Volkswagen Golf: Frontend-Montageträger komplett aus Kunststoff

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Der Frontend-Montageträger im neuen Golf 7 besteht vollständig aus Kunststoff. Damit ist das Bauteil, das seine Gestalt intensiven Berechnungen und Simulationen verdankt, weltweit einer der ersten Frontend-Montageträger ohne Metallverstärkung. Um das zuvor eingesetzte Polypropylen-Hybridbauteil durch ein reines Kunststoffbauteil zu ersetzen, war in der Entwicklung nicht nur Ultramid B3WG8, ein hochverstärktes Polyamid, sondern vor allem Ultrasim, das universelle Simulationswerkzeug der BASF von Nutzen. Auf die früher nachträglich montierten Stahlbleche kann nun verzichtet werden. Das vermindert das Gewicht des Frontendmoduls im Vergleich zum Vorgängermodell deutlich, spart Montagezeit und damit Kosten. Volkswagen fertigt das Bauteil im eigenen Haus.

Intelligentes Design mit Ultrasim

Die Anforderungen an das Kunststoffbauteil umfassen neben der Bauraumbeschränkung verschiedene sehr anspruchsvolle Lastfälle: Dazu gehören der statische und der dynamische Schlosslastfall, bei dem das missbräuchliche Öffnen und Schließen der Motorhaube unter härtesten Bedingungen simuliert und getestet wird. Auch die Steifigkeit sowie das Schwingungsverhalten des Systems aus Frontend und Kühler wurden per CAE-Analysen optimiert und im realen Rütteltest validiert.

Crashsensor: Korrekt vorhergesagt

Spezielles Augenmerk galt den Crashsensoren, die am Frontend angebracht sind. Sie sorgen dafür, dass der Airbag beim Frontal-Crash im richtigen Moment auslöst. Dazu muss das Kunststoffbauteil an definierter Stelle eine bestimmte dynamische Steifigkeit aufweisen und den Crashbeschleunigungs­anforderungen des Automobil­herstellers genügen. Im realen Test entsprach die Schwingungsreaktion des Bauteils genau dem mit Ultrasim vorhergesagten und ausgelegten Verhalten: Der Ultramid-Frontend-Montageträger überträgt das Aufprallsignal korrekt.

Präzision mit Kunststoff Ultramid und CAE-Werkzeug Ultrasim

Basis der Gestaltung eines Frontends sind die Hauptlastfälle, aus denen sich eine optimierte Topologie ableiten lässt. Diese Topologie gibt dem Konstrukteur wertvolle Hinweise für die finale Form des Bauteils. Durch die hohe Vorhersagegenauigkeit von Ultrasim waren vom Prototypen des Montageträgers bis zum Serienbauteil nur geringe Veränderungen notwendig. Dabei zeigt sich, welche anspruchsvollen Anwendungen in der Kombination eines geeigneten Werkstoffs mit den richtigen Vorhersage- und Berechnungswerkzeugen zugänglich werden.

Darüber hinaus lässt sich Ultrasim inklusive seiner speziellen Versagensmodelle nahtlos in die Berechnungsumgebung des Gesamtfahrzeugs des Automobilherstellers integrieren. Dazu müssen allerdings sehr spezielle, zum Beispiel crashrelevante Materialdaten des Kunststoffs vorliegen, die den Einfluss von Temperatur, Feuchtigkeit und Belastungsgeschwindigkeit genau beschreiben. Vor einer Simulation steht daher eine umfangreiche experimentelle Materialdatenermittlung mit aufwändigen Prüf- und Messinstrumenten. Das Simulationswerkzeug ist dann in der Lage Versagensverhalten, Dehnratenabhängigkeit, Zug-Druckasymmetrie auch in Abhängigkeit der Faserrichtung vorherzusagen.

Bild: Bei Volkswagen ist ein Frontend-Montageträger ohne Metallverstärkung als ein komplettes Spritzgussbauteil in Serie gegangen. Das Bauteil, auch als Kunststoffmontageträger bezeichnet, ist im neuen Golf 7 verbaut und besteht vollständig aus Ultramid® B3WG8, einem Polyamid der BASF. Durch den Einsatz von Ultrasim, dem universellen Simulationswerkzeug des Unternehmens, konnte ein sehr stabiles und leichtes Bauteil entwickelt werden. Mit seiner Hilfe verringert sich das Gewicht des gesamten Frontendmoduls im Vergleich zum Vorgängermodell erheblich. 2013 Foto: BASF

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