Berechnungsmethoden sind eine wichtige Voraussetzung für die Entwicklung von leichten Fahrzeugkomponenten. Numerische Berechnungen mit der Finite-Elemente-Analyse (FEA) ermöglichen eine Performancebeurteilung der Leichtbaukomponenten, bevor diese hergestellt werden. Als Entwicklungspartner der Branche arbeitet ContiTech an neuen Lösungen, um Komponenten und Bauteile in Fahrzeugen noch leichter zu machen. 

Egal ob im Pkw oder Nutzfahrzeug: Der Leichtbautrend ist nach wie vor das richtungsweisende Thema für die Automobilbranche. Aus gutem Grund: Jedes eingesparte Gramm bringt entscheidende Vorteile wie einen geringeren Verbrauch und entsprechend weniger Emissionen sowie sinkende Betriebskosten und steigende Nutzlast. Nicht zuletzt treiben schärfere CO2-Emissionsrichtlinien und Abgasnormen Innovationen voran. Als Entwicklungspartner der Branche arbeitet ContiTech an immer neuen Lösungen, um ihre Komponenten und Bauteile in den Fahrzeugen noch leichter zu machen. Größte Herausforderung ist dabei, die Anforderungen der Kunden für die jeweilige Anwendung umzusetzen und dabei gleichzeitig die mechanischen Anforderungen an Steifigkeit, Festigkeit, Lebensdauer und Schwingungsverhalten zu erfüllen.

„Simulationstechnik ist unverzichtbar geworden, um den Anforderungen unserer Kunden zu genügen und unsere eigenen Qualitätsansprüche zu erfüllen“, sagt Dieter Kardas aus der Vorentwicklung von ContiTech Vibration Control. Beim Tag des Fahrwerks des Instituts für Kraftfahrzeuge der Universität Aachen am 10. Oktober 2016 stellte der ContiTech-Experte im Rahmen eines Vortrags die Entwicklungskompetenz von ContiTech auf dem Feld der Leichtbautechnik vor.

Seit 2006 nutzt ContiTech glasfaserverstärktes Polyamid als leichte Alternative zu Stahl und Aluminium für Komponenten im Pkw. Die gewichtsreduzierten Bauteile erzielen Gewichtseinsparungen von bis zu 50 Prozent. Ob Stützlager für das Fahrwerk, Motorlager oder Getriebequerträger: ContiTech arbeitet an Innovationen und entwickelt neue Leichtbaukomponenten aus den gewichtsreduzierenden Materialien.

Eine Herausforderung bei der rechnerischen Auslegung von Spritzgussteilen sind die anisotropen Werkstoffeigenschaften, die durch das glasfaserverstärkte Polyamid entstehen. Die Ausrichtung der Glasfasern hat einen entscheidenden Einfluss auf lokale mechanische Bauteileigenschaften. Um die Auswirkungen der mikroskopisch kleinen Glasfasern auf die mechanischen Eigenschaften des Gesamtbauteils sichtbar zu machen, werden Simulationsverfahren angewendet. Im Entwicklungsprozess werden zunächst Designstudien mit vereinfachten isotropen Materialbeschreibungen durchgeführt. Anschließend wird die Konstruktion unter Verwendung von anisotropen Materialeigenschaften bewertet.  

Die Ausrichtung der Glasfasern hängt unter anderem vom Produktionsprozess ab. Deswegen muss zunächst der Formfüllprozess berechnet werden. Ein Ergebnis dieser Berechnung ist die Orientierung der Glasfasern. Diese Informationen werden im nächsten Schritt für die Berechnung der anisotropen Materialeigenschaften herangezogen, die ungleichmäßig über das Bauteil verteilt sind. Mit dieser Grundlage können nun die unterschiedlichen mechanischen Bauteileigenschaften über Finite-Elemente-Berechnungen abgeschätzt werden.

„Unser Ziel ist es, die Produktentwicklung von Leichtbaukomponenten mit den Möglichkeiten von Simulationsmethoden zu unterstützen und zu verbessern“, erklärt Kardas. „Wir können anhand der Simulationsmethoden die mechanische Bauteilperformance schon in einem frühen Stadium vorhersagen und so eine hohe Qualität der Komponenten garantieren.“                

Bild: Getriebeadapter von ContiTech (l.) und berechnete Faserorientierungen dargestellt als Ellipsoide.

Foto: ContiTech