Im Fokus von Camisma stehen sogenannte Multimaterialsysteme, also künftige Leichtbauweisen für ressourcenschonende Mobilität. Bisher wurde ein niedrigeres Komponentengewicht unter anderem durch Bleche mit kleinerer Wandstärke erreicht. Mittlerweile sind diese Möglichkeiten jedoch nahezu ausgeschöpft.

Neue Leichtbaukonzepte

In diesem Zusammenhang erfahren faserverstärkte Kunststoffe (FVK), vor allem auf Basis von Kohlenstofffasern, neue Aufmerksamkeit. Bekannt aus dem Flugzeugbau, bietet diese Materialgruppe durch ihre hohe spezifische Festigkeit die Möglichkeit für neue Leichtbaukonzepte.

Allerdings sind diese Materialien für die heutige Serienproduktion im Fahrzeugbau noch zu teuer. Zwei Gründe sind die vergleichsweise hohen Kosten für die Rohmaterialien und die zeitintensive Herstellung von Bauteilen aus FVK. Sie kann wirtschaftlich bislang nicht mit den üblichen Blechumformverfahren konkurrieren. Genau hier aber setzte das Projekt an.

Mehrere Partner aus Industrie und Wissenschaft haben bei Camisma – Carbonfaser-/Amid-/Metall-basiertes Innenstruktur-Bauteil im Multimaterialsystem-Ansatz – am Beispiel einer Sitzlehnen-Struktur den Einsatz von Stahl und Leichtmetallen reduziert.

Ersetzt werden diese durch ein Multimaterialsystem. Ein wichtiger erster Erfolg des Projekts: Bei gleicher Leistungsfähigkeit in Sachen Sicherheit sind die neuen Sitzlehnen bereits um mehr als 40 Prozent leichter als gängige Lehnenstrukturen aus Metall.

Das Team arbeitete mit vier verschiedenen Bestandteilen: Stahl, glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) und als Innovationsträger Carbonvlies sowie thermoplastische Bänder aus Carbon-Endlosfaser.

Mehrlagiger Aufbau

Kombiniert werden diese in einem komplexen, mehrlagigen Aufbau. Das Carbonvlies bildet die Grundform der Lehne. Aber erst nach einem ebenfalls neu entwickelten thermoplastischen Umformprozess. Die Carbonbänder verstärken definierte Zonen innerhalb der Struktur zur Absicherung der Festigkeitsanforderungen, ebenso wie die im Spritzguss erzeugte Rippenstruktur aus GFK.

In diese rippenförmigen GFK-Teile sind zudem Anbindungen für Schaum, Bezüge oder Sicherheitsfeatures wie Airbags integriert. Speziell beschichtete Adaptionsteile aus Stahl, die vorab in das Werkzeug eingelegt und formschlüssig verbunden werden, dienen zur Aufnahme der beiden Lehnenversteller. Die Verstellmechanismen werden in einem separaten Arbeitsschritt durch Laserschweißen mit der Lehne verbunden.

Erfolg im Crashtest

Die erste harte Prüfung und damit der erste Meilenstein war dann der Crashtest. Während einer Simulation eines Heckaufpralls erfüllte der Mustersitz die Festigkeitsanforderungen. Der Camisma-Lehnenprototyp wurde für den Test mit einem konventionellen Sitzunterbau verbunden.

Als Referenz nutzte das Team einen aktuellen Sitz mit Metallstruktur aus der Großserie und die dafür gültigen Festigkeitswerte. Das Fazit: Die Ergebnisse aus dem realen Test bestätigten die Daten aus dem virtuellen dynamischen Belastungstest.

Weiterer Vorteil: Durch höchste Funktionsintegration reduzieren sich mit der Anzahl der benötigten Adaptionsteile – von zwölf auf eins gegenüber der Referenzlehne – auch die Fertigungsschritte in der Montage erheblich. Das kompensiert wiederum einen Teil der Mehrkosten.

Effizienter Einsatz

Ein innovatives industrielles Herstellverfahren, das auf Volumina von rund 200.000 Einheiten pro Produktionslinie und Jahr ausgelegt werden kann, erlaubt nun erstmals den hoch konzentrierten, effizienten Einsatz von Carbonfasern – wobei im Carbonvlies überwiegend recycelte Grundstoffe eingesetzt werden sollen. Nach aktueller Planung könnten Kunden ab dem Modelljahr 2019 über das Produkt verfügen.