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Forschungsbedarf

Die Einsparung von Rohstoffen und Energie sowohl bei der Herstellung als auch in der Nutzung von Produkten ist eine immer wichtiger werdende Herausforderung. Gleichzeitig soll dabei die Leistungsfähigkeit der Bauteile erhalten, wenn nicht gar erhöht werden. Dies gilt insbesondere für die Fahrzeugtechnik, bei der zur Reduzierung des Eigengewichtes vermehrt innovative Leichtbaukonzepte zum Tragen kommen, die zu einer Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs beitragen sollen. Dabei werden vermehrt nicht nur nichttragende Karosseriebauteile aus Faserverbundwerkstoffen hergestellt, sondern auch Funktionskomponenten aus dem Fahrwerksbereich und sicherheitsrelevante Bauteile wie Sitze aus dem Innenbereich. Ein vernünftiger Mix aus klassischen metallischen Bauteilen und hochstabilen Kunststoffbauteilen kann hier Gewichtseinsparungen von bis zu 42 % bewirken (siehe Abb).

Innovative Leichtbaukonzepte auf Basis von faserverstärkten Kunststoffen (FVK) sowie Hybridbauteilen mit einer Kombination aus metallischen und FVK-Komponenten können hierzu einen wesentlichen Beitrag leisten. Voraussetzung für einen wirtschaftlichen Einsatz der FVK-Bauteile ist jedoch eine deutliche Senkung der Fertigungskosten und der Fertigungszeit bei gleichzeitiger Steigerung der Bauteilkomplexität, um die funktionellen Anforderungen und die Anforderungen einer Serienproduktion zu erfüllen. Dies erfordert einen grundsätzlichen Wandel der Prozessketten zur Herstellung von FVK-Bauteilen, die ähnlich der bisherigen Fertigung von Fahrzeugen in Blechbauweise linienfähig sein müssen. Ein zentraler Aspekt hierbei ist die Automatisierbarkeit von Arbeitsschritten, die zurzeit nur mit hohem manuellem Aufwand durchgeführt werden können.

Durch den Einsatz von FVK mit thermoplastischer Matrix (TP-FVK) kann bereits ein entscheidender Schritt in eine automatisierte, ressourcenschonende und nachhaltige Fertigung vollzogen werden. So ermöglichen hochautomatisierte Verfahren, wie das Spritzgießen kurzfaserverstärkter Thermoplaste und das Fließpressen von langfaserverstärkten Thermoplasten (LFT) und glasfasermattenverstärkten Thermoplasten (GMT), zwar die effiziente Herstellung großer Serien, erreichen aber nicht die für strukturelle Anwendungen erforderlichen mechanischen Eigenschaften. Soll das Leichtbaupotenzial von TP-FVK voll ausgeschöpft werden, müssen gerichtete Endlosfaserverstärkungen eingesetzt werden. Im Bereich der Thermoplaste sind dies meist Prepregs, die aus einem Verstärkungstextil (Gewebe oder Gelege) und der thermoplastischen Matrix bestehen. Nachteilig sind sowohl beim Tapelegen als auch beim Thermoformen von TP-FVK die hohen Kosten für die aufwendigen Halbzeuge.