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Automatisierte Herstellung von komplexen FKV-Bauteilen für Elektrofahrzeuge

Unter dem Dach des Forschungs- und Entwicklungszentrums FOREL startete das Forschungsvorhaben 3DProCar. Ziel dieses Vorhabens ist die simulationsgestützte Entwicklung einer flexiblen und automatisierten Prozesskette für integral gefertigte Bauteile aus thermoplastischen Faserkunststoffverbunden (FKV) mit komplexer Geometrie. Im Projekt wird dabei die gesamte Wertschöpfungskette – von der Herstellung neuartiger Hybridgarne aus recycelten Kohlenstofffasern über neuartige 3D-Textilien und effiziente, automatisierte Verarbeitungsprozesse bis hin zu Strukturbauteilen für die Automobilindustrie – betrachtet. Möglich macht dies die branchenübergreifende Projektbeteiligung von zehn Partnern aus der Industrie und zwei Forschungseinrichtungen der Technischen Universität Dresden.

Die herkömmliche Fertigung von komplexen FKV-Bauteilen ist oft zeit- und kostenaufwendig. Ziel des Forschungsvorhabens 3DProCar ist es deshalb, eine Prozesskette für thermoplastische FKV-Bauteile zu entwickeln, die die Materialkosten und die Fertigungszeiten reduziert und außerdem flexibel auf unterschiedliche Bauteilgeometrien angepasst werden kann. Die Umsetzung der entwickelten Prozesskette präsentieren die Projektpartner am Beispiel einer Fahrzeugseitentür.

Integrale Verstärkungsstrukturen und automatisierte Weiterverarbeitung

Die geplante Prozesskette beginnt am Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik (ITM) der TU Dresden mit der Herstellung neuartiger thermoplastischer Hybridgarne sowohl auf Basis von primären Endlosfilamenten als auch recycelten Kohlenstoff-Stapelfasergarnen. In der nächsten Prozessstufe werden diese Hybridgarne zu textilen Verstärkungsstrukturen verarbeitet. Mit den dafür zu entwickelnden Webtechnologien können einerseits endkonturnahe und verschnittarme 2D-Halbzeuge als auch integrale, dreidimensionale Schale-Rippen-Halbzeuge gefertigt werden. Insbesondere die Wiederverwendung von Kohlenstofffasern und die Minimierung des Materialverschnitts ermöglichen in produktiven Webverfahren eine ressourcenschonende und kostenreduzierte Halbzeugfertigung.
Am Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) erfolgt die Weiterverarbeitung der komplexen Textilhalbzeuge unter Verwendung einer automatisierten Preform-Anlage. Die Bewegungsabläufe der mit miteinander kooperierenden Roboter, werden aus einer Umform-Simulation abgeleitet, wodurch der Zeitaufwand für die Roboter-Programmierung minimiert werden kann. Die in Großserien erforderlichen kurzen Taktzeiten sollen mit einem neuartigen Werkzeugsystem unter Nutzung induktiver Temperierung erreicht werden.

3DProCar soll FVK für Elektrofahrzeuge großserientauglich machen

Die Projektpartner wollen mit diesem Vorhaben den industriellen Durchbruch von Faserkunststoffverbunden in Großserienanwendungen für den Fahrzeugbau – insbesondere im Bereich von Elektrofahrzeugen – voranbringen. Die Forschungs-ergebnisse sollen zur Schließung derzeit bestehender Lücken in den Prozessketten zur Entwicklung von Hightech-Leichtbausystemlösung en in Multi-Material-Design für Elektrofahrzeuge der Zukunft beitragen. Die Projektergebnisse fließen in das FOREL-Technologiezentrum ein, sodass die Netzwerkpartner das erarbeitete Know-how verwerten können wird.

Weitere Informationen: tu-dresden.de/mw/ilk

 

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