Verfahren zur Herstellung großvolumiger, funktionalisierter und hochbelastbarer Verbundhohlkörper mit gewebeverstärkten Thermoplasten in verkürzter Prozesskette (TwinOSheet)

1. Zusammenfassung
Im Rahmen des hier dargestellten Verbundprojektes soll der Ansatz verfolgt werden, großvolumige, funktionalisierte Faserverbundhohlkörper in einem hochintegrativen, einstufigen Fertigungsprozess herzustellen und damit sowohl das Leichtbaupotential der Produkte als auch die Prozesskettenverkürzung zur Energie- und Ressourceneinsparung zu nutzen. Dies schließt neben der Verfahrenstechnik auch die Entwicklung eines Handlingsystems für biegeschlaffe endlosfaserverstärkte Halbzeuge sowie werkzeugbauliche Entwicklungen mit ein. Die Ableitung von Wirkzusammenhängen von Prozess- und Bauteileigenschaften sowie die Entwicklung einer Simulationsstrategie zur Abbildung der Prozesskette sollen die maximale Ausschöpfung des Leichtbaupotentials der neuen Technologie gewährleisten.
2. Problemstellung
Mehr Effizienz und dadurch weniger Verbrauch wird als Schlüssel zum Energiesparen und somit als größte und sofort nutzbare Energieressource gesehen. Das Forschungsvorhaben mit der Kurzbe-zeichnung ¿Twin-O-Sheet¿ verfolgt daher einen dreigliedrigen Ansatz, nämlich die Steigerung der Effizienz bei der Produktion, beim Materialeinsatz sowie während der Nutzungsphase von mobilen Sys-temen. Um das Leichtbaupotential gewebeverstärkter Thermoplaste optimal auszuschöpfen und so zu einer Gewichtsersparnis bei Fortbewegungsmitteln beitragen zu können, werden Hohlkörperstrukturen genutzt. Unter Hohlkörperstrukturen sind im Rahmen dieses Verbundvorhabens alle Bauweisen zu verstehen, bei denen dünnwandige Schalen einen großen, geschlossenen Raum bilden, wie z. B. Tankstrukturen, Solarthermiekollektoren oder hohle Sitzschalen. Die Besonderheit dieser geschlos-senen Strukturen ist, dass sie sehr viel steifer und stabiler sind als die Einzelteile, die diese Hohlstruktur bilden.
3. Projektziele
Hauptziel des Verbundprojekts ist die Erforschung und Entwicklung eines großserientauglichen Produktionsverfahrens zur Herstellung geschlossenvolumiger, funktionalisierter und hochbelastbarer Verbundhohlkörper für den Fahrzeugbau, z. B. Motorkapselungen, Türmodule, A- und B-Säulen und Sitzstrukturen oder auch für die Bereiche Bau, Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik, Maschinenbau und Sportgeräte, in einer extrem kurzen und damit hocheffizienten Prozesskette. Im Vergleich zur konventionellen, mehrstufigen Prozesskette soll unter Berücksichtigung aller Einzelaspekte mindestens 50 % Energie eingespart werden.
4. Vorgehensweise
Neben der Erarbeitung von integrativen Simulationsstrategien gilt es, automatisierte Handling- und Greifersysteme zu erforschen und zu entwickeln. Eine besondere wissenschaftlich-technische Herausforderung besteht dabei in der werkstoffgerechten, integrierten umformtechnischen Herstellung und Verschweißung von mindestens zwei Schalen. Dabei müssen Wirkzusammenhänge zwischen den Verarbeitungsparametern, wie z. B. Druck und Temperatur und der resultierenden Schweißnahtqualität anhand von Modellprobekörpern ermittelt werden.
Zur Erreichung der definierten Ziele ist eine strukturierte und systematische Herangehensweise erforderlich. Hierzu wurden acht Arbeitspunkte erarbeitet, deren sorgfältige Bearbeitung eine erfolgreiche Erforschung und Entwicklung der neuartigen und hocheffizienten Technologie zur Herstellung von funktionalisierten und hochbelastbaren Verbundhohlkörpern in Aussicht stellt.
5. Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Die Partner werden das im Rahmen des Verbundvorhabens erlangte Know-how auf interne Prozesse und Produktionslinien übertragen bzw. in weiteren Projekten anwenden und so die Ergebnisse zur Energieeinsparung nutzen und verwerten. Der volkswirtschaftliche Gesamtnutzen des Projektes ist durch seine Branchenübertragbarkeit sehr hoch und folgt aus dem Anwendungspotenzial, das die hier betrachtete Technologie für unterschiedliche Bereiche des verarbeitenden Gewerbes eröffnet.

• AUDI AG
• bielomatik Leuze GmbH & Co. KG
• Christian Karl Siebenwurst GmbH & Co KG Modellbau & Formenbau
• Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
• Gubesch Thermoforming GmbH
• LANXESS Deutschland GmbH
• Neue Materialien Fürth GmbH
• Schaumform GmbH