Neuigkeiten – Anwendung von GMT in Automobilen

Glasfaserverstärkter Kunststoff (GMT) ist ein neuartiger, energiesparender und leichter Verbundwerkstoff, dessen Matrix aus thermoplastischem Harz und dessen Verstärkungsgerüst aus Glasfasermatten besteht. Er zählt weltweit zu den am intensivsten erforschten Verbundwerkstoffen und gilt als einer der neuen Werkstoffe des Jahrhunderts.

GMT eignet sich im Allgemeinen zur Herstellung von Blechhalbzeugen. Diese werden anschließend direkt zum Produkt in der gewünschten Form weiterverarbeitet. GMT zeichnet sich durch durchdachte Konstruktionsmerkmale, hervorragende Schlagfestigkeit sowie einfache Montage und Integration aus. Es wird aufgrund seiner Festigkeit und seines geringen Gewichts geschätzt und ist daher ein ideales Bauteil, um Stahl zu ersetzen und die Masse zu reduzieren.

1. Vorteile von GMT-Materialien

1) Hohe Festigkeit: Die Festigkeit von GMT ist vergleichbar mit der von handlaminierten Polyester-GFK-Produkten, und seine Dichte liegt bei 1,01–1,19 g/cm³. Sie ist geringer als die von duroplastischen GFK-Produkten (1,8–2,0 g/cm³), wodurch es eine höhere spezifische Festigkeit aufweist.

2) Leicht und energiesparend: Das Gewicht einer Autotür ausGMT-MaterialDas Gewicht kann von 26 kg auf 15 kg reduziert werden, und die Dicke der Rückwand kann verringert werden, um den Innenraum zu vergrößern. Der Energieverbrauch beträgt nur 60–80 % von Stahlprodukten und 35–50 % von Aluminiumprodukten.

3) Im Vergleich zu duroplastischen SMC (Sheet Molding Compound) bietet GMT-Material die Vorteile eines kurzen Formgebungszyklus, guter Schlagfestigkeit, Recyclingfähigkeit und langer Lagerfähigkeit.

4) Stoßfestigkeit: Die Stoßdämpfung von GMT ist 2,5- bis 3-mal höher als die von SMC. SMC, Stahl und Aluminium wiesen bei Stößen Dellen oder Risse auf, GMT hingegen blieb unbeschädigt.

5) Hohe Steifigkeit: GMT enthält GF-Gewebe, das auch bei einem Aufprall mit einer Geschwindigkeit von 10 Meilen pro Stunde seine Form behält.

2. Anwendung von GMT-Werkstoffen im Automobilbereich

GMT-Bleche zeichnen sich durch hohe Festigkeit aus und ermöglichen die Herstellung von Leichtbauteilen. Gleichzeitig bieten sie hohe Gestaltungsfreiheit, starke Stoßenergieabsorption und gute Verarbeitbarkeit. Seit den 1990er-Jahren finden sie breite Anwendung in der Automobilindustrie. Angesichts der stetig steigenden Anforderungen an Kraftstoffeffizienz, Recyclingfähigkeit und einfache Verarbeitung wird der Markt für GMT-Werkstoffe in der Automobilindustrie kontinuierlich wachsen.

Gegenwärtig werden GMT-Werkstoffe in der Automobilindustrie in großem Umfang eingesetzt, vor allem bei Sitzgestellen, Stoßfängern, Instrumententafeln, Motorhauben, Batteriehalterungen, Fußpedalen, Frontpartien, Böden, Kotflügeln, Hecktüren, Dächern, Gepäckkomponenten wie Halterungen, Sonnenblenden, Reserveradträgern usw.

1) Sitzrahmen
Die formgepresste Rückenlehne der zweiten Sitzreihe des Ford Mustang (Modelljahr 2015, siehe Abbildung unten) wurde vom Tier-1-Zulieferer Continental Structural Plastics unter Verwendung von thermoplastischen Formen aus 45 % unidirektionalem Glasfasergewebe (GMT) von Hanwha L&C und Formpresstechnik von Century Tool & Gage entwickelt. Sie erfüllt die äußerst anspruchsvollen europäischen Sicherheitsbestimmungen der ECE für die Zuladung von Gepäck.

Für die Entwicklung dieses Bauteils waren über 100 FEA-Iterationen erforderlich, wodurch fünf Teile der ursprünglichen Stahlkonstruktion entfielen. Zudem spart die dünnere Konstruktion 3,1 Kilogramm pro Fahrzeug und vereinfacht die Montage.

2) Heck-Antikollisionsstrahl
Der Heckaufprallschutz des neuen Hyundai Tucson (siehe Abbildung unten) aus dem Jahr 2015 besteht aus GMT-Material. Im Vergleich zu Stahl ist dieses Material leichter und bietet bessere Dämpfungseigenschaften. Es reduziert das Fahrzeuggewicht und den Kraftstoffverbrauch bei gleichzeitig hoher Fahrsicherheit.

3) Frontend-Modul
Mercedes-Benz hat sich bei seinem Luxuscoupé der S-Klasse (siehe Abbildung unten) für die Verwendung von thermoplastischen Verbundwerkstoffen des Typs GMTex™ von Quadrant Plastic Composites als Frontmodulelemente entschieden.

4) Untere Karosserieschutzplatte
Quadrant PlasticComposites verwendet für den Unterbodenschutz der Motorhaube der Mercedes Off-Road Special Edition das Hochleistungsmaterial GMTex™.

5) Heckklappenrahmen
Neben den üblichen Vorteilen der funktionalen Integration und Gewichtsreduzierung ermöglicht die Formbarkeit der Heckklappenstrukturen von GMT auch Produktformen, die mit Stahl oder Aluminium nicht realisierbar wären. Anwendung findet die Konstruktion unter anderem beim Nissan Murano und Infiniti FX45.

6) Dashboard-Framework
GMT fertigt neuartige Armaturenbrettrahmen für verschiedene Modelle des Ford-Konzerns: Volvo S40 und V50, Mazda und Ford C-Max. Diese Verbundwerkstoffe ermöglichen vielfältige funktionale Integrationen, insbesondere durch die Einbindung der Fahrzeugquerträger in Form dünner Stahlrohre in den Formprozess. Im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren wird das Gewicht deutlich reduziert, ohne dass die Kosten steigen.