Weltweit erstes Composite-Getriebegehäuse stärkt E-Mobilität

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ARRK Engineering

Die Fachexpertise musste erweitert werden

„Aufgrund der kurzen Zykluszeiten und der damit verbundenen hohen Stückzahlen entschieden wir uns für einen thermoplastischen Werkstoff, der mit kurzfaserverstärktem Kunststoff umspritzt werden sollte“, beschreibt Kreutzmann den grundsätzlichen Ansatz. Die unterschiedlichen Szenarien sowie ihre Machbarkeit seien jeweils in Press- beziehungsweise Spritzgusssimulationen bewertet und optimiert worden. „In die Entwicklung flossen außerdem unsere Erfahrungen im Umgang mit Thermoplasten beziehungsweise deren Kombination mit anderen Materialien ein. Auch die Kenntnis der relevanten Versagensmodelle sowie das Know-how zum Einsatz von Spritzgussverfahren waren hilfreich“, so Kreutzmann. Anders habe es hingegen beim Umformen des Organoblechs ausgesehen: Dabei war kaum Vorwissen in puncto Zykluszeiten oder den Temperaturen vorhanden. Schwierigkeiten für die Umsetzung ergaben sich zudem aus der eingeschränkten Verfügbarkeit des gewünschten Gewebes sowie des Matrixwerkstoffs, sagen die Experten. Hier musste zunächst ein Hersteller gefunden werden, der in der Verwendung von Karbonfaserverbundstoffen ebenfalls die Zukunft der Automobilindustrie sieht ‒ was jedoch schließlich geklappt hat.

Lokale UD-Tapeverstärkung hilft weiter

Für das Design des Bauraums wurden zunächst über eine Topologieoptimierung ‒ unter Berücksichtigung von Zug- und Druckbereichen ‒ die Kraftverläufe im Gehäuse ermittelt, heißt es weiter. Der daraus abgeleitete Entwurf habe als erster Anhaltspunkt dafür gedient, wo das Material platziert beziehungsweise wie die Lagen des Organoblechs optimiert werden müssen, um die erforderliche Steifigkeit zu erreichen. Weiterhin wurden in umfangreichen Simulationen die möglicherweise unter Last auftretenden Verformungen untersucht. Dabei erwies sich die Torsion des Gehäuses als dimensionierende Größe, welcher mit 45°-Lagen begegnet wurde, beschreibt ARRK Engineering. Zusätzlich galt es lokale Schwachstellen zu identifizieren, um diese gezielt zu minimieren beziehungsweise die auftretenden Dehnungen zu reduzieren. „Außer der FEM-Optimierung wurde deshalb auch manuell nach Möglichkeiten einer punktuellen Verstärkung gesucht, die mit möglichst geringem Zusatzgewicht einhergeht“, schildert Raik Rademacher, Teilprojekleiter Engineering, die Vorgehensweise. Gekreuzte, unidirektionale (UD)-Tapes beeinflussten das Thema besonders positiv, heißt es weiter. Die Dicke der eigentlichen Organobleche konnte daraufhin von 5 auf 4 mm reduziert werden, was nicht nur Gewicht spart, sondern auch den Umformprozess des Organoblechs in der Presse begünstigt.

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