Die Automobilhersteller stehen vor allem wegen des Klimawandels und der derzeitigen energie- und umweltpolitischen Situation vor der komplexen Herausforderung, den Kraftstoffverbrauch und damit die CO2-Emissionen ihrer Fahrzeuge drastisch zu senken. Ein Lösungsweg ist unter anderem der konsequente Leichtbau. Völlig neue Möglichkeiten zur Gewichtseinsparung im Dachbereich eröffnet ein Konzept, das Bayer MaterialScience auf Basis von Polyurethan (PUR) für Dachmodule entwickelt und in einem Prototypbauteil für ein bereits in Serie gefertigtes Fahrzeug umgesetzt hat. „Es kombiniert die PUR-Sandwich-Bauweise mit der PUR-Verbundtechnik und ermöglicht gegenüber vergleichbaren konventionellen Dachmodul-Lösungen aus Stahlblech eine Gewichtsreduktion um 25 Prozent“, erklärt Dr. Stephan Schleiermacher, Experte für PUR-Automobilbauteile bei Bayer MaterialScience. Die notwendigen PUR-Werkstoffe und Verarbeitungstechniken sind soweit ausgereift, dass Bauteile für die Serienproduktion entwickelt werden können. Bayer MaterialScience kooperiert deshalb mit namhaften Automobilherstellern. Sie konzentrieren sich vor allem auf Dachmodule für Mittel- und Oberklassefahrzeuge, bei denen ein hoher Bedarf zur Gewichtsreduktion besteht.

Das neue Konzept geht von dem PUR-Sprühsystem Multitec® aus, das zuerst unverstärkt in ein offenes Presswerkzeug gesprüht wird und später als massive Deckschicht für die Oberflächenqualität des Bauteils verantwortlich ist. Dann wird ein Sandwichhalbzeug aus einem leichten Papierwabenkern und zwei Außenschichten aus Glasfasermatten, das einen gezielten kernlagenfreien Randbereich aufweist, zusammengefügt. Anschließend wird das gesamte Paket mit dem wärmeaktivierbaren 2-Komponenten-PUR-Sprühsystem Baypreg® F besprüht, wobei im kernlagenfreien Randbereich der Glasfasermatten parallel zu dem PUR-Sprühauftrag noch zusätzlich geschnittene Langglasfasern aufgebracht werden. Danach wird das gesamte Sandwich-Verbund-Paket bei 130 bis 140 °C verpresst. Dabei schäumt das Baypreg® F leicht auf, dringt in die Waben ein und verbindet die Glasfasermatten und die Deckschicht aus Baytec® dauerhaft mit der Kernlage. Die Geometrie des Werkzeugs gibt dem Bauteil zugleich seine Form.

Hohe Torsions- und Biegesteifigkeit

Das Resultat ist ein Dachmodul mit einem stabilen Glasfasermatten- / Langglasfaser-verstärkten Rand und einem Glasfasermatten / Waben-Sandwich-Aufbau im Mittelbereich des Bauteils. Der hoch glasfasergefüllte Rand verleiht dem Dachmodul eine hohe Torsionssteifigkeit. Hier können zum Beispiel Elemente zur Dachbefestigung oder Einleger für Handgriffe integriert werden. „Der auf den Papierwaben basierende Sandwich-Bereich ist für das geringe Gewicht des Dachmoduls verantwortlich und sorgt gleichzeitig für dessen hohe Biegesteifigkeit“, so Schleiermacher.

Wege zu Class A-Oberflächen

Die Deckschicht aus Multitec® verhindert, dass sich Glasfasern oder die Wabenstrukturen auf der Bauteiloberfläche abzeichnen. Sie soll wegen ihrer hohen Temperaturbeständigkeit und Oberflächengüte aber auch gleichzeitig die Grundlage für die Class-A Lackoberfläche bilden. Bayer MaterialScience arbeitet außerdem daran, das In-Mold-Coating (IMC)-Verfahren in den Herstellungsprozess zu integrieren, damit ein vorlackiertes Bauteil produziert werden kann. Der IMC-Schritt würde dann am Anfang des Fertigungsprozesses stehen und dem Aufsprühen der Deckschicht aus Multitec® vorangehen.

Verschiedene Maschinenhersteller bieten mittlerweile geeignete PUR-Sprühanlagen mit 4-Komponenten-Mischkopf an, mit denen das neue Fertigungskonzept für Dachmodule in Serie umgesetzt werden kann. Mit diesen Anlagen lassen sich zwei verschiedene PUR-Systeme in rascher Folge verarbeiten. Außerdem werden zum Beimischen von geschnittenen Langglasfasern entsprechende Zudosierungseinheiten angeboten.

Alles aus einer Hand

Unter dem Dachverbund BaySystems® für das weltweite Polyurethan-Systemgeschäft bietet Bayer MaterialScience Herstellern von Dachmodulen überall auf der Welt maßgeschneiderte PUR-Rezepturen, die die geforderten Material- und Bauteileigenschaften optimal erfüllen und eine wirtschaftliche Produktion in Großserie erlauben. „Unseren Partnern kommt dabei zugute, dass wir als Systemlieferant alle benötigten PUR- Werkstoffe für das neue Dachmodulkonzept aus einer Hand anbieten können und zusätzlich über großes Know-how bei den Verarbeitungstechnologien verfügen, das wir in die Zusammenarbeit einbringen“, so Schleiermacher.

Bayer MaterialScience.