Geschicktes Kleben soll Autos leichter machen

Das Auto der Zukunft wird aus einem Materialmix bestehen. Neben Leichtmetallen wie Aluminium und Magnesium sind im Automobilbau vor allem Kunststoffe im Kommen, die durch textile Strukturen aus Glas- oder Kohlefasern verstärkt werden. Diese faserverstärkten Kunststoffe sind extrem leicht, weisen aber trotzdem eine sehr hohe Festigkeit auf.

Die Herstellung maßgeschneiderter Bauteile aus faserverstärkten Kunststoffen stößt derzeit allerdings noch an Grenzen. Zwar werden solche Werkstoffe bereits seit Jahren im Flugzeugbau oder auch bei Windkraftanlagen eingesetzt, allerdings meist nur in geringen Stückzahlen. Für den Einsatz in der automobilen Großserie sind die zurzeit eingesetzten Herstellungsverfahren nicht oder nur bedingt geeignet.

Daher suchen die Kasseler Forscher gemeinsam mit Wissenschaftlern aus zwölf weiteren Forschungsinstituten sowie Industriepartnern nach Optimierungsmöglichkeiten. Gefördert wird das Projekt von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF). Im Fokus der Untersuchungen steht sowohl die Automatisierbarkeit als auch die Verbesserung der Qualität des Werkstoffs.

Bisher wurden faserverstärkte Kunststoffe aus mehreren Lagen Textilien hergestellt, die durch großflächig aufgetragenes Klebstoffpulver verbunden, anschließend mit Epoxydharz oder Polypropylen (PP) getränkt und dann ausgehärtet wurden. Es handelt sich hierbei um das so genannte RTM-Verfahren („Resin Transfer Moulding“). Der Nachteil dabei: Der großflächig aufgetragene Klebstoff wirkt wie eine Sperrschicht. Die miteinander verklebten Textilfasern – die so genannte Preform – können Harz oder PP nicht optimal aufnehmen. Zudem entstehen Luftblasen, die das Material und damit das daraus gefertigte Bauteil beeinträchtigen.

Um dem entgegen zu wirken, arbeiten die Wissenschaftler an einer Optimierung des Verfahrens: Hierbei wird zunächst ebenfalls eine Preform aus mehreren Lagen Textilfasern gefertigt. Um die Werkstoffeigenschaften zu verbessern, wird der Klebstoff verflüssigt und nicht mehr großflächig, sondern nur noch an wenigen Stellen als Punkte oder Linien auf die Textilschichten aufgetragen. Gleichzeitig werden die Klebstoffe so formuliert, dass ein möglichst geringes Eindringen der Klebstoffe in die Faserbündel erzielt wird. Die so verbundenen Textilschichten werden anschließend unter hohem Druck in eine Form gepresst und dabei mit Harz oder PP getränkt. Aufgrund des nur punktuell aufgebrachten Klebstoffs können die Fasern Harz oder Polypropylen intensiver aufnehmen und härten besser aus; Luftblasen lassen sich vermeiden.

Das punktuelle Kleben hat aber noch weitere Vorteile. So lässt sich eine höhere Steifigkeit erzielen als beim großflächigen Kleben. Zudem haften die Textilschichten besser aneinander. Ein wesentlicher Vorteil liegt zudem im Klebevorgang selbst. Während das Aufbringen des bisher üblichen Klebstoffpulvers noch teils von Hand erfolgen musste, kann der flüssige Klebstoff leichter maschinell eingesetzt werden. Das neue Verfahren eignet sich daher auch für den automatisierten Einsatz, wie er für die Autoindustrie unerlässlich ist. Einsatz wird die neue Technik künftig voraussichtlich bei der Herstellung von Türen und Motorhauben finden.

Info
Prof. Dr. Stefan Böhm
Universität Kassel
Fachgebiet Trennende und fügende Fertigungsverfahren
Tel.: 0561/804-3141
E-Mail: s.boehm@uni-kassel.de
Dipl.–Ing. Holger Thiede
Universität Kassel
Fachgebiet Trennende und fügende Fertigungsverfahren
Tel.: 0561/804-3915
E-Mail: h.thiede@uni-kassel.de