Im Automotive Bereich bieten sich hier heute eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten an, um das Thema Leichtbau konstruktiv umzusetzen. Spezielle Kunststoffe, speziell Faserverbundwerkstoffe wie CFK, sorgen für eine Reduzierung des Fahrzeuggewichts, dies wieder-um führt zu geringerem Kraftstoff-verbrauch, ebenso wie zu kürzeren Bremswegen. Durch ihre hohen Steifigkeiten (z.B. Biege-, Dehn- oder Torsionssteifigkeit) und Festigkeiten werden diese zu attraktiven Leicht-bauwerkstoffen.

1. PMEfluidtecGmbH
Das Thema Leichtbau ist heute
aktueller denn je. Betrachtet man
die Verknappung der Ressour-
cen, so müssen diese effizienter
genutzt werden.
als auch für den Non-Automotive
Markt.
Mittels Wasserinjektionstechnik (WIT)
ist es möglich Designeinschränkun-
gen am Bauteil zu überwinden und
diese in bestmöglicher Qualität und
Stabilität zu entwickeln und herzu-
stellen.
Aktuell sind Strukturbauteile mit
Langglasfaserverstärkung ein wach-
sendes Einsatzgebiet für den Leicht-
bau mittels WIT. Neben Tür-Modulen,
Heckklappen und Karosserieteilen
wie z.B. dem Kofferraumboden, sind
hier auch Strukturen für Sitze kurz
vor der Serienfreigabe. Bei mindes-
tens gleicher Festigkeit kann das
Gewicht teils um mehrere Kilogramm
gesenkt werden und gleichzeitig
durch Funktionsintegration der Mon-
tageaufwand reduziert werden. Als
Werkstoffe finden hier meist PP LGF
und PA6 LGF Verwendung.
Ein erfolgreich umgesetztes Projekt
im Automobilsektor ist das BMW
Kupplungspedal, welches bereits er-
folgreich in Serie durch die Firma Batz
S. Coop. in Spanien hergestellt wird.
Die Substitution von Metall in
Kunststoff in Verbindung mit CFK Ma-
terial konnte hier enorme Gewichts-
einsparungen ermöglichen ohne
Qualitätsverluste im Bereich Festigkeit
und Stabilität. Im Design wurden die
unterschiedlichen Querschnitte, die
für die unterschiedlichen Krafteinlei-
tungen erforderlich sind, umgesetzt,
PME fluidtec GmbH
Rudolf-Hell-Str. 12
D-77955 Ettenheim
Tel.: +49 (0)7822 3006-0
Fax: +49 (0)7822 3006-28
info@pme-fluidtec.de
www.pme-fluidtec.de
Leichtbau ist unsere Leidenschaft
„Leichtbau – eine Forderung unserer Zeit“ bereits vor über 70 Jahren
veröffentlichte der Stuttgarter Bauingenieur Fritz Leonhardt einen Artikel,
der als Meilenstein des Leichtbaus gilt. [1]
Kontakt
Im Automotive Bereich bieten sich
hier heute eine Vielzahl von An-
wendungsmöglichkeiten an, um
das Thema Leichtbau konstruktiv
umzusetzen. Spezielle Kunststoffe,
speziell Faserverbundwerkstoffe wie
CFK, sorgen für eine Reduzierung
des Fahrzeuggewichts, dies wieder-
um führt zu geringerem Kraftstoff-
verbrauch, ebenso wie zu kürzeren
Bremswegen. Durch ihre hohen
Steifigkeiten (z.B. Biege-, Dehn- oder
Torsionssteifigkeit) und Festigkeiten
werden diese zu attraktiven Leicht-
bauwerkstoffen.
Leichtbau ist eine Schlüsseltechno-
logie zur Gewichtseinsparung und
somit zur Steigerung der Effizienz.
Durch Gewichtsreduktion oder auch
Prozessverkürzungen lassen sich
sowohl Herstell-, Material als auch
Energiekosten erheblich reduzieren.
Bereits seit über 10 Jahren werden
medienführende Leitungen erfolg-
reich in WIT aus Kunststoff herge-
stellt. Der Einsatz, der so hergestell-
ten Rohrleitungen, senkt das Gewicht
dieser Anwendung erheblich. Durch
die zusätzliche Nutzung von Projek-
tilen und der damit verbundenen
Reduzierung der Wandstärke, wurde
dieser Effekt in den letzten Jahren
weiter intensiviert.
PME fluidtec GmbH beschäftigt sich
bereits seit 2011 intensiv mit dem
Leichtbau und der Umsetzung von
torsions- und biegesteifen Kunststoff-
bauteilen für die Automobilbranche
Abb. 1: BMW Kupplungspedal in
Wasserinjektionstechnik.
Hersteller: Fa. Batz S. Coop.
