HybCar | Ressourceneffizienter Leichtbau für die Automobilbranche

Technologien zur effizienten Herstellung von hybriden CFK/Metall-Strukturbauteilen im Automobilbereich

Insbesondere die Automobilindustrie setzt aktuell zur Erreichung der Umweltanforderungen hohe Erwartungen in den Leichtbau. Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe mit seinen hohen spezifischen mechanischen Kennwerten in Verbindung mit den guten Impact-Eigenschaften von Stahl können diesen Erwartungen gerecht werden. Das im Rahmen des Campus Carbon 4.0 eingebettete Verbundvorhaben MAI CC4.0 "HybCar" (FKZ: NW-1705-0013) adressiert insbesondere den ressourceneffizienten Leichtbau für den Automobilbereich, welcher durch die Verwendung metallischer Substrate und einen lastpfadgerechten Einsatz von Carbonfasern unter Berücksichtigung des Industrie 4.0 Gedanken ermöglicht werden soll. In Zusammenarbeit mit unseren Projektpartnern sind wir an der Berechnung und effizienten Herstellung von hybriden CFK/Metall-Strukturbauteilen maßgeblich beteiligt.

Leichtbau, Ressourceneffizienz, Kostenoptimierung

Carbonfaserverstärkte Tapes auf Basis thermoplastischer Matrix sollen lastpfadgerecht auf metallischen Substraten abgelegt und so Leichtbaukomponenten unter Berücksichtigung eines ressourcenschonenden Materialeinsatzes gefertigt werden. Dabei soll eine durchgängige digitale Produktentwicklung dazu beitragen, den Materialfluss, den Herstellungsprozess und die Kosten zu optimieren.

 

Hybride Mischbauweisen

Am Beispiel einer Karosseriestruktur aus dem Automobilbereich soll das Leichtbaupotential hybrider Mischbauweisen aufgezeigt werden. Diese Komponente wird in Form eines Prototyps im Rahmen des Vorhabens in Hybridbauweise umgesetzt und validiert, wobei der Herstellung des Prototyps eine digitale Produktentwicklung vorausgeht. Dazu zählen die Weiterentwicklung der automatisierten Halbzeugablage von thermoplastischen Tapes auf metallischen Substraten im Fiber-Placement-Verfahren, die Entwicklung sowie Simulation des Umformprozesses für hybride Strukturen und die Entwicklung geeigneter Prozessüberwachungssysteme. Außerdem wird ein individuell angepasstes Tape mit Oberflächenfunktionalisierung zur idealen Anhaftung von Tape und Metall generiert und im Rahmen ausführlicher Materialuntersuchungen charakterisiert.

Tiefziehen einer CFK/Metall-Hybridstruktur (experimentell)
© Fraunhofer IGCV
Tiefziehen einer CFK/Metall-Hybridstruktur (experimentell)
Tiefziehen einer CFK/Metall-Hybridstruktur (simulativ)
© Fraunhofer IGCV
Tiefziehen einer CFK/Metall-Hybridstruktur (simulativ)

Experimentelle Umformuntersuchungen und numerische Prozesssimulation

Das Fraunhofer IGCV fokussiert im Rahmen des Verbundprojektes die Entwicklung des Umformprozesses der hybriden Struktur. Dies beinhaltet sowohl die experimentellen Umformuntersuchungen als auch die numerische Prozesssimulation. Hier kann das Fraunhofer IGCV auf Knowhow aus vorangegangenen Projekten, wie dem Luftfahrt-Forschungsprojekt GeKo-Therm (FKZ: 20H1311B) oder dem Projekt MAI re-car (FKZ:03MAI34E) zurückgreifen und ist deshalb prädestiniert für die Durchführung des Arbeitspakets.

Des Weiteren übernimmt das Fraunhofer IGCV die Materialmodellierung für die Struktursimulation mit Abaqus. Insbesondere ist dabei die numerische Abbildung der Grenzschicht zwischen Thermoplasttape und Metallsubstrat Bestandteil der Arbeiten. Diese ist für eine simulative Auslegung des Demonstrators hinsichtlich der notwendigen Steifigkeit und des Crashverhaltens essentiell.

Zusammenarbeit

Wir finden gerne eine individuelle Lösung für Ihr Anliegen.

Branchenlösungen

Die Schlüsselbranchen des Fraunhofer IGCV:

  • Maschinen- und Anlagenbau
  • Luft- und Raumfahrt
  • Automotive und Nutzfahrzeuge

Kompetenzen

Wir gestalten den Weg in die Zukunft des effizienten Engineerings, der vernetzten Produktion und der intelligenten Multimateriallösungen.

Referenzprojekte

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