HyFiVe – „Großserienfähige Variantenfertigung von Kunststoff-Metall-Hybridbauteilen“

Das Gesamtziel des Projektes besteht in einer gemeinsamen Bauteil- und Prozessentwicklung sowie der Bereitstellung geeigneter Fertigungs- und Werkzeugtechnologien zur anforderungsgerechten Variantenfertigung von Kunststoff-Metall-Hybridbauteilen. Am IFUM erfolgt die Charakterisierung der Halbzeugmaterialien sowie die Werkzeug- und Prozessentwicklung zur Herstellung einer Batteriewanne aus faserverstärktem Kunststoff (FVK) und eines metallischen Verstärkungsrahmens. Die Batteriewanne wird mittels des Fließpressverfahrens aus glasmattenverstärkten Thermoplasten (GMT) hergestellt. Im ersten Schritt werden geeignete funktionsintegrierte Halbzeuge identifiziert und charakterisiert. Dazu gehört die prozessspezifische Charakterisierung einer faserverstärkten, thermoplastischen Fließpressmasse, um den Prozess in einer numerischen Simulation abbilden zu können. Für das Fließpressen müssen ein geeignetes Prozessfenster sowie die optimale Temperierung und Positionierung der Halbzeuge im Werkzeug ermittelt werden. Zu diesem Zweck werden Demonstratorbauteile mit unterschiedlichen Geometrien unter Variation der Prozessparameter gefertigt. Zur belastungsangepassten Verstärkung werden UD-Tapes in das Bauteil integriert, welche zusätzlich eine EMV-Schutzfunktion erfüllen. Zur Auswahl der optimalen Halbzeuge werden verschiedene Tape-Anordnungen getestet und bewertet. Dazu werden Zugversuche bei erhöhten Temperaturen durchgeführt, um die Eigenschaften zu analysieren und die UD-Tapes in der Prozesssimulation abbilden zu können. Zusätzlich soll die Batteriewanne durch einen metallischen Verstärkungsrahmen erweitert werden. Dieser sorgt für die notwendige Stabilität der Baugruppe und soll im Falle eines Crashs die auftretenden Kräfte aufnehmen. Für die Auslegung des Verstärkungsrahmens werden geeignete Werkstoffe mit hoher spezifischer Festigkeit identifiziert, um das Leichtbaupotenzial optimal auszunutzen. Anschließend wird ein geeignetes Fertigungsverfahren zur Herstellung der Rahmenstruktur festgelegt. Um eine möglichst hohe Festigkeit zu erreichen, werden spezifische Wärmebehandlungsstrategien untersucht und in die Prozessroute integriert.

Die gewonnenen Kenntnisse zur Herstellung der Batteriegehäusestruktur aus faserverstärkten Thermoplasten und des metallischen Verstärkungsrahmens werden im weiteren Verlauf des Projektes auf die großserienfähige Bauteil- und Prozessentwicklung im Realmaßstab übertragen. Das Ziel des IFUM ist dabei die Bereitstellung einer geeigneten Prozesskette zur variantenflexiblen Herstellung eines Hybridbauteils, bestehend aus einer FVK-Batteriewanne und einem metallischen Verstärkungsrahmen.

Dieses Forschungs- und Entwicklungsprojekt wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) in der Förderinitiative „Forschungscampus - öffentlich-private Partnerschaft für Innovationen“ (Förderkennzeichen 02P18Q745) gefördert und vom Projektträger Karlsruhe (PTKA) betreut. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt beim Autor. Weitere Informationen finden Sie unter www.bmbf.de.