Neuartige Hybridleichtbautechnologie für die Automobilindustrie

Frontend eines Serien-PKW als hybrides Bauteil aus Stahl und glasfaserverstärktem Polyamid 6, optimal ausgelegt durch Struktursimulaton. (Foto: Ford)

Frontend eines Serien-PKW als hybrides Bauteil aus Stahl und glasfaserverstärktem Polyamid 6,
optimal ausgelegt durch Struktursimulaton. (Foto: Ford)

IKV erforscht Haftvermittlersystem für hybride Spritzgussbauteile Aachen – im Juni 2012. Das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Industrie und Handwerk an der RWTH Aachen erforscht in Zusammenarbeit mit Partnern aus Industrie und Forschung den Einsatz eines neuartigen Haftvermittlersystems für hybride Spritzgussbauteile. Hybridbauteile aus Metall und Kunststoff werden als hochbelastete Strukturbauteile, z. B. als Frontend, immer häufiger im Automobilbau eingesetzt. Die Werkstoffe Metall und Kunststoff werden üblicherweise durch einen Formschluss miteinander verbunden, der durch spritzgegossene Niete und/oder durch Kantenumspritzung erzielt wird. Ziel des Forschungsprojekts mit dem Namen „Hylight“ ist es, diesen Formschluss durch eine stoffschlüssige Verbindung zu ergänzen oder gar vollständig zu ersetzen.

Das Zusammenspiel des hybriden Werkstoffverbunds bei solch hochbelasteten Strukturbauteilen soll dadurch weiter optimiert werden. Die Vorteile der neuen Technologie werden an einem auf diese Weise optimierten Automobil-Frontend demonstriert. Als Ergebnis dieser Optimierung wird eine signifikante Gewichtsreduktion im Vergleich zur konventionellen Bauweise angestrebt.

Die stoffschlüssige Verbindung wird durch eine Haftvermittlerschicht erreicht, die noch vor der Metallumformung und dem Spritzgießprozess im Coil-Coating-Verfahren auf die Metallkomponente aufgebracht wird. Die angestrebte Optimierung soll erreicht werden, indem das mechanische Verhalten der Haftvermittlerschicht und der beteiligten Werkstoffe möglichst genau in einer Struktursimulation abgebildet wird. Zur Ermittlung von Kennwerten insbesondere für die Haftvermittlerschicht wurde am IKV ein spezieller Rohrprüfkörper entwickelt, bei dem die Kunststoffkomponente auf ein metallisches Blech aufgespritzt wird.

Anhand dieses Prüfkörpers können Materialkennwerte des stoffschlüssigen Verbunds sowohl für Zug- als auch für Schubbelastung ermittelt werden. Die so ermittelten Materialkennwerte dienen unter anderem als Grundlage zur Kalibrierung von numerischen Modellen zur simulativen Auslegung der stoffschlüssigen Hybridbauteile.

Die aufgestellten Modellierungsansätze werden wiederum an Bauteilversuchen unter anderem an dem als Standardhybridbauteil etablierten „Erlanger Träger“ validiert. Aus diesen Erkenntnissen heraus wird die Konstruktion eines realen Frontends in Hinblick auf die Ausnutzung aller Vorteile der neuen Verbindungstechnologie hin optimiert und virtuell ausgelegt. Damit lässt sich eine angestrebte Gewichtseinsparung bei gleichen oder sogar besseren mechanischen Eigenschaften simulativ nachweisen. Durch die genaue Auslegung von stoffschlüssigen Hybridverbunden mithilfe der Struktursimulation können neue Strukturanwendungen zur Serienreife gebracht werden, die bei gleicher Leistungsfähigkeitdas Fahrzeuggewicht weiter senken. An dem Projekt „Hylight“ sind die Firmen Evonik, Ford, Hühoco, Kirchhoff Automotive, Lanxess und Montaplast, sowie der Lehrstuhl für Kunststofftechnik (LKT) an der Universität Erlangen als Projektpartner beteiligt. Gefördert wird das Projekt vom BMBF.

www.ikv-aachen.de

Über das IKV

Das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Industrie und Handwerk an der RWTH Aachen ist  europaweit das größte Forschungs- und Ausbildungsinstitut auf dem Gebiet der Kunststofftechnik. Mehr  als 300 Mitarbeiter beantworten hier Fragestellungen rund um die Verarbeitung, Werkstofftechnik und Bauteilauslegung von Kunststoffen und Kautschuken. Die enge Verbindung mit Industrie und Wissenschaft sowie die exzellente Ausstattung des IKV ermöglichen den Studierenden eine praxisnahe und umfassende Ausbildung. Die Aachener Kunststoffingenieure sind deshalb begehrte Spezialisten in der Industrie. Etwa 50 Prozent der deutschen Kunststoffingenieure mit Universitätsabschluss wurden am IKV ausgebildet. Das IKV gliedert sich organisatorisch in die Fachabteilungen Spritzgießen und Polyurethantechnologie, Extrusion und Weiterverarbeitung, Formteilauslegung und Werkstofftechnik sowie Faserverstärkte Kunststoffe. Ferner gehören zum Institut das Zentrum für Kunststoffanalyse und -prüfung und die Abteilung Aus- und Weiterbildung. Träger ist eine gemeinnützige Fördervereinigung, der heute über 230 Unternehmen aus der Kunststoffbranche weltweit angehören. Leiter des Instituts und Geschäftsführer der Fördervereinigung ist Univ.-Prof. Dr.-Ing. Christian Hopmann. Er ist gleichzeitig Inhaber des Lehrstuhls für Kunststoffverarbeitung der Fakultät für Maschinenwesen der RWTH Aachen.

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