IKV: Neuartige Hybridleichtbautechnologie für die Automobilindustrie

Frontend eines Serien-PKW als hybrides Bauteil aus Stahl und glasfaserverstärktem Polyamid 6, optimal ausgelegt durch Struktursimulaton - (Bild: Ford).

Neuartiges Haftvermittlersystem für hybride Spritzgussbauteile

Das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Industrie und Handwerk an der RWTH Aachen erforscht in Zusammenarbeit mit Partnern aus Industrie und Forschung den Einsatz eines neuartigen Haftvermittlersystems für hybride Spritzgussbauteile. Hybridbauteile aus Metall und Kunststoff werden als hochbelastete Strukturbauteile, z.B. als Frontend, immer häufiger im Automobilbau eingesetzt. Die Werkstoffe Metall und Kunststoff werden üblicherweise durch einen Formschluss miteinander verbunden, der durch spritzgegossene Niete und/oder durch Kantenumspritzung erzielt wird. Ziel des Forschungsprojekts mit dem Namen „Hylight“ ist es, diesen Formschluss durch eine stoffschlüssige Verbindung zu ergänzen oder gar vollständig zu ersetzen.

Das Zusammenspiel des hybriden Werkstoffverbunds bei solch hochbelasteten Strukturbauteilen soll dadurch weiter optimiert werden. Die Vorteile der neuen Technologie werden an einem auf diese Weise optimierten Automobil-Frontend demonstriert. Als Ergebnis dieser Optimierung wird eine signifikante Gewichtsreduktion im Vergleich zur konventionellen Bauweise angestrebt.

Die stoffschlüssige Verbindung wird durch eine Haftvermittlerschicht erreicht, die noch vor der Metallumformung und dem Spritzgießprozess im Coil-Coating-Verfahren auf die Metallkomponente aufgebracht wird. Die angestrebte Optimierung soll erreicht werden, indem das mechanische Verhalten der Haftvermittlerschicht und der beteiligten Werkstoffe möglichst genau in einer Struktursimulation abgebildet wird. Zur Ermittlung von Kennwerten insbesondere für die Haftvermittlerschicht wurde am IKV ein spezieller Rohrprüfkörper entwickelt, bei dem die Kunststoffkomponente auf ein metallisches Blech aufgespritzt wird. Anhand dieses Prüfkörpers können Materialkennwerte des stoffschlüssigen Verbunds sowohl für Zug- als auch für Schubbelastung ermittelt werden. Die so ermittelten Materialkennwerte dienen unter anderem als Grundlage zur Kalibrierung von numerischen Modellen zur simulativen Auslegung der stoffschlüssigen Hybridbauteile.

Die aufgestellten Modellierungsansätze werden wiederum an Bauteilversuchen unter anderem an dem als Standardhybridbauteil etablierten „Erlanger Träger“ validiert. Aus diesen Erkenntnissen heraus wird die Konstruktion eines realen Frontends in Hinblick auf die Ausnutzung aller Vorteile der neuen Verbindungstechnologie hin optimiert und virtuell ausgelegt. Damit soll sich eine angestrebte Gewichtseinsparung bei gleichen oder sogar besseren mechanischen Eigenschaften simulativ nachweisen lassen. Durch die genaue Auslegung von stoffschlüssigen Hybridverbunden mithilfe der Struktursimulation können so neue Strukturanwendungen zur Serienreife gebracht werden, die bei gleicher Leistungsfähigkeit das Fahrzeuggewicht weiter senken sollen.

An dem Projekt „Hylight“ sind die Firmen Evonik, Ford, Hühoco, Kirchhoff Automotive, Lanxess und Montaplast, sowie der Lehrstuhl für Kunststofftechnik (LKT) an der Universität Erlangen als Projektpartner beteiligt. Gefördert wird das Projekt vom BMBF.

Weitere Informationen: www.ikv-aachen.de

Institut für Kunststoffverarbeitung, Aachen

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