Composites Erstes Leichtbau-Bremspedal für Elektroboliden entwickelt

Redakteur: Peter Königsreuther

Lanxess und Bobe Elastmetalln präsentieren ein robustes, großserientaugliches Bremspedal im Mulit-Materialmix für einen batteriebetriebenen Sportwagen, das nur 50 % der Stahlausführung auf die Waage bringe.

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Vollkunststoff-Bremspedal für einen batterieelektrischen Sportwagen mit einem Einleger aus dem endlosfaserverstärkten, thermoplastischen Verbundwerkstoff Tepex dynalite von LANXESS.
Vollkunststoff-Bremspedal für einen batterieelektrischen Sportwagen mit einem Einleger aus dem endlosfaserverstärkten, thermoplastischen Verbundwerkstoff Tepex dynalite von LANXESS.
(Bild: Lanxess)

Bei batterieelektrisch angetriebenen Sportwagen zähle jedes Gramm Gewicht. Deshalb kommt im ersten Serienfahrzeug diese Premium-Kfz-Segments ein Vollkunststoff-Bremspedal zum Einsatz, sagt Lanxess. Das Sicherheitsbauteil wurde von der Boge Elastmetall GmbH, einem global agierenden Anbieter für Schwingungstechnik und Kunststofflösungen in der Automobilindustrie, zusammen mit dem Lanxess-Geschäftsbereich High Performance Materials (HPM) aus der Taufe gehoben, heißt es weiter. Seine hohe mechanische Belastbarkeit trotz des geringen Gewichts basiere seiner thermoplastischen Compositekonstruktion. Für den Aufbau werden ein Einleger aus dem endlosfaserverstärkten, thermoplastischen Verbundwerkstoff Tepex dynalite von Lanxess und mehrere Tapes verwendet, heißt es weiter.

Durchgehend automatisierte Herstellung

„Der Verbundaufbau senkt das Gewicht des Bremspedals halbiert das Gewicht des neuen Pedals im Vergleich zu einer vergleichbaren Stahlkonstruktion“, erklärt Dr. Klaus Vonberg, Leichtbauexperte in der Tepex Automotive Group von HPM. Die hohen Lastanforderungen an das Strukturbauteil würden durch den maßgeschneiderten Faserlagenaufbau des Tepex-Einlegers sowie durch eine zusätzliche lokale Tape-Verstärkung erfüllt. Weil der Herstellprozess durchgehend automatisiert ist, ist er sehr effizient und sogar großserientauglich, sagt Lanxess, obwohl es sich dabei um ein geometrisch komplexes Sicherheitsbauteil handelt.

Unterschiedlich orientierte Fasern gezielt kombiniert

Die Tepex-dynalite-Materialien haben laut Lanxess eine thermoplastische Matrix, die üblicherweise mit Lagen aus endlosem Glasfasergewebe verstärkt ist. Bezüglich des Bremspedals für den E-Sportwagen wurde ein Verbundaufbau mit Polyamid-6-Matrix gewählt, der im Inneren unidirektional ausgerichtete Faserlagen und in den beiden Deckschichten Gewebelagen mit 45°-Faserausrichtung aufweist. Die inneren Lagen sorgten für eine exzellente Zug- und Biegebelastbarkeit des Bauteils.

Lasttechnisch maßgeschneiderte Laminate durch Laserschweißen

Tapes, erklärt Lanxess, sind dünne Kunststoffbänder, in die unidirektional ausgerichtete, hochfeste Endlosfasersysteme eingebettet sind. Beim Bremspedal werden mehrere davon mit Glasfaser-Rovings eingesetzt, um die Bauteilunterseite zu verstärken, heißt es genauer. Weil die Tapes und der Tepex-Einleger aus zueinander kompatiblen Kunststoffmatrices bestünden, könnten die Tapes per Lasereinsatz einfach auf den Tepex-Einleger aufgeschweißt werden. So entstehen maßgeschneiderte Laminate, deren Faserlagen genau den Lastpfaden folgen und exakt an die lastspezifischen Bauteilanforderungen angepasst sind, erklärt Lanxess. So sorgten die Deckschichten des Einlegers mit ihren 45°-Faserlagen zusammen mit den aufgelegten Tapes auch für eine hohe Torsionsbelastbarkeit des Pedals.

Insgesamt vier Varianten können in Serie gehen

„Durch diesen maßgeschneiderten Faserlagenaufbau und die Kopplung von Organoblechen und Tapes ist es gelungen, das Gewicht von Bremspedalen weiter zu senken und gleichzeitig das sehr hohe mechanische Eigenschaftsniveau zu erreichen, das ein solches sicherheitsrelevantes Bauteil mitbringen muss“, erklärt Dr. Daniel Häffelin vom Innovation Center bei Boge Elastmetall. Aktuell befinden sich vier unterschiedliche Bremspedalausführungen in der Serienfertigung, sagt er, bei denen auf eine Vollkunststoff-Version gesetzt wird. Für alle Bauteilvarianten habe man die Lastpfade auch entsprechend den unterschiedlichen Torsionsrichtungen optimiert.

Automatisierte Verarbeitung von Tapes und Tepex

Die Bremspedale werden mithilfe des sogenannten Hybrid Molding in relativ kurzen, und deshalb für die Großserie geeigneten, Zykluszeiten in einem automatisierten Prozess gefertigt. Das Verfahren integriert das Umformen des Einlegers aus Tepex sowie der Tapes in den folgenden Spritzgussprozess, erkärt Lanxess. In einem ersten Fertigungsschritt werden die Tape-Zuschnitte durch optische Messsysteme exakt ausgerichtet und auf dem Tepex-Einleger positioniert, um dann mit diesem verschweißt zu werden. Anschließend wird der Aufbau umgeformt und im Spritzgussprozess mit dem mechanisch hochbelastbaren Polyamid 66 hinterspritzt, ergänzt das Unternehmen.

Schillerndes Anwendungsspektrum für dieses Compositekonzept

Für thermoplastbasierte Compositeaufbauten mit lastgerechter Faserorientierung eröffnen sich in der Elektromobilität weitere Einsatzmöglichkeiten, meinen die Protagonisten. Dazu Vonberg: „Anwendungen für Tepex-Einleger sind zum Beispiel Frontendsysteme und Stoßfängerträger, Halter von Elektro-/Elektronikmodulen, Laderaummulden, Batteriegehäuse und -abdeckungen, strukturelle Komponenten im Greenhouse sowie strukturelle Verkleidungen im Unterbodenbereich zum Schutz der Batterie.“

Auch der niedrige CO2-Fußabdruck im Vergleich zu Konstruktionen auf Metallbasis spreche für die Verbundbauweise mit Tepex und Tapes. Dabei sind thermoplastische Composites nicht nur deutlich leichter, sondern durch das Hybrid-Molding-Verfahren auch kostensenkend. Nicht zuletzt profitiere man von der gewichts- und energiesparenden Integration von Führungselementen, Aufnahmen und Befestigungssystemen. Aufwendige Weiterverarbeitungsschritte – wie etwa das Entgraten oder das nachträgliche Gewindebohren, wie es bei Metallteilen üblich ist – entfallen bei solchen Bauteilen, merkt Lanxes abschließend an.

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