. Glasfaserverstärkung kombiniert mit Beryllium-Graphit-Füllstoff in niedrig-VOC VE-UP-Harz dämpft Schallübertragung in den Fahrgastraum so effektiv, dass sekundäre Schallschutzmaßnahmen entfielen. Das reduzierte wiederum Kosten, erhöhte Innenraumpaketraum und Passagierkomfort und verbesserte Karosseriedichtung und NVH. „Mit einem spezifischen Gewicht von 2,2 ist das das erste Composite-Teil, bei dem ich je aufgefordert wurde, Masse hinzuzufügen statt sie zu entfernen“, lacht Basela.

Verschlüsse und Trim

Außenkarosseriepaneele sind alle geklebt (Innen/Außen), lackiert, zähmodifiziertes 1,2-SG SMC (22-28 % FVF Glasfaser/UP-Harz, je nach Komponente) von Continental Structural Plastics (CSP), einer Teijin-Group-Company (Auburn Hills, Michigan, USA). Durch Anbolzen von Composite-Verschlüssen erreicht GM die aggressive Styling, Aerodynamik und funktionale Kühlintegration des C8 mit kosteneffektivem Leichtbau über mehrere Modellvarianten mittels gemeinsamer Teile. Alle Karosseriepaneele werden inline auf einem „Skuk-System“ in Fahrzeugposition lackiert, mittels Bowling Greens innovativem robotergestütztem Nassschleifprozess.

Eine weitere Innovation betrifft den Einsatz eines einkomponentigen, thixotropen Silikon-Elastomerschaum-Dichtungsprofils auf der Rückseite von SMC-Wartungstüren, die im hinteren Kofferraum sitzen (eine bei Coupés, zwei bei Cabrios) und Kunden Zugriff auf das Luftfiltersystem erlauben. Aufgrund der Nähe zum Motorraum wurde der Hochleistungs-Schaum-in-Ort (FIP) Elastomer (Silastic 3-8186 von Dow, Inc., Midland, Michigan, USA) spezifiziert, um kontinuierliche Betriebstemperaturen bis 392 °F / 200 °C zu überstehen, während er eine langlebige Dichtung mit exzellenter Druckverformungsbeständigkeit auch nach wiederholten Öffnungs-/Schließzyklen bietet. GM berichtet, dass die meisten anderen Stanzschäume und Dichtungen entweder geschmolzen oder unter kontinuierlicher Exposition gegenüber solchen Temperaturen zerfallen wären. Nach dem Auftragen wird das Dichtungsprofil bei 167 °F / 75 °C für 10 Minuten wärmebehandelt, um den Schaum zu expandieren, was Stanzkosten und -abfall eliminiert. Die Türen selbst sind zähmodifiziertes SMC (42 % FVF Glas in VE-UP-Matrix). Hitzeschilde, gefertigt von Gentex Corp. (Carbondale, Pennsylvania, USA) mit hitzebeständigen, abriebfesten aluminisierten Kevlar-Aramid-Geweben (Faser von DuPont de Nemours, Inc., Wilmington, Delaware, USA), bieten den Türinnenseiten zusätzlichen thermischen Schutz.

GM nutzte auch sein zweites Generation vollautomatisches Präzisions-Radwuchtsystem am C8. Entwickelt mit The 3M Co. (St. Paul, Minnesota, USA) und ESYS Automation (Auburn Hills, Michigan, USA), ersetzten hochdichte (5,8-SG) Composite-Radgewichte mit maßgeschneiderten magnetischen Eigenschaften traditionelle gestanzte Metallgewichte in lackiertem Stahl, Zink oder Blei, die spezifische Masse haben und manuell an Räder angebracht werden müssen. Das neue System nutzt große Spulen extrudierten Bandes mit Kleberücken, das 67 Vol.-% post-industrielle, korrosionsbeständige, vollständig recycelbare Stahllegierung in einer Fluoropolymerbasis enthält. Das automatisierte System prüft jedes Rad, schneidet und appliziert kundenspezifische Gewichtsbandsegmente in kleineren, präziseren Inkrementen, um Fahrkomfort zu verbessern und Reifenverschleiß zu reduzieren. Es reduziert auch Montagezeit und -kosten, vereinfacht Lagerhaltung, eliminiert Ausschuss und Arbeit und wird in mehr Farben angeboten als Metallgewichte.

