Integrierte Fertigungsprozessketten für funktionalen Hybrid-Leichtbau in der automobilen Großserie
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- Albert Hausler
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Transkript
1 Integrierte Fertigungsprozessketten für funktionalen Hybrid-Leichtbau in der automobilen Großserie Prof. Dr.-Ing. Klaus Dröder DLR Wissenschaftstag Braunschweig,
2 Integrierte Fertigungsprozessketten für funktionalen Hybrid- Leichtbau in der automobilen Großserie Funktionalisierter Leichtbau Prozessketten für hybride Bauteile Technologische Herausforderungen Ausblick 2. Oktober 2014 Folie 2
3 Integrierte Fertigungsprozessketten für funktionalen Hybrid- Leichtbau in der automobilen Großserie Funktionalisierter Leichtbau Prozessketten für hybride Bauteile Technologische Herausforderungen Ausblick 2. Oktober 2014 Folie 3
4 Fertigung Produkt Anforderungen an Produkte und Prozesse Steigende Produktvielfalt CO2-Reduzierung / Neue Antriebskonzepte Leichtbau Flexible Fertigung und Montage Energieeffiziente Produktion Großseriengeeignete Prozesse 2. Oktober 2014 Folie 4
5 Strategien zur Gewichtsreduzierung im Karosseriebau Stahlkonzepte Source: Volkswagen AG Multi-Material-Design (Stahl / Leichtmetall / Kunststoff) bisher Trend? Source: Audi AG zukünftig Gewicht Fügeaufwand Fertigungskomplexität Hybridisierung / Funktionalisierung 2. Oktober 2014 Folie 5
6 Kombination von Stoffeigenschaften für funktionalisierte Strukturen Funktionen Metall Kunststoff Fasern / Textilien strukturell geometrisch thermisch akustisch elektrisch Kombination von Werkstoffen in einer Struktur bietet funktionellste (leichteste) Lösung 2. Oktober 2014 Folie 6
7 Integrierte Fertigungsprozessketten für funktionalen Hybrid- Leichtbau in der automobilen Großserie Funktionalisierter Leichtbau Prozessketten für hybride Bauteile Technologische Herausforderungen Ausblick 2. Oktober 2014 Folie 7
8 Fertigungsprozesskette für vorkonfektionierte Preforms Wertschöpfung Prozess-Schritt 5 Faser Kunststoff Textil Faserverstärkter Kunststoff Niederdruckguss Vorkonfektionierter Preformling Pultrusion Rollprofilieren Spritzguss Hybrides Bauteil... Metall Metall- Halbzeug Umformen Vorkonfektionierung Bauteilherstellung 2. Oktober 2014 Folie 8
9 Multifunktionelle Greifertechnologie für formvariable Halbzeuge FormHand -Konzept p Textil formvariables Granulat Integrierte Beheizung Binder-Aktivierung Greifen des Textils Umformen, Einfrieren der Form, Fixierung Ablage im Formwerkzeug 2. Oktober 2014 Folie 9
10 Fertigungsprozesskette für intrinsische Hybridverbunde Wertschöpfung Prozess-Schritt 5 Faser Kunststoff Textil Faserverstärkter Kunststoff Niederdruckguss Vorkonfektionierter Preformling Pultrusion Rollprofilieren Spritzguss Hybrides Bauteil... Metall Metall- Halbzeug Umformen Vorkonfektionierung Bauteilherstellung 2. Oktober 2014 Folie 10
11 Exemplarische Fertigungsprozesskette (ProVor Plus ) Materialbereit- stellung/- zuführung Lagenaufbau durch Handhaben + Fixieren Hybrider Vorformling Erwärmen Formgebung/ Konsolidierung (Pressen/Spritzguss) Hybrides Bauteil Vorkonfektionierung Bauteilherstellung 2. Oktober 2014 Folie 11
12 Integrierte Fertigungsprozessketten für funktionalen Hybrid- Leichtbau in der automobilen Großserie Funktionalisierter Leichtbau Prozessketten für hybride Bauteile Technologische Herausforderungen Ausblick 2. Oktober 2014 Folie 12
13 Zentrale technologische Herausforderungen Grenzflächengestaltung Delta-Alpha-Effekte Integration biegeschlaffer Einleger Spanende Bearbeitung 2. Oktober 2014 Folie 13
14 Spanende Bearbeitung Delta-Alpha-Effekte Integration biegeschlaffer Einleger Grenzflächengestaltung Exemplarisch: Grenzflächenarchitekturen und -vorbehandlung chemisch Reinigung Aktivierung Haftvermittlung Substrat mechanisch mech. Vorbehandeln (z.b. Sandstrahlen) definiertes Strukturieren termisch definiertes Strukturieren mittels Laser directindustry 2. Oktober 2014 Folie 14
![Vorbehandlung möglich 3,0 [kn] 2,5 2,0 1,5 1,0 Strukturanzahl: 16 geringer Ausprägung 0,5 ohne Strukturen 0,0 0 0,5 1 1,5 2 [mm] 2,5 3](/docs-images/65/52762039/images/15-2.jpg "Traversenweg Abbildung: Abaqus Strukturerzeugung Dröder et al., 2014 Abbildung: Zugversuch in Anlehnung an DIN 1465 Dröder et al., 2014 2.")
