Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Organoblechstrukturen mit funktionalen Oberflächen (OrgOn)

Eine Möglichkeit zur Gewichtsreduktion von Fahrzeugen ist der gezielte Einsatz von Faserkunststoffverbunden (FKV) z. B. in Form von Organoblechen. Derzeit bestehen jedoch, aufgrund der sich durchzeichnenden Textilstruktur bei Organoblechen, große Defizite für den Einsatz im Sichtbereich, welche oftmals durch aufwendige Nachbearbeitungsschritte minimiert werden. Um die kostenintensiven nachgelagerten Lackierprozesse bei Sichtanwendungen von thermoplastischen Faserverbundstrukturen einzusparen, wird ein neuer Lösungsansatz verfolgt hochwertige Oberflächen direkt im Umformungsprozess zu realisieren.

Ziel des Projektes ist es, die prozessintegrierte Kombination der Organobleche mit einer tiefziehfähigen Dekorfolie zu erreichen. Dies soll durch eine spezielle strukturausgleichende Funktionsschicht in Form von verschiedenen Klebstoffsystemen und Klebstoffmodifikationen (z. B. Mikrohohlkugeln) erfolgen. Für die Verbundbildung zwischen Organoblech und Dekorfolie werden mehrere Prozessrouten experimentell geprüft. Eine Abstimmung der Einzelwerkstoffe, des Halbzeugaufbaus und der Prozessparameter erfolgt durch den Einsatz von Berechnungsmodellen und Simulationstools. Die erreichten Oberflächengüten werden denen von lackierten Bauteilen gegenübergestellt und die Prüfung der Ergebnisübertragbarkeit auf komplexe Bauteile erfolgt durch einen Bauteildemonstrator.

Die Ergebnisse sind in vielen Bereichen wie etwa in der Automobil-, Nutz- und Schienenfahrzeugbranche einsetzbar. Der zu erwartende Nutzen für KMU entlang der Wertschöpfungskette liegt vor allem in den Bereichen:

• neue Anwendungen für faserverstärkte Bauteile im Sichtbereich

• Ergebnisübertragung in andere Industriezweige z. B. Sportartikel, Consumer Elektronik

• Bereitstellung angepasster Klebstoffrezepturen für funktionale Oberflächenschichten

• Fertigung innovativer Formwerkzeuge

• Reduzierung der Prozesskosten durch Wegfall von Nachbearbeitungsprozessen

Ergebniszusammenfassung:

Um kostenintensive, nachgelagerte Lackierprozesse bei Sichtanwendungen von thermoplastischen Faserverbundstrukturen einzusparen, wurde im Rahmen des Forschungsvorhabens ein neuer Lösungsansatz verfolgt, hochwertige Class-A-Oberflächen in einem kombinierten Füge- und Umformprozess zu realisieren. Dies sollte durch die prozessintegrierte Kombination der Organobleche mit einer tiefziehfähigen Dekorfolie sowie einer haftvermittelnden und welligkeitsausgleichenden Funktionsschicht erreicht werden.

Als Funktionsschicht (Interface) kam ein Schmelzklebstoff auf Polyolefinbasis zum Einsatz. Dieser wurde im Verlauf des Projektes zusätzlich mit Mikrohohlkugeln (Glas- oder expandierende Hohlkugeln) additiviert. Diese Mikrohohlkugeln sollten die Langwelligkeit der eingesetzten Organobleche ausgleichen. Die Applikation der Funktionsschicht mit Mikrohohlkugeln konnte jedoch nur auf diskontinuierlichem Weg durchgeführt werden. Die Herstellung vollständiger Verbunde (Dekorfolie, Interface, Organoblech) gelang auf Ebene zweidimensionaler Probekörper ohne Lufteinschlüsse, und es konnten teilweise sehr gute Haftkräfte erreicht werden. Zwar konnte die Langwelligkeit der Verbunde verbessert, aber nicht im geforderten Maße verringert werden, um Class-A-Oberflächen zu erreichen.

Zur Herstellung dreidimensionaler Verbundstrukturen wurde erfolgreich ein Prozesskonzept entwickelt, um Faserverbundbauteile mit funktionaler Zwischenschicht und Dekorfolie in einem kombinierten Tiefzieh- und Hinterpressprozess zu fertigen. Dieses Konzept wurde erfolgreich für ein dreidimensionales generisches Demonstratorbauteil hoher technischer Komplexität (Umformgrade, Geometrie) umgesetzt und validiert.

Zur virtuellen Vorhersage der Oberflächentopologie wurden im Rahmen des Projektes numerische Berechnungen durchgeführt und mit den ermittelten Ergebnissen validiert.

Die Ergebnisse können zur Erzeugung von Faserverbundbauteilen bspw. für mobile Anwendungen zur Erhöhung des Leichtbaugrades genutzt werden.