IKV: Leichte hybride Spritzgussbauteile für den Automobilbau

Am IKV entwickelter Rohrprobekörper zur Kennwertermittlung von stoffschlüssigen Kunststoff/Metall-Hybridverbunden - (Bild: IKV).

Kraftstoffverbrauch und CO2-Emissionen müssen weiter verringert werden. Daher zielt die Forschung darauf, das Fahrzeuggewicht weiter zu reduzieren. Hier etabliert sich zunehmend die Kunststoff/Metall-Hybridbauweise zur Herstellung von leichten, aber dennoch hochbelastbaren Strukturbauteilen. Eine neuartige Hybridleichtbautechnologie, bei der der bislang genutzte Formschluss durch eine stoffschlüssige Verbindung ersetzt wird, verspricht ein noch besseres Zusammenspiel des hybriden Werkstoffverbunds.

Neuartiges Haftvermittlersystem für Kunststoff/Metall-Strukturbauteile
Das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) erforscht in Zusammenarbeit mit Partnern aus Industrie und Forschung den Einsatz eines neuartigen Haftvermittlersystems für hybride Spritzgussbauteile. Das reaktionsfähige Haftvermittlersystem wird dabei bereits vor der urformenden Verarbeitung der metallischen Halbzeuge im Coil Coating-Verfahren auf das Metall-Coil aufgebracht. Durch ein späteres Anspritzen der derart beschichteten Metallbleche mit der Kunststoffformmasse wird ein stoffschlüssiger Verbund zwischen Metall und Kunststoff aufgebaut.

Im Fokus des Forschungsprojekts stehen dabei Fragestellungen zur Fertigung und zur Auslegung von Bauteilen mit der neuartigen Verbindungstechnik. Mit dem entsprechenden Prozessverständnis und einer neuartigen Simulationsmethode, die die genaue Auslegung von stoffschlüssigen Hybridverbunden ermöglicht, sollen neue Strukturanwendungen zur Serienreife gebracht werden. Eine weitere Gewichtsreduktion des Gesamtfahrzeugs wird so durch leichtere stoffschlüssige Werkstoffverbunde realisiert. Diese Bauteile weisen dabei vergleichbare oder sogar überlegene mechanische Eigenschaften im Vergleich zu den derzeit in der Serie verbauten, konventionellen Bauteilen auf.

In diesem Forschungsprojekt werden die Vorteile der neuen Technologie an einem optimierten Automobil-Frontend demonstriert. Die Forschungspartner streben eine signifikante Gewichtsreduktion an. Zur Optimierung des Bauteils ist es erforderlich, das mechanische Verhalten der Haftvermittlerschicht und aller anderen beteiligten Werkstoffe simulieren zu können. Dazu wurde am IKV ein hybrider Rohrprobekörper entwickelt, mit dem belastbare Verbundkennwerte ermittelt werden können, die in die Simulation einfließen. Der Probekörper ist so konstruiert, dass er definierte Beanspruchungszustände in der Fügezone aufweist. Mit einer Universalprüfmaschine lassen sich Prüfungen für die Lastfälle Zug und Torsion durchführen und so Versagenskennwerte für genau diese Grundlastfälle ermitteln.

Da zur Beschreibung von Werkstoffversagen in der Simulation sogenannte „wahre“ Kennwerte benötigt werden, wird die Ermittlung dieser Kennwerte letztlich durch die Kombination aus Werkstoffversuchen und FE-Simulationen mithilfe von Reverse-Engineering durchgeführt. Durch dieses Vorgehen ist es möglich, die Simulationsmethode zur Auslegung stoffschlüssiger Kunststoff/Metall-Hybridbauteile zu kalibrieren und bei der Bauteilauslegung einzusetzen.

Beim 27. Internationalen Kolloquium Kunststofftechnik wird die Werkzeugtechnik zur Herstellung des hybriden Rohprobekörpers unter dem Programmpunkt IKV 360° gezeigt.

Weitere Informationen: www.ikv-kolloquium.de, www.ikv-aachen.de

27. Internationales Kolloquium Kunststofftechnik, 19.-20.03.2014, Aachen

Institut für Kunststoffverarbeitung, Aachen

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