Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Wärmeunterstütztes Falzen von Organoinnenblechen

Das Forschungsprojekt „OrganoFalz“ beschäftigt sich mit dem Fügeverfahren Falzen. Stand der Technik ist das Falzkleben, bei dem ein metallisches Innenblech mit einem metallischen Außenblech mit Hilfe einer kraftschlüssigen und stoffschlüssigen Verbindung gefügt wird. Hierbei treten während der Fertigung Probleme durch den Klebstoff auf, die zu Korrosionsschäden und ungenügenden Verbindungsfestigkeiten führen. Im geplanten Forschungsprojekt soll das metallische Innenblech durch ein Organoinnenblech ersetzt werden, welches direkt an das Außenblech gefügt wird. Dadurch entfällt der Einsatz von Klebstoffen und die Feinnahtabdichtung. Das Ziel des Forschungsprojektes ist es, ein neues Konstruktionsprinzip für Anbauteile zu erarbeiten, dass es ermöglicht, metallische Außenhautteile mit thermoplastischen FVK-Stützstrukturen kostengünstig und robust zu verbinden. Durch den Wegfall des Klebstoffes und der Feinnahtabdichtung wird eine qualitativ hochwertigere Falzverbindung erzielt, da keine Minderdosierungen des Klebstoffes und dadurch bedingte Korrosion entstehen können.

Das Forschungsprojekt gliedert sich in acht Arbeitspakete. Die Arbeitspakete 1 und 2 beschäftigen sich mit der Materialauswahl und der Definition der Prozesskette sowie dem Aufbau eines Laborversuchsstandes. In den Arbeitspaketen 3-5 wird die Falzverbindung hinsichtlich Prozessparameter, Delta-Alpha-Problematik und Korrosionsverhalten untersucht. Das sechste Arbeitspaket beschäftigt sich mit der Herstellung eines Demonstratorbauteils. Die Arbeitspakete 7 und 8 dienen der Dokumentation der Forschungsergebnisse und dem Ableiten von Handlungsempfehlungen.

Nach der Umsetzung der Forschungsergebnisse können KMU ihre Kompetenzen im Bereich der Bauteilauslegung, der Anlagenentwicklung, der Prüftechnik und der Prozesssteuerung ausbauen und sich auf dem kontinuierlich wachsenden Markt des hybriden Werkstoffleichtbaus etablieren.

Ergebniszusammenfassung:

Es wurde ein Versuchsstand aufgebaut, um Falzverbindungen von Organoinnenblechen und Stahlaußenblechen herzustellen. Dieser Versuchsstand wurde erfolgreich in Betrieb genommen. Dabei wurden die zwei neu entwickelten Prozessrouten des Kalt- und des Heißfalzens auf ihre Tauglichkeit zur Herstellung hybrider Falzverbindungen untersucht.

Weiterhin wurde der Einfluss der verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Organo- und des Stahlblechs untersucht. So können Temperaturveränderungen durch Ofendurchläufe beim Lackieren von Hybridproben zu Problemen führen. Um dies genauer zu untersuchen wurden theoretische Berechnungen zum Verformungsverhalten der Probe bei Temperaturveränderungen vorgenommen, die zeigten, dass dies nur zu sehr kleinen Verformungen führt. Auch praktische Experimente untermauerten dies und zeigten, dass die Verformungen nicht messbar sind.

Außerdem wurden Proben konditioniert und gealtert. Hier zeigte sich, dass die Proben durch die Wasseraufnahme nur sehr geringe Festigkeitsverluste aufweisen. Erst die Kombination aus Feuchtigkeit, Temperaturschwankungen und Salzsprühnebel führen nach zwei Wochen Alterung zu einem Festigkeitsverlust von etwa 50 %. Eine weitere Alterung von bis zu sechs Wochen zeigte keine weitere Veränderung.

Im letzten Schritt konnte erfolgreich ein Demonstrator in Form einer Autotür im Maßstab eins zu eins hergestellt werden. Der Demonstrator zeigte eine Gewichtsreduzierung von 24 % im Vergleich zu einer Autotür aus reinem Stahlblech. Dadurch konnte gezeigt werden, dass es möglich ist das Organofalzen auf reale Bauteile anzuwenden und damit wesentlich leichtere Bauteile herzustellen.