GREEN MOBILITY ENERGIZED BY. Leichtbau mit Hightech-Kunststoffen zu Grüner Mobilität. LANXESS Leichtbau

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1 GREEN MOBILITY ENERGIZED BY Leichtbau mit Hightech-Kunststoffen zu Grüner Mobilität LANXESS Leichtbau 1

2 INNOVATIVE LÖSUNGEN FÜR GRÜNE MOBILITÄT TREIBER DER GRÜNEN MOBILITÄT Mobilität wird auch in Zukunft eine wichtige Rolle spielen, denn sie ist längst ein unverzichtbarer Teil unseres Alltags. Damit diese Mobilität künftig stärker im Einklang mit Umwelt- und Ressourcenschonung, mit Klima- und Gesundheitsschutz steht, bedarf es innovativer Konzepte und Lösungen. Wir brauchen eine Grüne Mobilität. Ein Ansatzpunkt für Ressourcenschonung und Klimaschutz ist das Fahrzeuggewicht: So senkt beispielsweise ein um 100 kg vermindertes Fahrzeuggewicht den Treibstoffbedarf eines Pkw mit Verbrennungsmotor um rund 0,5 l je 100 km und vermeidet pro zurückgelegtem Kilometer CO 2 -Emissionen von 11,65 g. Leichtbau ist daher ein wichtiger und Erfolg versprechender Weg zu Lösungen für eine Grüne Mobilität. Kunststoffe besitzen dabei zentrale Bedeutung, denn sie werden bei geringem Gewicht vielen Anforderungen an Stabilität, Haltbarkeit, Sicherheit und Ästhetik gerecht. Das gilt besonders in Kombination mit intelligenten Konstruktions- und rationellen Fertigungstechniken. Viele dieser Techniken sind durch solche Materialen überhaupt erst möglich geworden. Auch in Zukunft sind hier weitere Innovationen zu erwarten. Leichtbau hilft, die ökonomische und ökologische Bilanz konventioneller Mobilität zu verbessern und macht neue Formen, etwa die Elektromobilität, überhaupt erst möglich. Nachhaltigkeit Urbanisierung Wachsende Bevölkerung und Mittelschicht Veränderte Verbraucherbedürfnisse Wirtschaftliche Herausforderungen Politik 2 LANXESS Leichtbau LANXESS Leichtbau 3

