Leichtbau im Fahrwerk Leichtbau im Fahrwerk durch ZF-Technik

ZF zeigt seine Leichtbaukompetenz im Pkw-Fahrwerk: Durch vielfältige Maßnahmen lässt sich das Gewicht von Pkw-Fahrwerken deutlich senken. Dazu tragen konstruktive Maßnahmen bei: Strukturoptimierung von Bauteilen und dieFunktionsintegration, aber auch der Einsatz alternativer Werkstoffe und Produktionsverfahren. Aluminium, Magnesium oder GFK-Materialien machen Pedalerie, Dämpfer, Federbeine und ganze Achssysteme leichter.

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Zwar hängt ein Großteil des Kraftstoffverbrauchs von Pkw nicht direkt vom Fahrwerk ab. Doch indirekt beeinflusst das Fahrwerk viele Verbrauchsfaktoren und bietet daher Potenzial zur Einsparung von Kraftstoff und CO2-Emissionen.

Gewichtseinsparungen im Fahrwerk bringen mehrfache Vorzüge: Weniger Gewicht senkt den Kraftstoffverbrauch und die CO2-Emissionen unmittelbar. Dazu kommt ein weiterer Vorzug: Sinkt der Anteil ungefederter Massen, steigern sich Fahrdynamik, Komfort und Sicherheit.

Fahrwerk-Leichtbau hat viele Ansatzpunkte

Der Beitrag der ZF-Division Fahrwerktechnik zum Leichtbau beruht auf verschiedenen Ansätzen, die im fertigen Produkt meist gebündelt sind. Der Einsatz leichterer Materialien bietet offensichtliche Vorzüge: So werden schon längere Zeit Querlenker aus Aluminium gefertigt statt aus Stahl. Aber auch ganze Baugruppen bietet der ZF-Konzern in Leichtbauweise an: Das Konzept eines Leichtbau-Federbein-Radträgermoduls wiegt nur die Hälfte konventioneller Stahl-Aluminium-Module.

Bei ihm kommen neben GFK im Materialmix auch hochfester Stahl und Aluminium zum Einsatz. Mit der Upside-down-Bauweise des Aluminium-Zylinderrohrs beschritten die ZF-Ingenieure bei der Konstruktion neue Wege, um die hohe Biegebelastung auszugleichen. Durch diese optimale Auslegung des Bauteils kann Material und entsprechend Gewicht gespart werden. Die Strukturoptimierung ist daher ein weiterer wichtiger Leichtbau-

Ansatz.

Bei der Funktionsintegration werden mehrere Bauteile zu einem einzigen zusammengefasst. So bietet ZF schon heute integrierte Gelenke und Halterungen, die weniger Gewicht auf die Waage bringen als die bislang eingesetzten Bauteile inklusive Fügematerialien.

Funktionsintegration wird mitunter auch erst durch den Einsatz anderer Materialien oder Produktionsverfahren möglich: Aus diesem Grund bietet sich etwa der Einsatz von Kunststoffen für Federlager-Topmounts an.

Dass ZF bereits heute serienreife Leichtbaulösungen in der Fahrwerktechnik anbietet, zeigt SMiCA (Sheet Metal integrated Control Arm).

Der Querlenker der Division Fahrwerktechnik kommt ohne Nieten oder Schraubverbindungen aus. Das macht ihn leichter als herkömmliche Blechlenker. Ebenso benötigt er weniger Bauraum und ermöglicht mehr Gestaltungsfreiheiten bei der Fahrwerkauslegung.

Die Summe der Maßnahmen macht’s

Wie alle Leichtbaumaßnahmen in ein und demselben Bauteil zusammenwirken, zeigt der ZF-Leichtbau-Dämpfer: Sein Behälterrohr ist aus Aluminium. Konstruktionsbedingt hat dessen Wand unterschiedliche Stärken: Das Material ist dort verstärkt, wo dies funktional erforderlich ist, die anderen Bereiche des Behälterrohrs sind möglichst dünn ausgelegt. Die Umsetzung dieses Konstruktionsprinzips in der Serienfertigung setzt die Beherrschung komplexer Produktionsverfahren voraus, die unterschiedlichen Wandstärken sind das Ergebnis von bis zu 17 aufeinander abgestimmten Prozessschritten.

Leichtbau fängt bereits im Detail an

Auf der Suche nach Gewichtsparpotenzialen schauen Automobilhersteller heute auf jedes Detail. Selbst vergleichsweise geringe Gewichtseinsparungen einzelner Komponenten sind willkommen, denn aufsummiert über das ganze Fahrzeug ergeben sie teils deutliche Gewichtsreduktionen. Mit einem aus Organoblech und Spritzguss gefertigten Leichtbau-Bremspedal demonstriert ZF, wie sich ohne Einbußen bei der Belastbarkeit circa 50 Prozent Gewicht im Vergleich zu einem herkömmlichen Bremspedal aus Stahl einsparen lassen. Organobleche sind endlosfaserverstärkte, thermoplastische Kunststoffe, die sich durch hohe Festigkeit und Steifigkeit auszeichnen.

Durch die Herstellung im Spritzgieß-Verfahren lässt sich das Pedal zudem einfacher, das heißt in weniger Prozessschritten herstellen als konventionelle Pedale.

Gleichzeitig ist das von ZF eingesetzte Material voll Recycling-fähig. Kein Wunder, dass das Organoblech-Hybrid- remspedal den „Composite Innovations Award 2011“ der CFK Valley Stade Convention zuerkannt bekam.

Leichtbaukompetenz für komplette Achssysteme

Die Studie einer Pkw-Hinterachse mit radführender Querblattfeder aus glas- faserverstärktem Kunststoff zeigt aber auch: ZF hat heute schon die Kompetenz, komplette Achssysteme aus leichteren Werkstoffen herzustellen.

Die Gewichtsersparnis von 12 bis 15 Prozent gegenüber einer Hinterachse in konventioneller Stahlbauweise ist dabei nicht der einzige Vorzug: Im Gegensatz zum komplexen Mehrlenker-Konzept übernimmt in der ZF-Studie ein Bauteil – die radführende Querblattfeder – Radführung, Hub- und Wankfederung. Durch diese Bauteilintegration nimmt die Komplexität der Achse ab, ihr Einbau ist für die OEM sehr viel weniger aufwendig.

Weniger Bauteile bedeuten zudem noch weniger Gewicht.

Möglich macht dies das extrem leichte und elastische GFK: In einem sorgfältigen Entwicklungsprozess fanden die Ingenieure die passende Faser-Kunststoff-Kombination für eine neue Hinterachsarchitektur.

Die Studie ist dabei mehr als ein bloßer Know-how-Beweis: Bei vergleichbarem Komfort und Kostenaufwand kann sie künftig wirtschaftlich in Großserie produziert werden. (hö)

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