15 Zugkraft Exemplarisch: Mechanische Klammerstrukturen Vorteile PA 6 - AlCuMg1(Heißpressen) Steigerung der mechanischen Haftzugfestigkeit bzw. der Strukturintegrität hybrider Bauteile mechanische Verklammerung (Formschluss) zwischen Metall und Kunststoff Kombination mit chemischer Vorbehandlung möglich 3,0 [kn] 2,5 2,0 1,5 1,0 Strukturanzahl: 16 geringer Ausprägung 0,5 ohne Strukturen 0,0 0 0,5 1 1,5 2 [mm] 2,5 3 Traversenweg Abbildung: Abaqus Strukturerzeugung Dröder et al., 2014 Abbildung: Zugversuch in Anlehnung an DIN 1465 Dröder et al., Oktober 2014 Folie 15
16 Spanende Bearbeitung Delta-Alpha-Effekte Grenzflächengestaltung Integration biegeschlaffer Einleger Exemplarisch: Defininierte Beeinflussung der Fließrichtung in Umformprozessen Lineare Kinematik Verschobene Fasertapes Entformtes Hybridbauteil Lufteinschlüsse Freie Kinematik Entformtes Hybridbauteil Quelle: IWF 2. Oktober 2014 Folie 16
17 Integrierte Fertigungsprozessketten für funktionalen Hybrid- Leichtbau in der automobilen Großserie Funktionalisierter Leichtbau Prozessketten für hybride Bauteile Technologische Herausforderungen Ausblick 2. Oktober 2014 Folie 17
18 Integrierte Fertigungsprozesskette für Großserienbauteile Wertschöpfung Prozess-Schritt 5 Faser Kunststoff Textil Faserverstärkter Kunststoff Niederdruckguss Vorkonfektionierter Preformling Pultrusion Rollprofilieren Spritzguss Hybrides Bauteil... Metall Metall- Halbzeug Umformen Vorkonfektionierung Bauteilherstellung 2. Oktober 2014 Folie 18
19 Integrierte Fertigungsprozesskette für Großserienbauteile Fertigungstechnologien Urformen Umformen Trennen Fügen Beschichten Stoffeigenschaften ändern Umformen Spritzguss Funktionalisierte Hybrid-Strukturen (z.b. Batteriegehäuse) Schäumen Hybrider Struktur Prozess Integrierter Niederdruckguss Pultrusion... Quelle: Volkswagen Sekundärelemente Metall-/Organoblech-Einleger Bleche / Profile Funktionselemente 2. Oktober 2014 Folie 19
20 Zusammenfassung: Wirtschaftlicher Leichtbau in der Großserie Funktionalisierung trägt zum Leichtbau bei Lösungen auf Systemebene statt Bauteilebene Integrierte Hybridstrukturen ermöglichen Funktionalisierung Strukturintegrität des Metall-Kunststoff-Verbunds ist entscheidend Fertigungstechnologien werden zu integrierten Prozessen kombiniert Notwendigkeit für neue Fertigungs- und Automatisierungsstrategien Hybride Bauteile können wirtschaftlich hergestellt werden wenn Potenziale in der gesamten Prozesskette gehoben werden 2. Oktober 2014 Folie 20
21 Open Hybrid LabFactory Open Hybrid LabFactory e.v. Konstruktion und Simulation Integrierte Fertigungsprozesse Herstellung automobilgerechter Fasern Public Private Partnership Förderdauer: 15 Jahre Investitionen: ca. 60 Mio. Projektvolumina: > 60 Mio. 2. Oktober 2014 Folie 21
22 Integrierte Fertigungsprozessketten für funktionalen Hybrid-Leichtbau in der automobilen Großserie Prof. Dr.-Ing. Klaus Dröder DLR Wissenschaftstag,
Hybrider Leichtbau. wbk Institut für Produktionstechnik. Ein Beitrag zur Ressourcenschonung Prof. Dr.-Ing. Jürgen Fleischer Stuttgart,
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