Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Fraunhofer IWU auf der EuroBLECH 2014: Verbundwerkstoffe im Fokus

03.09.2014

Das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU zeigt zur EuroBLECH vom 21.-25. Oktober 2014 (Halle 11 / Stand C05) aktuelle Forschungsergebnisse aus dem Bereich der Blechbearbeitung. Im Fokus stehen zwei Weltneuheiten

Mit einer neuen Technologie für die Thermoumformung von Organoblechen können Faserverbundbauteile zukünftig wesentlich energieeffizienter und schneller hergestellt werden. Für die Produktion von Kunststoff-Metall-Hybridkomponenten gelang den Wissenschaftlern am IWU ein weiterer Durchbruch: Durch Verfahrenskombination lassen sich die Teilprozesse Tiefziehen, Spritzgießen und wirkmedienbasiertes Umformen in einer Produktionsanlage realisieren.


Oben: Organoblech aus Faserhalbzeug mit Verstärkungsfasern. Unten: In-situ-Erhitzung des Faserhalbzeugs mit integrierten Metallfasern (rot) in Kett- und/oder Schussrichtung.

Fraunhofer IWU


Metall/Kunststoff-Verbundbauteil

Fraunhofer IWU

Darüber hinaus werden anhand von Exponaten und Demonstratorbauteilen Projekte aus den Bereichen Dickblechclinchen, Magnesiumblechumformung, Innenhochdruckblechumformung sowie Werkzeugmaschinen und Automatisierung vorgestellt. Auch die im Mai 2014 eröffnete »E³-Forschungsfabrik Ressourceneffiziente Produktion« des Fraunhofer IWU ist ein Messethema.

Neue Technologie zur Thermoumformung von dreidimensionalen Faserverbundbauteilen

Faserverbundwerkstoffe wie GFK verfügen über herausragende Materialeigenschaften: Geringe Dichte und hohe Festigkeiten sind mit guten Korrosionseigenschaften und großer Designfreiheit bei Konstruktion und Verarbeitung verbunden – ideale Voraussetzungen für ein breites Anwendungsspektrum, insbesondere um Leichtbaupotentiale zu erschließen.

Durch gegenseitige Wechselwirkungen können funktionale Vorteile oder erwünschte Materialeigenschaften in einem Werkstoff kombiniert werden. Für die Herstellung von Faserverbundwerkstoffen benötigt man im Vergleich zu Metallen allerdings vergleichsweise viel Energie und Zeit.

Die Verbundmaterialien setzen sich aus einer bettenden Matrix sowie verstärkenden Fasern zusammen. Bisher kam als Matrix vornehmlich Duroplast zum Einsatz, dessen Verarbeitung ist allerdings sehr energieintensiv, das Material schlecht recyclingfähig und die Prozessschritte nur begrenzt automatisierbar. Daher richtete sich der Fokus zuletzt vermehrt auf Thermoplast, das gut wiederverwertbar, nahezu unbegrenzt lagerfähig und in kürzeren Zykluszeiten verarbeitbar ist.

Die hohe Schmelzviskosität ermöglicht allerdings keine Verarbeitung mit bereits bewährten Injektionsverfahren, wie z. B. dem RTM-Verfahren (Resin Transfer Moulding). Daher werden verstärkt flächige, vollständig imprägnierte und konsolidierte, endlosfaserverstärkte Organobleche als Plattenhalbzeuge verwendet.

Der Vorteil: Diese können mit etablierten Massenproduktionssystemen aus der Metallblechumformung verarbeitet werden. Typische Anwendungsgebiete sind energieabsorbierende, strukturelle oder sicherheitsrelevante Bauteile im Automobilbau, in der Luftfahrt, aber auch im Hochleistungssport und der Sicherheitstechnik. Der hohe Energiebedarf für die Erwärmung sowie der aufwendige Handlingvorgang standen einem großserientauglichen Einsatz bisher entgegen.

Am Fraunhofer IWU wurde im Rahmen eines vom Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) und des Freistaates Sachsen geförderten Projekts gemeinsam mit der WESOM Textil GmbH eine neue Technologie zur Thermoumformung von Organoblechen entwickelt, mit der die Prozesskette deutlich verkürzt und der Gesamtenergiebedarf signifikant reduziert werden können. Konventionell werden Organobleche zunächst aufgeheizt, dann zur Umformstation transportiert, anschließend umgeformt und nach einer Abkühlungszeit entformt.

Die Prozessoptimierung des Forschungsprojekts setzt an der notwendigen Erhitzung der Organobleche und dem aufwendigen Handlingvorgang des dann instabilen Halbzeugs an. Mithilfe von in den Verbundwerkstoff eingearbeiteten elektrisch leitfähigen Metallfasern kann der Aufheiz- und Umformvorgang energetisch effizienter, in einem Prozessschritt und in einer Produktionsanlage umgesetzt werden, der Zwischentransport entfällt komplett.

