Gewichtseinsparungen sind ausschlaggebend dafür, dass moderne Fahrzeuge die immer strengeren gesetzlichen Forderungen nach niedrigem Kraftstoffverbrauch und Emissionsausstoß erfüllen können. Auch die Reichweite von Fahrzeugen mit elektrifiziertem Antriebsstrang hängt stark davon ab. Leichtbauelemente müssen aber strenge Anforderungen an Crashsicherheit und Steifigkeit erfüllen. Mit der neuesten Leichtbau-Entwicklung, dem Integrated Sandwich Floor (ISF), bietet Röchling Automotive nun einen wirtschaftlichen und sehr smarten Lösungsansatz für die Fahrzeuge von morgen.
Zu den typischen Aufgaben des Fahrzeugbodens zählen der Schutz der Karosserie sowie akustische Isolation. Aber auch an die Aerodynamik und die thermische Abschirmung werden hohe Anforderungen gestellt. Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Fahrzeugboden, der sich aus zahlreichen Komponenten wie Teppichschicht, Trittschutz, Schaumschichten, Metallblech und Unterbodenverkleidung zusammensetzt, werden im ISF alle nötigen Funktionen in einem Bauteil vereint (Skizze). Die Grundlage dieser intelligenten Lösung bildet der innovative LWRT-Werkstoff Stratura, der vliesbasiert ist und Glasfasern mit thermoplastischen Fasern aus Polypropylen oder Polyester kombiniert (LWRT = Low Weight Reinforced Thermoplastics). Es handelt sich um eine mehrlagige Kombination aus Kunststoff-Glasfaser-Mischvliesen. Stratura ist nicht nur leichter als konventionelle Werkstoffe, sondern bietet auch sehr gute akustische sowie thermische Isolationseigenschaften und kann mit individuell skalierbaren Funktionen versehen werden.
Leicht zu individualisieren in Form und Struktur
Der ISF erlaubt abhängig von Schichtvolumen und Faserzusammensetzung das Individualisieren von Form und Struktur hinsichtlich der Materialstärke, um den Anforderungen der Anwendung gerecht zu werden – ganz nach spezifischem Bedarf. Die Individualisierung wird durch eine variierende Anzahl von Einzellagen und deren Zusammensetzung möglich. Um den Entwicklungsprozess optimal zu gestalten, ist es hilfreich, die gewünschten Eigenschaften so früh wie möglich zu definieren. Durch die intelligente Kombination verschiedener Materialschichten schafft Röchling Automotive eine multifunktionale Leichtbaukomponente.
Neben der Kombination sehr guter akustischer und thermischer Eigenschaften in einem besonders leichten Bauteil ermöglicht der ISF die komplette Substitution von Bodensystemen. Dies ermöglichen die Sandwichbauweise und die innovativen Werkstoffe. Verglichen mit herkömmlichen Bauteilen lassen sich Gewichtseinsparungen von bis zu 30 kg erzielen, also rund 50 %. Röchling Automotive unterstützt mit dieser Lösung den Industrietrend hin zu kraftstoffeffizienteren und emissionsärmeren Fahrzeugkonzepten.
Ausgehend von Stratura erweitert das Unternehmen sein Werkstoffportfolio stetig. An erster Stelle folgte die Entwicklung des Materials Stratura Hybrid – dank seiner skalierbaren physikalischen Eigenschaften besonders für Hybrid- und Elektrofahrzeuge geeignet. Die Integration einer oder mehrerer Lagen mikroperforierter Aluminiumfolie optimiert die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV), isoliert also gegen sogenannte Induktionsfelder, welche gerade bei reinen Elektrofahrzeugen entstehen. So können eventuell schädigende Ströme in benachbarten elektrischen Komponenten vermieden werden. Schirmdämpfungen von über 110 dB werden schon durch eine 0,1 mm dicke Schicht des Metalls ermöglicht. Das Beifügen von Hohlprofilelementen aus Aluminium erlaubt darüber hinaus eine weitere Individualisierung des ISF und erhöht zusätzlich dessen Steifigkeit.
Absorbiert Crashs besser als Stahl und Aluminium
Der ISF hebt sich zudem deutlich von anderen Leichtbauansätzen ab, da er in ein bisher von Stahl oder Aluminium geprägtes Feld vordringt (Grafik). Ein weiterer Vorteil des Materials: das Crashverhalten. Die Sandwichbauweise des ISF absorbiert einen Großteil der bei einer Kollision freigesetzten Energie im Sinne einer Umverteilung der Aufprallenergie. Weil keine punktuelle Belastung zu einem möglichen Bruch führen kann, steigt das Crash-Absorptionspotenzial. Hingegen können konventionelle carbonbasierte duroplastische Unterbodenkonstruktionen bei einem Unfall zersplittern – auch makroskopisches Bruchverhalten genannt.
