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Vortrag

„Hybridpressen“ – ein kombinierter Tiefzieh- und Fließpressprozess zur Herstellung von hybriden Bauteilen aus Metallblechen und Thermoplasten (LFT)

Mittwoch (18.04.2018)
11:40 - 12:00 Uhr

11:40 - 12:00 Uhr

Die Grundidee des vorgestellten Verfahrens, faserverstärkte Kunststoffe und Metallbleche in einem gemeinsamen Hybridbauteil zu kombinieren, ist nicht neu. Die steigende Anzahl an automobilen Leichtbauanwendungen im Multi-Material-Design erfordert neben dem Einsatz von geeigneten Werkstoffkombinationen in einem Bauteil zusätzlich die Entwicklung von wirtschaftlicheren Herstellungsverfahren. Während Verfahren nach dem aktuellen Stand der Technik häufig werkstofflich getrennte Fertigungsverfahren und eine anschließende Fügeoperation erfordern, stellt das Hybridpressen als sogenannter Ein-Schritt-Prozess sowohl eine zeit- als auch kosteneffizientere Lösung dar. Das Verfahren kann als eine Kombination des Tiefziehens von Metallblechen und dem Fließpressen von langfaserverstärkten Thermoplasten (LFT) angesehen werden, bei dem sich der plastifizierte Kunststoff wie ein Wirkmedium in hydromechanischen Prozessen (Innenhochdruckumformung, IHU) verhält und somit die Ausformung des Blechs maßgeblich beeinflusst. Sowohl die Umformung des Metalls als auch die Formgebung des Thermoplasts als Verstärkungs-rippen erfolgen simultan in einem gemeinsamen Werkzeug. Durch Einsatz eines Haftvermittlers als Vorbeschichtung auf dem Metallblech wird gleichzeitig eine stoffschlüssige Verbindung zum Thermoplast hergestellt. Diese Vorbeschichtung kann sowohl in Pulverform als auch mittels Coil-Coating aufgebracht werden und ist somit großserientauglich.

Die Gewichtsreduktion eines durch das Hybridpressen hergestellten Bauteils resultiert aus der Möglichkeit, die Blechdicke von reinen Stahlbauteilen durch eine gezielte Verstärkung mit einer flächigen LFT-Schicht, LFT-Rippen sowie zusätzlichen Verstärkungselementen in Form von Organoblechen oder UD-Tapes bei gleichbleibender Steifigkeit zu reduzieren. Eine belastungsgerecht ausgelegte Struktur kann je nach Anwendungsfall eine Gewichtsersparnis von ca. 20 % erzielen und zudem bessere mechanische Eigenschaften als das Vergleichsbauteil aus Stahl aufweisen. Im Gegensatz zu Spritzgießverfahren ist beim Fließpressen die Faserlänge des Thermoplasts bis zu einer Länge von 25 mm im Bauteil gewährleistet. Einen weiteren Vorteil stellt das gutmütige Versagensverhalten des Verbunds dar – im Falle eines Versagens im LFT kann durch die Restfestigkeit des außenseitigen Metallblechs ein vollständiges Bauteilversagen verhindert werden. Dieses sogenannte Fail-Safe-Verhalten ist vor allem in Fahrwerksanwendungen unabdingbar.

Sprecher/Referent:
Dipl.-Ing. Tobias Kloska
Universität Siegen
Weitere Autoren/Referenten:
  • Prof. Dr. Xiangfan Fang
    Universität Siegen