Potenziale und Möglichkeiten rollgeformter Multimaterialprofile aus Stahl und CFK in neuen Fahrzeugkonzepten

Abstract

Leichtbau ist eines der zentralen Themen für die Automobilindustrie, so dass ein Großserieneinsatz von Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) weiter intensiv verfolgt wird. Unter wirtschaftlichen und ökologischen Randbedingungen ist vor allen Dingen die Multi-Material Bauweise interessant, bei der metallische Werkstoffe mit FKV kombiniert werden. Allerdings stellen diese Mischbauweisen für lasttragende Strukturen in der Großserie bislang ein Novum im Automobilbau dar und erfordern weitreichendes Wissen bezüglich FKV, deren Fügetechnologien und deren Fertigungstechnik. Durch die Verbindung von Stahl mit Leichtbauwerkstoffen, wie kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK), mit dem effizienten Rollformverfahren kann eine schnelle und günstige Herstellung von hybriden Profilen ermöglicht werden. Die Verbindung von zwei unterschiedlichen Komponenten geht dabei immer mit dem Auftreten von Grenzschichten einher. Eine absolute Zuverlässigkeit der Verbindung von Metall und faserverstärktem Thermoplast über ein Fahrzeugleben muss garantiert werden. Diese hybride Verbindung in einem Rollformprozess zu realisieren, ist prozessbedingt eine besondere Herausforderung. Im Rahmen des ForschungsCampus „Open Hybrid LabFactory e.V.“ wird im, vom BMBF geförderten Projekt TRoPHy2, „Thermoplastische, Rollgeformte Profile in Hybridbauweise“, eine Hybridrollformanlage entwickelt, und mit EFRE- und DLR-Mitteln gebaut, mit der Metallprofile mit Kohlenstofffasern und thermoplastischer Matrix zu einem Hybridbauteil hergestellt werden können. Die notwendigen Fertigungsprozesse wurden untersucht und validiert, damit ein strukturmechanisch optimiertes, hybrides Strukturbauteil mit der Anlage gefertigt werden kann, welches die Gewichtseinsparpotenziale hybrider Werkstoffe darstellt. Die Grenzflächen und Materialpaarungen des Verbundes wurden analysiert und optimiert, um die Hybridbauteile strukturmechanisch auslegen zu können. Mit den optimierten Materialien wurde ein industrietauglicher Fertigungsprozess sowie ein Anlagenkonzept entwickelt und umgesetzt mit dem die Herstellung von Bauteilfamilien ermöglicht wird.