[ 24.Okt 2012 | |No Comment ]
Serienstart bei Audi

Schraubenfedern aus GFK

Leicht muss es sein – das Auto von heute. Besonders die Innovationen in den letzten Jahren zeigten es deutlich. Mit großer Leidenschaft wurde um jedes Gramm Gewicht gekämpft, nicht nur an der Karosserie, sondern in allen Baugruppen des Fahrzeugs. Besonders Interesant wird es wieder, wenn es neue Entwicklungen in einem unscheinbaren Bauteil gibt, bei dem es vermeintlich schon längst nichts mehr zu verbessern gibt – der Schraubenfeder.  

Glasfaserverstärkte Kunststoff Feder für Automotive

Sogefi und Audi haben als weltweit erstes Unternehmen Schraubenfedern aus Verbundstoff GFK eingeführt. Diese sind im Vergleich zu herkömmlichen Schraubenfedern bis zu 70 Prozent leichter und benötigen in der Herstellung drei bis fünf mal weniger Energie. Außerdem überzeugen sie durch längere Lebensdauer, da Oxidation und Korrosion ausgeschlossen werden können. (Bild: Audi)

Noch in diesem Jahr wird Audi im neuen elektrisch angetriebenen R8 e-tron die Schaubfedern aus dem glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK) erstmalig in Serie einbauen. 2013 soll der Einsatz in mehreren Stufen im großen Stil in den Mittel- und Oberklassemodellen folgen.

40 Prozent Gewichteinsparung – bei gleichen EIgenschafen

Während eine heutige Stahlfeder an der Vorderachse eines Audi A4 noch 2,66 kg wiegt, wird die GFK-Feder nur 1,53 Kilogramm auf die Waage bringen, bei ebenso guten Eigenschaften. Auffallend ist auch ihr sogenannter Draht ist dicker, ihr Gesamtdurchmesser bei geringerer Windungs-Anzahl etwas größer.

Eine Helix aus glasfaserverstärktem Kunststoff eignet sich exzellent zur Aufnahme von Torsionsspannungen, wenn sie gezielt darauf ausgelegt ist. Als Kern der Feder dienen lange, miteinander verdrillte Glasfasern, die mit Epoxidharz getränkt werden. Um diese „Seele“, die wenige Millimeter Durchmesser hat, wickelt eine Maschine weitere Fasern, abwechselnd in +45 Grad und -45 Grad Winkel zur Längsrichtung; diese Zug- und Drucklagen stützen sich gegenseitig. Die Torsionsspannungen im Querschnitt des Bauteils werden in Zug- und Druckspannungen in der Faser umgewandelt.

Produktionsverfahren wird noch optimiert

Im nächsten Schritt wird der noch weiche und nasse Draht auf einen Metallkern aus einer niedrig schmelzenden Legierung gelegt, der die Negativform der künftigen Feder darstellt. In einem Ofen härtet das GFK-Material bei über 100 Grad Celsius aus, während die Form schmilzt. In diesem Verfahren entstanden die Prototypen. In der aktuellen Fertigung – soll nach Beendigung der Pilotserie, dann in Großserie mit 1.000.000 Stück im Jahr produziert werden . Dabei wird der Prozess sehr viel effizienter und schneller ablaufen.

Die Dauererprobungen fanden auf der Straße bereits statt, flankiert von Test-Marathons auf speziellen Prüfständen; jeder von ihnen belastetet die Feder so stark wie rund 300.000 Kilometer in Kundenhand.

„Am Anfang haben nicht allzu viele Kollegen an unser Projekt geglaubt“, berichtet Projektleiter Joachim Schmitt. „Aber das Material GFK hat sich von Beginn an als sehr gute Wahl erwiesen. Es ist absolut frei von Korrosion, auch bei Steinschlag, und praktisch unempfindlich gegenüber Chemikalien wie Felgenreinigern. Die Herstellung der GFK-Federn verbraucht weniger Energie als bei einer Stahlfeder, und im Auto sind sie beispielsweise im aktuellen Audi A4 zusammen rund vier Kilogramm leichter – das ist schon ein großer Fortschritt.”

Tuning freunde werden auch auf ihren Kosten kommen

Schmitt und seine Kollegen können auch ihre GFK-Federn präzise auf die Wünsche der Fahrwerks-Ingenieure abstimmen – auf das Auto, die Achslast und den Komfort- und Handling-Charakter; sie brauchen nur die Länge des Drahts, seinen Durchmesser und die Windungszahl anzupassen. In wenigen Jahren, erwartet der Ingenieur, wird das GFK-Material durch verbesserte Produktionsverfahren noch belastbarer werden; dann verringert sich der Raumbedarf auf das Maß der heutigen Stahlfedern.

Bleibt nur noch die natürliche hellgrüne Farbe von glasfaserverstärkten Materialien – doch auch diese Herausforderung haben die Entwickler von Audi gemeistert. „Wenn wir den GFK-Federn einen Anteil Graphit beimischen, werden sie schwarz durchgefärbt“, erklärt Joachim Schmitt. „Und für unsere besonders sportlichen Kunden arbeiten wir schon an den Farben Rot und Blau.“



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