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76 Forschung auf höchstem Niveau | Forschergruppe Kunststoffbasierte Leichtbauverbunde für Fahrzeuge INDUSTRIENAHE FORSCHERGRUPPEN Kunststoffbasierte Leichtbauverbunde für Fahrzeuge In Deutschland kommen jedes Jahr mehr Autos mit Elektroantrieb auf den Markt. Die Elektrifizierung des Antriebsstrangs macht die Fahrzeuge aber schwerer. Und auch wegen schwerer Batterien, zusätzlicher Sicherheitselemente und steigender Komfortansprüche der Passagiere setzt die Automobilindustrie zunehmend auf Leichtbauweise. Kunststoffe erlauben es, notwendiges Zusatzgewicht in anderen Fahrzeugbereichen zu kompensieren. Für leichtere Bauteile hat die Forschergruppe zwischen 2012 und 2015 den Einsatz von Kunststoff als Basismaterial erforscht und innovative Hybridwerkstoffe entwickelt. Kunststoffe können durch ihre geringe Dichte und ihre hervorragenden Eigenschaften extrem variabel eingesetzt werden. Sie haben für neue Anwendungsmöglichkeiten vor allem dann ein gigantisches Potenzial, wenn sie im Verbund mit anderen Werkstoffen verwendet werden. So entstehen Hybridwerkstoffe mit Eigenschaften, die der jeweiligen Anwendung ganz gezielt angepasst sind. Die siebenköpfige Forschergruppe Kunststoffbasierte Leichtbauverbunde für Fahrzeuge entwickelte unter der Leitung von Prof. Michael Koch neue Leichtbaulösungen für Großserien mit herausragenden Eigenschaften und zusätzlich integrierten Funktionen. „Mit innovativen Kunststoffverbunden verringern wir das Gewicht von Fahrzeugen der Zukunft erheblich.“ Mit Verbundwerkstoffen aus Metallen mit Kunststoffen lässt sich das Gewicht von Fahrzeugen erheblich verringern. Die Wissenschaftler der Forschergruppe entwickelten vollkommen neue Verfahren, bislang kaum zu kombinierende Werkstoffe aus zwei unterschiedlichen Materialkategorien miteinander zu verbinden. Für solche Hybridbauteile untersuchten sie die Kombination von Aluminium und Thermoplast mit zwei unterschiedlichen Verbindungstechniken: Zum einen mit Laserschweißtechnik, also kraftschlüssiger Verbindungstechnik, und zum anderen, für Bauteile mit hoher Stoßenergieabsorption, mit dem sogenannten Thermoplastumspritzen von Aluminiumschaum. Auf diese Weise werden neue Strukturelemente möglich, die durch ihr geringes Gewicht die Crashenergie bei einem Unfall optimal absorbieren. Die Forschergruppe arbeitete auch daran, Kunststoffen in Kombination mit anderen Werkstoffen besondere Eigenschaften zu verleihen. So entwickelten sie für Bedienelemente am Armaturenbrett beispielsweise leitfähige Kunststoffe, um elektrische Verbindungen in Formteile zu integrieren. Und Forscher aus den Fachgebieten Kunststofftechnik und Fertigungstechnik entwickelten zusammen mit Wissenschaftlern des Thüringischen Instituts für Textil- und Kunststoff-Forschung (TITK), einem An-Institut der TU Ilmenau, interdisziplinär Verbundstoffe für leichte Fahrzeuge von morgen. Die Forschergruppe optimierte das sogenannte RTM-Verfahren so, dass die Fahrzeugproduktion in Großserie beschleunigt und Qualitätsdefizite minimiert werden. Für den Fahrzeugbau mit Carbonkomponenten ist Resin Transfer Moulding derzeit das einzige Produktionsverfahren, mit dem hohe Stückzahlen gefertigt werden können. Es ermöglicht die abmessungsgenaue Herstellung hochfester und steifer Fahrzeugteile aus Faserverbundkunststoffen. Zur Tränkung von Glas- und Kohlenstofffasern mit flüssigem Harz stellten die Wissenschaftler Kapillar- und Strömungskräfte prozesstechnisch so aufeinander ein, dass die Produktion beschleunigt und die Fehler verringert werden. Durch die Optimierung des RTM-Verfahrens stehen den Fahrzeugherstellern künftig tragende Strukturbauteile, die keine weitere Bearbeitung mehr erfordern, sondern direkt eingebaut werden können, in besserer Qualität und rascher zur Verfügung.


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