Flexible Prozessketten für thermoplastische integral gefertigte FKV- Bauteile mit komplexer Geometrie (3DProCar)

Problemstellung
Thermoplastische Faserkunststoffverbunde (FKV) bieten aufgrund ihrer hohen Steifigkeit und Festigkeit ein besonders hohes Potenzial zur Reduzierung des Gewichts von Elektrofahrzeugen. Voraussetzung für die industrielle Anwendung dieser Leichtbauwerkstoffe sind effektive Fertigungsverfahren zur anforderungsgerechten Kombination von Faser- und Matrixwerkstoffen und drastisch verkürzte und flexible Fertigungsabläufe. Von besonderer Bedeutung für die mechanischen Eigenschaften des FKV ist dabei die räumliche und kraftflussgerechte Anordnung der Verstärkungsfasern im Funktionsbauteil. Teure Karbonfasern bestimmen in hohem Maß den Preis damit erzeugter FKV. Ihre Rückgewinnung und Wiederverarbeitung im Stoffkreislauf von FKV ist daher geboten.

Projektziel
Das Ziel des Forschungsprojekts 3DProCar ist die Entwicklung einer automatisierten, verkürzten und großserientauglichen Fertigungsprozesskette für thermoplastische FVK-Karosserieteile. Das FKV-Halbzeug für Funktionsbauteile soll dabei innovativ durch eine textile Webtechnologie erzeugt werden, die die Herstellung dreidimensionaler Gebilde ermöglicht. Für den Einsatz als Verstärkungsfasern müssen Glasfasern und in zunehmendem Maße auch recycelte Karbonfasern durch spezifische Herstellungs- und Vorbehandlungsverfahren erzeugt bzw. präpariert und mit dem Matrix-Kunststoff zu einem hybriden webtechnisch verarbeitbaren Garn verbunden werden.

Vorgehensweise
Neben neuartigen Glas-Polyamid-Mischgarnen müssen dazu Mischgarne aus recycelten Karbonfasern entwickelt werden, die hohe Festigkeiten und gute Verarbeitungseigenschaften aufweisen. Angestrebt wird die Steigerung der Leistungsfähigkeit recycelter Carbonfasern im FKV von aktuell 20 auf 80 v. H. der ursprünglichen Materialeigenschaften. Der Fertigungsablauf und die Eigenschaften des FKV-Bauteils werden simulationsgestützt vorausbestimmt. Damit können einzelne Fertigungsschritte zeitlich überlagert und zu einer vollautomatischen, robotergestützten flexiblen Fertigung von thermoplastischen Karosseriebauteilen mit gesicherter Bauteilqualität und mit wenigen Prozessschritten verkettet werden.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Die prozesstechnischen Ergebnisse werden dem FOREL Forschungs- und Technologiezentrum zur Verfügung gestellt und dort zu einer Fertigungssystematik für die ressourceneffiziente Herstellung von Karosserie-Leichtbaustrukturen für Elektromobile zusammengeführt. Die Vorhabenergebnisse tragen wesentlich zur Ressourcenschonung durch Wiederverwendung von Recyclingwerkstoffen und zur Erfüllung der von der EU-Altfahrzeug-Richtlinie vorgegebenen Wiederverwertungsquote bei. Die neuartige Fertigungsprozesskette wird beispielhaft zur Fertigung einer Fahrzeugtür angewandt und kann über den Automobil-Karosseriebau hinaus auch für Leichtbaulösungen in der Luft- und Raumfahrt sowie im allgemeinen Fahrzeugbau breite Anwendung finden.

• DYNAmore Gesellschaft für FEM Ingenieurdienstleistungen mbH
• F.A. Kümpers GmbH & Co. KG.
• IBG Technology Hansestadt Lübeck GmbH
• IDEA GmbH
• Lindauer DORNIER Gesellschaft mit beschränkter Haftung
• MAGEBA International GmbH
• Mercedes-Benz AG
• Oskar Dilo, Maschinenfabrik, Kommanditgesellschaft
• PHP Fibers GmbH
• Technische Universität Dresden
• Wagenfelder Spinnereien GmbH