Tape-Sandwich für mehr Steifigkeit bei weniger Gewicht und niedrigen Produktionskosten

Die ENGEL Mobility Days 2023 – supported by KTM Technologies – Mitte Juni in Österreich stehen im Zeichen des Wandels und der Nachhaltigkeit. Zwei Tage lang diskutieren Branchenexperten Lösungen für die Mobilität der Zukunft. Darunter eine Weltpremiere: Ein Motorradsitzbankboden produziert im neuen Tape-Sandwich-Verfahren. Die Entwicklungspartner ENGEL und KTM Technologies machen es möglich, eine höhere Steifigkeit bei einem kompakteren Bauteildesign und niedrigerem Gewicht mit einer hohen Kosteneffizienz zu vereinen. Die neue Composite-Technologie kann über die Entwicklungspartner nun auch bei anderen Unternehmen zur Anwendung kommen.

Ziel der gemeinsamen Entwicklungsarbeit war es, einen Sitzbankboden für Motorräder bei mindestens gleichen Bauteileigenschaften kompakter und leichter zu gestalten. „Wir bringen im Fahrzeug immer mehr Elektronikkomponenten unter und brauchen dafür Platz“, erklärt Hans Lochner, Teamleiter Material and Applications von KTM Technologies in Anif, Salzburg, die Herausforderung. Durch die Elektrifizierung der Antriebe betrifft dieser Trend nicht nur Zweirad-OEMs, sondern die gesamte Mobilitätsbranche.

Um neben den technischen Vorteilen einen Mehrwert für die Massenmärkte zu bieten, braucht es ein kosteneffizientes Produktionsverfahren. ENGEL und KTM Technologies bündeln hierfür ihre Kompetenzen. ENGEL bringt seine Expertise für Leichtbauproduktionstechnologien und Industrialisierung ein, KTM Technologies zeichnet für Konzeption und die produktspezifische Technologieentwicklung verantwortlich. Dritter Partner im Bunde ist das Werkzeugbauunternehmen Feronyl mit Sitz in Belgien.

Bisher sind die Sitzbankböden der KTM Motorräder rein thermoplastische Spritzgießteile. Die erforderliche Steifigkeit wird durch geometrische Versteifung – zum Beispiel über Rippen – erzielt, was zu einer relativ hohen Bauteildicke von bis zu 9 mm führt. Um den notwendigen Bauraum zu reduzieren und mehr Platz für die Elektronik zu schaffen, nahm KTM Technologies Composite-Materialien und Produktionsverfahren unter die Lupe und setzte gemeinsam mit ENGEL einen Produktionsprozess auf, der sich durch eine besonders hohe Effizienz auszeichnet. Das Ergebnis ist die Tape-Sandwich-Technologie.

„Wir arbeiten im Tape-Sandwichprozess mit sehr dünnen, einlagigen Verstärkungsmaterialien wie zum Beispiel Tapes und Geweben mit Polypropylenmatrix, die ohne Vorwärmen in beide Kavitätenhälften des Spritzgießwerkzeugs eingelegt werden, bevor die Kavität mit Polypropylen gefüllt wird“, erklärt Franz Füreder, Vice President Automotive & Mobility von ENGEL am Stammsitz in Schwertberg, Österreich. „Aufgrund der spezifischen mechanischen Eigenschaften des Sandwichaufbaus können wir im Falle der Motorradsitzbankböden bereits mit einem einlagigen UD-Tape die erforderliche Steifigkeit erfüllen. Damit benötigt das Tape-Sandwich-Verfahren deutlich weniger Energie und eine einfachere Anlagentechnik als herkömmliche Verfahren der Faserkunststoffverbundverarbeitung. Die Produktionskosten können somit deutlich reduziert werden.“

Beim vorliegenden Technologiedemonstrator Sitzbankboden konnten bei identischer Steifigkeit der notwendige Bauraum auf diese Weise um 66 Prozent und das Gewicht um zirka 26 Prozent reduziert werden. „Der neue Sandwich-Aufbau, bei dem die Verstärkungsfasern einen möglichst hohen Abstand zur neutralen Faser haben, bietet eine maximale Steifigkeit bei gleichzeitiger Minimierung der notwendigen Fasern“, so Lochner. 

Ein weiterer Vorteil des Sandwich-Aufbaus ist, dass Standardthermoplaste in mechanisch hochbeanspruchten Bauteilen zum Einsatz kommen können, da die Leistungsfähigkeit des Bauteils ausschließlich über die Tape-Struktur gesteuert wird. Auch das steigert die Kosteneffizienz.

Die Entwicklungspartner haben unterschiedliche Spritzgießmaterialien getestet, neben herkömmlichem PP aus fossilen Quellen auch biobasierte und rezyklierte PP-Typen. Für die unterschiedlichen Materialkombinationen wurde jeweils das Treibhauspotenzial (Global Warming Potential, GWP) ermittelt. Im Vergleich zum Serienstand – vollständig aus fossilem PP hergestellte Sitzbank – wird mit der Tape-Sandwich-Technologie beim Einsatz von ebenfalls fossilem PP der GWP-Wert um 27 Prozent reduziert. Dieser Wert wird ausschließlich durch die Materialreduzierung erreicht. Mit Polypropylen aus nachwachsenden Quellen sinkt der GWP-Wert um 85 Prozent. Das Bauteilgewicht wurde jeweils um 26 Prozent reduziert. Dies ist möglich, weil bereits sehr dünne Bauteile eine hohe Steifigkeit erreichen.

Zur Reduktion der Treibhausgase trägt in der Gesamtbetrachtung zudem der konsequente Monokunststoffansatz bei. In Kombination mit Tapes mit einer PP-Matrix entstehen Bauteile, die sich am Ende ihrer Nutzungsdauer recyclen lassen. „Mit der neuen Entwicklung eröffnen wir für die Mobilität der Zukunft eine bezahlbare und nachhaltige Lösung“, betont Füreder.

In einem ersten Schritt wird die Tape-Sandwich-Technologie für Motorradkomponenten der KTM Familie eingesetzt. Darüber hinaus haben ENGEL und KTM Technologies viele weitere Leichtbauanwendungen in den unterschiedlichsten Mobilitätsdisziplinen im Blick. Die beiden Entwicklungspartner bieten das Tape-Sandwich-Verfahren gemeinsam an und entwickeln auf die jeweilige Anwendung passgenau zugeschnittene Lösungen.

ENGEL und KTM Technologies haben die zweitägigen Mobility Days gemeinsam organisiert. Das Netzwerkevent führt mehr als 500 Experten unter anderem aus den Bereichen Automobil, Mikromobilität, Luftfahrt sowie Transport nach Linz und St. Valentin in Österreich. Mit einem hochkarätigen Konferenzprogramm und zukunftsweisenden Maschinenexponaten fördert die Veranstaltung den branchenübergreifenden Erfahrungsaustausch.