Institut für Werkzeugmaschinen
und Fertigungstechnik
Integrierte Fertigungsprozessketten für funktionalen
Hybrid-Leichtbau in der automobilen Großserie
Prof. Dr.-Ing. Klaus Dröder | DLR Wissenschaftstag | Braunschweig, 02.10.2014
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und Fertigungstechnik 2. Oktober 2014 | Folie 2
Integrierte Fertigungsprozessketten für funktionalen Hybrid-
Leichtbau in der automobilen Großserie
Prof. Dr.-Ing. Klaus Dröder | Integrierte Fertigungsprozessketten für funktionalen Hybrid-Leichtbau
Funktionalisierter Leichtbau 1
Prozessketten für hybride Bauteile 2
Technologische Herausforderungen 3
Ausblick 4
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Integrierte Fertigungsprozessketten für funktionalen Hybrid-
Leichtbau in der automobilen Großserie
Prof. Dr.-Ing. Klaus Dröder | Integrierte Fertigungsprozessketten für funktionalen Hybrid-Leichtbau
Funktionalisierter Leichtbau 1
Prozessketten für hybride Bauteile 2
Technologische Herausforderungen 3
Ausblick 4
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Anforderungen an Produkte und Prozesse
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Großseriengeeignete
Prozesse
Steigende
Produktvielfalt
CO2-Reduzierung /
Neue Antriebskonzepte
Energieeffiziente
Produktion
Flexible Fertigung und
Montage
Leichtbau
Pro
du
kt
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Strategien zur Gewichtsreduzierung im Karosseriebau
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Stahlkonzepte
Source: Audi AG
Multi-Material-Design
(Stahl / Leichtmetall /
Kunststoff)
Hybridisierung / Funktionalisierung
bisher Trend
? zukünftig
Gewicht
Fügeaufwand
Fertigungskomplexität
Source: Volkswagen AG
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Kombination von Stoffeigenschaften für funktionalisierte
Strukturen
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Metall Kunststoff Fasern / Textilien
geometrisch
strukturell
Funktionen
thermisch
akustisch
elektrisch
Kombination von Werkstoffen in einer Struktur
bietet funktionellste (leichteste) Lösung
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Integrierte Fertigungsprozessketten für funktionalen Hybrid-
Leichtbau in der automobilen Großserie
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Funktionalisierter Leichtbau 1
Prozessketten für hybride Bauteile 2
Technologische Herausforderungen 3
Ausblick 4
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Fertigungsprozesskette für vorkonfektionierte Preforms
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Faser
Kunststoff
Metall
Textil
Metall-
Halbzeug
Faser-
verstärkter
Kunststoff
...
Spritz-
guss
Roll-
profilieren
Umformen
Pultru-
sion
Nieder-
druck-
guss Hybrides
Bauteil
Wertschöpfung
1 2 3 4 5 Prozess-Schritt
Vorkonfek-
tionierter
Preformling
Vorkonfektionierung Bauteilherstellung
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Multifunktionelle Greifertechnologie für formvariable
Halbzeuge
Umformen, „Einfrieren“ der
Form, Fixierung
Ablage im
Formwerkzeug
Greifen des Textils
p
Textil
Integrierte Beheizung Binder-Aktivierung
formvariables
Granulat
„FormHand“-Konzept
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Fertigungsprozesskette für intrinsische Hybridverbunde
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Faser
Kunststoff
Metall
Textil
Metall-
Halbzeug
Faser-
verstärkter
Kunststoff
...
Spritz-
guss
Roll-
profilieren
Umformen
Pultru-
sion
Nieder-
druck-
guss Hybrides
Bauteil
Wertschöpfung
1 2 3 4 5 Prozess-Schritt
Vorkonfek-
tionierter
Preformling
Vorkonfektionierung Bauteilherstellung
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Exemplarische Fertigungsprozesskette (ProVorPlus)
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Materialbereit-
stellung/-
zuführung
Formgebung/
Konsolidierung
(Pressen/Spritzguss)
Vorkonfektionierung Bauteilherstellung
Lagenaufbau durch
Handhaben +
Fixieren
Erwärmen Hybrider
Vorformling
Hybrides
Bauteil
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Leichtbau in der automobilen Großserie
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Funktionalisierter Leichtbau 1
Prozessketten für hybride Bauteile 2
Technologische Herausforderungen 3
Ausblick 4
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Zentrale technologische Herausforderungen
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Grenzflächengestaltung
Delta-Alpha-Effekte
Integration biegeschlaffer Einleger
Spanende Bearbeitung
…
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Exemplarisch: Grenzflächenarchitekturen und -vorbehandlung
Reinigung
Aktivierung
Haftvermittlung
chemisch
directindustry
mech. Vorbehandeln
(z.B. Sandstrahlen)
definiertes Strukturieren
mechanisch
definiertes Strukturieren
mittels Laser
termisch
Gre
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Substrat
Inte
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Abbildung: Abaqus Strukturerzeugung | Dröder et al., 2014 Abbildung: Zugversuch in Anlehnung an DIN 1465 | Dröder et al., 2014
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 Z
ug
kra
ft
Traversenweg
[kN]
[mm]
Strukturanzahl: 16
geringer Ausprägung
ohne Strukturen
PA 6 - AlCuMg1(Heißpressen)
Exemplarisch: Mechanische Klammerstrukturen
Steigerung der mechanischen Haft-
zugfestigkeit bzw. der Strukturintegrität
hybrider Bauteile
mechanische Verklammerung
(Formschluss) zwischen Metall und
Kunststoff
Kombination mit chemischer
Vorbehandlung möglich
Vorteile
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Exemplarisch: Defininierte Beeinflussung der Fließrichtung in
Umformprozessen
Gre
nzflä
ch
en
gesta
ltu
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Freie Kinematik
Entformtes Hybridbauteil
Lineare Kinematik
Entformtes Hybridbauteil
Lufteinschlüsse
Verschobene
Fasertapes
Quelle: IWF
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Integrierte Fertigungsprozesskette für Großserienbauteile
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Faser
Kunststoff
Metall
Textil
Metall-
Halbzeug
Faser-
verstärkter
Kunststoff
...
Spritz-
guss
Roll-
profilieren
Umformen
Pultru-
sion
Nieder-
druck-
guss Hybrides
Bauteil
Wertschöpfung
1 2 3 4 5 Prozess-Schritt
Vorkonfek-
tionierter
Preformling
Vorkonfektionierung Bauteilherstellung
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Fügen Umformen Urformen
Integrierte Fertigungsprozesskette für Großserienbauteile
...
Nieder-
druck-
guss
Pultru-
sion
Hybride
Struktur
Bleche / Profile Metall-/Organoblech-Einleger Funktionselemente
Schäumen
Beschichten Stoffeigenschaften
ändern
Fertigungs-
technologien
Sekundär-
elemente
Umformen Spritz-
guss
Spritz-
guss Umformen
Trennen Urformen Fügen Umformen
Funktionalisierte Hybrid-Strukturen
(z.B. Batteriegehäuse)
Quelle: Volkswagen
Hybrider
Prozess Integrierter
Prozess
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Zusammenfassung: Wirtschaftlicher Leichtbau in der
Großserie
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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
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Open Hybrid LabFactory
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Integrierte Fertigungs-
prozesse
Herstellung automobil-
gerechter Fasern
Public Private Partnership
Förderdauer: 15 Jahre
Investitionen: ca. 60 Mio. €
Projektvolumina: > 60 Mio. €
Konstruktion und
Simulation
Open Hybrid LabFactory e.V.
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