Aufgrund der Kombination aus mikroskopischem Bruchverhalten und Flächenträgheitsmoment nimmt das Stratura-Bauteil weitgehend kontinuierlich die eindringende Energie auf. Durch die Integration akustischer Lagen (die beim klassischen Aufbau als separate Schichten hinzukommen) weist der ISF eine höhere Dicke auf und kann deutlich mehr Energie aufnehmen, bis es zum Wegknicken kommt. Dennoch ist der Gesamtaufbau wesentlich dünner. Somit steigert die Lösung von Röchling Automotive die Crashfestigkeit des gesamten Fahrzeugs – es kann je nach Aufbau sogar deutlich mehr Energie aufnehmen als ein 0,8 mm dickes Stahlblech.
Die Konstruktion lässt sich dank ihrer flexiblen Struktur auch in späteren Entwicklungsschritten noch verändern, was den Ingenieuren viel mehr Möglichkeiten bietet, verglichen mit anderen gepressten Werkstoffen. Diese Individualisierung realisiert Röchling Automotive durch die Kombination einer detaillierten Materialabstimmung und dem eigens durch das Unternehmen entwickelten Softlofting-Verfahren. Hier wird ein Netzwerk aus Faserverbundwerkstoffen mit Langfasern erzeugt, die sich im Bauteil dreidimensional vernetzen. Das innovative Verfahren optimiert außerdem die akustische Absorptionsfähigkeit des fertigen Bauteils. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, akustische und mechanische Eigenschaften des Werkstoffs individuell zu gestalten. Mit dem sogenannten One-Shot Konzept, einem kosten- und zeiteffizienten Verformungsprozess, hält das Unternehmen den Produktionsprozess so schlank wie möglich: Dieser Ansatz ermöglicht das zeitgleiche Verpressen diverser Materialien, inklusive der integrierten Hohlprofile aus Aluminium oder der mikroperforierten Aluminiumschichten.
Fahrzeugboden integriert Elektro-Komponenten
Getreu seinem holistischen Ansatz arbeitet Röchling Automotive stetig weiter an der Entwicklung des ISF. Das revolutionäre Unterbodenkonzept senkt nicht nur das Gewicht und den Kraftstoffverbrauch in konventionellen Fahrzeugen, sondern ermöglicht durch das neue Material Stratura Hybrid auch die Integration in Elektro- und Hybridfahrzeuge. Es unterstützt also den aktuellen Elektrifizierungstrend.
Zukünftig plant Röchling Automotive, weitere Funktionalitäten wie etwa Komponenten eines elektrischen Antriebsstrangs oder eine induktive Ladestruktur in den Unterboden zu integrieren. Insbesondere der hohe EMV-Schutz und die besondere Crashsicherheit von Stratura Hybrid machen diese Optionen technisch ansprechend. Darüber hinaus zeigt der Werkstoff sein Potenzial bereits in einer weiteren Innovation von Röchling Automotive: dem multifunktionalen Batteriegehäuse. Eine kostengünstige, leichte Lösung ersetzt die derzeit gängigen Metallgehäuse. Das Bauteil Stratura Hybrid steift die Rahmenkonstruktion des Gehäuses aus, allerdings bei deutlich geringerem Gewicht verglichen mit Lösungen aus Metall. Das mikroskopische Bruchverhalten und das hohe Flächenträgheitsmoment sorgen für eine überdurchschnittliche Fähigkeit zur Energieaufnahme in einer Crashsituation. Das fortschrittliche Konzept des Unternehmens gewährleistet nicht nur die Sicherheit der Batterie im Falle einer Kollision, sondern ermöglicht dank des hohen EMV-Schutzes auch eine hohe Abschirmung elektrischer Fahrzeugkomponenten. Der ISF bietet außerdem dank seiner geringen Materialdicke und des hohen Integrationspotenzials weitere Freiheitsgrade beim Fahrzeugdesign, was neue Perspektiven für die Entwicklung von sicheren, sauberen und effizienten Fahrzeugen eröffnet.
Zusammengefasst stellt der ISF als neueste Entwicklung von Röchling Automotive einen holistischen Entwicklungsansatz für kollisionsfeste Leichtbaukomponenten dar. Ziel des Entwicklungsprozesses war es, die Potenziale von Leichtbaumaterialien zu nutzen und durch Vereinfachen der oftmals komplexen Strukturen eine leichte, platzsparende und hybride Rundumlösung zu schaffen. Der ISF veranschaulicht das Potenzial hybrider KFZ-Bodensysteme hinsichtlich Effizienzsteigerung und Reduktion von Emissionen. Röchling Automotive unterstützt seine Kunden beim Umsetzen von Leichtbaumaßnahmen auf ihrem Weg in eine schadstoffarme, mobile Zukunft.
