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Konventionell entstehen die Einzelkomponenten von Metall-Kunststoff- Hybridbauteile in voneinander getrennten Produktionsschritten und werden nachträglich verbunden. Eine weitere Möglichkeit ist das An- oder Umspritzen des bereits hergestellten Metallelements. In beiden Fällen sind mehrere Prozessschritte auf unterschiedlichen Produktionsanlagen notwendig. Das Fraunhofer IWU hat gemeinsam mit der Technischen Universität Chemnitz eine Verfahrenskombination entwickelt, mit der sich Metall-Kunststoff-Verbundbauteile in einem Schritt herstellen lassen. Das Versuchsbauteil aus Metall wird zunächst tiefgezogen. Darauf folgt das Einspritzen des Kunststoffs. Den hohen Einspritzdruck nutzten die Wissenschaftler beim Versuchsbauteil zum Ausformen von Nebenformelementen. „Eine besondere Herausforderung lag in der Entwicklung eines geeigneten Werkzeugs“, erklärt André Albert, Gruppenleiter am Fraunhofer IWU. Das Werkzeug haben die Forscher in eine Tiefzieh-Presse eingebaut und an ein Kunststoffeinspritzaggregat gekoppelt.

Mögliche Anwendungsfälle sind Karosserieelemente wie Motorhauben, B-Säulen oder Dachquerträger. Mit der Verfahrenskombination lässt sich weiteres Leichtbaupotenzial erschließen und der Materialausnutzungsgrad erhöhen: „Das Fertigungsverfahren verkürzt die Prozesskette zur Herstellung solcher Hybidbauteile signifikant, was zu einer deutlichen Zeit- und Kosteneinsparung führt“, ergänzt Albert.

In einem weiteren Projekt, das zu einem vom Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) und des Freistaates Sachsen geförderten Projekts gehört, hat das Fraunhofer IWU gemeinsam mit Wesom Textil eine Technik zum Thermoumformen von Organoblechen entwickelt, das die Prozesskette verkürzt und der Gesamtenergiebedarf verringert. 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 Handling-Vorgang des dann instabilen Halbzeugs an. Mithilfe von in den Verbundwerkstoff eingearbeiteten elektrisch leitfähigen Metallfasern ist der Aufheiz- und Umformvorgang energetisch effizienter und lässt sich in einem Prozessschritt und in einer Produktionsanlage umsetzen, der Zwischentransport entfällt. „Wir setzen das Organoblech vor dem Umformprozess in der Presse einer elektrischen Spannung aus“, erklärt Danilo Mattheß, Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer IWU. „Aufgrund von Widerstandsverlusten lässt sich so die Erwärmung des Materials einleiten und steuern.“

(dl)