IKV: Gemeinschaftsprojekt –„Fertigung einer CFK-Motorhaube in wenigen Minuten“

Prototyp einer CFK-Motorhaube - (Bild: IKV).

Das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) hat zusammen mit dem Institut für Kraftfahrzeuge (ika) der RWTH Aachen und namhaften Industriepartnern erstmalig ein aus Kohlenstofffasern gefertigtes Musterbauteil einer Ford Focus Motorhaube präsentiert. Im Vergleich zur serientypischen Stahlmotorhaube ist das Gewicht der CFK-Motorhaube den Angaben zufolge um 60 Prozent auf unter 5 kg reduziert.

Spaltimprägnierverfahren für größere Bauteildimensionen
Ziel sei es, die CFK-Motorhaube im Spaltimprägnierverfahren serientauglich zu produzieren. Bereits 2009 wurde demnach zusammen mit der Firma Hille Engineering eine Spaltimprägnieranlage für die automatisierte Fertigung in kurzen Zykluszeiten von Hochleistungsbauteilen aus faserverstärkten Kunststoffen (FVK) entwickelt. Seitdem arbeitet das IKV kontinuierlich an der Ausweitung des Verfahrens. Aktuell können hochwertige Bauteile mit integrierten Funktionselementen im Ausmaß von 50 x 50 cm² in weniger als fünf Minuten gefertigt werden. Für die CFK-Motorhaube des Ford Focus wurden die bisher gewonnenen Erkenntnisse auf die Dimension von 105 x 158 cm² übertragen. Für die Fertigung werden unter 15 Minuten veranschlagt.

Die CFK-Motorhaube umfasst neben der gekrümmten Bauteilkontur und Versteifungsstrukturen auch Anbindungselemente für die Montage der Motorhaube. Bei der Auslegung spielten die mechanischen Eigenschaften, wie z. B. der Fußgängerschutz, die Materialauswahl, der Temperatureinsatzbereich und die Bauteiloberflächenqualität, eine entscheidende Rolle. Nach der Ermittlung der mechanischen Kennwerte aus dem vorher ausgewählten Harz- und Halbzeugsystem wurde die Motorhaube bezüglich Steifigkeits- und Crasheigenschaften am IKA simulativ ausgelegt. Die tatsächlichen Eigenschaften der Motorhaube wurden anhand von Steifigkeits- und Crashprüfungen ermittelt. Die Testergebnisse bestätigen demnach die Endgeometrie des Bauteils.

Auf Basis dieser Testergebnisse wird ein spezielles Werkzeug für die im IKV-Technikum installierte Spaltimprägnieranlage konstruiert, das die automatisierte Fertigung in unter 15 Minuten ermöglichen soll. Nach der Inbetriebnahme des Werkzeugs soll am IKV weiter an Prozessoptimierungen bezüglich Prozessgeschwindigkeit und Bauteiloberflächenqualität geforscht werden. Es werden Prototypen mit der auf die Motorhaubenfertigung umgerüsteten Spaltimprägnieranlage gefertigt. Diese werden dann speziellen Tests beispielsweise zum Kopfaufprallschutz oder zur Temperaturbelastung unterzogen, die für eine Serienzulassung erforderlich sind.

Gemeinschaftsprojekt mit Industriepartnern
An dem Gemeinschaftsprojekt sind neben IKV und IKA die Industriepartner Ford Forschungszentrum Aachen, Composite Impulse, Toho Tenax Europe, Evonik Industries und Henkel beteiligt. Es wird vom Land NRW innerhalb des Projekts Hightech.NRW „Karosserieaußenhautbauteile aus CFK für die Großserienfertigung“ gefördert. Den Abschluss soll das Projekt mit der seriennahen und zykluszeitoptimierten Fertigung der Motorhaube im Spaltimprägnierverfahren zum September 2013 finden.

Weitere Informationen: www.ikv-aachen.de, www.ika.rwth-aachen.de

Institut für Kunststoffverarbeitung, Aachen

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