Revolution im Sonnenrolldesign: Thermoplast-Composite-Führungen ersetzen Aluminium

Ein Team in Frankreich unter Leitung von Webasto SC in Les Châtelliers-Châteaumur hat ein neuartiges Festglas-Rollladen-Sonnendachmodul entwickelt, das erstmals Thermoplast-Composite-Führungen statt konventioneller Alu-Schienen nutzt. Erstmals serienmäßig in mehreren MPVs von Groupe Renault (Boulogne-Billancourt): Gewichts-, Kosten-, Werkzeugersparnis, Hardwareentfall, weniger Prozessschritte, vereinfachte Montagelinien-Installation, reduzierte Betriebsgeräusche, +13 mm Kopffreiheit zwischen Insassen und Sonnendachglas.

Konventionelle Sonnendachmontage

Autoindustrie nutzte historisch Alu-Schienen zur Verbindung Rollladenmodul mit Rohkarosserie (BIW) Dachstruktur – besonders bei großen, transparenten Festglas-Sonnendächern, die fast gesamte Dachbreite/-länge spannen. Führungen an Fahrer-/Beifahrerseite: Doppelfunktion bei Rollladensystemen – Gleitfläche für motorisierten Stoffrollladen beim Aufrollen (mehr Licht) oder Ausfahren (weniger Licht). Im Gegensatz zu starren Sonnenblenden (Nordamerika üblich): eingefahren nehmen Rollläden wenig Platz unter Himmel, unsichtbar für Insassen, gleiche thermische/akustische Isolation.

Konventioneller Fertigungsprozess Alu-Schienen: Constant-Cross-Section-Alu-Profil → arbeitsintensiver Mehrschritt-Fräs-/Finish-Prozess für komplexe Form:

• Längenzuschnitt
• Kleine Falzen via Stanzen/Prägen
• Kurvenformen
• Fräsen komplexer Formen (nicht via Stanzwerkzeuge vorformbar – je 1 Werkzeugsatz/Operation + 1 Qualitätskontrolle pro Schritt)
• Eloxieren schwarz/natürlich
• Montage Elektrokabelclips, Spiralenkabelclips, Zentrier-/Positionierstifte, Muttern

Jedes Fahrzeugmodell leicht unterschiedliche Schienenform/Länge → Sunroof-Hersteller muss signifikanten Lagerbestand vorhalten. Neues Modell = neue Werkzeuge, außer gemeinsame Teile mit bestehendem Modul.

Alu-Schienen: arbeitsintensiv in Fertigung Sunroof-Hersteller UND Montage im Fahrzeugwerk. Konventionell: Schienen manuell per Schrauben an BIW. Dann Sonnendachmodul durch Windschutzscheibenbucht, bottom-loaded in Dachöffnung, Operator sichert an neu installierten Schienen. Schließlich Glasdach per Strukturkleber an Dach verklebt – Modul und Kabine abgedichtet.

Nachteile Alu: teurer Rohstoff, schwieriger als Stahl in komplexe Formen zu biegen. Umweltschutz: Entsorgung Eloxal-Chemikalien signifikanter Zusatzkosten. Prozess lang/komplex, hohe Werkzeugkosten. Funktionserweiterung = zusätzliche Hardware + Montageschritte.

Neues Schienenkonzept

Basierend auf erfolgreichen Umstellungen Sonnendachrahmen Alu→Composites bei kleineren Moving-Glass-Systemen: Studie, ob größere Seitenführungen Rollladensysteme auch auf Composite umstellbar. Ziel: Funktionalität hinzufügen, Fertigungsschritte, Teilezahl, Kosten, Gewicht reduzieren, OEM-Performance erfüllen.

Team analysierte Führungsfunktionalität/Betriebsbedingungen – kritischstes Merkmal: gleichmäßige, reibungsarme Bewegung motorisierter Sonnenblende vorwärts/rückwärts und links/rechts entlang Bahn. Erfordert präzise Geometrie, konstanten Querschnitt über gesamte Länge (> 1 m). Schienen müssen strukturell ausreichend für sichere Verbindung zu anderen Sonnendachkomponenten: Vorder-/Hinterquerträger, Dachstruktur, Motormechanismus, Dachglas, Himmel. OEM-Anforderung: motorisierte Sonnenblende bei niedrigen Gleitgeräuschen – NVH-Reduktion Innenraum.

