FVK-Metall-Hybridbauteile im Minutentakt

Das Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) der TU Dresden hat eine automatisierte Prozesskette für FVK-Metall-Hybridbauteile in Betrieb genommen. Damit wurde ein wichtiger Meilenstein im Projekt Hypro erreicht, bei dem die Produktion hybrider Bauteile serientauglich und wettbewerbsfähig gemacht werden soll.

FKM-Hybridbauteile bieten mit ihrer Eignung für die Umsetzung hochbelastbarer und geometrisch komplexer Leichtbaustrukturen ein erhebliches Leichtbaupotenzial. Durch den Einsatz thermoplastischer Kunststoffe können Zykluszeiten von unter einer Minute erreicht werden und die Prozesse bieten somit eine hohe wirtschaftliche Attraktivität.

Um jedoch eine hochbelastbare Verbindung der Einzelkomponenten sicherzustellen, erfordert das Kombinieren der unterschiedlichen Werkstoffe: Metalle, Thermoplast-Faserkunststoffverbund (FKV) und Kunststoffe, einen hohen Vorbehandlungsaufwand – insbesondere die des metallischen Einlegers. Daher ist die Produktionstechnologie für diese Hybridstrukturen momentan noch nicht wettbewerbsfähig.

Das BMBF-Projekt Hypro soll diese Lücke schließen und Bauteile in thermoplastischer FKM-Hybridbauweise in Großserienprozessen mit Taktzeiten unter einer Minute realisieren. Das Projekt wird koordiniert vom Automobilzulieferer Brose Fahrzeugteile.

Die Anlage basiert auf einem kombinierten Spritzgießprozess, bei dem tiefgezogene Metalleinleger mit vorkonfektionierten Composites-Patches kombiniert und mit Kunststoff umspritzt werden. Um eine hoch belastbare Verbindung zwischen den Kunststoffkomponenten und dem Metalleinleger zu gewährleisten, wird dieser durch Plasmatechnologie inline gereinigt und beschichtet. Zum Aktivieren der haftvermittelnden Plasmabeschichtung wird der Metalleinleger durch ein Induktionshandling innerhalb weniger Sekunden erwärmt und in das Spritzgießwerkzeug transferiert. Dort wird er anschließend mit dem Patch verpresst und direkt umspritzt.

Eine zentrale Steuereinheit koordiniert die einzelnen Prozessschritte. Sie überwacht den Fortschritt jedes Einzelprozesses, regelt die Prozessparameter und reagiert auf Prozessschwankungen, etwa bei veränderten Heizraten. So werden sowohl das Patch als auch der Metalleinleger nur in vorher definierten Zuständen gefügt. Gleichzeitig erfasst die Steuereinheit alle relevanten Prozess-, Qualitäts- und Umgebungsdaten, welche bauteilspezifisch in einer Datenbank – der IoT-Plattform „Detact“  – abgelegt werden. Diese Daten ermöglichen nun umfangreiche Prozessstudien im Stückzahlbereich bis 10.000 und das Herausarbeiten relevanter Stellgrößen zur wirtschaftlichen Herstellung hochbelastbarer Hybridbauteile.

Bild oben: Aufbau der automatisierten hypro-Fertigungsanlage. (Quelle: TUD/ILK)


Quelle und weitere Infos: Pressemitteilung

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