Leicht gemacht

Leicht gemacht

Neben neuen Fertigungsmethoden spielen innovative Werkstoffe in jeder Hinsicht eine zunehmend wichtige Rolle im Automobilbau.

Es geht um das Zusammenspiel von hochfestem Stahl, Tiefziehblech, Leichtmetall und Kunststoffen, die nicht nur Temperaturschwankungen trotzen, sondern auch dauerhaft halten, im Falle eines Crashs Lasten aufnehmen und sich bei einem Austausch sortenrein trennen und recyceln lassen. Außerdem mĂŒssen diese Werkstoffe durch ihr geringeres Gewicht ihren Beitrag zu einem effizienteren Gesamtfahrzeug leisten.

Um diese Anforderungen zu erfĂŒllen, genĂŒgt es nicht, vorhandene Werkstoffe weiterzuentwickeln. Man muss „out of the box“ denken und in andere Bereiche blicken. Bei Porsche hat man sich in den vergangenen Jahren sehr intensiv mit Glastechnologien auseinandergesetzt. Schwere Glasscheiben leichter zu machen, ist ein uralter Wunsch. Im Rennsport ersetzte man sie in der Vergangenheit durch Kunststoffe wie etwa Makrolon. Doch fĂŒr einen Einsatz in der Serienfertigung von Straßenfahrzeugen ist dieser Werkstoff wegen seiner Kratzempfindlichkeit und den eher begrenzten optischen Eigenschaften nicht geeignet. Deshalb haben sich die Entwickler mit dem Thema DĂŒnnschichtglas beschĂ€ftigt.

Seitenscheibe des 911 GT3 RS, Porsche Engineering, 2018, Porsche AG

Die gebogene hochfeste Seitenscheibe des 911 GT3 RS

Der Werkstoff CorningÂź GorillaÂź Glass ist als Abdeckmaterial aus der mobilen Unterhaltungselektronik bekannt. Tablet-PCs, Flachbildfernseher und Handys werden seit Jahren damit ausgestattet. Die Vorteile: beste optische Eigenschaften, geringes Gewicht und sehr hohe StabilitĂ€t. Porsche setzte eine diesem Gorilla-Glas vergleichbare GlasqualitĂ€t erstmals in der Verbundglas-Heckscheibe des Porsche 918 Spyder mit Weissach-Paket ein. Diese etwa 20 mal 20 Zentimeter große plane Scheibe war gewissermaßen eine FingerĂŒbung. Heute ist man weiter.

Klassischer Werkstoff – neu definiert

Die Technik zur Verarbeitung von DĂŒnnschichtglas hat sich in den vergangenen drei Jahren rasant entwickelt. Erstmals war es den Ingenieuren gelungen, auch gebogene Scheiben aus DĂŒnnschichtglas zu realisieren. Ihren großen Auftritt erlebte diese Technologie in einem Smartphone von Samsung. Hinter dem, was wir beim Handy als Gorilla-Glas kennen, steckt ein eigentlich uralter Werkstoff: Glas, bestehend aus recyceltem Glasbruch, aus Sand und – im Falle von Autoglas – aus einer dĂŒnnen Sicherheitsfolie zwischen zwei Schichten DĂŒnnglas.

Gorilla-Glas, Porsche Engineering, 2018, Porsche AG

Porsche nutzt Corning Gorilla Glass fĂŒr den Automobilaußenbereich

Erst ein chemisches Verfahren macht aus Glas ein DĂŒnnschichtglas. Glas erscheint uns glatt und eben, jedoch ist die Oberflache einer Glasscheibe unter dem Elektronenmikroskop so zerklĂŒftet wie ein Canyon. In den Vertiefungen liegen Molekule. Diese Molekule werden chemisch ausgelost und durch grĂ¶ĂŸere ersetzt, die sich in die Spalte hineinpressen und so an der Oberflache fĂŒr eine höhere Dichte des Materials sorgen. Das Glas wird dadurch „vorgespannt“ und somit hochstabil. Versuche zeigen, dass ein DĂŒnnschichtglas von 2,1 Millimetern Starke an der Außenseite einer Windschutzscheibe und 0,55 Millimetern Starke innen, kombiniert mit einer PVB-Sicherheitsfolie gegenĂŒber einer herkömmlichen Verbundglasscheibe um mindestens 200 Prozent stabiler ist. Eine solche Scheibe widersteht Hagel und Steinschlag also wesentlich besser, ist kratzunempfindlicher und bleibt bei einem Unfall langer stabil. Hinzu kommt, dass DĂŒnnschichtglas in Masen flexibel ist. Torsionen der Karosserie können so besser aufgenommen werden.