3 WERKSTOFFE UND WISSEN HAND IN HAND HIANT MEHRWERT DURCH GEBÜNDELTES FACHWISSEN Durethan und Pocan, die Hightech-Polyamide (PA) bzw. Polybutylenterephtalate (PBT) von LANXESS, sind seit Jahrzehnten ein Synonym für Qualität, Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit. Tepex Composite Sheets das sind hoch leistungsfähige, thermoplastische Faserverbundwerkstoffe der LANXESS Tochtergesellschaft Bond-Laminates erlauben die Herstellung von hoch belastbaren, metallfreien Bauteilen. Aber auch die Kombination mit anderen Werkstoffklassen wird in Zukunft neue Optionen bieten. Gemeinsam erschließen diese Werkstoffe neue Konstruktions- und Designwelten für Grüne Mobilität. BAUTEIL- PRÜFUNG Neben Hightech-Thermoplasten verfügt LANXESS auch über umfangreiches Fachwissen und Erfahrung. Außerdem beherrschen wir modernste Konstruktions- und Simulationstechniken. Unsere Experten bringen ihr Ingenieurwissen aktiv in Kundenprojekte ein. Höchste Leistung bei minimalem Gewicht das für unsere Kunden zu erreichen, ist das Ziel von HiAnt, dem integrierten Servicepaket für innovative Leichtbaulösungen. MATERIAL- Die wertschaffende Kombination von maßgeschneiderten, hochwertigen Kunststoffen und umfassendem Ingenieurwissen ist ein zentrales Leistungsversprechen der Business Unit High Performance Materials von LANXESS. Diese Kombination stellt sicher, dass das Potenzial unserer Werkstoffe in optimaler Weise genutzt wird, um die Anforderungen der Kunden zu erfüllen. Die Marke HiAnt steht für diese ingenieurtechnische Kompetenz im Rahmen eines integrierten Serviceangebots. Dazu gehören fünf Leistungsbereiche, die die gesamte Entwicklungskette umfassen vom Rohstoff bis zum fertigen Bauteil in der Serienproduktion: Materialentwicklung Konzeptentwicklung Computer Aided Engineering (CAE) Verfahrensentwicklung Bauteilprüfung HiAnt klingt dabei nicht zufällig nach High-End, also höchster Qualität und Leistung. Der Begriff setzt sich aus den Bestandteilen hightech und ant zusammen. Er verbindet Materialeigenschaften sowie technologische Expertise mit interaktiver und produktiver Teamarbeit. Als symbolisches Vorbild dienen dabei die hoch spezialisierten und hoch organisierten Ameisen. Eben diese Kombination ist ein wichtiger Wegbereiter für technologisch überlegene Lösungen, wie wir sie für unsere Kunden anstreben und aktiv unterstützen wollen. Dazu bauen wir auf tionsstrukturen möglichst frühzeitige, enge Zusammenarbeit in gemeinsamen Entwicklungsprojekten mit unseren Kunden und eine globale Aufstellung, um Kunden aus aller Welt global unterstützen zu können Hochmoderne Testeinrichtungen Passende Materiallösungen SMART SOLUTIONS ENERGIZED BY LANXESS KONZEPTSTUDIE DETAIL- WERKZEUGBAU PRÜFUNG PRODUKTION VERFAHRENS- KONZEPT- MATERIAL Material-/Prozess- Kombinationen für neue Anwendungen Hohe Leichtbaukompetenz KONZEPT- COMPUTER AIDED ENGINEERING (CAE) COMPUTER AIDED ENGINEERING Für unsere Werkstoffe entwickelte Simulationsverfahren PROZESS- BAUTEIL- PRÜFUNG VERARBEITUNG SPHASEN LANXESS HIANT SUPPORT 4 LANXESS Leichtbau LANXESS Leichtbau 5

4 NEUE MATERIALIEN NEUE MÖGLICHKEITEN Materialinnovationen erschließen dem Leichtbau mit Kunststoffen immer neue Möglichkeiten. Jüngstes Beispiel sind hochverstärkte Thermoplaste wie das Polyamid 6 Durethan DP BKV 60 H2.0 EF und das (PBT+PET)-Blend Pocan T 3150 XF mit Glasfasergehalten von 60 bzw. 55 %. Vor- - Ausdruck bringen. Diese Typen lassen sich auch bei hohem Glasfasergehalt zuverlässig im Spritzguss verarbeiten. Bauteile aus unseren hochverstärkten Polyamiden zeichnen hohe Wärmeformbeständigkeit sind weitere Schlüsseleigenschaften. Produkteigenschaften im Vergleich % BKV 30 PA 6 GF30 BKV 30 EF PA 6 GF30 Fließfähigkeit Zugfestigkeit DP BKV 60 EF PA 6 GF60 Produktentwicklung für Leichtbaulösungen Fließfähigkeit ermöglicht Hochmodul-Typen Gegenüber dem Standard-PA 6 (links) zeigt der EF- Typ (Mitte) deutlich höhere Fließfähigkeit bei ansonsten ähnlichen mechanischen Eigenschaften. Hoch gefüllt (rechts, 60 % Glasfasern) entspricht die Fließfähigkeit etwa dem Standardtyp bei deutlich besseren mechanischen Eigenschaften. 6 LANXESS Leichtbau LANXESS Leichtbau 7

