Kunststoff-Metall-Hybrid in Serie

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Krauss Maffei treibt zusammen mit der TU Dresden die Entwicklung neuer hybrider Werkstoffe und Prozesse voran. So kombiniert eine neue Laboranlage Umformen und Hinterspritzen in einem Schritt. Ein Demonstrator überzeugt durch deutlich weniger Masse bei gleicher Performance.

Hybride Prozesse sowie Werkstoffe aus faserverstärkten Kunststoffen (FVK) und Metall für den automobilen Leichtbau stehen im Mittelpunkt des Forschungsprojektes Leika, das Krauss Maffei zusammen mit dem Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) der TU Dresden sowie weiteren Partnern aus der Industrie und Forschung vorantreibt. Im Mittelpunkt der Entwicklungsarbeit steht eine neue Laboranlage am ILK, mit der sich die FVK-Metall-Hybridwerkstoffe in einem Schritt umformen und hinterspritzen lassen.

Hybrid serienreif

Leika steht für Leichtbau in Karosseriebauteilen. Ziel des vom BMBF geförderten Projektes ist es, die Strukturmasse in Elektrofahrzeugen durch den Einsatz neuartiger Hybridwerkstoffe in großserientauglichen Prozessen zu verringern. "Mit der neuen Laboranlage am ILK sind wir in der Lage, die in einem Schritt umzuformen und zu hinterspritzen. Die daraus abgeleitete Prozess- und Strukturqualität zusammen mit den erreichten Taktzeiten von deutlich unter zwei Minuten untermauern das Potenzial einer solchen Hybridisierung sowohl auf Werkstoff- als auch auf Fertigungsseite", so Martin Würtele, Leiter Technologieentwicklung Spritzgießtechnik bei Krauss Maffei.

Eine weitere große Stärke der neuen Versuchsanlage ist ihre Flexibilität. Die neue Laboranlage eignet sich sowohl zur Herstellung von Bauteilen im Spritzgießen als auch zum Hinterspritzen von Halbzeugen. Darüber hinaus lassen sich lokale Bereiche im Bauteil durch Kunststoffe hinterpressen beziehungsweise verstärken. Dieser Prozessablauf wird über die Einbindung einer Breitschlitzdüse sowie eines Förderbands mit Einlege-Roboter realisiert. "Mit der neuen Versuchsanlage können wir eine Vielzahl unterschiedlichster Prozesse auf einer einzigen Anlage abbilden. Damit bieten wir unseren Partnern aus der Automobilindustrie einen deutlichen Mehrwert", so Dr. Michael Krahl, verantwortlicher Projektleiter Leika beim ILK.

Spritzgießen und Extrudieren

Flexibilität ist auch das Schlagwort, wenn es um die Umsetzung der einzelnen Anlagen-Komponenten geht. So konzipierte Krauss Maffei ein bauhöhenreduziertes Bolt-on-Aggregat, das vollständig in die Fertigungsstrecke mit Presse, IR-Ofen, Roboter und Förderband eingebunden ist. Das Aggregat kann sowohl Spritzgießen als auch Extrudieren und dabei das Schussvolumen portionieren. Wie im Lastenheft gefordert können bis zu fünf Bereiche lokal in einem Zyklus verstärkt werden. Weitere Besonderheit: Um eine Ablage der einzelnen Kunststoffportionen zu ermöglichen, wurde das Förderband vollständig in das System eingebunden.

"Die Förderbandgeschwindigkeit ergibt sich dadurch direkt aus den Prozessgrößen wie Einspritzgeschwindigkeit oder Durchsatz. Das ist ein klarer Vorteil für die Mitarbeiter am ILK, denn die manuelle Voreinstellung von Förderband und ausgetragener Schmelze entfallen. Bei einer Änderung der Austragsgeschwindigkeit passt sich die Förderbandgeschwindigkeit automatisch und geregelt an", so Würtele.

Massestruktur um 25 % reduziert

Wie serientauglich die neuartigen Hybridwerkstoffe und deren Prozesse in der Praxis umgesetzt werden können, untermauerten die Partner am Beispiel einer Bodenstruktur für Elektrofahrzeuge. Für den Mitteltunnel kombinierten die Wissenschaftler metallische Deckschichten aus Stahl mit einem Faserverbundkern aus CFK. "Die ersten Testergebnisse sind sehr gut. Die Massereduktion liegt bei 25 Prozent im Vergleich zu einer metallischen Leichtbaulösung. Gleichzeitig konnte eine vergleichbare Performance in den wichtigsten Crash- und Steifigkeitslastfällen nachgewiesen werden", erklärt Würtele.

mg

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