Erheblich leichtere Nutzfahrzeuge durch Bauteile aus inversen Hybridlaminaten
Durch den Einsatz inverser Hybridlaminate konnten die konventionellen Stahlseitenwände von Batterieträgern für Nutzfahrzeuge erfolgreich ersetzt werden. Die neue Leichtbaulösung, die gezielt verschiedene Lagenaufbauten einsetzt und kombiniert, reduziert das Gewicht des Einzelbauteils um rund 70 % und das der Gesamtbaugruppe um über 30 %.
Neben der Elektromobilität im privaten Bereich wird auch im Nutzfahrzeugsektor der Umstieg auf Elektroantriebe ein wesentlicher Bestandteil der künftigen globalen Mobilitätsstrategie sein. Hier macht das höhere Gesamtgewicht der Akkumulatoren die Gewichtsreduktion bei strukturellen Komponenten besonders wichtig.
Praktische Umsetzung
Duro- und thermoplastische Verbundwerkstoffe mit Endloskohlenstofffasern oder Endlosglasfasern bieten aufgrund ihrer hohen Festigkeit und Steifigkeit erhebliche Einsatzpotenziale im Automobilsektor. Thermoplastische Verbundwerkstoffe erlauben zudem deutlich kürzere Verarbeitungs- und Umformzeiten als duroplastische Systeme.
Bereits heute sind glasfaser- und kohlenstofffaserverstärkte Bauteile auf Basis von Polyamid 6 serienerprobt. Nun hat der Forschungscluster MERGE der Technischen Universität Chemnitz in gemeinsamer Projektarbeit mit dem Luxembourg Institute of Science and Technology, der Riga Technical University und FORD Otosan Türkiye die bisher eingesetzten Stahlseitenwände von Batterieträgern in Nutzfahrzeugen durch ein thermoplastisches inverses Hybridlaminat ersetzt.
Leicht und sicher: Batterieträger aus inversen Hybridlaminaten (© TUC)
Durchdachte Fertigungstechnologie
Eine vorherige FEM-Analyse bildete die Basis für diese erfolgreiche Substitution durch eine komplexe Anordnung von mehreren Schichten und unterschiedlichen Werkstoffsystemen. Das inverse Hybridlaminat nutzt als zentrale Metallkomponente die Aluminiumlegierung EN AW- 6082-T6. Beidseitig sorgt ein adhäsiver Folienkleber auf Polyamid/Polypropylen-Basis für eine zuverlässige Haftung zwischen der Aluminiumlegierung und den Verbundwerkstoffen.
Auf jeder Seite werden unidirektionale Glasfasertapes mit einer Polyamid-6 Matrix in verschiedenen Faserausrichtungen appliziert. Zusätzlich wird einseitig ein Verstärkungsrahmen aus unidirektionalen Kohlenstofffasertapes mit einer Polyamid-6-Matrix aufgebracht, dessen Fasern alternierend in 0°- und 90°-Orientierung angeordnet sind.
Anschließend wurde das inverse Hybridlaminat als Halbzeug in einem einzigen Fertigungsschritt zu einer Bauteilseitenwand geformt und konsolidiert. Das Pressen erfolgte auf einer Hochtemperaturpresse (Wickert WKP 3000 S) mit integrierter Induktionsheizung und Abkühlsystem, um die Prozesszeiten zu minimieren.
In der Fertigung werden die einzelnen Lagen zunächst mit einer Laserschneidmaschine zugeschnitten und dann der gesamte Hybridaufbau vorgeheizt.
Danach wird das Lagenpaket bei einer definierten Presstemperatur und einem festgelegten Pressdruck konsolidiert. Über die eingebaute Kühlvorrichtung erfolgt sofort die kontrollierte Temperierung des gepressten Bauteils auf Raumtemperatur. Im letzten Fertigungsschritt werden die erforderlichen Bohrungen für die Montage des Endproduktes mittels Wasserstrahlschneiden
eingebracht.
Aufbau des neuartigen Leichtbau-Gehäuses (© TUC)
Kontakt:
Technische Universität Chemnitz, Forschungscluster MERGE
Dipl.-Ing. (BA) Jens Bartelt, Wiss. Mitarbeiter
+49 371 531-366 61
jens.bartelt@mb.tu-chemnitz.de
Dr.-Ing. Camilo Zopp, CEO
www.tu-chemnitz.de/MERGE/