5 HOCHVERSTÄRKTE THERMOPLASTE IM EINSATZ KUNSTSTOFF UND METALL TREFFEN SICH Das (PBT+PET)-Blend Pocan T 7391 zeigt auch bei einem Glasfasergehalt von 45 % neben hoher Wärmeform- und Witterungsbeständigkeit sowie Maßhaltigkeit und geringem zum Material der Wahl zum Beispiel für die Electronic Junction Box für diverse Lkw der Hersteller Volvo und Renault. Diese Schnittstelle der Zentralelektrik muss bei Temperaturen von bis zu 70 C zwischen Führerhaus und Motorbereich starken Die Ölwanne für das S tronic -Getriebe des Audi R8 besteht weder aus Stahlblech noch aus Druckgussaluminium, sondern aus Durethan DP BKV 60 H2.0 EF. Die Vorteile liegen auf der Hand: Geringeres Gewicht, mehr Designfreiheit und die Möglichkeit zur umfassenden funktionalen Integration. So können der Ölverdrängungskörper, das Ablassventil und so- im Spritzguss integriert werden. Das Bauteil lässt sich zudem sern gefüllten Polyamid 66 Durethan AKV 30 H2.0 besteht, verschweißen, wobei die Schweißnaht ausreichende Festigkeit besitzt und allen Dichtigkeitsanforderungen entspricht. Frontend Audi A6 LANXESS gehört zu den Pionieren auf dem Gebiet der Kunststoff- / Metall-Hybridbauteile. In den letzten beiden Jahrzehnten haben sich Frontends in Hybridtechnik, wie z. B. im Audi A6, vom Exoten zum Industriestandard entwickelt. Inzwischen ist diese Technik auch für andere Bauteile, etwa Dachrahmen oder Pedalerie, eine attraktive Alternative. Zur Weiterentwicklung der Kunststoff- / Metall-Hybridtechnik leisten hochverstärkte Polyamide wichtige Beiträge. So erlaubt ihr Einsatz, die Wanddicken der Metalleinleger weiter zu reduzieren, die eingesetzten Kunststoffmengen beim Spritz- wicht z. B. eines Frontends kann im Vergleich zum bisherigen Stand der Technik so nochmals deutlich gesenkt werden. Mit Simulations- und Konstruktionsleistungen aus dem HiAnt - Paket unterstützt LANXESS solche Entwicklungen. In speziellen Fällen kann auf den Einsatz von Metall sogar ganz verzichtet werden. Ein Beispiel dafür ist der Frontendträger des Škoda Octavia. Dieser besteht ausschließlich aus dem hochverstärkten Durethan DP BKV 60 H2.0 EF und ist rund 1,2 kg und damit etwa um ein Viertel leichter als ein virtuell entwickeltes Vergleichsbauteil aus Standard-Polyamid 6 mit 30 % Glasfasern. Solche virtuellen Entwicklungen sind ein nützliches Konstruktions-Hilfsmittel eine Leistung aus unserem umfassenden HiAnt -Paket. Neben den besseren mechanischen Eigenschaften ist auch das hervorragende Fließverhalten des hochverstärkten Polyamids, das eine Wanddicken-Reduktion auf bis zu 1,8 mm erlaubt, für diesen Entwicklungserfolg verantwortlich. Getriebe-Ölwanne Audi S-Tronic Frontend Škoda 8 LANXESS Leichtbau LANXESS Leichtbau 9

