Leichtbautechnologien für den Fahrzeugbau

Aufgrund weltweit strengeren CO₂-Grenzwerten sind die Automobilhersteller verstärkt zum Einsatz neuer Technologien angehalten, um die Emissionsrichtlinien einzuhalten. Eine Möglichkeiten, um dieses Ziel zu erreichen besteht darin, Struktur- und Anbauteile aus leichteren Materialien wie bspw. faserverstärkten Kunststoffen zu fertigen. Dieser Trend zur Gewichtsreduktion bei Fahrzeugen geht mit der Nachfrage neuer Materialien und modernen Fertigungstechnologien einher, um die gesetzten Anforderungen an die Produkte einzuhalten.

Jedoch hat der Einsatz von FVK noch nicht umfassend in der automobilen Massenproduktion Einzug erhalten. Die Gründe sind vielfältig und reichen von unausgereiften Grundlagentechnologien bis hin zu Automatisierungslücken in etablierten Fertigungsprozessen. Das Fraunhofer IPT widmet sich gezielt diesen technologischen Herausforderungen, um mit serientauglichen Produktionstechnologien bezahlbaren Leichtbau zu realisieren.

Verbundprojekt »FSEM2 – Fraunhofer Systemforschung Elektromobilität II«

Leichtbaukomponenten aus faserverstärkten Kunststoffen können Elektroautos dabei helfen, die geforderten Reichweiten zu erzielen, um am Markt gegenüber Benzinern konkurrenzfähig zu werden. Doch noch sind diese Bauteile unverhältnismäßig teuer: Durch die langen Zykluszeiten in der Fertigung eignen sie sich vor allem für Autos im Hochpreissegment. Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen hat gemeinsam mit Partnern im Rahmen des Verbundprojekts Verfahren zur automatisierten Herstellung faserverstärkter Kunststoffbauteile für die Großserie entwickelt, die die Kosten für den Leichtbau im Automobilbau senken können.

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LightFlex

Photonische Prozessketten zur flexiblen, generativen, automatisierten und wirtschaftlichen Herstellung individuell angepasster hybrider Leichtbauteile aus thermoplastischem Faserverbundkunststoff

FibreChain

Im Projekt »Integrative Prozesskette für die automatisierte und flexible Produktion von Bauteilen aus faserverstärkten Kunststoffen (FibreChain)« entsteht das weltweit erste automatisierte und dennoch flexible, schlüsselfertige Produktionssystem zur Serienfertigung hochleistungsfähiger und recyclebarer Leichtbaukomponenten aus endlosfaserverstärkten Thermoplasten.

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Multi-Material Head

Mit dem multifunktionalen Tapelegesystem »Multi-Material-Head«, das am Fraunhofer IPT entwickelt wurde, lassen sich sowohl thermoplastische Tapes und duroplastische Prepregs als auch gespreizte und bebinderte Dry-Fiber-Rovings verarbeiten. Die Verar-beitung dieser Halbzeuge mit nur einem einzigen System reduziert den maschinellen Aufwand und erhöht die Flexibilität in der Produktion von Leichtbaukomponenten.

ComMunion

ComMUnion ermöglicht die produktive und kosteneffiziente Fertigung von 3D Metall / CFK Multi-Material-Komponenten. Laserunterstütztes automatisiertes Tapelegen von CFK, Hochgeschwindigkeits-Lasertexturieren und -Oberflächenreinigen, Online-Überwachung und -Überprüfung sowie computergestützte Modellierung werden in eine mehrstufige, roboterbasierte Fertigungszelle integriert, um Materialverbindungen höchster Güte zu produzieren.

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FVK sind Werkstoffe aus lasttragenden Fasern und einer bettenden Matrix. Bei den verwendeten FVK handelt es sich meist um kohlenstofffaserverstärkte Materialien (CFK). Diese gewinnen aufgrund ihrer hohen Steifigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht immer mehr an Bedeutung im Leichtbau und zwar auch in der Automobilbranche. Eine Umfrage des VDIs zeigt, dass der größte Zuwachs für die Serienfertigung von Leichtbaukomponenten im Bereich der Faserverbundwerkstoffe vermutet wird.

Im Zuge der zunehmenden Elektrifizierung in der Automobilbranche spielt der Leichtbau eine immer größere Rolle. Hierbei spielt vor allem das Potenzial zur Gewichtseinsparung eine große Rolle, um das hohe Batteriegewicht zu kompensieren und gleichzeitig die Reichweite der Fahrzeuge zu erhöhen. Neben dem Gewichtsaspekt bietet die Verwendung von FVK den Insassen auch eine verbesserte Fahrdynamik und höhere Sicherheit durch die höhere Strukturfestigkeit der faserverstärkten Komponenten im Vergleich zu herkömmlichen Konstruktionen.

Andererseits bietet die Verwendung von faserverstärkten Kunststoffen die Möglichkeit, die Potenziale von innovativen und hocheffizienten Produktionstechnologien auszuschöpfen. Aktuelle Forschungen beschäftigen sich damit, die Zykluszeiten der Verfahren weiter zu senken, um diese für eine Massenfertigung tauglich zu machen.

Durch die Kombination verschiedener Bereiche wie Kunststofftechnik, Automatisierung und Fügetechnik können am Fraunhofer IPT neue Fertigungsverfahren und Prozessketten entwickelt werden, welche zu einer wirtschaftlichen Herstellung innovativer Leichtbauprodukte führen.