Mit 350 an die Wand

Oder wie testet man eigentlich CFK-Materialien in einem Lamborghini?

CFK-Materialien in einem Lamborghini

Wenn man sich mit dem EDAG Kollegen Dr. Lukasz Lasek aus Neckarsulm über sein Lieblingsthema unterhält, spürt man seine Begeisterung für Supersportwagen. Und auch die Begeisterung, diese Sportwagen mit 350 Sachen an die Wand zu donnern. Denn nur durch intensives Testing lassen sich in diesem Grenzbereich des Automotive Engineerings, an der Schwelle, wo technologisches Neuland auf höchste Ansprüche trifft, Erkenntnisse zu den eingesetzten Materialien treffen. Es geht um clevere Bauformen, die so ganz anders aussehen als wir es von den Autos auf der Straße kennen, um Hochleistungsmaterialien, die mit Klebstoff zusammengehalten werden und neben einem Spitzensportwagen auch um ein Spitzen-Team, das schon heute weiß, was nach CFK kommt.

Knappe 200.000€ für einen Spaceframe, der es in sich hat

Dass in der heutigen Zeit von unendlicher Cloud-Rechenleistung, schier endlosen Speicherkapazitäten und Algorithmen, die auf dem Smartphone ganze Welten erschaffen, auch das Automotive Testing auf virtuelle Crashtests setzt, klingt wenig verwunderlich. Standardisiert und äußerst zuverlässig bilden virtuelle Simulationen heute die Realität ab. Dennoch betritt man mit jedem Hightechmaterial immer wieder Neuland. Noch dazu, wenn es in einem Fahrzeug zum Einsatz kommt, das die Grenzen des physikalisch Machbaren streift. Die Rede ist natürlich von CFK, eingesetzt im neuen Lamborghini Huracán.

Für knappe 200.000 € bekommt der Käufer ein Fahrzeug, das gegenüber unseren typischen Straßenfahrzeugen über keine selbsttragende Karosserie verfügt. Stattdessen kommt ein sogenannter Spaceframe zum Einsatz. Verschiedene Profile werden mit Gussknoten zu einer ausgeklügelten Struktur zusammengesetzt, die vor allem einen Vorteil mitbringen soll: Gewichtsreduktion bei hoher Steifigkeit. Bei der Berechnung, also dem virtuellen Test einer solchen Hochleistungsstruktur, die neben Aluminium auch aus CFK besteht, kann niemand wirklich auf eine Jahrzehnt lange Erfahrung in der Serienproduktion zurückgreifen. Kein Berechnungsverfahren kann „einfach so“ aus der Schublade gezogen werden. Es muss immer angepasst werden. Individuell auf Material und Fahrzeug. Umso besser, wenn man auf ein Team setzen kann, das diese Herausforderungen schon in Vorgängerprojekten gemeistert hat und nun weiß, wie sich dieses Problem lösen lässt.

CFK- alles eine Sache der „Richtung“

Die große Herausforderung, die Dr. Lukasz Lasek und sein Team zu lösen hatten, lag in den speziellen Eigenschaften, die CFK gegenüber Materialen wie Stahl oder Aluminium zeigt. Herkömmliche Materialien haben sogenannte „isotrope“ Eigenschaften. Das heißt, dass unabhängig von der Richtung aus der eine Belastung auf das Bauteil einwirkt, sich das Material immer gleich verhält. Vereinfacht: Eine Kraft von vorne kann also ein Stahlblech genauso biegen wie eine Kraft von hinten. Bei CFK sieht das vollkommen anders aus. Die Richtung, aus der hier die Kraft einwirkt, ist dafür verantwortlich, ob ein Bauteil bricht oder ob es standhält. Den Grund hierfür sieht man bereits mit dem bloßen Auge: Die unterschiedlich ausgerichteten Fasern in CFK. Die einzelnen Faserlagen müssen für jedes Bauteil so angeordnet werden (bspw. um 90 Grad zueinander verdreht), dass es die nötigen Eigenschaften erfüllt. Weicht die gewünschte Faseranordnung nur um wenige Prozent ab, reduziert sich die Steifigkeit und damit die Stabilität des Bauteils beträchtlich. Besonders kritisch, wenn man weiß, dass solche CFK Bauteile heute immer noch per Hand erstellt werden.

Und genau auf diese kleinen und größeren Schwachstellen, nicht nur beim Fahren des Boliden, sondern auch schon bei dessen Produktion, muss die Simulation, der virtuelle Crashtest, frühzeitig eine Antwort liefern. Erschwerend kommt hinzu, dass Aluminium im Huracán mit CFK verklebt wird- eine weitere mögliche Schwachstelle, die getestet werden muss.

Wo kann eine Verbindungsstelle brechen? Wie steif ist das Fahrzeug im Ganzen? Wo entstehen beim Fahren unangenehme Schwingungen und Geräusche? Übersteht der Huracán einen Front-,  Seiten- bzw. Heckcrash? Bis hin zur Frage, wie die Werkzeuge in der Produktion des Huracán ausgelegt werden müssen, um die geforderte Qualität zu erreichen – das Team um den 41-jährigen Maschinenbauer hat so einiges gestemmt. Mit eigenen Berechnungsmethodiken und Prozessen.

Wie es nach CFK weiter geht

CFK ist hip. Keine Frage, es liegt im Trend. Es steht wie kein anderes Material für Markenwerte wie „innovativ“ oder „nachhaltig“ aufgrund der dadurch möglichen Gewichtseinsparungen. Packt man aber all die Vor- und Nachteile auf eine Liste, kann man sich durchaus die Frage stellen, ob es da nicht etwas Besseres gibt? Eine Lösung, die auch in der Großserie funktioniert.
Als ein solcher CFK Nachfolger wird derzeit SMC gehandelt. Eine teigartige Pressmasse, die mit deutlich kürzeren Fasern daher kommt. Damit einhergehen fast isotrope Eigenschaften und eine einfache Umformbarkeit – alles, was man in der Großserie benötigt. Ob SMC neben den Supersportwagen der Zukunft auch im Mittelklassesegment zum Einsatz kommt, ist noch nicht absehbar. Dr. Lukasz Lasek und sein Team setzten bereits heute auf diesen neuen Trend - nach dem Trend. Und so gelten sie bereits heute als Experten in Sachen SMC. EDAG hat mit der Arbeit am Huracán nicht nur bewiesen, dass man in der Lage ist, hoch komplexe Anforderungen an ein Fahrzeug im Grenzbereich des technisch Machbaren zu meisten, sondern auch, dass man weiter denkt. Über aktuelle Trends hinaus. An Technologien und Prozesse, die bereits morgen Menschen bewegen könnten.  

Ihr Ansprechpartner zum Thema

Dr. Lukasz Lasek
Head of CAE Neckarsulm
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