CFK-Technologien im Automobilbau

Transkript

1 DLR Wissenschaftstag 2007 Braunschweig, 11. Oktober 2007 Martin Derks, BMW Group München Inhaltsübersicht. Motivation Werkstoffe und Herstellverfahren Bauweisen Beispiele für Bauweisen und Werksintegration Entwicklungsziele und Ausblick

2 Motivation/Historie. Luftsammler BMW M12/ Motivation/Historie. Zielfelder für den Einsatz im Automobilbau: Gewichtsreduzierung gegenüber Stahl und Aluminium Wirtschaftlichkeit Verbesserung der Crashperformance Wertigkeit (Prestigeleichtbau)

3 Motivation/Historie. Crasheigenschaften Gewichtsreduzierung: Konzept fahrzeuge Gegenüber Stahl 50 % und Aluminium 30 % Monocoque BMW Sauber Formel 1 Hohe Crashsicherheit bei maximalem Leichtbau Prestigeleichtbau K1200R Sport mit High Performance Parts Inhaltsübersicht. Motivation Werkstoffe und Herstellverfahren Bauweisen Beispiele für Bauweisen und Werksintegration Entwicklungsziele und Ausblick

4 Werkstoffe - Faserspektrum. Werkstoffe - Faserbündel und Halbzeuge. 3K Fasern 48K Fasern Gewebe (Exterieur) Roving Filament Geflecht und Gelege (Struktur)

5 Werkstoffe - Harz. Produktspezifische Anforderungen: Prozessspezifische Anforderungen: Temperaturverhalten Mechanik Medienbeständigkeit Umweltanforderungen Langzeitverhalten Gesetzliche Anforderungen Viskosität Reaktionsschwund Härtezeit Harz Härter Trennmittel Verfahren. Preform- Monolithisch Gelegestapel Erwärmung Binder Preformen Preform- Flechten Kernherstellung Sandkern Flechten

6 Verfahren. RTM- Monolitisch Einlegen Injektion Entnahme Kernauswaschung RTM Schalenprofil mit Sandkern RTM Hohlprofil mit Sandkern Inhaltsübersicht. Motivation Werkstoffe und Herstellverfahren Bauweisen Beispiele für Bauweisen und Werksintegration Entwicklungsziele und Ausblick

7 Bauweisen: Anforderungen & Randbedingungen. Karosseriebau Montage Karosseriestruktur Verclipsung Fügeverfahren Verschraubung Bauweisen - Auslegung/Konstruktion. Festlegung Werkstoffkonzept Auslegung der Laminate Werkstoffgerechte Konstruktion Optimierung durch FEM-Tools

8 Bauweisen - Grundgeometrien. Monolithische Schalenbauweise Schalen mit Konstanter Wanddicke an den Flanschen verklebt Nachteil: viele Fügestellen Hohlprofilbauweise Herstellung durch Flechttechnik Vorteil: fasergerechter als mehrschalige Bauweise Hybridbauweise lokales, vollflächiges Einkleben von CFK Schalen in Blechen Vorteil: funktionale Eigenschaften einer Karosserie effektiv verbessern Inhaltsübersicht. Motivation Werkstoffe und Herstellverfahren Bauweisen Beispiele für Bauweisen und Werksintegration Entwicklungsziele und Ausblick

9 Beispiele. Monolithische Schalenbauweise: Dachspriegel M6 erstes CFK Online-Bauteil im Karosseriebau Hohlprofilbauweise: Stoßfängerträger M6 Verbesserung der Fahrdynamik Beispiele. Hybridbauweise: Seitenrahmen Hydrogen 7 Niedrigen Einmalaufwand Flexibilität der CFK-Formen 52 % Gewichtseinsparung gegenüber Stahl Schnelle Integrierbarkeit in Werksprozesse

10 Beispiele - Werksintegration. Karosseriebau Karosseriebau ofen Vorbehandlung KTL Klarlack Montage Online Lackiererei Offline Dachspriegel Seitenrahmen Dach Stoßfänger- Träger Inhaltsübersicht. Motivation Werkstoffe und Herstellverfahren Bauweisen Beispiele für Bauweisen und Werksintegration Entwicklungsziele und Ausblick

11 Werkstoffanforderungen für zukünftige Herstellverfahren: Reduzierte Härtezeit Verarbeitbarkeit in schnellen textilen Prozessen Erhöhtes Tg Entfall Temperprozess Werkstoffanforderungen Werksprozesse: Kompatibilität zu Karosseriebauwerkstoffen und Prozessen: -Kleber -Dichtmassen -Dämmassen Kompatibilität zu Lackierprozessen: -Verträglichkeit zu KTL Bad -Wärmeformbeständigkeit -Stabile Mechanik

12 Class A Oberflächenqualität für decklackierte Bauteile Class A Oberflächenqualität für decklackierte Bauteile

13

14 Textilqualität

15 Textilqualität Schrumpfoptimiertes Harz Textilqualität Schrumpfoptimiertes Harz Oberflächenvliese

16 Class A Oberflächenqualität für decklackierte Bauteile Verbesserte Beständigkeit gegen Vergilbung Entwicklungsziele und Ausblick Zukünftige Werkstoffanforderungen : Wasserstoff Kryodrucktank Cryo-compressed CcH 2 CFK Drucktank (Typ 3-350bar) H 2 Speicherung bei 30 K und 100 bar Quelle: LLNL Vakuumdichter Leichtbau- Außentank - Druckwechselbelastungen: 20bar 350bar - Temperaturwechselbelastungen: 30K 300K - Vakuumtauglichkeit des Werkstoffsystems

17 Fazit: - Die BMW Group nutzt die Vorteile des Leichtbauwerkstoffes CFK. - Weiterentwicklungspotentiale liegen in der Schadenserkennung und Reparatur unter weltweiten Werkstattbedingungen. - Entlang der Prozesskette sind erhebliche Fortschritte bei der Wirtschaftlichkeit notwendig. CFK-Technologie bei der BMW Group Heute/Zukunft Diskussion.