Werkstoffverbund Hybrider Leichtbau aus Sachsen

Redakteur: Dipl.-Ing. Dorothee Quitter

Hybridwerkstoffe ermöglichen die Herstellung von Produkten mit neuen Eigenschaften und Funktionen. Dresden ist hier einer der wichtigsten Forschungsstandorte Deutschlands.

Anbieter zum Thema

Vorstudien zum Funktionalisieren von FKV-Hohlprofilen im Spritzgießprozess.
Vorstudien zum Funktionalisieren von FKV-Hohlprofilen im Spritzgießprozess.
(Bild: ILK)

Ob neuartige metallische Strukturen, hybride Werkstoffe, Verbundwerkstoffe aus Faserkeramik oder Materialien mit hoher Temperaturbeständigkeit – der technologische Fortschritt hängt wesentlich von Neuen Materialien ab.

In Dresden ist Deutschlands größtes Leichtbau-Cluster ansässig. So gibt es in der Region ein einzigartiges Netzwerk von Forschungs- und Entwicklungseinrichtungen in diesem Bereich. Mehr als 2000 Werkstoffforscher arbeiten in 19 Forschungseinrichtungen an neuen Werkstoffen, so an der Exzellenzuniversität TU Dresden, an der Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden sowie an Instituten der Fraunhofer-, Leibniz- und Helmholtz-Gesellschaft.

Ausgehend von der TU Dresden hat sich ein leistungsstarker Leichtbau-Campus gebildet. Kernstück ist das Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK). Rund 240 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler forschen, lehren und arbeiten am ILK in der Grundlagen- und anwendungsorientierten Forschung bis hin zur konkreten Innovationsentwicklung für Industriepartner. Die Arbeit am Institut ist geprägt vom Dresdner Modell des „Funktionsintegrativen Systemleichtbaus in Multi-Material-Design“, das bereits 1995 vom Institutsgründer Professor Werner Hufenbach entwickelt wurde.

20 Jahre Erfahrung waren für das Bundesforschungsministerium Grund genug, dem ILK mit dem Projekt FOREL die Koordination einer national übergreifenden, offenen Forschungsplattform zur Entwicklung von Hightech-Leichtbausystemlösungen in Multi-Material-Design für E-Fahrzeuge der Zukunft zu übertragen. FOREL ist ein Zusammenschluss namhafter deutscher Entwicklungs- und Forschungszentren mit der Industrie. Ziel des Projektes ist es, Lücken in vorhandenen Entwicklungs- und Prozessketten der Elektromobilität zu schließen. Der funktionsintegrative Systemleichtbau in Multi-Material-Design bildet die Grundlage für das Projekt.

Kürzere Prozesse und optimierte Fügetechnologien

Im Forschungsprojekt Q-Pro arbeiten Wissenschaftler beispielsweise an der Entwicklung eines großserienfähigen und qualitätsgesicherten Fertigungsprozesses zur Herstellung von Leichtbaustrukturen in Multi-Material-Design. Vor allem für die Elektromobilität sind Bauteile in sogenannter 3D-Hybrid-Technologie – eine Verbindung aus hochfestem Stahl, endlosfaserverstärktem Thermoplast und faserverstärkter Thermoplast-Formmasse – ein entscheidender Entwicklungsschritt zur Senkung des Energiebedarfs und für die daraus resultierende Reichweitenerhöhung.

Die gemeinschaftlich entwickelten Faserverbund-Metall-Mischbauweisen sollen – anders als bei herkömmlichen Verfahren – bereits im Ur- bzw. Umformprozess der Einzelkomponenten durch die Verwendung von Haftvermittlern und Laserstrukturierung der Metalloberfläche hergestellt werden. Damit können zeit- und kostenintensive nachträgliche Fügeverfahren zur Verbindung der unterschiedlichen Werkstoffe eingespart werden, was zu einer erheblichen Senkung der Prozesskosten beiträgt.

Faserverstärkte Kunststoffe werden aktuell fast ausschließlich in aufwändigen Verfahren hergestellt, die oft noch lange Entwicklungszeiten und hohe Kosten verursachen. Durch die im Verbundvorhaben Q-Pro fokussierten neuartigen Methoden wird eine frühzeitige Analyse und Bestimmung der signifikanten Prozess- und Qualitätsparameter, wie Druck, Temperatur oder Faserausrichtung möglich. Die neuen Methoden bilden die Grundlage für eine effiziente Entwicklung wirtschaftlicher Verarbeitungsprozesse für die Elektromobilität, aber auch andere Anwendungsbereiche.

Komplexe Faserverbund-Profile für die Großserie

Während die Kombination von flächigen Verstärkungsstrukturen, sogenannten Organoblechen, und Spritzgießformmassen bereits an der Schwelle zur Serienanwendung steht, ist eine Integration von FKV-Hohlprofilen mit kontinuierlichem Faserverlauf bisher nicht möglich.

Das Forschungsprojekt FuPro – „Bauweisen- und Prozessentwicklung für funktionalisierte Mehrkomponentenstrukturen mit komplex geformten Hohlprofilen“ – zielt daher auf die Entwicklung und Analyse eines neuartigen großserienfähigen Fertigungsprozesses für Mehrkomponentenstruk¬turen aus komplexen FKV-Hohlprofilen, Organoblechen und Spritzgießformmasse. Dadurch sollen ein weit über klassische Bauweisen hinausgehendes Maß an Prozess-, Struktur- und Funktionsintegration erreicht und so deutliche Gewichtsreduzierungen von Elektrofahrzeugen ermöglicht werden. Im Ergebnis des Projektes sollen die technologischen Voraussetzungen sowie das erforderliche Prozesswissen vorliegen, um diese Technologie kurzfristig in die Anwendung zu überführen.

Auf Basis der Projektergebnisse wird es zukünftig möglich sein, zeitnah Mehrkomponentenstrukturen für elektromobile Anwendungen zur Verfügung zu stellen. (qui)

(ID:43579894)