08/06/2015

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TU Ilmenau: Effizienzsteigerung durch Gewichtsreduktion - Forschungsprojekt "Kunststoffbasierte Leichtbauverbunde für Fahrzeuge" abgeschlossen

Getrieben von umweltpolitischen Aspekten wie geringem Flotten-Schadstoffausstoß suchen die Fahrzeughersteller neben effizienteren Antriebstechnologien Lösungen für den Leichtbau. An diesem Thema hat die Forschergruppe "Kunststoffbasierte Leichtbauverbunde für Fahrzeuge" unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Michael Koch in den letzten drei Jahren intensiv geforscht. Finanzielle Unterstützung bekamen die Nachwuchsforscher von der Thüringer Aufbaubank (TAB). Beteiligt waren neben dem TITK e.V. aus Rudolstadt auch die Fachgebiete Fertigungstechnik und Kunststofftechnik der Technischen Universität Ilmenau in Begleitung eines Industriebeirats, bestehend aus zehn kunststoffverarbeitenden Unternehmen Thüringens.

Die Fragestellungen der Forschergruppe orientieren sich an den fertigungstechnischen und qualitätsbezogenen Herausforderungen, die in der Wirtschaft auftreten. Die Verbesserung des Herstellungsprozesses von Faserverbundkunststoffen führt neben einer Ausschussreduktion auch zu einer Steigerung der Bauteilqualität. Die Herstellung von carbonfaserverstärkten Kunststoff-Komponenten im RTM Verfahren soll so schneller mit höherer Taktzahl erreicht werden können.

Im Rahmen der Arbeiten wurden zudem innovative Tragstrukturen als Kombination unterschiedlicher Materialien im sogenannten Sandwichverfahren konzipiert und in Demonstratoren umgesetzt. Zum Einsatz kamen neben Wabenstrukturen aus biologisch basiertem Material auch Aluminiumschaum, der mit Thermoplast umspritzt wurde. Dies ergibt gewichtsreduzierte Bauteile mit einer erhöhten Energieabsorption im Crashfall. Mit einem neuen Verfahren zur Herstellung von sogenannten Organoblechen können jetzt kostengünstige thermoplastische Halbzeuge hergestellt werden, die in weiteren Verfahren umgeformt und umspritzt werden können. Im Vergleich zu metallischen Halbzeugen bieten Organobleche Gewichtsvorteile und durch die Faserverstärkung im Halbzeug soll die Festigkeit in hochbelasteten Bereichen eines Bauteils gezielt gesteigert werden können. In diesem Zusammenhang wurden auch Fügetechnologien verschiedener Materialkombinationen wie z.B. Metall-Kunststoffverbindungen untersucht und der Einfluss von Verfahrensparametern auf die Bauteilqualität ermittelt. Ein weiterer Aspekt war die Funktionalisierung von Kunststoffbauteilen durch das Folienhinterspritzen. Bei diesem Verfahren wird die Folie mit Farbe oder funktionalen Strukturen bedruckt und anschließend mit Kunststoff hinterspritzt. Im Rahmen der Forschergruppe wurden mit leitfähiger Tinte Leiterbahnen auf die Folie gedruckt, die später als kapazitive Bedienelemente dienen können. Um die Kontaktierung der Leiterbahnen sicherzustellen wurde ein leitfähiger Kunststoff entwickelt und als zusätzliche Komponente hinterspritzt. In Zukunft sollen diese Leiterbahnen herkömmliche Kabelbäume in Fahrzeugen ersetzen können.

Während der Durchführung der Forschergruppe fand ein intensiver Austausch zwischen den wissenschaftlichen Einrichtungen und Thüringer Unternehmen im Rahmen eines Industriebeirats statt. Die Ergebnisse der Forschung werden in den kommenden Wochen in einem Handbuch zusammengefasst, interessierten Personen zur Verfügung gestellt und in den aktuellen Vorlesungen des Fachgebiets Kunststofftechnik an der TU Ilmenau unterrichtet.

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