Automotive Systems Engineering
100

2. um so die notwendigen Wandstärken
zu gewährleisten Zudem erhielt das
Bauteil eine stromlinienförmige Geo-
metrie, welche die Holraumbildung
des Pedals begünstigt.
Das Kupplungspedal wird im WIT
Verfahren (Zykluszeit 45 Sek.) mit
AKROMID B3 ICF 15 gefertigt. Somit
ist das Pedal fast 10% leichter als ein
Bauteil mit 30% glasfaserverstärktem
PA6 und bietet trotzdem 25% mehr
Steifigkeit. Diese innovative Entwick-
lung aus hochleistungsfähigen CFK
Material in Kombination mit WIT
bescherte dem Teilehersteller Batz S.
Coop. mit seinen Entwicklungspart-
nern PME fluidtec und AKRO-PLASTIC
den SPE Automotiv Award – Parts &
Components 2015.
Ein herausragendes Beispiel für er-
folgreiche Umsetzung im Leichtbau
außerhalb des Automobil Bereiches,
ist die Karro Schubkarre. Hier be-
stand die Vision des Geschäftsführers
der PME fluidtec, Friedrich Westphal,
darin eine Schubkarre zu entwickeln,
die zu 100% aus Kunststoff herge-
stellt wird. Die WIT Technologie er-
möglichte hier eine perfekt abge-
stimmte Hohlraumbildung, so dass
ein Rahmen entstanden ist, der ro-
bust ist als auch die notwendige
Steifigkeit aufweist. Kombiniert mit
bionischen Grundprinzipien aus der
Natur, entstand somit ein Rahmen,
der speziell in der Griffpartie gezielt
den ergonomischen Anforderungen
entspricht und das Arbeiten und
Transportieren, auch schwerer Lasten,
dem Nutzer erleichtert.
Ein weiteres Highlight ist das einma-
lige Gesamtgewicht der Karro Schub-
karre von gerade einmal rund 9kg.
Damit ist Karro die leichteste Schub-
karre auf dem Markt. Dynamische
Lastwechsel zeigen, dass Karro auch
noch nach 560.000 Lastwechseln
ohne Defekte vom Prüfstand genom-
men wird. Eine Metallschubkarre mit
2mm Wandstärke im Rohrrahmen
versagt bereits bei 220.000 Lastwech-
seln und ist dann für den weiteren
Gebrauch nicht mehr nutzbar.
Auszeichnungen, wie der RedDot
Design Award oder der German De-
sign Award in Gold und der iF Design
Award beweisen, Karro besticht nicht
nur durch schickes Design, sondern
auch durch Qualität.
Bereits seit über 15 Jahren bildet die
Entwicklung, Prozessunterstützung
und Herstellung von Komponenten
und Anlagen für das fluidunterstützte
Spritzgießen mittels Innendrucktechnik
auf Basis von Wasser oder Gas das
Kerngeschäft der PME fluidtec. Erst
jüngst wurde gemeinsam mit einem
europäischen Automobilhersteller
eine komplette Fahrzeugtüre mittels
Fluidinjektion in Kunststoff realisiert.
Der Kanal, der auch den Fensterrah-
men umfasst, wurde so in das Bauteil
integriert, so dass er mehrere Aufga-
ben und Funktionen übernimmt:
� Kaltkanalfunktion
� Filmanguss zwischen Kanal und
Dünnwandbereiche (Verkürzung
des Fließweges und Reduktion der
Bindenähte)
� Erhöhung der Steifigkeit nach
Hohlraumbildung und binomische
Querschnittsdefinition
� Verkürzung der Einspritz-,
Kühl- und Zykluszeit
� Reduktion der Schließkraft
� Höchste Reproduzierbarkeit
� Reduzierung der Ausschussrate
auf ein Minimum
PME bietet seinen Kunden ein ganz-
heitliches Portfolio an – von der Idee
bis zum serienreifen Produkt. Dies
umfasst Engineering in allen Phasen
der Bauteilentwicklung: Konstruk-
tion, Simulation und Berechnung,
Verfahrensentwicklung sowie Werk-
zeug- und Produktionstechnik.
Abb. 2: Karro Schubkarre
101

3. PMEfluidtecGmbH
Gemeinsam mit unseren Partnern im
Bereich Simulation und Berechnung,
verfügen wir über ein umfassendes
Know-how in der Realisierung inno-
vativer Leichtbaustrukturen. Sowohl
im Bereich der Faserverbundwerk-
stoffe als auch in der Hybridbauwei-
se entwickeln wir werkstoff- und
fertigungsgerechte Lösungen.
Entscheidend bei den Composites ist
es, bereits vor der CAD-Konstruktion
die ideale Bauteilstruktur zu finden.
