Karosseriekomponenten CFK-Motorhaube in einem Schuss

Die Herstellung von faserverstärkten Bauteilen soll möglichst hochgradig automatisiert werden. Dabei zeigt sich, dass dies nur gelingt, wenn alle Beziehungen zwischen Bauteil und Prozess betrachtet werden. Aus dieser Erkenntnis heraus gelingt nun die rationellere Fertigung von CFK-Teilen.

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Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH

AGTOS Gesellschaft für technische Oberflächensysteme mbH GmbH

Mikron Switzerland AG, Division Tool

Institut für Kunststoff- verarbeitung (IKV) an der RWTH Aachen

Faserverstärkte Kunststoffe (FVK) gewinnen im Bereich der Mobilität zur Verbesserung der Effizienz und der Ressourcenschonung immer mehr an Bedeutung. Nicht nur in der Luftfahrt und im Transportwesen, sondern auch im Automobilbereich, bei dem der Preis das meist entscheidende Kriterium darstellt, wird an kosteneffizienten und innovativen Lösungen gearbeitet. Vor allem durch die Begrenzung des CO₂-Flottenausstoßes von Neuwagen ab dem Jahre 2020 auf 95 g/km rücken FVK immer mehr in den Fokus einer Leichtbaustrategie.

Am Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) an der RWTH Aachen wurde in Zusammenarbeit mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie in einem aktuellen Forschungsprojekt im Rahmen des Förderprogramms „Hightech.NRW“ eine CFK-Motorhaube für den Ford Focus in Integralbauweise entwickelt und eine neuartige Spaltimprägnieranlagentechnik zur automatisierten Herstellung mit kurzen Zykluszeiten etabliert.

Die bloße Betrachtung von einzelnen Prozessen reicht nicht aus

Für die wirtschaftliche Herstellung von endlosfaserverstärkten Kunststoffbauteilen ist eine Optimierung von Einzelprozessen nicht zielführend. Die komplexen Wechselwirkungen zwischen der Bauteilgestaltung und den einzelnen Fertigungsschritten erfordern eine integrative Betrachtung der gesamten Produkt- und Prozesskettenentwicklung. Dabei stehen Dimensionierung, Auslegung sowie die Preform- und Bauteilherstellung im Fokus. Dazu wurde auf Basis einer Anforderungsanalyse am Referenzfahrzeug eine CFK-Motorhaube in Sandwichbauweise mit integrierten Anbindungselementen für die Scharniere und den Schließbügel entwickelt. Die am ika erarbeitete Simulationsmethodik zur virtuellen Bauteilauslegung wurde durch Funktionsmusterprüfungen im Hinblick auf Steifigkeit, Beulverhalten und Fußgängerschutz validiert und bestätigt. Durch die werkstoff- und fertigungsgerechte Konstruktion haben die Forscher im Vergleich zu der Stahl-Referenzmotorhaube bei fast identischen mechanischen Eigenschaften eine Gewichtsreduktion von circa 60 % (das sind etwa 5 kg) erreicht.

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