Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Belastungsoptimierte inverse Hybridtechnologie

In dem Forschungsvorhaben ist die Entwicklung eines neuartigen belastungsgerecht gestalteten Verbundtyps geplant, der aus einer endlosfaserverstärkten thermoplastischen Kunststoffmatrix besteht, in die ein metallischer Einleger eingebracht wird. Neben der Verbesserung der Crashperformance soll der metallische Einleger zusätzlich zur effektiven Anbindung des Verbundes an angrenzende metallische Strukturen genutzt werden. Zur effizienten, großserienfähigen Herstellung des neuartigen Verbundes sollen konventionelle Methoden der Blechbearbeitung eingesetzt werden. Durch den Einsatz etablierter Technologien können bei den KMUs als Endanwender hohe Investitionskosten vermieden und die Einstiegshürde bezüglich der Anwendung hybrider Werkstoffverbunde abgesenkt werden.

Zur Verbesserung der Anbindung zwischen dem metallischen Einleger und dem thermoplastischen FKV wird eine innovative Kombination aus Form- und Stoffschluss angestrebt. Durch das Aufzeigen konstruktiver Gestaltungsmöglichkeiten und systematischen Versuchen zum Umformverhalten kann bei KMUs gezielt Prozess-Know-how aufgebaut werden.

Im Vergleich zu konventionellen Sandwichblechen mit metallischen Decklagen und faserverstärktem Kunststoffkern ergeben sich folgende Vorteile:

- Gewichtseinsparung größer 25% bei gleichen Eigenschaften wie die monolithische Metallvariante

- hohe Schadenstoleranz im Crashfall (duktiles Verhalten der metallischen Kernlage dämpft abruptes Versagen des FKV)

- ausgezeichnete Fügbarkeit mit angrenzenden metallischen Strukturen durch die Verwendung konventioneller Fügemethoden

Für KMU im Karosseriebausektor ergibt sich damit ein direkter Wettbewerbsvorteil durch die Reduktion des Fahrzeuggewichtes. Die Projektergebnisse sollen zur gesteigerten Akzeptanz von hybriden Bauweisen auch bei kleinen und mittleren Unternehmen führen, die somit Produkte mit gesteigerter Performance anbieten und neue Märkte erschließen können.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des europäischen Gemeinschaftsforschungsprojektes beschäftigt sich das Projektkonsortium mit der Entwicklung eines neuartigen belastungsgerecht gestalteten Verbundtyps, der aus einer endlosfaserverstärkten thermoplastischen Kunststoffmatrix besteht, in die ein metallischer Einleger eingebracht wird. Neben der Verbesserung der Crashperformance soll der metallische Einleger zusätzlich auch zur effektiven Anbindung des Verbundes an angrenzende metallische Strukturen genutzt werden. Zur effizienten, großserienfähigen Herstellung des neuartigen Verbundes sollen konventionelle Methoden der Blechbearbeitung eingesetzt werden.

Aufbauend auf diesen Grundlagen wurden vom Fraunhofer IWU mehrere umformtechnisch hergestellte Krafteinleitungsstrukturen definiert und hergestellt, welche die gewünschten Eigenschaftskombinationen aufweisen. Parallel dazu entwickelte die TU Chemnitz einen steifigkeitsoptimierten und auf den Anwendungsfall abgestimmten Lagenaufbau. Zur realitätsnahen Bewertung der Verbundperformance der verschiedenen Interfacekonzepte wurde durch die Wroclaw University of Science and Technology and Science eine Prüfvorrichtung entwickelt, mit dessen Hilfe die Crasheigenschaften der eingebrachten Strukturen unter dynamischer Beanspruchung anwendungsnah bestimmt werden konnte.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass auf Basis der Projektergebnisse eine effiziente Methode entwickelt wurde, die es der Industrie ermöglicht Hybrid-Verbunde mit einer ausgezeichneten Verbundfestigkeit und exzellenter Crashperformance herzustellen. Die Verklammerung der Fasern des FKV mit den umformtechnisch eingebrachten Formschlusselementen führt zu einer deutlichen Erhöhung der Energiedissipation im Crashfall. Im Vergleich zur Stahl-Referenz konnte das Bauteilgewicht bei verbesserten mechanischen Eigenschaften um 40 % reduziert werden.