Hybrider Leichtbau: Materialmix für die Karosserie der Zukunft

Hybride Bauteile sollen großserientauglich werden

| Autor: Dr. Holger Schweitzer

Bauteile aus Stahl mit Verstärkungen aus faserverstärktem Kunststoff sollen Karosserien leichter und belastbarer machen.
Bauteile aus Stahl mit Verstärkungen aus faserverstärktem Kunststoff sollen Karosserien leichter und belastbarer machen. (Bild: Fraunhofer IPT)

Auf Wunschzetteln von Automobilherstellern für Karosserien dürften wohl meist die Schlagworte „leicht“ und „stark“ zu finden sein.Schließlich sollen die Fahrzeuge möglichst immer leichter werden und dabei den höchsten Anforderungen an Festigkeit und Steifigkeit entsprechen. Nicht zuletzt sollen die Bauteile dabei möglichst wirtschaftlich, also günstig in der Anschaffung sein.

Hybride Bauteile bestehen aus Stahlbauteilen, die mit faserverstärkten Kunststoffen verstärkt werden. Sie sind sowohl leicht als auch stark. Noch fehlt es jedoch an Fertigungsverfahren, mit denen sich dieser Materialmix großserientauglich herstellen lässt. Die beiden Aachener Frauenhofer-Institute für Produktionstechnologie IPT und für Lasertechnik ILT wollen deshalb gemeinsam mit 14 weiteren Partner aus Industrie und Forschung im Rahmen eines EU-Forschungsprojekts industrielle Prozesse für den hybriden Leichtbau entwickeln.

Doppelt gelasert hält besser

Wie das Fraunhofer-Institut informiert, werden für das hybride Fertigungsverfahren die Stahlbauteile zunächst mit einem Laser vorbearbeitet und mit einer speziellen rauen Oberflächenstruktur versehen. Die verstärkenden Leichtbauelemente bestehen aus thermoplastischem Faserverbundkunststoff und sollen den zu erwartenden Belastungen entsprechen.

Nach Angaben des Forschungsinstituts werden die Leichtbauteile mittels des sogenannten Tapelege-Verfahrens direkt auf die Stahloberfläche gefügt. Dazu erwärmt ein weiterer Laser die aufgelegten faserverstärkten „Tapes“ auf dem Metall. Der Verbundkunststoff schmilzt und dringt in die Oberflächenstrukturen ein. Das Ergebnis: Das Leichtbauteil haftet auf der aufgerauten Oberfläche des Stahlbauteils.

Material- und kostenschonendes Verfahren

Laut den Fraunhofer-Experten kann man mit diesem Verfahren die mechanischen Eigenschaften eines Bauteils lokal verbessern, ohne dass das Bauteilgewicht dabei deutlich steigt. Der Prozess eigne sich für Großserienfertigung, da die Bauteile nach dem Tape-Legen nicht nachbearbeitet werden müssten. Zudem verringere das punktgenaue, lokale Erwärmen den Verzug und die Eigenspannungen beim Fügen der beiden unterschiedlichen Materialien. Laser seien außerdem, im Gegensatz zu herkömmlichen Werkzeugen, keinem Verschleiß ausgesetzt.

Um die Funktionsfähigkeit des Leichtbauprozesses zu belegen, haben die Forscher zu Demonstrationszwecken einen hybriden Leichtbau-Seitenschweller aus hochfestem Stahl und Faserverbundkunststoff gefertigt. Die Partner des Forschungsprojektes präsentieren das Bauteil auf der Leichtbau-Messe JEC World vom 12. bis 14. März in Paris.

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