Nicht nur leichter, sondern auch leiser

Der Gewichtsvorteil ist enorm. Die Heckscheibe des aktuellen Porsche 911 wiegt zum Beispiel als herkömmliche Einschicht-Sicherheitsscheibe 5,8 Kilogramm. Dieselbe Scheibe in DĂŒnnschicht-AusfĂŒhrung hingegen hat ein Gewicht von lediglich 3,7 Kilogramm. Das sind rund 40 Prozent Gewichtseinsparung an nur einem einzigen Bauteil. Porsche baut aktuell solche Scheiben am Porsche 911 GT3 RS ein. Heckscheiben und hintere Seitenscheiben bestehen aus diesem Material, das noch weitere Vorteile birgt. So ist der UV-Schutz bei dem neuen Verbundglas verbessert. Hier liegt das Geheimnis allerdings in der Folie, die jetzt 99 Prozent aller UV-Strahlung filtert. Konventionelle Glasscheiben als Einscheibensicherheitsglas ohne Folie erzielen einen Filterungsgrad von nur etwa 70 Prozent. Außerdem sind durch die hohe optische QualitĂ€t des DĂŒnnschichtglases insbesondere bei flachen Einbauwinkeln sehr viel weniger Verzerrungen wahrnehmbar als bei dickeren Scheiben, wie man sie bisher kennt. Und ganz nebenbei zeichnet sich ein solches Glas – einfach, weil es dĂŒnner ist – durch ein deutlich besseres Abtauverhalten bei Frost aus. Mit Blick auf die ElektromobilitĂ€t ergibt sich der Vorteil einer deutlich verbesserten Dammwirkung hinsichtlich höherfrequenter Schallwellen.

GT3 RS, Porsche Engineering, 2018, Porsche AG

Der neue Porsche 911 GT3 RS wurde hergestellt mit neuen Methoden und Materialien

Nachteile hat das Glas nur wenige. Die Produktion ist derzeit noch teurer, was darauf zurĂŒckzufĂŒhren ist, dass die Automobilindustrie fĂŒr die Hersteller solcher GlasqualitĂ€ten nur ein kleiner Kunde ist. Man fertigt vornehmlich Displays fĂŒr die Unterhaltungsindustrie. Auch die höhere FlexibilitĂ€t des DĂŒnnschichtglases verhindert derzeit noch den Einsatz als Versenkscheibe in TĂŒren. Fahrtwind bei höheren Geschwindigkeiten wurde das Glas nach außen biegen und so ein Schließen erschweren. Mittelfristig wird hier ein Hybrid-Aufbau anvisiert, also ein Verbundglas, in dem nur auf der Innenseite ein chemisch vorgespanntes DĂŒnnglas eingesetzt wird.

Mehr Glas im Innenraum?

Derzeit arbeitet man bei Porsche noch an einer verbesserten Infrarot-Reflexion. Diese liegt auf dem Niveau aller bekannten Glasarten, doch mochte man die FunktionalitĂ€t hier erweitern, um eine höhere WĂ€rmeschutzwirkung zu erreichen. Ferner konnte DĂŒnnschichtglas die Oberflachen im Innenraum revolutionieren. Ganz neue Bedienkonzepte durch berĂŒhrempfindliche, geschwungene Displays bieten dem Fahrer die Möglichkeit, Bedienelemente frei zu programmieren und an seine BedĂŒrfnisse anzupassen. Eine mögliche Vision: Der Fahrer eines Porsche hinterlegt seine individuellen WĂŒnsche zur Konfiguration seines Innenraums auf „My Porsche“ und findet in jedem Porsche, den er fahrt, seine ganz persönliche Bedienumgebung vor.

Perspektivisch wird DĂŒnnschichtglas in verschiedenen AusprĂ€gungen immer hĂ€ufiger die bislang bekannten GlasqualitĂ€ten ablösen. Die Vorteile liegen klar auf der Hand. Neben der höheren WiderstandsfĂ€higkeit bei geringerem Gewicht tragt vor allem die wesentlich höhere Schallschutzwirkung dazu bei, dass sich mit Blick auf die ElektromobilitĂ€t das DĂŒnnschichtglas im Automobilbau durchsetzen wird.

ĂŒbermittelt durch Porsche

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