Hybride Prozesse sowie Werkstoffe aus faserverstärkten Kunststoffen (FVK) und Metall für den automobilen Leichtbau von morgen stehen im Mittelpunkt des Forschungsprojektes LEIKA, das Krauss Maffei, München, zusammen mit dem Institut […]
Die neue Laboranalage am Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik der TU Dresden (ILK) erlaubt das Umformen und Hinterspritzen der FVK-Metall-Hybridwerkstoffe in einem Schritt. (Foto: TU Dresden/ILK)
Hybride Prozesse sowie Werkstoffe aus faserverstärkten Kunststoffen (FVK) und Metall für den automobilen Leichtbau von morgen stehen im Mittelpunkt des Forschungsprojektes LEIKA, das Krauss Maffei, München, 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 Forschungsprojektes ist es, die Strukturmasse in Elektrofahrzeugen durch den Einsatz neuartiger Hybridwerkstoffe zu verringern mit dem gleichzeitigen Fokus auf großserientaugliche Prozesse. „Mit der neuen Laboranlage am ILK sind wir in der Lage, die FVK-Metall-Hybridwerkstoffe 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. Krauss Maffei agierte als Systemlieferant und war von Anfang an eng in die Projektierung eingebunden. 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.
Gebündelte Kompetenz 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 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.
Eine Steuerung und hohe Schussgewichtskonstanz
Die Software dafür wurde komplett neu geschrieben. Die MC6 von Krauss Maffei übernimmt als offene Steuerung die Integration der Module Bolt-On und Förderband, und ist zudem komplett elektrisch in die Fertigungsstrecke eingebunden.
Ein weiterer Vorteil ist die hohe Schussgewichtskonstanz des dazugehörigen SP 12000 Spritzaggregats mit Direktantrieb. Durch die in einer Reihe angeordneten Motoren für Plastifizieren und Einspritzen, direkt angeflanscht an die Schnecke, lassen sich Querkräfte entgegen dem Kraftfluss vermeiden. Das Ergebnis sind eine hochgenaue Dosierung beziehungsweise ein präziser Materialaustrag Schuss-für-Schuss.
Massestruktur um 25 % reduziert
Für den Mitteltunnel der Bodengruppe kombinierten die LEIKA-Wissenschaftler metallische Deckschichten aus Stahl mit einem Faserverbundkern aus CFK. Das Ergebnis ist eine Massereduktion von 25 %. (Foto: TU Dresden/ILK)
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 hervorragend. Die Massereduktion liegt bei 25 Prozent im Vergleich zu einer metallischen Leichtbaulösung. Gleichzeitig konnte eine vergleichbare Performance in den wichtigsten Crash- und Steifigkeitslastfällen für Komponenten bei deutlich geringerer Masse nachgewiesen werden“, erklärt Würtele.
Gemeinschaftsprojekt LEIKA
Im Gemeinschaftsprojekt LEIKA haben Wissenschaftler und Industriepartner des Forschungs- und Technologiezentrums für ressourceneffiziente Leichtbaustrukturen der Elektromobilität (FOREL) eine neuartige Bauweise für Elektrofahrzeuge entwickelt. Spezialisiert haben sich die Projektpartner auf Hybridwerkstoffe aus faserverstärkten Kunststoffen (FVK) und Metall sowie deren großserientauglicher Verarbeitung. Neben dem ILK der TU Dresden und Krauss Maffei waren die Firmen Frimo, Thyssen Krupp, und Kirchhoff sowie Inpro, RWTH Aachen, TU Bergakademie Freiberg, TU Dortmund sowie die Universität Paderborn beteiligt.
www.kraussmaffei.com
www.tu-dresden.de/ing/maschinenwesen/ilk
