Großserienfähiger Leichtbau mit thermoplastischen Sandwichstrukturen
Die Thermoplast Sandwich Moulding Technologie ermöglicht die vollautomatisierte Herstellung von 3D-geformten Bauteilen in materialeffizienter Sandwich-Leichtbauweise, die zusätzlich per Spritzguss funktionalisiert werden kann. Die Staufachklappe aus einer Lkw-Fahrerkabine demonstriert das Potenzial dieser neuartigen Hybrid-Technologie.
Die Verwendung von thermoplastischen Faserverbund-Sandwichhalbzeugen ist ein innovativer Entwicklungsansatz für die Großserie. Im Gegensatz zu duroplastischen Faserverbundsystemen lassen sich diese besonders effizient in kontinuierlichen Verfahren der Fa. ThermHex herstellen und in schnellen automatisierten Fertigungsprozessen zu Bauteilen verarbeiten.
Die Thermoplast Sandwich Moulding-Technologie (TS-Moulding), entwickelt am Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS, ermöglicht die Weiterverarbeitung von vorkonsolidierten, thermoplastischen Sandwich-Halbzeugen. Dabei findet der Formgebungsschritt durch Thermoformen in einem geschlossenen Werkzeug statt, das zudem eine zusätzliche Funktionalisierung durch Spritzgießen erlaubt.
Werkzeug für Thermoplast-Sandwich-Staufachklappe in Spritzgießmaschine ENGEL v duo700 am Fraunhofer IMWS
Erfolgreiche Machbarkeitsdemonstration
In einem Forschungs- und Entwicklungsprojekt wurde nun untersucht, ob sich die Thermoplast Sandwich Moulding Technologie auch für die effiziente und zuverlässige Herstellung von Fahrzeuginterieur-Bauteilen eignet. Als Demonstratorstruktur setzten die Projektpartner eine Staufachklappe aus einer Lkw-Fahrerkabine in Thermoplast-Sandwichbauweise prototypisch um – erstmals an einem realen Bauteil.
Staufachklappe, eingebaut in eine Truck-Fahrerkabine / © Daimler Truck
Dies erforderte eine prozessgerechte Werkzeugauslegung mit Hilfe numerischer Prozesssimulationstools und die experimentelle Erforschung der Machbarkeit von bauteilrelevanten Designmerkmalen. Es konnten geometrische Features wie eine über die gesamte Bauteilbreite verlaufende Sichtkante, ein umlaufend geschlossener Rand und das Einpressen einer Griffmulde gezeigt werden. Weiterhin konnte mit angespritzten Scharnier- und Befestigungselementen sowie einer Aufnahme für die Griffmechanik die Spritzgussfunktionalisierung am Bauteil nachgewiesen werden.
Das demonstrierte erfolgreich die großserientaugliche Fertigung von funktionalisierten, 3D-geformten Sandwich-Leichtbauteilen.
Prozessschema Thermoplast Sandwich Moulding Technologie
Ausgezeichnet mit JEC Innovation Award
Im Vergleich zum Referenzbauteil (Papierwabe, PU-GF, SRIM-Prozess) konnte mit dem thermoplastbasierten Materialaufbau ca. 15 % Gewicht eingespart werden (ohne Dekor und Funktionselemente). Der Einsatz von thermoplastischen Faserverbundwerkstoffen wirkt sich zudem positiv auf die Recyclingfähigkeit des Bauteils aus. Dies überzeugte auch die Jury des JEC Innovation Award 2025, die die Thermoplast Sandwich Moulding Technologie in der Kategorie „Automotive and Road Transportation – Process“ zum Gewinner kürte.
Projektpartner: Fraunhofer IMWS, Daimler Truck AG, ElringKlinger AG, ThermHex Waben GmbH, ENGEL Austria GmbH, Edevis GmbH
Kontakt:
Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen, Halle (Saale)
Dr.-Ing. Ralf Schlimper
Gruppenleiter Bewertung und Design von Faserverbundstrukturen
+49 345 55 89-263 | +49 173 529 37 57
ralf.schlimper@imws.fraunhofer.de
www.imws.fraunhofer.de
