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Forschungsziel: Die Kernidee des Verbundprojekts ProVorPlus ist die Herstellung von schalenförmigen faser-verstärkten Thermoplast-Metall-Hybrid Bauteilen durch die Verwendung komplexer hybrider Vorformlinge, welche in einem Vorkonfektionierungsschritt mittels einer funktionsintegrierten Handhabungs- und Fügetechnik aus einfachen (vorkonsolidierten) FVK- und Metallhalbzeugen aufgebaut und anschließend in einem Bauteilherstellungsprozess durch ur- und umformende Verfahren zu einem hybriden Bauteil endkonsolidiert werden. Die angestrebte Zykluszeit des Gesamtprozesses soll dabei unter 90 s und die Durchlaufzeit unter 5 Minuten liegen. Das Verbundprojekt wird im Rahmen des ForschungsCampus -Open Hybrid LabFactory e.V.- durchgeführt.
Dipl.-Ing. Claudius Noll
+49 721 608-24953
claudius.noll@kit.edu
Problemstellung
Um das wirtschaftliche Potenzial des FVK-basierten Leichtbaus zu steigern, wird die Herstellung von Komponenten mit einer bauteilintegrierten Hybridisierung angestrebt. Hierbei werden unterschiedliche Materialien mit verschiedenen Eigenschaften zu einem Bauteil kombiniert, wodurch eine Funktionalisierung (mechanisch, thermisch, akustisch und elektrisch) der einzelnen Werkstoffe ermöglicht wird. Mit dem Ansatz einer bauteilintegrierten Hybridisierung geht die Notwendigkeit zur Entwicklung entsprechender Produktionstechnologien einher, welche es ermöglichen entsprechende Bauteilkomplexitäten (z.B. für den lastpfadgerechten Aufbau) automatisiert und effizient in einer durchgängigen Prozesskette herstellen zu können. Aufgrund der meist werkstoff- und bauteilspezifisch ausgelegten Fertigungstechnologien, ist die Fertigung von schalenförmigen Bauteilen im Multi-Material-Mix mit den heute verfügbaren Verfahren, Anlagen- und Werkzeugtechnologien nicht wirtschaftlich. Für den Einsatz bauteilintegrierter Hybridisierung werden Prozessketten benötigt, welche über die bisher werkstoffspezifisch orientierter Anlagen-konzepte hinausgehen und eine hohen Automatisierungsgrad sicherstellen.
Projektziele
Das Verbundprojekt -ForschungsCampus Open Hybrid LabFactory: ProVorPlus- zielt auf die Bereitstellung einer Produktionstechnologie und den Aufbau einer durchgängigen Prozesskette zur großserientauglichen Herstellung von schalenförmigen faserverstärkten Thermoplast-Metall-hybriden Strukturbauteilen ab. Sie soll es ermöglichen, lastpfadoptimierte und funktionsintegrierte Bauteile durch den Einsatz von vorkonfektionierten Multi-Material-Vorformlingen (Metall und FVK) herzustellen und somit Bauteile ohne weitere Fügeoperationen in einem (kombinierten) Umform-/Urform-Prozess in einem Takt zu fertigen. Die Umsetzung der Prozesskette erfolgt anhand der Fertigung eines Demonstratorbauteils in der Open Hybrid LabFactory. Die angestrebten Zielgrößen für das entwickelte Gesamtsystem sind Zykluszeiten von weniger als 90 s und Durchlaufzeiten von unter 5 Minuten.
Vorgehensweise
Zur Zielerreichung werden zu Projektstart anhand einer Prozess- und Bauteildefinition die Anforderungen an den angestrebten Produktionsprozess und das herzustellende hybride Demonstratorbauteil festgelegt. Weiter erfolgt die Konstruktion und Optimierung des Demonstrators im Multi-Material-Mix zur späteren Fertigung auf der Anlagentechnik der Open Hybrid LabFactory. Für die Simulation und Auslegung im weiteren Projektverlauf werden projektbegleitend Materialcharakterisierungen durchgeführt. Im Arbeitspaket der Vorkonfektionierung wird eine Produktionstechnologie zur Herstellung komplexer hybrider Vorformlinge in Lagenbauweise untersucht. Es werden Ablaufszenarien erarbeitet, benötigte Funktionen abgeleitet und in Geräte- und Steuerungstechnik umgesetzt. Für die Endkonsolidierung des Bauteils werden ur- und umformtechnische Prozesse entwickelt, mit welchen die hybriden Vorformlinge in einem Takt zu einem hybriden Bauteil finalisiert werden. Die entwickelten Teilprozesse der Vorkonfektionierung und der Bauteilherstellung werden durch eine durchgehende Verkettung zu einem Gesamtprozess kombiniert und in der Open Hybrid LabFactory aufgebaut. Für die technologische und wirtschaftliche Bewertung wird ein Technologieträger auf der Anlagentechnik hergestellt und geprüft. Um eine erfolgreiche Projektbearbeitung sicherzustellen, vereint das Konsortium mit den beteiligten Projektpartnern Kompetenzen aus den Gebieten der Ur- und Umformtechnik, der Handhabungstechnik, der Prozessentwicklung und Automatisierung, dem Formen- und Werkzeugbau und der Bauteilkonstruktion.
Anwendungspotenzial
Das Projekt ProVorPlus leistet durch die Bereitstellung einer großserientauglichen Produktionstechnologie einen Beitrag für die Umsetzung der funktionsintegrierten Hybridbauweise in großen Stückzahlen. Nach Abschluss des Projekts wird das entwickelte Fertigungskonzept im Rahmen der Open Hybrid LabFactory für den Einsatz in der Großserienfertigung vorbereitet. Auch die im Projekt entwickelten Teilsysteme und -komponenten, zum Beispiel in den Bereichen Greifer-, Füge- und Werkzeugtechnologie, werden nach Projektende von den einzelnen Projektpartnern auch für andere Anwendungsbereiche weiterentwickelt. Das Projekt ProVorPlus leistet einen Beitrag zum Forschungsschwerpunkt -Integrierte Fertigungstechnologien- der Open Hybrid LabFactory und stellt eine Prozesskette und Anlagentechnik zur Verfügung, auf deren Basis zahlreiche weitere Entwicklungsprojekte initiiert werden können.
Campusbeitrag
Im Rahmen von ProVorPlus wird eine großserientaugliche Fertigungs- und Produktionstechnologie zur Herstellung hybrider Leichtbaukomponenten entwickelt und eine Fertigungsanlage aufgebaut. Die auf der Anlage in Betrieb genommene Produktionstechnologie liefert die Grundlage für die kommenden Förderphasen des Campus und dient den Projekten MultiMaK2, KonText und TRoPHy2 als Anwendungsbeispiel bzw. Vergleichsprozess.
In der folgenden Liste sehen Sie Ihre ausgewählten Projekt-Favoriten.
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