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Forschungsziel: Die konventionelle Herstellung von 3D-Hybridkomponenten mittels Formwerkzeugen auf großen Anlagen im Spritzguss- oder Umformverfahren sind bei sehr hohen Stückzahlen effizient und wirtschaftlich. Ein entsprechendes Fertigungs- und Bauteilszenario wurde im Projekt ProVorPlus in der ersten Hauptphase erarbeitet. Vor dem Hintergrund einer zunehmenden Produkt- und Funktionsvarianz stoßen formgebundene Verfahren jedoch durch hohe Werkzeugkosten zunehmend an ihre wirtschaftlichen Grenzen. Deshalb werden mit diesem Projekt neue Wege für hochautomatisierte, flexible und investitionsarme roboterbasierte Fertigungskonzepte beschritten. Ziel ist die Fertigung variantenreicher hybrider Funktionsstrukturen in großer Stückzahl. Dies soll durch eine Kombination von hochproduktiven formgebenden Fertigungsverfahren mit einer großserienfähigen roboterbasierten additiven Fertigungsstrategie erfolgen. Dadurch sollen neue dynamische Produktionsverfahren für eine wirtschaftliche Variantenfertigung entstehen.
Prof. Klaus Dröder +49 531 391-7600
k.droeder@tu-braunschweig.de
Dipl.-Ing. Claudius Noll
+49 721 608-24953
claudius.noll@kit.edu
Problemstellung
Während großserienfähige Fertigungsverfahren zur Herstellung von Hybridbauteilen erst sporadisch den Einzug in die industrielle Automobilproduktion gefunden haben und nach wie vor den Kern aktueller Forschungs- und Entwicklungsprojekte darstellen, ergeben sich aus fertigungstechnischer Sicht mit der Forderung nach einer hohen Variantenvielfalt neue Herausforderungen. Diese werden in der Wissenschaft und im produktionstechnischen Umfeld der Automobilindustrie zunehmend beschrieben und diskutiert. Es existieren allerdings bisher keine Verfahren, um den technoökonomischen Anforderungen an eine großserienfähige Variantenfertigung von hybriden Fahrzeugbauteilen zu entsprechen.
Projektziele
Gesamtziel des beantragten Forschungsvorhabens „Forschungscampus Open Hybrid LabFactory: HyFiVe“ ist eine kombinierte Bauteil- und Produktionsprozessentwicklung zur großserienfähigen Variantenfertigung von Faser-Kunststoff-Metall-Hybridbauteilen. Innerhalb des Handlungsfeldes „Halbzeugentwicklung“ wird angestrebt, geeignete Halbzeuge zur Variantenfertigung von Kunststoff-Metall-Hybridbauteilen unter Berücksichtigung der spezifischen Anforderung im Bereich von Batteriegehäusestrukturen bereitzustellen. Das Handlungsfeld „Pre- und In-Mould-Variantenbildung“ entwickelt Prozesstechnologien zur Variantenfertigung von hybriden Bauteilen im Fließpressverfahren basierend auf der Herstellung formflexibler dreidimensionaler Preforms. Das Ziel im Rahmen der „Post-Mould-Variantenfertigung“ ist die Beherrschung geeigneter additiver Fertigungsprozesse zur nachträglichen Erweiterung des Variantenspektrums sowie zur prozesssicheren Kontaktierung von Funktionselementen.
Vorgehensweise
Zu Projektstart werden die funktionalen und produktionstechnischen Anforderungen sowie die Spannweite der zu betrachtenden Varianz des herzustellenden Referenzbauteils festgelegt. Die Konstruktion der entwickelten Bauteilvarianten wird kontinuierlich unter Berücksichtigung der aktuellen Randbedingungen aus Produktionsprozess- und Halbzeugtechnologien und Gesamtfahrzeuganforderungen optimiert. Parallel erfolgt die Entwicklung der für den variantenflexiblen Herstellungsprozess notwendigen Halbzeuge. Fokus sind dabei funktionsintegrierte Tape-Halbzeuge, Fließpressmasse, sowie metallische Verstärkungselemente. In der Pre- und In-Mould-Variantenbildung wird eine Prozesskette zur Variantenfertigung von hybriden Bauteilen im Fließpressverfahren entwickelt. Die Integration der vorher entwickelten Tape-Halbzeuge erfolgt durch die Herstellung eines dreidimensionalen endkonturnahen Preforms mit anschließender Endkonsolidierung. Zur Sicherstellung der Varianz des Verfahrens werden zusätzlich formvariable Werkzeuge für das Fließpressverfahren entwickelt. In der Post-Mould-Variantenbildung wird die geringere geometrische Detailtiefe des Fließpressens durch additive Finalisierung kompensiert. Weiterhin werden Verfahren entwickelt, welche eine prozesssicherere Kontaktierung funktionaler Bauteilschichten (EMV-Schutz, Leiterbahnen) mit dem Leitungsstrang eines Fahrzeugs ermöglichen.
Anwendungspotenzial
Das Projekt HyFiVe leistet durch die Bereitstellung großserientauglicher, variantenreicher Prozesstechnologien einen großen Beitrag zur Umsetzung des funktionsintegrierten Multi-Material-Leichtbaus. Die entwickelten Technologien werden nach Projektabschluss in die bereits bestehende Infrastruktur der Open Hybrid LabFactory eingegliedert und auf den industriellen Einsatz in der Großserie vorbereitet. Die innerhalb des Projekts entwickelten Komponenten wie z. B. Endeffektoren und Umformwerkzeuge werden nach Abschluss von den einzelnen Partnern eigenständig oder in Kooperation für weitere Bereiche weiterentwickelt. Das Projekt erweitert den Forschungsschwerpunkt „Integrierte Fertigungstechnologien“ um den Aspekt der Variantenfertigung. Hierfür wird eine Prozesskette für die automatische Variantenfertigung bereitgestellt, welche eine Basis für weitere Entwicklungsprojekte darstellt. Die entwickelten Ergebnisse werden auf nationalen und internationalen Tagungen der Öffentlichkeit vorgestellt.
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