6 TEPEX VERBUND IST TRUMPF ORGANOBLECH DIE ALTERNATIVE ZU METALL Verstärkende Gewebe statt einzelner Fasern das ist die Grundlage für den Erfolg des Briloner Unternehmens Bond-Laminates, seit 2012 ein Tochterunternehmen von LANXESS. Dabei können nicht nur Gewebe aus Glasfasern, sondern auch solche aus Carbonfasern oder Aramid zur Verstärkung von Bauteilen genutzt werden, je nach Anfor- - Tepex Hochleistungs-Faserverbundwerkstoffe, auch Composite Sheets oder Organobleche genannt, sind leichte, aber hochfeste und steife, aus endlos faserverstärkten thermoplastischen Kunststoffen hergestellte Platten. Ihre Dichte liegt mit etwa 1,4 1,8 kg/dm 3 erheblich unter der von Stahl- und selbst Aluminiumblech (7,8 bzw. 2,7 kg/dm 3 ). Dabei kann Tepex durchaus deutlich fester sein als Metall. Die etwas ge- intelligenten konstruktiven Leichtbau weitgehend kompensieren. Ein weiterer Vorteil von Tepex besteht darin, dass es ente Leichtbau-Konstruktionen ermöglicht. Ähnlich wie in der klassischen Hybridtechnik entsteht aus einem Tepex -Verbundelement, dem Organoblech, und einer thermoplastischen Matrix im Spritzgieß-Werkzeug ein Kunststoff/Kunststoff-Hybridbauteil (Hybrid Molding). Dazu wird das ebene Verbundelement zunächst über den Schmelzpunkt des Thermoplasten aufgeheizt, in die Spritzguss-Form eingelegt, beim Schließen der Form entsprechend der Bauteilkontur verformt und dann mit einem zum Matrixmaterial kompatiblen Thermoplasten hinter- bzw. umspritzt. Nach dem Abkühlen kann das fertige Bauteil aus der Form entnommen werden. So lassen sich alle Vorteile der klassischen Hybridtechnik erschließen, z. B. akt auf das Fasermaterial abgestimmten Matrixkomponente, einem speziellen Polyamid aus dem Durethan -Sortiment. Aufgrund ihres im Hinblick auf Fasern und Matrix sortenreinen Aufbaus können solche Bauteile zudem einfach rezykliert werden. Die ökonomischen Vorteile schon bei der Produktion liegen auf der Hand: Drapieren und Hinterspritzen in einem Schritt (In-Mold Forming, IMF). Ein separates Umformwerkzeug ist nicht erforderlich. Arbeitsschritte für den Korrosionsschutz können entfallen. Kurze Zykluszeiten lassen sich realisieren. inniger Verbund von unterschiedlichen Materialien, belastungsgerecht ausgelegte Verrippung, Funktionsintegration durch Hinterspritzen. Durch das Hinterspritzen des erwärmten Organoblechs mit heißem Spritzguss-Material entsteht ein stoffschlüssiger, verschweißter Verbund. Im Fall von Tepex verdankt dieser seine hohe Festigkeit und ausgezeichnete Verbundhaftung der ex- Tepex /Kunststoff-Hybrid (Hybrid Molding) HINTER- SPRITZEN Werkzeugtemperatur Tepex Temperatur Temperatur Zykluszeit EINLEGEN AUFHEIZEN UMFORMEN HINTERSPRITZEN KÜHLEN AUSWERFEN 10 LANXESS Leichtbau LANXESS Leichtbau 11

7 REALITÄTSNAHE SIMULATIONEN Kraft [N] Verformung [mm] Bauteilprüfung Simulation Kraft-Weg-Diagramm für einen Dreipunkt-Biegeversuch aus Bauteilprüfung (rot) und Simulation (grau) am Beispiel eines Trägers mit Tepex dynalite 102-Einleger und Verrippung aus Durethan BKV 30 H2.0 Auch für Organoblech-Bauteile können wir mit Hilfe unserer HiAnt -Werkzeuge realitätsnahe Simulationen durchführen. Dazu gehören Umformsimulationen (so genannte Drapiersimulationen) ebenso wie Simulationen des Hinterspritzens und darauf aufbauende mechanische Struktursimulationen, z. B. virtuelle Dreipunkt-Biegeversuche. So können wir schon Aussagen über Herstellbarkeit eines Bauteils, seine Eigenschaften und die Art des benötigten Gewebes machen, lange bevor ein Werkzeug existiert und erste Prototypen gefertigt werden. Hierfür werden sowohl der Umform- als auch der Spritzgussprozess zunächst getrennt simuliert und in einem gekoppelten Mechanikmodell zusammengeführt. So können wir für unsere Kunden selbst bei komplexen Durethan / Tepex -Hybridbauteilen den kompletten Herstellprozess simulativ abbilden. Mit unseren umfassenden Simulationsmöglichkeiten unter- lungsprojekten in die Serie. Auch für Tepex wurden zu diesem Zweck umfangreiche Materialdaten ermittelt und in die HiAnt -Werkzeuge integriert. Umformsimulation (links, Farben zeigen den Grad der Scherung des Gewebes) und reales Bauteil (rechts) 12 LANXESS Leichtbau LANXESS Leichtbau 13

