Serientaugliche Hybridstrukturen für den Fahrzeugbau

Werkstoffe 08. 11. 2020
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Fahrzeuge mit hybriden Bauteilen werden für Deutschlands Automobilindustrie immer interessanter. Im Fokus stehen insbesondere hybride Leichtbaustrukturen, zusammengesetzt aus Faserverbund, Kunststoff und Metall. In einem neuen Forschungsprojekt, an dem Wissenschaftler des Laboratoriums für Werkstoff- und Fügetechnik (LWF) der Universität Paderborn beteiligt sind, wird daran gearbeitet, die Produktion dieser Hybridstrukturen industriell serientauglich und wettbewerbsfähig zu machen.

Hybridstrukturen aus Faserverbund, Kunststoff und Metall werden nach Aussage von Prof. Dr.-Ing. Gerson Meschut bereits im Fahrzeugbau genutzt, um das Karosseriegewicht zu reduzieren und die Crashsicherheit zu erhöhen. Mit hybriden Bauteilen könnten künftig vermehrt hochbelastbare multifunktionale Fahrzeugstrukturen geschaffen werden, die Energie und umweltschädliche Emissionen einsparen, so Prof. Meschut. Prof. Dr.-Ing. Gerson Meschut leitet seit Herbst 2011 die 1976 gegründete national und international anerkannte Paderborner Forschungseinrichtung LWF und betreut das Forschungsprojekt hypro – Ganzheitliche Umsetzung hybrider Bauweisen in die Serienproduktion mit seinen wissenschaft­lichen Mitarbeitern M. Sc. Heinrich Günter und M. Sc. Julian Vorderbrüggen.

Obwohl die aus Faserverbund, Kunststoff und Metall bestehenden Hybridstrukturen verschiedene Vorteile gegenüber den klassischen im Fahrzeugbau eingesetzten Materialien, wie konventionellem Stahl bieten, sind sie bislang nicht Teil der Serienproduktion, denn es gibt noch zu viele Unwägbarkeiten. Hier setzen die Paderborner Forscher mit ihren Partnern an.

Die Forschenden wollen im Projekt eine kombinierte physische und virtuelle Prozess­kette für Faserverbund-Kunststoff-Metall-Hybrid­strukturen aufbauen und analysieren, wie diese Kette in seriennahen Produktionsszenarien angewendet werden kann. Den Kern der Prozesskette soll eine flexible Fertigungszelle bilden, in der mittels der so­genannten Spritzguss-­Kombinationstechnik Hybridstrukturen hergestellt werden. Die Zelle soll es Autobauern später ermöglichen, eine breite Palette von metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen vollautomatisiert und wandlungsfähig vorzubehandeln.

Mittels etablierter Fügetechnologien unter­sucht Meschut mit seinem Team, wie sich die Faserverbund-Kunststoff-Metall-Hybrid­strukturen effizient in Montagelinien der Serienproduktion von Fahrzeugen integrieren lassen. Außerdem werden wir spezifische Demontage- und Reparaturkonzepte für die Hybridkomponenten entwickeln, erläutert Heinrich Günter.

Im Projekt hypro werden die Faserverbund-Kunststoff-Metall-Hybridstrukturen ferner in den einzelnen Prozessschritten Entwicklung, Charakterisierung und Fertigung komplett digitalisiert. Durch diese Virtualisierung der Prozesskette und durch das Zusammenführen von Real- und Simulationsdaten wird es künftig möglich sein, die Qualität der Hybridstrukturen zerstörungsfrei zu sichern und gezielt die Bauteileigenschaften der Hybridkomponenten zu prognostizieren, so Julian Vorderbrüggen.

Über das Projekt

Das auf zweieinhalb Jahre angelegte Projekt hypro – Ganzheitliche Umsetzung hybrider Bauweisen in die Serienproduktionstartete im Mai 2020 und wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung unter Betreuung des Projektträgers Jülich mit 3,3 Millionen Euro gefördert. Beteiligt sind elf Einrichtungen aus Forschung und Industrie.Das Projekt wird von der Brose Fahrzeugteile SE & Co. KG in Bamberg und dem Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik der TU Dresden koordiniert. Beteiligt sind außerdem die AUMO GmbH, die COBES GmbH, die FEP Fahrzeugelektrik Pirna GmbH & Co. KG, die GK Concept GmbH, die inpro Innovationsgesellschaft für fortgeschrittene Produktionssysteme in der Fahrzeugindustrie mbH, die Plasmatreat GmbH sowie die Symate GmbH.

Text zum Titelbild: Blick in einen Bereich des Laboratoriums für Werkstoff- und Fügetechnik (LWF) an der Fakultät für Maschinenbau (Foto: Matthias Groppe)

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