Coupé-Dächer sind in drei Ausstattungsvarianten erhältlich: lackiertes, niedrigdichtes zähmodifiziertes SMC (von CSP); klares, hartbeschichtetes Polycarbonat (PC); und klarbeschichtetes/sichtbares Gewebe Carbonfaser-Composite mit lackierten Kanten (von deBotech Inc., Mooresville, North Carolina). CSP liefert auch mehrere Class-A, zähmodifizierte 1,2-SG SMC-Paneele für Cabriolet-einziehbare Dachsysteme.

Weitere Außenverkleidungspanels umfassen lackierten thermoplastischen Polyolefin (TPO) vorderen Stoßfänger oben und unten, letztere mit integrierten Kanälen zur Luftführung zu Bremsen (nur Z51-Paket) und äußeren Wärmetauschern. Äußerer Grill und Bremsenkühlöffnungen sind lackiertes Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS).

Der obere hintere Stoßfänger ist einbrennfarben (MIC) TPO, aber die untere hintere Stoßfängerbaugruppe ist Class-A lackiertes, 1,2-SG SMC (Glas/UP-Harz), aufgrund der Nähe zu heißen Auspuffenden. SMCs exzellente mechanische Performance ermöglichte GM, einen ungestützten kurzen Hecküberhang zu designen und größere Abstände zwischen Befestigungen ohne Durchhängen zu nutzen. SMC verteilt Lasten bei niedriggeschwindigen Heckkollisionen effizienter über größere Fläche als Thermoplaste. Halterungen und hintere Parkassistent-Sensoren sind auf das SMC geklebt. Dies soll das erste Mal sein, dass SMC-Stoßfänger an Hochvolumen-Fahrzeugen eingesetzt werden.

Heckklappen-Appliqués verfügen über lackiertes PC/ABS für das obere Panel, SMC mit Aluminiumgitter für Seitenlüftungen und ein SMC unteres Appliqué zur thermischen Belastung direkt über dem Motor. Diese SMC-Paneele werden von LyondellBasells Quantum Composites Inc. (Bay City, Michigan, USA) produziert. Türgriff-Entriegelungsschalter sind PC/ABS, während der hintere Lufteinlass SMC ist. Das Basismodell hat einen blasgeformten, lackierten ABS-Spoiler und der hintere Luftauslassgrill ist spritzgegossenes, lackiertes ABS. A-Säulen- und Header-Appliqués sind lackiertes ABS, ebenso Außenspiegelkappen und Kühlergrilleinlässe. Je nach Optionspaket tragen ein zähmodifiziertes SMC vorderes Unterflügel und entweder ein blasgeformtes TPO oder Carbonfaser-Composite vorderer Splitter/Diffusor – klarbeschichtet/sichtbares Gewebe Carbon/Epoxy von deBotech mit Prepreg von Solvay Composite Materials (Alpharetta, Georgia, USA) – zur zusätzlichen aerodynamischen Stabilität bei. Ein hinterer Diffusor in zähmodifiziertem SMC fügt sich an den SMC unteren hinteren Stoßfänger in Class-A lackiertem SMC von MFG an.

Das Premium-Carbonfaser-Trim-Paket bietet diverse klarbeschichtete/sichtbare Gewebe Carbonfaser-Akzente innen und außen, einschließlich Spiegelkappen, vorderer Grilleinsatz, vorderer Splitter, Zubehörflügel, Motorraumabdeckungen, Innenseiten Türschalterplatten, Schwellerleisten, Instrumententafel-Cluster-Bezel, Türgriffabdeckungen, Viertel-Appliqués und Ride-Control-Platte. Diese Komponenten werden von deBotech, SMI Composites LLC (Comer, Georgia, USA) und Plasan Carbon Composites (Wixom, Michigan, USA) gefertigt.

Technologie vorantreiben

Der 2020 Corvette hat bereits viele renommierte Branchenpreise gewonnen, darunter 2020 MotorTrend Car of the Year, 2020 Automotive News PACE (Premier Automotive supplier Contributions to Excellence) Partnership Award und mehrere Auszeichnungen der Society of Plastics Engineers (SPE), einschließlich 2019 Vehicle Engineering Team Award. „Obwohl die neue Stingray-Mittelmotor-Architektur die Schlagzeilen dominiert, egal wo der Motor ist – vor oder hinter dem Fahrer – haben Corvettes über acht Generationen immer den Stand der Technik in der automobilen Materialtechnologie vorangetrieben“, fügt Tadge Juechter, Executive Chief Engineer-Global Corvette, hinzu. „Technologie voranzutreiben ist der Kern dessen, was wir tun.“