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Leichtbau im Automobil (LiA) Bildinformationen anzeigen
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Leichtbau im Automobil (LiA)

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Projekt „Eigenschaftsoptimierte Matrixsysteme für höchstfeste hybride Verbund-strukturen zur Gewichtsminimierung im Automobilbau“

Der effiziente Einsatz von materiellen Ressourcen und Energie wird zur zentralen Herausforderung für eine nachhaltige Entwicklung von Industrie und Gesellschaft. Eine bedeutende Maßnahme zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs bei Automobilen ist die Reduzierung der Fahrzeuggewichte. Werkstofflicher Leichtbau lässt sich durch Materialien mit hohen spezifischen mechanischen Eigenschaftswerten wie zum Beispiel Faserverbundkunststoffe (FVK) realisieren.

Diese Werkstoffe sind oftmals sehr kostenintensiv, so dass sie nur für spezielle Anwendungen ökonomisch sinnvoll eingesetzt werden können. Die Kombination von höchstfesten Stählen mit den herausragenden Eigenschaften von FVK zu Hybridwerkstoffen ermöglicht die symbiotische Nutzung der Vorteile beider Einzelwerkstoffe in einem Bauteil.

In Verbindung mit neuartigen Verarbeitungsverfahren ergibt sich ein aus technischer und ökonomischer Sicht sinnvoller Leichtbau. Multimaterialsysteme bzw. Hybridwerkstoffe (Abbildung 1) besitzen ein großes Leichtbaupotential. Gegenüber einem vergleichbaren konventionellen Stahlblechbauteil kann eine Gewichtsreduzierung von bis zu 40 % erreicht werden.

Abbildung 1: Beispiel für Bauteile aus Multimaterialsystemen

Aktuell ist dieses jedoch durch die Kombination von Standard-Werkstoffen determiniert. Insbesondere das Matrixsystem spielt eine wesentliche Rolle. Zentrale Aspekte sind die Verarbeitungseigenschaften, die Verbindungseigenschaften sowie die Crasheigenschaften der Matrixsysteme (Abbildung 2).

Abbildung 2: Potentiale aktueller und zukünftiger Matrixharzsysteme für Multimaterialsysteme

Das RTM wird aktuell u. a. angewendet, um FVK-Bauteile für die Automobilindustrie herzustellen. Aktuelle Standard-Matrixharze sind nur bedingt für eine automobile Großserienproduktion geeignet. Dies ist u. a. auf lange Aushärtezeiten (i. d. R. über 15 Minuten) zurückzuführen. Niedrige Zykluszeiten und damit geringe Herstellkosten sind jedoch die Grundlage für eine großserientechnische Umsetzung. Eine Verkürzung der Zykluszeit z. B. auf unter 5 Minuten bietet ein enormes Potential, die Bauteile in Großserien einsetzen zu können. Für niedrige Zykluszeiten sind neue Konzepte der Prozessführung notwendig. Die Nutzung des Matrixharzes als Klebstoff bei hybriden Bauteilen ermöglicht eine signifikante Zeit- und Kostenersparnis, da auf einen zusätzlichen Klebprozess verzichtet werden kann. Die Crasheigenschaften der Matrixsysteme sind vor allem für stark beanspruchte Strukturen im Automobilbau wie z. B. A-, B-, C-Säulen oder Seitenschweller von Interesse. Hier soll im Crashfall auf kurzem Weg möglichst viel Energie abgebaut werden, um die Insassen optimal vor Schädigungen zu schützen.

 

Aus der Problemstellung ergeben sich drei Handlungsfelder:

1. Werkstoffentwicklung: Ziel ist die Bereitstellung optimierter Matrixharze für hybride Werkstoffe. Die Optimierung erfolgt hinsichtlich der Verarbeitungs-, der Verbindungs- und der Crasheigenschaften. Als Referenzverfahren dient das RTM.

2. Fertigungsprozesse: Es werden großserientaugliche Herstellungsverfahren für hybride Bauteile auf Basis des RTM spezifiziert und erforscht.

3. Werkstoffcharakterisierung: Im Zentrum steht die Ermittlung von Kennwerten an Werkstoffproben und Referenzbauteilen, um ein detailliertes Abbild des Eigenschaftsprofils von Hybriden z. B. für die Auslegung neuer Bauteile liefern zu können. Durch die Zusammenführung der Ergebnisse aus den Handlungsfeldern werden Referenzbauteile aus den neuen Werkstoffen unter Anwendung der neuen Herstellungsprozesse gefertigt. Mit aufsteigender Komplexität werden idealisierte Strukturbauteile betrachtet. Durch verschiedene Prüfverfahren wird das Potential der Hybride im Vergleich zu den konventionellen Lösungen dargestellt.

Die Universität der Informationsgesellschaft