TU Chemnitz und Mercedes-Benz kooperieren im Leichtbau

TU Chemnitz und Mercedes-Benz kooperieren im Leichtbau

Zu den Leichtbau-Maßnahmen bei der aktuellen S-Klasse von Mercedes Benz gehört auch ein neuartiges Mikrosandwich-Material, das der Fahrzeughersteller mit Unterstützung des Forschungsclusters Merge an der TU Chemnitz entwickeln ließ und das im Innenraum der S-Klasse in den Kartentaschen der Türverkleidungen, der Hutablage sowie im Lehnenspannteil des Sitzes verwendet wird.

Es besteht aus drei Komponenten: zwei dünnen Deckschichten und einem besonders leichten Schaumkern, der bereits teilweise aus rPET (recyceltem Polyethylenterephthalat) besteht. Die Deckschichten sind, je nach Bauteilanforderungen, aus hybriden glas- oder naturfaserverstärkten Vliesstoffen. Verbunden werden diese Einzellagen durch eine Schmelzklebefolie oder durch eine mechanische Vernadelung, deren Funktionsprinzip dem des Klettverschlusses ähnelt: Zahlreiche Einzelfasern aus den Decklagen durchdringen den Kern, verankern sich in der jeweils gegenüberliegenden Deckschicht und bilden so eine feste Verbindung.

„Die von uns begleiteten Untersuchungen dienten unter anderem der mechanischen Kennwertbestimmung, mithilfe derer etwa Biegemodul und Biegefestigkeit ermittelt werden. Diese Leistungsmerkmale geben Aufschluss darüber, wie nachgiebig und fest ein Material ist.“
Dr. Roman Rinberg, Merge-Wissenschaftler und Forschungsbereichsleiter für Biopolymere und Naturfaserverbunde an der Professur für Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung (SLK)

Zusätzlich bot das Leichtbauforschungszentrum der TU Chemnitz den Rahmen für die Charakterisierung des Werkstoffes, für Simulationen und Umformversuche.

„Sandwichverbundbauteile mit leichten Kernwerkstoffen sind eine vielversprechende Strategie zur weiteren Gewichtsminimierung bei biegebelasteten Strukturen. Im automobilen Interieur stellt die Anwendung dieser Leichtbauweise eine besondere Herausforderung dar, da geeignete Materialkonzepte den Anforderungen der Automobilindustrie sowohl technologisch als auch ökonomisch gerecht werden müssen.“
Dr. Roman Rinberg, Merge-Wissenschaftler und Forschungsbereichsleiter für Biopolymere und Naturfaserverbunde an der Professur für Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung (SLK)

Das Resultat der seit 2015 andauernden engen Zusammenarbeit der Forscher mit dem Entwicklungsingenieur Dr. Christoph Menzel ist ein ökologisches Leichtbaukonzept in Sandwichbauweise, das gegenüber herkömmlichen Komponenten bis zu 50 Prozent Gewicht einspart. Dank einer guten Thermoformbarkeit lassen sich mit dem Material komplexe Anwendungen realisieren. Und es verbesserit die passive Sicherheit für Passagiere im Vergleich zu bisher verwendeten Werkstoffen, indem die hohe Nachgiebigkeit Brüche im Material verhindert.

Hergestellt wird der Mikrosandwichverbund in einem One-Shot-Verfahren: Formpresswerkzeuge mit kurzen Zykluszeiten erledigen in einem Arbeitsgang die Konsolidierung der Vliesstoffe, bei der die schmelzfähige Faserkomponente durch Abkühlung unter Druck verdichtet wird, das Umformen des temperierten Sandwichverbundes und das Aufbringen des Dekors. Parallel dazu werden die einzelnen Schichten verbunden, die Kanten verschlossen und das Bauteil beschnitten.

Der Einsatz von Naturfasern und die dank dem Mikrosandwich-Konzept erzielte Gewichtsreduktion verringern die CO2-Emissionen und den Energiebedarf von der Produktions- über die Nutzungs- bis hin zur Entsorgungsphase.

„Neben Digitalisierung und Elektrifizierung war auch der Leichtbau bei der Konstruktion der aktuellen S-Klasse ein besonderer Fokus, denn der Prozess einer ressourcenschonenden Entwicklung ist fest in der Fahrzeugentwicklung verankert.“
Dr. Christoph Menzel, Entwicklungsingenier, Mercedes Benz

Bild oben: Merge-Wissenschaftler Dr. Roman Rinberg platziert Marker auf einer Demonstratorversion der Mikrosandwich-Kartentasche. Eine spezielle 3D-Messtechnik analysiert im Forschungzentrum Leichtbau-Technologien mithilfe komplexer mathematischer Algorithmen eine 3D-Punktewolke der gescannten Oberfläche. (Quelle: Jacob Müller | TU Chemnitz)


Quelle und weitere Infos: Pressemitteilung

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