Dies erfordert ein Umdenken im
Entwicklungsprozess. Direkt nach-
dem der Bauraum definiert und die
mechanischen Randbedingen festge-
legt sind, wird mittels Simulation die
optimale Struktur der Bauteile ermit-
telt. Diese Berechnungen bestimmen
die Geometrie des Bauteils bereits
maßgeblich, so dass schon das erste
Bauteildesign belastungsoptimal
gestaltet werden kann.
Bei der Entwicklung von Leichtbau-
teilen geht es neben der Materialein-
sparung vor allem darum, das für den
Anwendungsfall richtige Material mit
einer belastungsgerechten Struktur
zu kombinieren. Dabei müssen be-
reits in der ersten Entwicklungsphase
sämtliche Einflussfaktoren aus der
Fertigung mit einbezogen werden.
Denn der Fertigungsprozess hat
beim Einsatz von Leichtbaumetallen,
Faserverbundwerkstoffen und hybri-
den Strukturen ausschlaggebenden
Einfluss auf die Faserorientierung und
somit auch auf die Belastbarkeit des
Bauteils. Dieser integrative Simulati-
onsansatz berücksichtigt sowohl die
Ergebnisse der mechanischen FEM-
Berechnung als auch das anisotrope
Werkstoffverhalten.
Gemeinsam mit unseren Partnern
steht uns somit ein spezielles Materi-
almodell zur Verfügung, mit dem das
Verhalten der Composites sowohl bei
statischen Lasten als auch bei hoch-
dynamischen Vorgängen bis hin zum
Versagen nachgebildet und beurteilt
werden kann. Dies stellt die bean-
spruchungs- und verfahrensgerechte
Gestaltung des Bauteils sicher.
Eine weitere, neue Entwicklung im
Bereich Leichtbau und Faserverbund-
werkstoffen aus dem Hause PME
fluidtec GmbH ist das Chap Rad. Das
erste in 3 Segmente teilbare Roll-
stuhlrad. Entworfen von dem Staufe-
ner Diplomdesigner Christian Czapek
und in Zusammenarbeit mit PME
fluidtec, wurde das Chap Rad design-
technisch so modifiziert, dass es nun
in Carbon hergestellt werden kann.
Die Designanpassung bietet in einem
weiteren Schritt die Möglichkeit, das
Rad in PA6 CF15 herzustellen. Die
sehr dickwandigen Bereiche werden
mittels Wasserinjektionstech-
nik hohlgeblasen, so dass das Rad
mit Zykluszeiten von 40 Sekunden
produziert werden kann. Die Hohl-
raumbildung in den Radsegmenten
sorgt für eine zusätzliche Reduzie-
rung des Gewichts unter Gewähr-
leistung der Stabilität.
Abb. 3: Chap Rad – das erste in 3 Segmente
teilbare Rollstuhlrad.
Literatur
[1] Fritz Leonhardt „Leichtbau – eine
Forderung unserer Zeit“ Einführung
baukonstruktiver Prinzipien.
Verlag: KIT Scientific Publishing,
Karlsruhe
Durch die Teilbarkeit des Rades wird
dem Anwender ein barrierefreier
Übergang von der Sitzfläche ermög-
licht, so dass man auch bei einge-
schränkter Beweglichkeit, leicht vom
Rollstuhl auf Stühle, Toilette, Bett
oder in das Auto gelangen kann.
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4. THE MOST POWERFUL ENERGY ON EARTH
IS USED IN A FUTURE TECHNOLOGY
INNOVATIONSKRAFT
PARTNERSCHAFT
VERTRAUEN
THE MOST POWERFUL ENERGY ON EARTH
IS USED IN A FUTURE TECHNOLOGY
VORREITER IN SACHEN FLUIDINJEKTIONVORREITER IN SACHEN FLUIDINJEKTION
Bereits seit über 15 Jahren bildet die Entwicklung, Prozessunterstützung
und Herstellung von Komponenten und Anlagen für das fluidunterstützte
Spritzgießen mittels Innendrucktechnik auf Basis vonWasser oder Gas,
Aerosol und CO2
unsere Kernkompetenz.
Sie haben eine Idee? -Wir setzen sie erfolgreich mit Ihnen in Kunststoff um.
Hierbei immer im Fokus eine optimale Symbiose aus bauteilspezfischen
Nutzen und Kundenwunsch.
INNOVATIONEN AUS LEIDENSCHAFTINNOVATIONEN AUS LEIDENSCHAFT
Bereits mehrfach ausgezeichnet mit dem SPE Award für die erfolgreiche
Umsetzung innovativer Bauteile im Automotive Bereich, sind wir immer
darauf bedacht neue Prozesswege zu entwickeln.
Namhafte Unternehmen wie Audi, BMW, Renault oder Bosch und viele
mehr setzen auf unser Know-how.
Unsere Maxime: Niemals stillstehen und immer nur das Beste!
Einfach zukunftsweisend - auf Jahre hinweg!
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