»Das Organoblech wird vor dem Umformprozess bereits in der Presse einer elektrischen Spannung ausgesetzt«, erklärt Danilo Mattheß, Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer IWU. »Aufgrund von Widerstandsverlusten lässt sich so die Erwärmung des Materials einleiten und steuern.«

Gegenüber konventionellen Erwärmungsverfahren mit IR-Strahlern, Heißluftöfen und Kontaktheizungen kann der Energiebedarf deutlich gesenkt werden. Durch die neue Technologie entfällt der schwierige Handlingvorgang zwischen Aufheiz- und Umformstation. Überhitzungen des Organoblechs können vermieden werden. »Die kürzeren Taktzeiten, der geringere Energiebedarf und die gezielte Steuerbarkeit der Wärmeverteilung sind entscheidende Vorteile gegenüber der konventionellen Herstellung, die dem Thermoumformverfahren von dreidimensionalen Faserverbundbauteilen den Durchbruch verschaffen können«, führt Mattheß an.

Neue Verfahrenskombination für die Herstellung von Metall-Kunststoff-Verbundbauteilen

In der Automobilindustrie wird zunehmend an Leichtbaulösungen geforscht, die sowohl die Stabilität von Karosserieelementen gewährleisten als auch günstig herzustellen sind. Neben Aluminium oder Magnesiumlegierungen rücken insbesondere Kunststoffe in Form von Verbundstrukturen mit Metall in den Fokus. Die Kunststoffstrukturen im Bauteil sorgen für eine bessere Torsions- und Biegesteifigkeit, das Metall bietet die notwendige Festigkeit.

Neben der Gewichtsreduktion können mit dem zur Kunststoffverarbeitung genutzten Spitzgussverfahren besonders komplexe Strukturen hergestellt werden. Im Vergleich zu reinen Metallbauteilen liegt der Materialausnutzungsgrad bei Kunststoff zudem bei nahezu 100 Prozent. Die Hybridbauteile erlauben darüber hinaus die Integration von zusätzlicher Funktionalität bzw. die Aufteilung funktionaler Aufgaben in Bauteilen bzw. Karosseriekomponenten, wie die Einbringung von speziellen Elementen für Füge- und Montagezwecke.

Konventionell werden die Einzelkomponenten der Metall-Kunststoff-Hybridbauteile in voneinander getrennten Produktionsschritten hergestellt und nachträglich verbunden. Eine weitere Möglichkeit ist das An- oder Umspritzen des bereits hergestellten  Metallelements.

In beiden Fällen sind mehrere Prozessschritte auf unterschiedlichen  Produktionsanlagen notwendig. Am Fraunhofer IWU wurde gemeinsam mit der Technischen Universität Chemnitz eine Verfahrenskombination entwickelt, mit der Metall-Kunststoff-Verbundbauteile in einem Herstellungsschritt realisiert werden können. Das Versuchsbauteil aus Metall wird in einem ersten Teilschritt tiefgezogen.

Im Anschluss wird der Kunststoff eingespritzt. Der hohe Einspritzdruck konnte beim Versuchsbauteil zum Ausformen von Nebenformelementen genutzt werden. »Eine besondere Herausforderung lag in der Entwicklung eines geeigneten Werkzeugs«, erklärt André Albert, Gruppenleiter am Fraunhofer IWU. Zur Realisierung eines möglichst gleichmäßigen Anspritzvorgangs ist eine Beheizung des Werkzeugs notwendig. Das entwickelte Werkzeug wurde in eine Tiefzieh-Presse eingebaut und an ein Kunststoffeinspritzaggregat gekoppelt.

Im Verlauf von Versuchsreihen konnten der Prozess stabilisiert und erste Versuchsbauteile hergestellt werden. In einem nächsten Schritt soll das Verfahren auf Serienbauteile in der Automobilindustrie übertragen werden. Mögliche Anwendungsfälle sind Karosserieelemente wie Motorhauben, B-Säulen oder Dachquerträger. Mit der Verfahrenskombination lässt sich nicht nur weiteres Leichtbaupotential erschließen und der Materialausnutzungsgrad erhöhen:

»Das neue Fertigungsverfahren verkürzt die Prozesskette zur Herstellung solcher Hybidbauteile signifikant, was zu einer deutlichen Zeit- und Kosteneinsparung führt«, ergänzt Albert. Das Projekt entstand im Rahmen des Bundesexzellenzcluster »MERGE – Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen« und wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert.

Weitere Informationen:

http://www.iwu.fraunhofer.de

Kommunikation | Fraunhofer-Institut

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Messenachrichten:

nachricht OLED auf hauchdünnem Edelstahl
21.09.2017 | Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP

nachricht Die Chancen der Digitalisierung für das Betriebliche Gesundheitsmanagement: vitaliberty auf der Zukunft Personal 2017
19.09.2017 | vitaliberty GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Messenachrichten >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Die Erde und ihre Bestandteile im Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

23. Baltic Sea Forum am 11. und 12. Oktober nimmt Wirtschaftspartner Finnland in den Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

6. Stralsunder IT-Sicherheitskonferenz im Zeichen von Smart Home

21.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

OLED auf hauchdünnem Edelstahl

21.09.2017 | Messenachrichten

Weniger (Flug-)Lärm dank Mathematik

21.09.2017 | Physik Astronomie

In Zeiten des Klimawandels: Was die Farbe eines Sees über seinen Zustand verrät

21.09.2017 | Geowissenschaften