Kaum ein Bereich im Fahrzeug muss strengere Anforderungen erfüllen als der Unterboden. Neben den hohen Temperaturen an der Auspuffanlage müssen weitere spezielle Auflagen wie z.B. Beständigkeit gegen Steinschlag, Staub, Sand und Nässe erfüllt werden. So müssen zum Beispiel die Radspoiler den Bordsteinkantentest bei -40°C bestehen, und die Leitungen für Kraftstoff und Bremsen sollen mit Halterungen fixiert werden, die schalldämmende Eigenschaften besitzen. Schlechte Straßenverhältnisse und hohe Geschwindigkeiten führen zu Steinschlag und konstanter Belastung durch Vibration.
Der Unterboden besteht aus verschiedenen Bereichen, angefangen mit der Wärmeabschirmung, gefolgt von den Kraftstoff- und Bremsleitungen und schließlich die aerodynamischen Verkleidungen (Abbildung 1). Viele verschiedene Verbindungstechniken wie schrauben, schweißen, clipsen, nieten und kleben werden angewendet, was natürlich zu komplexen Fertigungsprozessen führt.
Zusätzlich zur Anforderung, die geforderten Funktionen während der gesamten Lebensdauer eines Fahrzeuges zu erfüllen, müssen diejenigen Verbindungstechniken angewendet werden, die eine schnelle und prozesssichere Montage garantieren. Außerdem sollte die Demontage im Falle von Reparaturen und bei der Zuführung zum Recyclingkreislauf einfach und schnell möglich sein.
Vorteile und Nachteile der Verbindungstechniken anhand eines Unterboden-Vergleichstests mit sechs aktuellen Fahrzeugen
Für eine detaillierte Analyse der Verbindungstechniken wurden folgende Fahrzeuge ausgewählt:
Audi A6, 1er BMW, 3er BMW, Ford Focus C-Max, Peugeot 407 und Volvo V50.
Beim Zerlegen der Fahrzeuge haben wir uns auf die Unterbodenmodule konzentriert:
- Motorkapselung
- Hitzeabschirmung
- aerodynamische Verkleidungen
- Radkastenauskleidung
- Unterbodenspoiler
- Leitungen für Kraftstoff / Bremsen / Servolenkung
Die Vielfalt der Varianten ist enorm: in einem Mittelklassewagen fanden wir 11 Befestigungsmethoden mit insgesamt 179 Befestigungstypen.
Für eine Auswertung der verschiedenen Befestigungsmethoden haben wir zunächst die OEMs und Tier-1-Zulieferer befragt, um ihre Anforderungen zu erfassen. Diese sind für die Befestigung von Verkleidungen am Unterboden:
- schnelle Montage
- prozesssichere Montage
- geringer Montageaufwand
- an strukturelle Komponenten vormontierte Befestigungselemente
- Toleranzausgleich +/- 2 mm
- Verbindungen mit langer Lebensdauer
- robuste Befestigungselemente (Steinschlag, Abrieb, ...)
- einfache Handhabung (einfaches Öffnen / Schließen)
- korrosionsbeständig / korrosionsgeschützt
In Bezug auf die Montagegeschwindigkeit schneidet schrauben eher schlecht ab. Jedoch haben Schraubprozesse Vorteile in der Prozessstabilität – sofern sie mit Drehmomentüberwachung montiert werden. Der Befestiger mit Vierteldrehverschluss erzielte Vorteile für seine schnelle und einfache Demontage, die manuelle Montage führt hier allerdings zu einer Abwertung im Bereich "Schnelligkeit“.
Beispiel für die Montage von Hitzeschilden
Es wurden mehrere Arten Metallbefestiger gefunden. Recht häufig kommt eine Sechskantbundmutter vor, die auf einen Gewindeschweißbolzen geschraubt wird. Dies ist jedoch aufwändiger als einfaches Aufstecken und kann nur zuverlässig sein, wenn Drehmomentkontrolle erfolgt und der Werker korrekt montiert.
Die A Raymond-Lösung besteht aus einem Federstahlclip, der auf dem Hitzeschild vormontiert und einfach auf den Gewindeschweißbolzen aufgedrückt wird, wobei die Klemmekraft durch elastische Zungen exakt eingehalten wird. Zur Demontage kann der Metallclip abgeschraubt werden. Die A Raymond-Lösung hat Vorteile in der Vormontage auf der Abschirmung, bei der Montageschnelligkeit, und im Unterdrücken von Klappergeräuschen im Betrieb. (Abbildung 2).
Beispiel für die Befestigung von Kraftstoff- und Bremsleitungen am Unterboden
Die Anforderungen an die Befestigung sind hier identisch mit denen für die Verkleidungen, hinzu kommt allerdings die Forderung nach Schalldämmung. Wo die Kraftstoff- und Bremsleitungen durch Verkleidungen abgedeckt sind, können die Anforderungen in Bezug auf Steinschlag und Abrieb reduziert werden.
Zu diesem Zweck gibt es die folgenden Varianten:
a) Ein-Komponenten-Kunststoffclip mit elastischen Plastikzungen
Vorteil: geringe Kosten
Nachteil: Vorspannkraft der Plastikzungen reduziert sich mit der Zeit
b) Metallklammer mit TPE-Einsatz
Vorteil: unempfindlich und gute Geräuschdämmung
Nachteil: höhere Kosten als a)
c) Zwei-Komponenten-Kunststoffclip (hart / weich)
Vorteil: gute Geräuschdämmung
Nachteil: die Hartkomponente ist bruchanfällig (Steinschlag, …..)
d) Ein-Komponenten-Clip aus Strukturschaum (Bild 3)
Vorteil: robust, gute Geräuschdämmung und geringe Kosten
Nachteil: keiner
Zusammenfassung
Durch unser Benchmarking haben wir den OEMs und Tier-1-Zulieferern die Vorteile unserer weit reichenden, intelligenten Befestigungslösungen unter Beweis stellen können.
Die beiden erfolgreichen, in diesem Artikel beschriebenen Beispiele aus dem patentierten ARBAG-Material sind robuste, preiswerte, einteilige Lösungen (im Gegensatz zu Zwei-Komponenten- oder Gummieinsätzen) und bieten durch die hohe Schlagzähigkeit bei allen Temperaturen Vorteile in der Geräuschdämpfung. Somit sind sie ideal für Anwendungen in den Bereichen Kraftstoff, Bremsen, Servolenkung sowie für Clips und aerodynamische Spoiler.
Federstahl hat ebenfalls Vorteile: seine Eigenschaften sind ideal für intelligente Befestigungslösungen wie z.B. die einteilige, einfach anzuwendende Hitzeschildbefestigung.
Für weitere Informationen stehen wir Ihnen gerne zur Verfügung.
contact.fr@araymond.com
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