Hybrid Metall-Composite A-Säule mit Stahleinsatz: Neuer Standard in struktureller Verstärkung

Die 3D-Hybrid-A-Säule erstreckt sich aufwärts vom Fahrzeug-Schweller, nimmt Türscharniere auf und hält die Windschutzscheibe an der Seite. Quelle: LANXESS AG

Der Porsche (Stuttgart, Deutschland) 911 Cabriolet, der dieses Jahr vom Band lief, ist das erste Fahrzeug, das mit einer leichten, hybriden Metall-Composite-A-Säule gefertigt wurde, designed für Cabriolets und Roadster.

Die hybride Metall-Composite-Säule enthält einen Einsatz aus hochfestem Stahl, unterstützt innen von einem geformten Rohling aus Polyamid-6-basiertem LANXESS (Pittsburgh, PA, USA) Tepex dynalite 102-RG600(6)/47% Continuous-Fiber-verstärktem Thermoplast-Composite und einer rippenförmigen Struktur aus Polyamid-66-basiertem, kurzglasfasergefülltem Durethan AKV30H2.0. Diese Struktur wird durch Reibung mit L-5235 Struktur-Schaum verbunden, entwickelt von L&L Products (Romeo, Michigan, USA). LANXESS erklärt, seine Tepex-Linie thermoplastischer Composite-Materialien sei besonders geeignet für strukturelle Komponenten in Pkw mit ihren strengen Sicherheitsanforderungen.

Die Festigkeit und Steifigkeit des hybriden Einsatzes stellt sicher, dass die A-Säule Überrollunfälle genauso gut widersteht wie vorherige Designs mit hochfesten Stahlrohren. Allerdings ist sie 5 Kilogramm leichter. Die Gewichtsreduktion wird im „Greenhouse“-Bereich des Fahrzeugs erreicht, was den Fahrzeugschwerpunkt senkt und damit die Fahrzeugdynamik verbessert.

„Die exzellente mechanische Performance der hybriden A-Säule demonstriert, dass hybride Einsätze basierend auf Stahlblech, Tepex-Rohlingen, Polyamid-6- oder Polyamid-66-Variationen von Durethan als Rückspritzmaterial und einem Struktur-Schaum wie L-5235 auch beträchtliches Potenzial für strukturellen Leichtbau im Fahrzeugkörperdesign bieten. Das gilt besonders für Elektrofahrzeuge, da ihre schweren Batterien ihnen eine hohe Aufprallmasse geben“, erklärt Henrik Plaggenborg, Leiter Tepex Automotive bei der LANXESS High Performance Materials (HPM) Business Unit. „Die Gewichtsreduktion erhöht auch die Reichweite von Elektrofahrzeugen, die diese Technologie nutzen.“

Weitere potenzielle Anwendungen für hybride Composite-Elemente umfassen verstärkende Querträger und Seitenwandträger, B- und C-Säulen, lasttragende Batterieteile oder Türkomponenten, die sicherheitskritisch sind.

Die hybriden Composite-Elemente wurden von L&L Products an dessen Standort in Straßburg, Frankreich, entwickelt und gefertigt. Der erste Fertigungsschritt der Verstärkungselemente umfasst Formen und Überformen der Tepex-Rohlinge in einem einzigen Vorgang mittels Hybrid-Molding-Technologie. Das resultierende Composite-Bauteil wird dann mit einem epoxidbasierten Schaum-Klebesystem beschichtet, das auf Wärme expandiert. Das beschichtete Teil wird auf die Karosserie montiert und durchläuft mit dieser den Kathodischen Tauchlackierprozess (KTL). Die hohen Temperaturen des KTL-Prozesses lassen den Struktur-Schaum expandieren und mit dem hochfesten Stahlblech verbinden, das auch am A-Säulen-Gehäuse befestigt ist, um den verstärkenden hybriden Einsatz zu produzieren. Dieser letzte Schritt erfolgt in einem vollständig automatisierten Fertigungsprozess, der von Porsche entwickelt wurde und laufender Qualitätskontrolle unterliegt.

Der Insert- und A-Säulen-Entwicklungsprozess wurde von LANXESS' HiAnt Kundenservice-Operation unterstützt. „Services umfassten Simulation des Formens (Drapierens) der Tepex-Rohlinge, Simulation des Füllens für Rückspritzung und Verzugsberechnung. Wir bestimmten auch Materialkennwerte zur Simulation des mechanischen Verhaltens der A-Säule und stellten diese Porsche zur Verfügung“, sagt Jean-Marie Olivé, Experte für Anwendungsentwicklung bei HPM.