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Forschungsziel: Im Projekt TRoPHy2 wird eine Rollformanlage entwickelt, gebaut und analysiert, mit der Profile aus Kohlenstofffasern, thermoplastischer Matrix und Metall zu einem Hybridbauteil hergestellt werden können. Die notwendigen Fertigungsprozesse werden untersucht und validiert, damit zum Projektende ein strukturmechanisch optimiertes, hybrides Strukturbauteil mit der Anlage gefertigt werden kann, welches die Gewichtseinsparpotenziale hybrider Werkstoffe darstellt. 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
Leichtbau ist eines der zentralen Themen für die Automobilindustrie, so dass ein Großserieneinsatz von Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) intensiver 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 ein Novum im Automobilbau dar und erfordern weitreichendes Wissen bezüglich FKV, deren Fügetechnologien und deren Fertigungstechnik. Dieses Wissen ist in der Automobilbranche nicht im benötigten Umfang vorhanden oder nicht so weit aufbereitet, dass es auf die spezifischen Problemstellungen anwendbar ist. Zudem sind Leichtbaumaßnahmen mit aufwendiger Werkstoffproduktion und komplexen Fertigungsprozessen verbunden. 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 aber immer mit dem Auftreten von Grenzschichten einher. Eine absolute Zuverlässigkeit der Verbindung von Metall und faserverstärktem Thermoplast über ein Fahrzeugleben muss garantiert werden. Diese Verbindung in einem Rollformprozess zu realisieren, ist prozessbedingt eine besondere Herausforderung des Projektes.
Projektziele
Als Teilziele in TRoPHy2 werden ein Hybridbauteil strukturmechanisch ausgelegt, optimiert und es werden Gestaltungsregeln und Umformmethoden definiert, um Effekte wie Spring-In und Spring-Back des Hybridverbundes vorhersagen zu können. Insbesondere werden dazu die Grenzflächen und Materialpaarungen des Verbundes analysiert und optimiert. Mit den optimierten Materialien werden ein industrietauglicher Fertigungsprozess beschrieben und daraus Anlagenkonzepte entwickelt, die in einzelnen Modulen umgesetzt werden. Diese Module dienen der Analyse einzelner Fertigungsschritte und sollen zusammengesetzt eine komplette Fertigung abbilden. Anhand der Anlage werden die Kosten des Prozesses und des Bauteils ermittelt.
Vorgehensweise
Um die Projektziele zu erreichen, werden die Ergebnisse aus TRoPHy I, insbesondere die Definition der Zielbauteile, auf ihren Nutzwert für den neuen Sektor Nutzfahrzeuge hin überprüft und ggf. angepasst. Parallel werden die noch offenen Fragen bzgl. der Grenzflächenhaftung aus TRoPHy I identifiziert, analysiert und Lösungen optimiert. Insbesondere unter dem Gesichtspunkt der Fertigungstechnologie Rollformen, die in TRoPHy I nicht untersucht werden konnte, wird sowohl ein industrietauglicher Fertigungsprozess entwickelt, als auch der Hybridverbund für das Zielbauteil optimiert. Über den gesamten Projektverlauf werden Daten gesammelt, mit denen später eine Kostenermittlung und Analyse ermöglicht wird, um den Fertigungsprozess Rollformen von hybriden Bauteilen für spätere Ein-satzzwecke in der Industrie gegenüber alternativen Herstellmethoden bewertbar machen zu können.
Anwendungspotenzial
Die Ergebnisse aus TRoPHy2 fließen in die zukünftige Generation von Leichtbauprofilen ein. Durch die neu entwickelte Technologie werden hybride Profile in großer Anzahl kostengünstig herstellbar sein, wobei die Profile nicht mehr ausschließlich für die Automobilindustrie relevant sein müssen, sondern ebenfalls in der Luftfahrt einzusetzen sind. Zudem werden einige der Partner die Ergebnisse des Projekts auf Fachtagungen und -messen, wie beispielsweise der Faszination Leichtbau 2016 und 2018, dem Leichtbaugipfel 2017, dem Werkstoffsymposium und der IAA 2017 präsentieren. Die Technische Universität Braunschweig und das DLR werden die Ergebnisse ferner in der universitären Lehre verbreiten.
Campusbeitrag
Im Rahmen des Projektes entsteht eine Rollformanlage als Technologieplattform und Infrastruktur für weitere Forschungsprojekte.
In der folgenden Liste sehen Sie Ihre ausgewählten Projekt-Favoriten.
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