5. Technologietag Hybrider Leichtbau

Experten und Anwender aus Industrie und Forschung trafen sich in Stuttgart, um mehr über aktuelle Entwicklungen und Trends zum Thema Leichtbau zu erfahren. EDAG PS stellt Lösungsansatz von Fügeverfahren für Multimaterialstrukturen im Automobilbau vor. In der Vortragsreihe zum Thema „Prozessinnovation – Optimierte Produktionsprozesse & Neue Strukturen“ präsentierte unser Fachexperte für Kunststofftechnik eine neue Entwicklung für den Einsatz von hybriden Werkstoffverbindungen vor.

Jüngste Entwicklungen im Automobil-Karosseriebau sowie im Interieur und Exterieur-Bauteildesign haben zu einem vermehrten Einsatz von Mischstrukturen aus Metallen und (verstärkten) Kunststoffen geführt.

Faserverstärkte Kunststoffe bieten mehr Freiheiten im Design

Weiterentwickelte Metalllegierungen mit einem verbesserten Crashverhalten sind erschwinglicher geworden und faserverstärkte Kunststoffe bieten durch ihre hohe spezifische Festigkeit und Steifigkeit mehr Freiheiten im Design. Die Kombination dieser beiden Werkstoffgruppen in bestimmten Bereichen der Karosserie hat jedoch herkömmliche Fügeverfahren mit mechanischen Befestigungsmitteln (z.B. Blindniet- oder Stanznietverbindungen bzw. Verschraubungen) an ihre Grenzen gebracht. Dies liegt an der relativ geringen Lochleibungsfestigkeit von Kunststoffen, insbesondere solchen mit hohen mechanischen Eigenschaften, die sie anfällig für Spannungsspitzen in der Nähe von Aussparungen und Löchern machen. Darüber hinaus zeigen Kunststoffe – insbesondere thermoplastische Werkstoffe – bei Belastung eine Neigung zu Kriechen und Relaxation. Dies führt zum Phänomen, dass die Vorspannkräfte, die fast immer von mechanischen Verbindungselementen ausgeübt werden, allmählich reduziert werden. Während die Spannkräfte in der Regel dazu beitragen, die Belastung insbesondere bei dynamischer Beanspruchung zu reduzieren, gelten diese Vorzüge nicht für Kunststoffe. Zusätzlich sind (verstärkte) Kunststoffe anfällig für falsche Prozessparameter beim Einsatz mechanischer Befestigungsmittel, die beim schichtweisen Aufbau von FVK (Faserverbundkunstoff) zu Delaminationen in der Matrix führen.

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Bildquelle: Gubesch Group

Neue Erkenntnisse durch Forschungsprojekt FlexHyJoin

Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, wurden in der Vergangenheit verschiedene Fügeverfahren entwickelt, um das Fügen von Metalllegierungen und Kunststoffen zu verbessern. Der Vortrag gibt einen Überblick zu diesen Fügetechniken und Fertigungsprozessen sowie zur (SoA basierten) mechanischen Befestigung von Stahl- und Leichtmetallen, wie sie in aktuellen Automobilprojekten eingesetzt werden.

Für eine werkstoffgerechte Verbindung von thermoplastischen Verbundwerkstoffen und Metalllegierungen kommt nun ein neuentwickeltes thermisches Fügeverfahren ins Spiel.

Diese Forschungsergebnisse stammen aus dem FLEXHYJOIN-Projekt, finanziert durch das Forschungs- und Innovationsprogramm HORIZON2020 der Europäischen Union. Im Projekt wird ein kombiniertes Verfahren aus induktiver Erwärmung und Laserschweißen von thermoplastischen Organoblechen mit Stahlblechteilen in einer einzigen Fertigungszelle entwickelt und die industrielle Reife beurteilt. Am Beispiel eines Dachspriegels in Mischbauweise wird der Prozess in einem Videofilm anschaulich realisiert.

Bild_Video FlexHyJoin

Videoquelle: FlexHyJoin – Flexible Production Cell for Hybrid Joining

Das Verfahren ist für hohe Durchsätze und kurze Taktzeiten ausgelegt. Ein hoher industrieller Reifegrad der entwickelten Technologien, verbunden mit geringen Zykluszeiten kann bereits jetzt als erreicht betrachtet werden.

In einem kurzen Ausblick werden auch die nächsten Projektschritte vorgestellt. Zusätzlich ist ein Live- Demonstration im Dezember geplant, zu dem externe Kunden gerne eingeladen sind. Für interessierte Entwickler und Anwender steht eine hochautomatisierte Fertigungszelle bereits jetzt für die Versuchsdurchführung zur Verfügung.

Ausführliche Details können Sie gerne der vertonten Präsentation aus der Vortragssession entnehmen:

Präsentation kostenfrei  ansehen! 

Den Vortrag am Technologietag Hybrider Leichtbau hat unser Kollege Niko Naumann gehalten, Fachexperte für CFK/Kunststoffe bei EDAG PS. Wenn Sie noch weitere Fragen zu Fügeverfahren von Metalllegierungen und Kunststoffen haben, erreichen Sie ihn am besten direkt per E-Mail unter: niko.naumann@edag-ps.com.