8 LEICHT UND LEISTUNGSFÄHIG Die Anwendungsmöglichkeiten für Organoblech-Verbundbauteile sind vielfältig und liegen überall dort, wo geringes Gewicht bei hoher Belastbarkeit gepaart mit Funktionsintegration, Designfreiheit und rationellen Fertigungsverfahren gefragt sind. Das hohe Leichtbaupotenzial von Organoblechen wird z. B. anhand eines Beifahrer-Airbag-Gehäuses deutlich, das unter Mitwirkung von LANXESS entwickelt wurde. Es besteht aus einem Organoblech vom Typ Tepex dynalite 102-RG600 Durethan DP BKV 240 H2.0. Bei einer Dicke der Seitenwände von nur 0,5 bis 1 mm ist dieses Gehäuse rund ein Drittel leichter als der spritzgegossene Serienstand aus Polyamid 6 und erfüllt doch alle Anforderungen. Airbag-Gehäuse Prototyp-Gehäuse (Takata AG) mit Organoblech 14 LANXESS Leichtbau LANXESS Leichtbau 15

9 LANXESS DEUTSCHLAND GMBH BUSINESS UNIT HIGH PERFORMANCE MATERIALS D KÖLN Die vorstehenden Informationen und unsere anwendungstechnische Beratung in Wort, Schrift und durch Versuche erfolgen nach bestem Wissen, gelten jedoch nur als unverbindliche Hinweise, auch in Bezug auf etwaige Schutzrechte Dritter. Die Beratung befreit Sie nicht von einer eigenen Prüfung unserer aktuellen Beratungshinweise insbesondere unserer Sicherheitsdatenblätter und technischen Informationen und unserer Produkte im Hinblick auf ihre Eignung für die beabsichtigten Verfahren und Zwecke. Anwendung, Verwendung und Verarbeitung unserer Produkte und der aufgrund unserer anwendungstechnischen Beratung von Ihnen hergestellten Produkte erfolgen außerhalb unserer Kontrollmöglichkeiten und liegen daher ausschließlich in Ihrem Verantwortungsbereich. Der Verkauf unserer Produkte erfolgt nach Maßgabe unserer jeweils aktuellen Allgemeinen Verkaufs- und Lieferbedingungen. Bei Versuchsprodukten (Typbezeichnung beginnend z. B. mit DP, TP, KL oder KU) handelt es sich um Verkaufsprodukte im Versuchsstadium, deren Entwicklung noch nicht abgeschlossen ist. Endgültige Aussagen über Typkonformität, Verarbeitungsfähigkeit, Langzeiterprobung unter verschiedenen Bedingungen oder sonstige produktions- und anwendungstechnische Parameter können daher nicht gemacht werden. Eine endgültige Aussage über das Produktverhalten bei Einsatz und Verarbeitung kann nicht getroffen werden. Jegliche Verwendung des Versuchsprodukts erfolgt außerhalb unserer Verantwortung. Die Vermarktung und dauerhafte Belieferung mit diesem Material ist nicht gewährleistet und kann jederzeit eingestellt werden. Bestell-Nr.: LXS-HPM-060DE, Ausgabe: = LANXESS Deutschland GmbH 2013 Alle Rechte vorbehalten