Von der COPRO-Technologie zum Hybridrollformprozess

Abstract

Von der COPRO-Technologie zum Hybridrollformprozess

Richtlinien zum CO2-Ausstoß und steigende Treibstoffpreise verlangen nach drastischen Gewichtsreduktionen im Transportwesen. Durch den Einsatz von faserverstärkten Bauteilen wird das Strukturgewicht signifikant reduziert. Bislang aber fehlen großflächig einsetzbare, effiziente und kostengünstige Fertigungsprozesse, wie sie in Volumenmärkten, wie der Automobilindustrie mit ihren hohen Produktionsraten, gefordert werden. Die kontinuierliche Preformingtechnologie, in Verbindung mit der RTM-Technik, kann zukünftig in der Lage sein, diesen Forderungen nach qualitativ hochwertigen Produkten zu günstigen Fertigungskosten zu liefern. Eine Möglichkeit bietet die COPRO-Technologie vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt. COPRO (Continuous Preforming Process) ist eine Technologieentwicklung zur kosteneffizienten und qualitätsgesicherten Produktion von rollgeformten Profilen für Faserkunststoff-Verbundbauteile. Mit der neuartigen Technologie können so genannte Profilvorformen für Trägerstrukturen in Kraftfahrzeug- und Nutzfahrzeugkarosserien, wie Dachquerträger, Dachspriegel oder Längs- und Querträger am Boden eines Autos, aus trockenen Faserhalbzeugen hergestellt werden. Dabei stellt COPRO einen vollautomatisierten Faserumformprozess bereit, der in bestehende FKV-Fertigungsprozesse integriert wird und teilautomatisierte oder weniger effiziente Verfahren ersetzen kann. Die Weiterentwicklung der COPRO-Technologie erfolgt im OHLF-Forschungscampusprojekt TRoPHy2 (Thermoplastische, Rollgeformte Profile in Hybridbauweise). Das Ziel des Projektes TRoPHy2 ist die Entwicklung, der Bau und die Analyse einer Rollformanlage, mit der Profile aus Kohlenstofffasern, thermoplastischer Matrix und Metall hergestellt werden können. Die notwendigen Fertigungsprozesse werden untersucht und validiert, um ein strukturmechanisch optimiertes, hybrides Strukturbauteil mit der Anlage zu fertigen, welches die Gewichtseinsparpotenziale hybrider Werkstoffe darstellt. Durch die Verbindung von Stahl mit kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) im effizienten Rollformverfahren kann eine schnelle und günstige Herstellung von hybriden Profilen ermöglicht werden. Dabei muss eine absolute Zuverlässigkeit der Verbindung von Metall und faserverstärktem Thermoplast über ein Bauteilleben garantiert werden. Insbesondere die Analyse der prozess- und fertigungsbedingten Verformungen, aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Hybridwerkstoffe, ist eine besondere Herausforderung des Projektes. Verbindungsfestigkeiten zwischen den Hybridwerkstoffen werden anhand von Zugscherversuchen ermittelt. Die Geometrieänderungen aufgrund fertigungsbedingter Verformungen werden während des Prozesses über Fiber Braggs ermittelt und anschließend bei Raumtemperatur mit optischen Systemen dreidimensional vermessen, um die realen Verformungen des Hybriden für eine Bauteilsimulation bereitzustellen.