Großserientaugliche Leichtbau-Produktionstechnologie
Elektromobilität leicht gemacht
Leichtbaukomponenten aus faserverstärkten Kunststoffen können Elektroautos dabei helfen, die geforderten Reichweiten zu erzielen, um am Markt gegenüber Benzinern konkurrenzfähig zu werden. Doch noch sind diese Bauteile unverhältnismäßig teuer: Durch die langen Zykluszeiten in der Fertigung eignen sie sich vor allem für Autos im Hochpreissegment. Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen hat gemeinsam mit Partnern im Rahmen des Verbundprojekts »Fraunhofer Systemforschung Elektromobilität II« Verfahren zur automatisierten Herstellung faserverstärkter Kunststoffbauteile für die Großserie entwickelt, die die Kosten für den Leichtbau im Automobilbau senken können.
Leichtbau-Werkstoffe kommen im Elektroauto meist als Teile der Karosserie zum Tragen. Die Komponenten müssen daher nicht nur so leicht wie möglich sein, sondern gleichzeitig eine hohe Stabilität aufweisen. Denn im Falle eines Unfalls müssen diese Bauteile genauso hohen Kräften standhalten wie konventionelle Bauteile/ Komponenten aus massivem Stahl oder Aluminium.
Für die Herstellung der Leichtbau-Komponenten setzt das Fraunhofer IPT deshalb auf das automatisierte Tapelegen, mit dem sich thermoplastische Bauteile durch endlosfaserverstärkte Kohlenstoffaser-Tapes (CFK) an besonders belasteten Stellen lokal verstärken lassen.
Lokal verstärkt und hoch belastbar: Karosserie-Bauteile aus Kunststoff und Kohlefaser
Vorteil des Verfahrens aus der Kombination kostengünstiger Thermoplastbauteile mit den hochleistungsfähigen CFK-Tapes sind besonders die kurzen Zykluszeiten unter einer Minute sowie individuell einstellbare mechanische Eigenschaften des fertigen Bauteils. Dies, in Verbindung mit dem kostengünstigen Materialmix, rückt eine kostengünstigere Produktion von Elektrofahrzeugen wieder ein Stück näher.
Im Rahmen des Forschungsprojekts stellte das Fraunhofer IPT gemeinsam mit Partnern ein Beispielbauteil aus der Bodengruppe eines Elektromobils her, in dem die Batterie untergebracht wird. Eine lokal verstärkte Sandwich-Struktur dient dabei als Bodenplatte, die durch Ultraschallschweißen mit den Kunststoff-Seitenteilen verbunden wurde. Die Profile für die Seitenteile bestehen aus Organoblechen, die durch Thermoformprozesse hergestellt wurden. Der Seitenschweller selbst wurde im vollautomatisierten Tapelegen hergestellt. Zu all diesen Fertigungsverfahren sowie bei der Endbearbeitung der Bauteile konnte das Fraunhofer IPT das umfassende Prozesswissen ausbauen. Eine durchgängige CAx-Prozessdatenkette bildet die Grundvoraussetzung für die vollständige Automatisierung und Verknüpfung der aufeinander folgenden Fertigungsschritte.