Scan gängiger Auto-Composites: Duroplast-Matrices eliminiert, Thermoplaste favorisiert. Vs. Thermoplast-Composites: Duroplast-getränkte höherer Dichte, langsamere Zyklen, mehr Nachbearbeitung. Remeltbare Thermoplaste: Klebstoff-/Befestigungsfreie Montageoption zwischen Ober-/Unterschiene, stark vereinfachtes End-of-Life-Recycling. Duroplaste: Bedenken Fogging, VOC-Emissionen – streng reguliert EU-Fahrzeuginterieurs.

Wg. OEM extrem enger Dimensionskontrolle – besonders Verzugsvermeidung, der Sonnenblendenlauf behindern würde – Polyamid, PP, Thermoplast-Polyester eliminiert. Alu-Schienen benötigen Fett für reibungslosen Lauf; unklar ob Schmierstoff bei Composite-Schienen nötig → Polycarbonat eliminiert (schlechte Chemikalienbeständigkeit, Spannungsrissneigung). ABS abgelehnt (110 °C Thermalanforderung Sonnendach).

Webasto nutzte zuvor Glasfaser-verstärktes Styrol-Maleinsäureanhydrid/ABS (GR-SMA/ABS) für Moving-Glass-Sonnendachrahmen – Fokus auf dieses Material, jahrzehntelang Autoindustrie für Instrumententräger-Substrate. GR-SMA/ABS: niedrige Dichte, steif, fest, sehr geringer Verzug, geringe Deformation über breite Temp/Feuchte-Bereiche. Amorph → keine Post-Kristallisation/Schrumpfung. Schmelz-wiederverarbeitbar, gut schweißbar, Maleinsäureanhydrid-Komponente → hohe Klebfestigkeit zu diversen Substraten inkl. PU-Strukturkleber Glasdach-Sonnendachmodul.

Webasto bat Harzlieferant Polyscope Polymers BV (Geleen, Niederlande) um passende Grades. Polyscope lieferte zwei Optionen: 15 % GR XIRAN SGH30EB und 30 % GR XIRAN SGH60EB – Kleinserientests Webasto. 30 % GR steifer, höherer E-Modul nicht nötig für reibungslosen Sonnenblendenlauf. Tests: 15 % GR erfüllt mechanische Targets → Team wählte dieses Material für Links-/Rechtsführungen UND Vorderquerträger. Hinterquerträger blieb GR-PP.

Prozessentscheidung: Initial Profilextrusion (hohl/massiv, funktional ähnlich Alu-Profil, kontinuierlich, schnell, niedrige Werkzeugkosten). Bedenken: Extrusion nicht glatte genug Innenoberflächen bei faserverstärkten Harzen für leisen/glatten Sonnenblendenlauf. Auch: limitierte Profilgeometrieänderung über Schienenlänge für Funktionsintegration ohne Hardware (extrazw. Stifte/Clips) in Nachbearbeitung.

Alternative: Spritzgießen – komplexe 3D-Strukturen, glatte Oberflächen, hohe Ästhetik, schnell, präzise, exzellente R&R. Erlaubt Bohrungen, Aussparungen, Snap-Fits, Clips im Werkzeug – reduziert Nachbearbeitung. Nachteil: kein Hohlprofil in einem Schritt (jedes Schiene 2-teilig + Fügen). Werkzeugkosten hoch.

Team entschied: Spritzgießen mit Ziel, Mehrteile in Familienwerkzeug zur Werkzeugkostenreduktion.

Konzeptvalidierung

Basiskonzept vielversprechend → Entwicklungsteam erweitert: OEM Groupe Renault, Verformer ARRK-Shapers (La Séguinière, Frankreich). Ziel: Composite-Schienensystem für Festglas-Rollladen-Sonnendachmodul Modelljahr 2016 Renault Scenic (5-Sitzer) und Grand Scenic (7-Sitzer) MPVs. Design: hohes Funktionsintegrationslevel pro Schiene, Spiegelbildsymmetrie Links/Rechts, sowohl Standard (Limousine/5-Sitzer) als auch Lang (Kombi/7-Sitzer) abdeckend. Aspekte durch drei Patente geschützt.

