Das beste von Metall und Kunststoff

Hybride Prozesse und Werkstoffe für leichtere Elektrofahrzeuge

Wissenschaftler der Forschungsplattform Forel entwickeln sehr praxisorientiert eine hybride Leichtbau-Bodenstruktur in einem kombinierten Umform-Hinterspritz-Prozess. Den aktuellen Stand der Entwicklungen wird während der K 2016 präsentiert.

Im Prozess-Entwicklungszentrum am Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik der TU Dresden setzten die Forel-Wissenschaftler den im Leika-Projekt konzipierten, kombinierten Press- und Hinterspritz-Prozess um. (Bild: TUD/ILK)

Im Gemeinschaftsprojekt Leika entwickeln Wissenschaftler und Industriepartner des Forschungs- und Technologiezentrums für ressourceneffiziente Leichtbaustrukturen der Elektromobilität (Forel) eine neuartige Bauweise für Elektrofahrzeuge. Spezialisiert haben sich die Projektpartner auf Hybridwerkstoffe aus faserverstärkten Kunststoffen (FKV) und Metall. Anhand einer Bodenstruktur für Elektrofahrzeuge wollen sie die Serientauglichkeit eines kombinierten Umform-Hinterspritz-Prozesses und das Leichtbaupotential der hybriden Werkstoffe demonstrieren.

Hybrid: Kunststoff trifft Metall

Wissenschaftler des Instituts für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) der Technischen Universität Dresden starteten 2013 gemeinsam mit den Unternehmen Kraussmaffei, Frimo, Kirchhoff, Thyssenkrupp und weiteren Projektpartnern das Forschungsvorhaben Leika. Ziel des Projekts war die Verringerung der Strukturmasse in Elektrofahrzeugen durch Einsatz neuartiger Hybridwerkstoffe.

Die Wissenschaftler kombinierten metallische Deckschichten aus Stahl oder Magnesium mit einem Faserverbundkern mit PA6-Matrix zu neuen Hybridmaterialien. So nutzten sie die positiven werkstofflichen und technologischen Eigenschaften beider Verbundpartner in einem Sandwichaufbau. Neben effizienten Methoden zur praxisgerechten Strukturauslegung unter statischer und dynamischer Belastung wurden vor allem Fertigungstechnologien durch Kombination etablierter Prozesstechniken – Umformen und Spritzguss – entwickelt und aufgebaut.

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Anhand einer Bodenstruktur für Elektrofahrzeuge zeigen die Partner im Leika-Projekt das Leichtbaupotential der Hybridwerkstoffe und die Möglichkeiten eines kombinierten Press- und Hinterspritz-Prozesses. Nach ersten erfolgreichen Umformversuchen im Labormaßstab wurde am ILK eine Versuchsanlage konzipiert und aufgebaut. Auf Basis der Prozess-Entwicklungszentrum 30.000-Kilonewton-Schnellhubpresse im Prozess-Entwicklungszentrum des ILK wurde eine bauhöhenreduzierte Bolt-On-Anlage mit einem SP 12000-Spritzaggregat entwickelt und installiert. Mit dieser Anlagentechnik ist es möglich, die FKV-Metall-Hybridwerkstoffe in einem Schritt umzuformen und zu hinterspritzen. Die daraus abgeleitete Prozess- und Strukturqualität bei Taktzeiten deutlich unter zwei Minuten untermauern das theoretische Potential einer solchen Hybridisierung auf Werkstoff- und Fertigungsseite.

Derzeit laufen Tests an Bauteilen und die experimentelle Validierung der gesamten Baugruppe, um den Nachweis zu erbringen, dass die prognostizierte Masseverringerung von etwa 25 Prozent gegenüber einer metallischen Leichtbaulösung bei gleicher leistung erreicht wird.

Neben der Leika-Bodengruppe präsentiert das Institut auf der K 2016 einen Funktionsintegrativen Fahrzeugsystemträger, der im Sonderforschungsbereich 639 entwickelt wurde. Der in neuartiger Textil-Thermoplast-Bauweise aufgebaute Technologiedemonstrator ist ein Nutzfahrzeug in modernem Design für den urbanen, kommunalen oder innerbetrieblichen Transport.

Über Leika

Im September 2013 startete das Verbundprojekt Leika als erstes Forschungsprojekt innerhalb der Plattform Forel. Ziel von Leika ist die Entwicklung neuer Bauweisen unter Berücksichtigung großserientauglicher Herstellungsverfahren und Fügekonzepte für hochbelastete Karosseriestrukturen in metallintensiver Mischbauweise für Elektro-Fahrzeuge. Im Projekt Leika arbeiten federführend verschiedene Gesellschaften der Thyssenkrupp und das Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) der TU Dresden der Frimo-Group, Inpro, Kirchhoff Automotive, Kraussmaffei, Institut für Kraftfahrzeuge (ika) der RWTH Aachen, Institut für Metallformung (imf) der TU Bergakademie Freiberg, Institut für Umformtechnik und Leichtbau (IUL) der TU Dortmund und das Laboratorium für Werkstoff und Fügetechnik (LWF) der Universität Paderborn. Das Projekt endet im Dezember 2016.

Über Forel

Forel ist ein Zusammenschluss deutscher Entwicklungs- und Forschungszentren mit der Industrie. Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Projekt startete im Juli 2013. Ziel ist es, gezielt Lücken in vorhandenen Entwicklungs- und Prozessketten der Elektromobilität zu schließen. Bislang sind Erfahrungen zur großserienfähigen Auslegung, zur Herstellung und zum Recycling von Leichtbaustrukturen an vielen Stellen in Deutschland nur isoliert vorhanden. Das am Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik der TU Dresden entwickelte Dresdner Modell eines Funktionsintegrativen Systemleichtbaus in Multi-Material-Design bildet die Grundlage für Forel.

K 2016, Halle 7, Stand SC11

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