Weniger lenkt besser
Chemnitzer Wissenschaftler des Bundesexzellenzclusters MERGE entwickeln Pkw-Querlenker aus intelligentem Materialsystem
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Alexander Hackert (l.) und Camilo Zopp, wissenschaftliche Mitarbeiter an der Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung, zeigen die verschiedenen Strukturen des Querlenkers vor dem Leichtbaufahrzeugdemonstrator „MERGE up!“ (Foto: Vivek Bakul Maru).
Nach der erfolgreichen Entwicklung eines Leichtbaurades haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Bundesexzellenzclusters MERGE an der Technischen Universität Chemnitz gemeinsam mit den Partnern des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU weiter am Herstellungsprozess geforscht und einen Querlenker aus neuartigem Leichtbaumaterial entwickelt. Während das Rad aus einem Aluminiumschaumkern und Deckschichten aus thermoplastischen Faser-Kunststoff-Verbunden besteht, wurde der Querlenker noch um eine Metalldecklage ergänzt. „So können wir die positiven Eigenschaften der Einzelkomponenten vereinen und ein Bauteil herstellen, welches das Gewicht und damit auch den Schadstoffausstoß von Kraftfahrzeugen reduziert“, erklärt Alexander Hackert, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Bundesexzellenzcluster MERGE.
Querlenker sind quer zur Fahrtrichtung angeordnete Bauteile, die als Teil der Einzelradaufhängung an Kraftfahrzeugen die Querkräfte zwischen Rad und Fahrzeugkörper übertragen. Sie sind so gelagert, dass sie die vertikalen Bewegungen des Fahrwerks mit ausführen können. Meistens bestehen diese Bauteile aus hochfestem Stahl. Um das Gewicht des neuen Querlenkers zu reduzieren und seine Lebensdauer zu erhöhen, haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der MERGE-Projektgruppe „Chemnitz Car Concept“, welche das elektrisch angetriebene Leichtbaufahrzeug „MERGE up!“ als Plattform für Forschungs- und Demonstrationszwecke nutzt, die Leichtbauweise des bereits vorgestellten Leichtbaurades in ähnlicher Form angewendet und optimiert. Neben den besonderen mechanischen Eigenschaften, wie der hohen Steifigkeit, einer sehr guten Energieabsorption und des guten Dämpfungsvermögens des Aluminiumschaumes sowie der hohen Zugfestigkeit des Faser-Kunststoff-Verbunds, können nun auch die Vorteile der Metalldeckschicht des Bauteils genutzt werden. „Da diese metallische Deckschicht den Kernverbund komplett verschließt, ist das Innere des Querlenkers vor Umwelteinflüssen und thermischer Beanspruchung geschützt“, verweist Hackert auf die Vorteile der Deckschicht aus Hybridlaminaten, welche die positiven Eigenschaften des Metalls und des Faser-Kunststoff-Verbunds miteinander kombinieren. Außerdem sind größere Beschädigungen durch die Metalldeckschicht deutlich besser erkennbar als im Faserverbund. So tritt kein schlagartiges Versagen des Bauteils auf, sondern ein Schaden ist rechtzeitig erkennbar und kann behoben werden.
„Aus zwei mach eins“
Die Herstellung des generischen Technologiedemonstrators erfolgte nach dem Vorbild des Querlenkers im VW up!. Auf dessen Grundlage wurden die Materialien in bestimmten Dicken mit verbesserten Eigenschaften aber gleicher Funktion entwickelt. Doch ganz nach dem Motto „Aus zwei mach eins“ wollen die Forschenden die Herstellung weiter optimieren. Im bisherigen seriellen Verfahren wird zuerst der Aluminiumkern erstellt, auf den im zweiten Schritt die Deckschichten aufgepresst werden. „Wir wollen gern ein kombiniertes Verfahren entwickeln, mit dem wir neue Bauteile nach dem gleichen Prinzip in nur einem Werkzeug herstellen können“, beschreibt Hackert die weiteren Forschungsarbeiten.
Der Einsatz dieser neuartigen Materialien und Strukturen findet vor allem im Automobilbau verstärkt Anwendung. Durch die Kombination neuer Verfahrenstechnologien mit intelligenten Materialsystemen können nicht nur leichtere Bauteile gefertigt werden, sondern auch eine Steigerung der Fahrzeugagilität und damit eine Verbesserung der Fahreigenschaften erzielt werden.
Ultraleicht dank MERGE
Der Bundesexzellenzcluster "Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" MERGE der Technischen Universität Chemnitz ist der bundesweit erste und einzige auf dem Gebiet der Leichtbauforschung. Leichtbau ist eine Schlüsseltechnologie der Zukunft. Erforscht werden materialwissenschaftliche und technologische Grundlagen für die großserientaugliche und ressourcenschonende Herstellung von Leichtbauverbundstrukturen. Ziel ist es, heute noch getrennte Fertigungsprozesse bei der Verarbeitung unterschiedlicher Werkstoffgruppen wie Textilien, Kunststoffe und Metalle zusammenzuführen und mit Sensorik und Aktorik auszustatten. Mehrkomponentenbauteile können dann in Großserie kostengünstiger und energieeffizienter produziert werden.
Weitere Informationen erteilt Alexander Hackert, wissenschaftlicher Mitarbeiter Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung, E-Mail alexander.hackert@mb.tu-chemnitz.de, Telefon 0371 531-34334.
Aktuelle Veröffentlichung zum Querlenker:
Drebenstedt, C.; Zopp, C.; Hackert, A.; Kroll, L.: Querlenker aus Hybrid-Aluminiumschaum-Sandwich. Lightweight Design, Die Fachzeitschrift für den Leichtbau bewegter Massen 2018, Nr. 11, Issue 2, S. 44-49. DOI: https://doi.org/10.1007/s35725-018-0011-5
(Autorinnen: Diana Ruder, Katharina Wolfrum)
Mario Steinebach
05.07.2018
