Leichtbau Kopfstütze mit Organoblech für den Auto Kindersitz

Eine 26 % leichtere Kopfstütze für den Kindersitz im Auto haben WissenschaftlerInnen der TU Chemnitz zusammen mit Avionaut und Polycomb entwickelt. Zudem haben sie die technischen Grundlagen erarbeitet, um die Kopfstütze Ressourcen schonend zu fertigen.

Der Kindersitz im Auto sollte besonders drei Kriterien erfüllen: hohe Sicherheit, geringes Gewicht und einfach handhabbar. ForscherInnen der Professur für Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung SLK der Technischen Universität Chemnitz haben sich dieser drei Punkte angenommen. Zusammen mit dem thüringischen Kunststoffunternehmen Polycomb und dem polnischen Kindersitzhersteller Avionaut haben sie in einer Forschungskooperation eine ultraleichte Kopfstütze entworfen. Diese bietet zudem eine bessere Crashperformance und wurde hinsichtlich Bauteilproduktion optimiert.

Organoblech versteift Kopfstütze

Im Rahmen der Grundlagenuntersuchung wurde ein umgeformtes Organoblech zur lokalen Versteifung der Kopfstützen entwickelt. „Organobleche sind Fasergewebe, die von einer Kunststoffmatrix umschlossen sind. Sie zeichnen sich durch ihre besondere Steifigkeit, Festigkeit sowie ihr geringes Gewicht aus. Sie eignen sich somit sehr gut für den Leichtbau wie im Automobil- oder Flugzeugbau“, erläutert Norbert Schramm, Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Professur SLK.

Polycomb war in der weiteren Entwicklung für das Spritzgießen zuständig. Hier wurde die Preform, also der Rohling des sich in der Herstellung befindenden Bauteils gefertigt. Dazu gehört auch die Trägerplatte der Kopfstützen, welche der Integration in die Rückenlehne des Sitzes dient.

Tracking-System für Kindersitze auf Basis von RFID und TBEN-S

Avionaut gab als Auftraggeber die geeigneten Materialien vor und realisierte die Überschäumung der Kopfstütze. Sie erfolgte mit Schaumperlen aus thermoplastischen Kunststoffen durch das energiesparende Partikelschaum-Verbund-Spritzgießen. Zudem übernahm man hier die Fertigstellung eines Demonstrators.

Die neue Kopfstütze vom Kinder Autositz in der Gewichtsklasse von 9 bis 36 kg ist nun 26 % leichter als ein vergleichbares Standardbauteil. Gefördert wurde die Technologieentwicklung durch die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) und durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM).

Partikelschaum-Verbund-Spritzgießen 

Beim Partikelschaum-Verbund-Spritzgießen PSVG handelt es sich um einen gekoppelten Prozess. Zunächst wird ein Einleger aus einem Organoblech in einem Spritzgießwerkzeug mit Wendeplatte umgeformt und mit einer kurzglaserverstärkten Kunststoffmatrix hinterspritzt. Die entstandene Preform wird dann auf der Maschine in ein zweites Werkzeug gedreht und überschäumt.

Servoelektrische Heißkanalsysteme für ultraleichte Mittelarmlehnen

Weil weder Zwischenlagerung, Abkühlung und erneute Aufwärmung erforderlich sind, ist dieses Fertigungsverfahren besonders ressourcenschonend. Die im ersten Schritt eingebrachte Wärmeenergie kann im zweiten Schritt weiter genutzt werden. Der Grundgedanke der bivalenten Ressourceneffizienz hat hierbei Anwendung gefunden. Er entspricht dem Leitbild des Exzellenzclusters Merge der TU Chemnitz. Merge hat es sich zum Ziel gesetzt, in Nutzung und Produktion Energie einzusparen. Die zusätzliche Einsparung im Herstellungsprozess wird erzielt, indem das Bauteil einbaufertig aus dem Werkzeug kommt.

Überführung der Kopfstütze in die Fertigung

Die Überführung des Fertigungsprozesses der Kopfstützen für Kinder Autositze in einem Schritt und die Bauteilkonstruktion bieten mehrere Vorteile für Hersteller und Anwender. Montageschritte und Energie in der Produktion lassen sich durch PSVG einsparen. Die Komponenten des Endproduktes halten besser zusammen. Das deutlich verringerte Gewicht führt zu weiteren Energieeinsparungen beim Transport. Das Handling beim Ein- und Ausbau des Kindersitzes wird erleichtert.

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Aus der Wirtschaftlichkeit der Kopfstütze gewonnene finanzielle Einsparungen können an den Verbraucher weitergegeben werden. Der Transfer der Ergebnisse des Forschungsprojektes zur Herstellung der ultraleichten Kopfstütze in die Praxis obliegt nun dem Kinder Autositz Hersteller.