Werkzeugkostenmanagement: Mold-Design optimiert – Ober-/Unterteil beide Links/Rechts-Schienen, Vorderquerträger, drei Bonding-Interface-Stücke für Hinter-GR-PP-Querträger (separat geformt) pro Zyklus. Kostensparend: ARRK-Shapers Modulblöcke (ein/aus für Lang/Kurz-Version) statt teurer Werkzeugschlitten. Für 8 GR-SMA/ABS-Komponenten im großen Familienwerkzeug: Spritzgießmaschine 1.500 kN Schließkraft. Ultraschallschweißen für Ober-/Unterschienen-Verbindung, spezielle Montagevorrichtung designed/gebaut.

Prototyping/Testing-Phase: finales Schienendesign, Produktionsherausforderungen antizipieren, Renault-Validierungstests sicherstellen:

• Haltbarkeit 10.000 Lebenszyklen
• Triaxiales Vibrationstest -20 °C bis 110 °C bei 95 % rel. Feuchte
• Temperaturzyklus 85 °C → -20 °C → 50 °C (95 % RF) → 110 °C
• Schäl-/Schubfestigkeit nach Klebung
• Renault Fahrgeräuschtest NVH
• Rollover „Korkenzieher“-Test
• Rollladengeschwindigkeit ≥ 75 mm/s bei 23 °C nach jedem Test

„Idee Alu-Führungen → Kunststofflösung Rollladen-Sonnendach ist Webasto-Idee, lang patentiert. Bislang erreichte kein Engineering-Kunststoff die harten Anforderungen dieser Funktion“, erklärt Jacques Vivien, Webasto R&D, Design-to-Cost, Industrial Expert. „Kandidat musste Dimensionsgenauigkeit, Langzeitstabilität, Temp/Feuchte-Beständigkeit, Steifigkeit/Gleitfähigkeit, exzellente Klebbarkeit erfüllen – und kostenneutral bleiben. XIRAN SGH30EB von Polyscope machte Projekt zum vollen Erfolg für alle Beteiligten.“

Erwartungen übertroffen

Nach > 2 Jahren Fertigung/Verkauf: Composite-Führungen performen wie vorhergesagt, vielfache Vorteile auf Tier-, OEM-, Kundenebene. Beispiel: ARRK-Shapers clevere Werkzeugkonstruktion senkte Programmkosten signifikant. Webastos Design mit signifikant höherer Funktionsintegration als Alu-Legacy + Spritzgießen für komplexe Strukturen in einem Schuss eliminierte Hardware/Nachbearbeitung, reduzierte Kosten. Schienenfertigung allein: 7 Schritte → 2.

Bei Renault Montagewerk: neues Sonnendachsystem inkl. Rollladen kommt voll montiert, vortestet als One-Piece-Unit, robotisch ans Dach geklebt – eliminiert 2–3 Montageschritte, Operator umsetzbar, weitere Kosten-/Zeitersparnis. Initiale Systemkostenreduktion ~20 %, weniger Teile → langfristig niedrigere Garantiekosten (niedrigere PPM-Defekte, höhere Qualität bei Renault). Zusatznutzen: Z-Achsen-Stack-Reduktion > 13 mm durch direkte Klebung Modul an BIW statt konventionellem 2-3-Schritt-Prozess (Schienen an BIW schrauben, Modul an Schienen). Mehr Arbeitsraum Montagelinie, mehr Kopffreiheit für große Insassen. Subtile Verbesserung: NVH-Reduktion bei Sonnenblendenbetrieb an großem Tageslichtöffnungsbereich beide Modelle. Wie Alu vollständig recycelbar, aber weniger Energie für Erstproduktion und End-of-Life-Recycling – auch ökologisch vorteilhaft. (Interessant: Team fand, kein Schmierstoff nötig auf Composite-Schienen für zuverlässigen Sonnenblendenbetrieb.)

„Als Jacques Vivien, Webasto Frankreich, mir sagte: Alu-Führungen → SMA-Composite Rollladenmodul – dachte ich: Herausforderung, aber Chance wert“, notiert Henri-Paul Benichou, Polyscope Sales/Business Development Manager. „Diese innovative Anwendung bewies technischen und industriellen Erfolg, vielfache Vorteile für Zulieferer, Renault, Renault-Kunden.“