Leichtbau

Optimierte Fahrzeugstruktur mit Hilfsrahmen aus Carbonfaser-Verbundwerkstoff

Um das Gewicht von Fahrzeugen zu reduzieren – und damit einen geringeren Schadstoffausstoß und eine höhere Kraftstoffeffizienz zu erreichen –, hat Magna International Inc. gemeinsam mit der Ford Motor Company einen Hilfsrahmen aus einem Verbundwerkstoff aus Carbonfaser entwickelt, dessen Gewicht im Vergleich zu einem entsprechenden Teil aus gestanztem Stahl um signifikante 34 Prozent geringer ist.

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Darüber hinaus wurden 45 Stahlteile durch zwei Spritzguss- und vier Metallteile ersetzt, sodass die Anzahl der im Hilfsrahmen verarbeiteten Teile um ganze 87 Prozent sinkt. Die Spritzgussteile werden durch Klebstoffe und strukturelle Nieten zusammengefügt.

Der Hilfsrahmen aus Carbonfaser ist bei einem gemeinsamen Forschungs- und Entwicklungsprojekt von Magna und Ford entstanden, in dem mögliche Vorteile sowie technische Herausforderungen von carbonfaserverstärkten Verbundmaterialien im Chassis sowie der daraus resultierenden Gewichtsreduzierung untersucht werden. Der Hilfsrahmen stellt einen wesentlichen strukturellen Bestandteil eines Fahrzeugs dar, an dem der Motor und die Radaufhängungen montiert werden. Gleichzeitig trägt er zur Stabilität des Fahrzeugs bei und bildet eine zentrale Komponente des Crash-Management-Systems.

„Durch die enge Zusammenarbeit mit dem Kunden bereits zu Beginn der Entwurfs- und Engineering-Phase haben wir die Möglichkeit, die umfassenden Fähigkeiten von Magna voll auszuschöpfen", so Grahame Burrow, President von Magna Exteriors, auf der JEC World 2017 in Paris. „Wir können Entwürfe, Materialkonzepte und Verarbeitungsprozesse von Grund auf entwickeln, mit dem Kunden sowie innerhalb unserer Produktgruppen zusammenarbeiten und eine wirklich effiziente Leichtbaulösung liefern, bei der auch Design oder Leistung nicht zu kurz kommen."

Das Engineering-Team von Magna – Mitarbeiter der Produktgruppen Body & Chassis sowie Exteriors – konnte das Gewicht dank der gebündelten Expertise über Design, Materialien und Verarbeitung durch Verbundstoffe und geeignete Fertigungsprozesse signifikant reduzieren.

Der Entwurf entspricht allen Leistungsanforderungen auf Basis von CAE-Analysen (Computer-Aided Engineering). Magna stellt nun Prototypen des Hilfsrahmens her, die anschließend Komponententests sowie Tests auf Fahrzeugebene bei Ford durchlaufen.

„Zusammenarbeit ist für die erfolgreiche Herstellung von Leichtbaukomponenten unerlässlich, die unseren Kunden einen optimierten Kraftstoffverbrauch bieten, ohne den Fahrkomfort, die Langlebigkeit oder die Sicherheit zu beeinträchtigen. Wir müssen auch in Zukunft daran arbeiten, diese Leichtbaulösungen kostengünstig bereitzustellen. Die gemeinsame Entwicklung des Hilfsrahmens aus Carbonfaser-Verbundmaterial durch Magna und Ford ist ein großartiges Beispiel für die Kooperation im Hinblick auf fortschrittliche Materialien", so Mike Whitens, Director of Vehicle Enterprise Systems im Bereich Research and Advanced Engineering bei Ford.

In der Testphase werden das Verhalten bei Korrosion und Steinschlag sowie die Schraubenrelaxation untersucht – Aspekte, die derzeit nicht durch CAE erfasst werden. Basierend auf den Erfahrungen, die das Projektteam bei der Herstellung und den anschließenden Tests des Prototyps sammelt, wird es zudem einen empfohlenen Design-, Fertigungs- und Montageprozess bereitstellen.

„Wir zählen nun seit Jahren zu den Vorreitern bei der Arbeit mit Leichtbaumaterialien", fügt Burrow hinzu. „Zuerst haben wir die Motorhaube aus Carbonfaser für die V-Modelle der CTS/ATS-Serie von Cadillac entwickelt und anschließend die Carbonfaser-Verstärkung für die Kühlergrillöffnungen des Mustang Shelby Cobra GT500. Dass unser Fachwissen nun in einer strukturellen Komponente wie dem Hilfsrahmen zum Tragen kommt, ist ein weiterer Schritt nach vorn, der es uns ermöglicht, unsere OEM-Partner weiterhin bei der Realisierung ihrer Ziele zu unterstützen."