Hybride metaal-composiet A-pilier met staalinsert: nieuwe standaard in structurele versterking

De 3D hybride A-pilier reikt opwaarts vanuit de voertuig-rockerpanel, accommodeert de deurscharnieren en houdt de voorruit aan de zijkant op zijn plaats.

De Porsche (Stuttgart, Duitsland) 911 Cabriolet die dit jaar uitkwam, is het eerste voertuig dat geproduceerd is met een lichtgewicht, hybride metaal-composiet A-pilier ontworpen voor gebruik in cabriolets en roadsters.

Constructie

De hybride metaal-composiet pilier bevat een insert van high-strength staal, ondersteund aan de binnenkant door een gevormde blank van polyamide 6-gebaseerd LANXESS (Pittsburgh, PA, VS) Tepex dynalite 102-RG600(6)/47% continue vezel-versterkt thermoplastisch composiet, en door een geribde structuur van polyamide 66-gebaseerd, kort glasvezel-gevuld Durethan AKV30H2.0. Deze structuur is verbonden door wrijving met L-5235 structurele schuim ontwikkeld door L&L Products (Romeo, Mich., VS). LANXESS stelt dat zijn Tepex-lijn van thermoplastische composietmaterialen bijzonder geschikt is voor structurele componenten in personenauto's, met hun strikte veiligheidseisen.

Gewichtsreductie en voordelen

De sterkte en stijfheid van de hybride insert zorgen ervoor dat de A-pilier net zo goed is in het weerstaan van omkippingen als eerdere ontwerpen met high-strength staalbuizen. Toch is het 5 kilogram lichter. De gewichtsreductie wordt bereikt in het "greenhouse"-gebied van het voertuig, wat het zwaartepunt van de auto verlaagt en de voertuigdynamica verbetert.

"De uitstekende mechanische prestaties van de hybride A-pilier tonen aan dat hybride inserts gebaseerd op staalplaat, Tepex blanks, polyamide 6 of polyamide 66 variaties van Durethan als back-injectiemateriaal en op een structurele schuim zoals L-5235 ook aanzienlijk potentieel bieden voor gebruik in structurele lichtgewicht voertuigcarrosserie-ontwerp. Dat geldt in het bijzonder voor elektrische voertuigen, aangezien hun zware batterijen ze een hoge impactmassa geven," uitlegt Henrik Plaggenborg, hoofd van Tepex Automotive bij de LANXESS High Performance Materials (HPM) business unit. "De gewichtsreductie verlengt ook het bereik van de elektrische voertuigen die deze technologie gebruiken."

Andere potentiële toepassingen voor de hybride composietelementen omvatten versterkende dwarsliggers en zijliggers, B- en C-pilaren, lastdragende batterijonderdelen of deuronderdelen die cruciaal zijn voor veiligheid.

Productieproces

De hybride composietelementen zijn ontwikkeld en geproduceerd door L&L Products op hun locatie in Straatsburg, Frankrijk. De eerste stap in de productie van de versterkende elementen betreft het vormen en overmolden van de Tepex blanks in een enkele operatie met behulp van de hybride moldtechnologie. Het resulterende composietcomponent wordt vervolgens gecoat met een epoxy-gebaseerd schuim bindingssysteem dat reageert op warmte. Het gecoate deel wordt op de carrosserie gemonteerd en gaat met deze door het catodische dip coating (KTL) proces. De hoge temperaturen van het KTL-proces zorgen ervoor dat de structurele schuim uitdijt en verbindt met het high-strength staalblad, dat ook aan de A-pilier behuizing bevestigd is, om de versterkende hybride insert te produceren. Deze laatste stap vindt plaats in een volledig geautomatiseerd productieproces dat door Porsche is ontwikkeld en onderlopende kwaliteitscontrole staat.

Het insert- en A-pilier ontwikkelproces werd ondersteund door LANXESS' HiAnt klantenservice-operatie. "Diensten omvatten het simuleren van het vormen (draping) van de Tepex blanks, het simuleren van vullen voor back-injectie en het berekenen van vervorming. We hebben ook materiaalkenmerken bepaald om het mechanische gedrag van de A-pilier te simuleren en deze cijfers beschikbaar gesteld aan Porsche," zegt Jean-Marie Olivé, expert in applicatieontwikkeling bij HPM.