Hylight Innovative Hybrid-Leichtbautechnologie für die Automobilindustrie

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Hertha Schneider
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1 Hylight Innovative Hybrid-Leichtbautechnologie für die Automobilindustrie Hochschule trifft Mittelstand 13. Juli 2011 IKV, Campus Melaten, Aachen Dipl.-Ing. Klaus Küsters

2 Gliederung Anwendung von Hybridbauteilen in der Automobilindustrie Potenzial von Hybridbauteilen mit Haftvermittler Das Projekt HYLIGHT Prozesskette auf Basis der Haftvermittlertechnologie Kennwertermittlung und Simulation Fazit und Ausblick

Haftvermittler Das Projekt HYLIGHT Prozesskette auf Basis

3 Hybride Strukturbauteile Verbindung dünnwandiger Bleche mit versteifender Kunststoffstruktur Gewichts- und Kostenersparnis Funktionsintegration [Evonik, Lanxess]

4 Funktionsintegration durch Hybridbauteile Hybrid-Frontend seit 1997 Serienbauteil u.a. Aufnahmen für Ladeluftkühler, Kondensor, Scheinwerfer, Kotflügel, Stoßfängerabdeckung, Waschdüsen sowie Schließzylinder und Haubenschloss [Ford]

5 Vergleich von Verbindungstechniken Stand der Technik Formschlüssiger Verbund, Krafteinleitung punktuell Neue Verbindungstechnik Stoffschlüssiger Verbund, flächige Krafteinleitung

6 Torsionsversuche am Erlanger Träger unbeschichtet beschichtet PA6-GF30 PA6-GF50 PPA-GF30 PPA-GF50 PP-LGF30 [Evonik] Torsionssteifigkeit [Nm/ ]

7 Das Projekt HYLIGHT Ziel: Entwicklung einer neuartigen Hybridleichtbautechnologie auf Haftvermittlerbasis für die Automobilindustrie Vorgehensweise: Entwicklung optimierter Materialsysteme Erarbeitung der Prozesskette Aufbau einer Simulation für stoffschlüssig verbundene Hybridbauteile

Automobilindustrie Vorgehensweise: Entwicklung optimierter

8 Gesamtziel - Vision Nennenswerter Beitrag zur Gewichtsreduzierung durch bessere Bauteileigenschaften und Simulationsmöglichkeit.

9 Wissenschaftliche Ziele von Hylight Verfügbarkeit optimierter und aufeinander abgestimmter Materialsysteme für die haftvermittlerbasierte Hybridtechnologie (Stahl, Stahlbeschichtung, Haftvermittler, Umspritzwerkstoff). Erarbeitung von Wirkzusammenhängen zwischen Werkstoff, Verarbeitung und Bauteileigenschaften hinsichtlich der Robustheit des Verbundes über die gesamte Lebensdauer. Bereitstellung eines neuartigen integrativen Simulationswerkzeuges zur Berechnung der Gesamtstruktur einschließlich der stoffschlüssigen Verbindung durch Kopplung der Spritzgießsimulation mit der Strukturberechnung. Etablieren von Verfahrens-, Auslegungs- und Konstruktionsrichtlinien für die betrachteten Bauteile.

Erarbeitung von Wirkzusammenhängen zwischen Werkstoff, Verarbeitung und Bauteileigenschaften hinsichtlich der Robustheit des Verbundes über die gesamte Lebensdauer.

10 Lösungsweg Kennwertermittlung an Prüfkörpern Erarbeitung Prozesstechnik Erarbeitung Werkzeugtechnik Aufbau einer Simulationskette Virtuelle Bauteiloptimierung Konstruktion eines gewichtsoptimierten Frontends

Werkzeugtechnik Aufbau einer Simulationskette

11 Prozesskette für Hybridbauteile mit Haftvermittler Blech Umformen Lackieren (KTL) Kunststoff anspritzen Hybridbauteil Formschlüssige Verbindung Blech Umformen Lackieren (KTL) Vorbehandeln, Kleben Kunststoff anspritzen Hybridbauteil Stoffschlüssige Verbindung (Kleben) Blech Coil Coating (HVM) Umformen Kunststoff anspritzen Hybridbauteil Stoffschlüssige Verbindung (HVM)

Vorbehandeln, Kleben Kunststoff anspritzen Hybridbauteil Stoffschlüssige Verbindung (Kleben)

12 Vom Materialhersteller bis zum OEM: Wertschöpfungskette in HYLIGHT Evonik Hühoco Beschichter Kirchhoff Umformer Lanxess universitäre Partner: Materialhersteller Materialhersteller Montaplast Spritzgießer Ford OEM

13 Vom Einfachen zum Komplexen Beschreibung des Haftvermittlers Prüfkörper Experiment / Simulation Modellbauteil Demonstrator Optimierter Demonstrator Experiment / Simulation Experiment / Simulation Simulation

Modellbauteil Demonstrator Optimierter Demonstrator

14 Prüfkörper zur Charakterisierung des Haftvermittlers Simulation benötigt Kennwerte unter genau definierter Belastung. Entwicklung neuer Prüfkörper zur Charakterisierung des Haftvermittlers Auslegung und virtuelle Optimierung des Prüfkörpers Fertigungsgerechte Gestaltung, Entwicklung eines Werkzeugs angespritzter Kunststoffprüfkörper Stahlblech

Entwicklung neuer Prüfkörper zur Charakterisierung des Haftvermittlers Auslegung und

15 Prüfaufbau für statische Prüfungen unter Zug und Torsion Torsionsantrieb Probeneinspannung Optisches Messsystem Maschinensteuerung Rohrprüfkörper

16 Anforderungen an die Modellierung Statische und dynamische Lastfälle Berücksichtigung der Anisotropie (Faserorientierung) Berechnung des Bauteilversagens (anisotrope Festigkeiten) Numerisch effiziente Berücksichtigung des Haftvermittlers Einfluss des Herstellprozesses (lokale Größen) Thermische Längenänderungen, Eigenspannungen Aufbau einer integrativen Simulation

Numerisch effiziente Berücksichtigung des Haftvermittlers Einfluss des Herstellprozesses

17 Struktursimulation Metall Kunststoff Haftvermittler Aufbau der Simulationskette Mech. Kennwerte Mech Kennwerte Schnittstelle Temperatur Druck Füllsimulation Faserorientierung Festigkeit

18 Fazit und Ausblick Vermehrter Einsatz von Kunststoff/Metall-Hybriden für Strukturbauteile Großes Potenzial zur Gewichtsreduktion durch stoffschlüssig verbundene Hybridbauteile Optimierte Prozesskette durch Einsatz einer Haftvermittlertechnologie Erarbeitung eines umfassenden Prozessverständnisses, Absicherung durch Simulation Enge Verzahnung von Prozess und Werkstoffeigenschaften Entwicklung von Prüfkörpern zur Charakterisierung des Verbundes Aufbau und Validierung der Simulationskette

Haftvermittlertechnologie Erarbeitung eines umfassenden Prozessverständnisses, Absicherung durch Simulation Enge

19 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Kontakt: Dipl.-Ing. Klaus Küsters Abteilungsleiter Formteilauslegung/Werkstofftechnik Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) an der RWTH Aachen Pontstr. 49, Aachen, Germany Telefon: +49 (0)

Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) an der RWTH Aachen Pontstr.

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