Effizienter Leichtbau durch kontinuierliche Faserverbundfertigung

Abstract

Leichtbau ist oftmals eine wesentliche Anforderung bei der Entwicklung neuer Bauteile, insbesondere bei bewegten Massen. Schwere Akkus in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, stetig steigende Sicherheitsanforderungen und erhöhte Komfortansprüche der Kunden treiben die Gewichte in die Höhe. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. (DLR) hat sich dieser Herausforderung mit seinem Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik in Braunschweig gestellt. Gerade vor dem Hintergrund der notwendigen Reduktion von CO2- sowie weiterer Treibhausgasemissionen spielt der Leichtbau eine entscheidende Rolle. Je leichter eine Struktur ist, um so geringer ist der Energiebedarf, der für die Bewegung erforderlich ist. Um die Leichtbaupotenziale voll ausschöpfen zu können, müssen in der Regel Materialsubstitutionen erfolgen, bei denen leichtere Werkstoffe Materialien mit hohen Dichten ersetzen. Dabei besteht die große Herausforderung darin, die strukturellen Eigenschaften - z. B. Steifigkeit und Festigkeit - zu erhalten. Bei der Substitution metallischer Werkstoffe durch deutlich leichtere Faserverbundwerkstoffe stellt die kosteneffiziente Fertigung eine weitere Herausforderung dar. Nur damit lässt sich Leichtbau im hart umkämpften Markt der Bauteilproduktion auch wirtschaftlich attraktiv umsetzen. Seit Jahren erforscht und entwickelt das Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik effiziente, kontinuierliche Fertigungstechnologien, die helfen, Leichtbauweisen optimal umzusetzen und dabei die Besonderheiten der Faserverbunde berücksichtigen. In dem vom BMWi geförderten Projekt Next.Move - AuProH ließen sich durch Minimierung des Verschnittes und durch die Veränderung der herkömmlichen Bauweise mit einem effizienten kontinuierlichen Fertigungsverfahren für CFK-Längsversteifungen Materialeinsparungen von über 18 % realisieren. In dem vom BMBF geförderten Projekt TRoPHy2 wurde eine Technologie entwickelt, welche die effiziente Fertigungstechnologie des Rollformens zur Hybridprofilherstellung nutzt. Diese Hybridprofile sind Bauteile aus thermoplastischen Faser-Kunststoff-Verbunden und Stahl. Die Technologie ist konzipiert für den Einsatz in der Großserie. In diesem Projekt wurde eine industrienahe Fertigungsanlage für die kontinuierliche Fertigung dieser Leichtbauprofile entwickelt, mit denen PKW-Profile gefertigt werden können, die eine Gewichtsersparnis von bis zu 44,9 %aufweisen. Der Vortrag stellt die unterschiedlichen Forschungs- und Entwicklungsstufen der kontinuierlichen Faserverbundfertigung im Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik dar und bietet interessierten Partnern vielfältige Anknüpfungspunkte im Hinblick auf eine effiziente und leichtbaugetriebene Fertigung von Faserverbundstrukturen.