Die Zukunft des Leichtbaus

Der Trend zur Gewichtsreduktion hat zwar die Entwicklung von Faserverbundwerkstoffen und den Einsatz von Leichtmetallen wie Aluminium und Magnesium vorangetrieben. Doch in Zukunft dominieren leichte Materialsysteme, die über einzelne Werkstoffgruppen hinausgehen. Das richtige Material an der richtigen Stelle – unter diesem Motto gewinnt der hybride Leichtbau an Bedeutung. Das neue Lightweight Technologies Forum im Rahmen der Aluminium-Messe gibt einen Überblick über Materialverbünde aus Metall- und Faserverbundtechnik.

31. Oktober 2016

Von Ford bis Premium Aerotec, vom Maschinenbauer Engel bis zum Laser-Experten Trumpf, vom Bundeswirtschaftsministerium bis zu den führenden Wissenschaftseinrichtungen stellen Experten ihr Knowhow und ihre Leichtbaustrategien in den Bereichen Automotive, Luft- und Raumfahrt sowie Fertigungs- und Produktionstechnik vor.

Automobilbau ist Innovationstreiber

Die Automobilindustrie bleibt einer der wichtigsten Wachstums- und Innovationstreiber für die Composites- und Aluminium-Industrie. Auch im hybriden Leichtbau ist der Automotive-Sektor Vorreiter. Im Lightweight Technologies Forum referieren dazu Vertreter des Open Hybrid Labfactory. Die Open Hybrid Labfactory wurde 2012 unter der Federführung des Niedersächsischen Forschungszentrum Fahrzeugtechnik (NFF) der TU Braunschweig gemeinsam mit den Industriepartnern initiiert.

Im Leichtbau-Campus Open Hybrid Labfactory, der vor wenigen Wochen seinen Betrieb aufgenommen hat, werden großserientaugliche Fertigungs- und Produktionstechniken für die wirtschaftlich und ökologisch nachhaltige Herstellung hybrider Leichtbaukomponenten aus Metallen, Kunststoffen und textilen Strukturen entwickelt.

Ford Research & Advanced Engineering Europe stellt im Leichtbauforum seine Aluminium-Technogien vor. Mit dem Pickup-Truck F-150, dessen reine Alu-Karosserie im Ausstellungsbereich des Forums zu sehen sein wird, hatte Ford 2014 seine radikale Leichtbau-Strategie gestartet. Das Unternehmen ist Mitglied der AMAP GmbH, dem Open-Innovation-Forschungs-Cluster für NE-Metalle an der RWTH Aachen University, das mit weiteren Vorträgen zum Automobilbau im Forum vertreten ist.

Ein weiteres Highlight ist eine Podiumsdiskussion des Medienpartners bbr zu den Trends in der Fügetechnik bei Hybridlösungen mit Aluminium im Fahrzeugbau – im Mittelpunkt Aluminium/Stahl sowie Aluminium/Carbonfaserkunststoffe (CFK). Geplant ist eine hochkarätig besetzte Diskussionsrunde mit Vertretern aus Forschung, Wissenschaft und Industrie.

Plattierte Werkstoffe, also die Kombination aus zwei oder mehreren Metallen, stehen im Mittelpunkt des Vortrags von Wickeder Westfalenstahl. Beim Plattieren werden mindestens zwei metallische Bänder zu einem Verbundmaterial vereinigt. Die Werkstoffe laufen parallel vom jeweiligen Coil in die Walzanalage und werden dort, je nach Metall und Materialeigenschaften, durch hohen Walzdruck miteinander verbunden. Es entsteht ein Metallverbund mit neuen Eigenschaften.

Luftfahrt fliegt auf hybride Strukturbauteile

Kunststoff-Metall-Verbünde aus Aluminiumfolien und Glasfiber-Prepregs sind im Flugzeugbau mittlerweile eine Alternative. Das demonstriert der Luftfahrtzulieferer Premium Aerotec im Lightweight-Technologies Forum. Nach positiven Erfahrungen im Airbus A380 wird dieses Material als Alternative zu reinen Aluminium- und Verbundstrukturen gehandelt.

Der wichtigste Schritt für eine industrielle Anwendung für hohe Produktionszahlen von Flugzeugen ist die Automatisierung der Produktionsprozesse für FML-Bauteile wie die automatisierte Beschichtung von Metallfolien und der Glasfiber-Prepregs. Premium Aerotec stellt die Ergebnisse der Entwicklungsarbeit der ersten drei Jahre vor.

Hybride Organobleche ermögliche kurze Zykluszeiten

Thermoplastische Verbundstoff-Rohlinge stehen im Mittelpunkt des Beitrages von Tencate aus den Niederlanden. Faserverstärkte thermoplastische Rohlinge aus Organoblechen (Faser-Matrix-Halbzeugen) dienen der schnellen, effizienten und robusten Herstellung von Verbundwerkstoffen.

Neuere Entwicklungen zielen auf Rohlinge, die sich kostengünstig herstellen lassen und neue Produktdesigns ermöglichen. Hybride Organobleche ermöglichen das Schneiden von Verbundrohlingen bei gleichzeitig kostengünstigen und kurzen Zykluszeiten. Darüber hinaus ermöglicht die Kombination von Organoschicht- und Pressformtechnologie die Herstellung von zusätzlichen Merkmalen wie Versteifungsrippen und Naben in einem Formungsschritt.

Dass die Hybridisierung von Bauteilen neue Entwicklungen in der Fertigungstechnik erfordert, zeigt auch der Maschinenbauer Engel Austria in seinem Forumsbeitrag und stellt neue Verfahrenstechniken für thermoplastische Faserverbundwerkstoffe vor. Der Ofenbau-Spezialist Linn High Therm arbeitet an Ofenanlagen mit großem Energie-Einsparpotenzial. Im Forum werden Anlagen für die Wärmebehandlung von PAN- und Lignin Fasern sowie für die Metallschaum-Komposite-Herstellung präsentiert.

Verbindungstechnik ist Schlüsseltechnik

Schlüssel des künftigen Material-Mixes ist die Verbindungs- und Fügetechnik. Deshalb werden Verfahren entwickelt, mit denen unterschiedliche Materialien optimal verklebt, vernietet oder verschraubt werden können. Eines der Werkzeuge für hybride Verbindungen ist ein Laser von Trumpf. Gummiwerk Kraiburg präsentiert im Vortragsforum die hybride Verbindung von FVK und Metallen mit Elastomeren anhand der von ihr entwickelten Haftschicht Kraibon.

Das Bundeswirtschaftsministerium ist ebenfalls Partner des Lightweight Technologies Forum und wird in Düsseldorf den geplanten digitalen „Kompetenzatlas Leichtbau“ vorstellen. Dieser soll einen Überblick über Akteure und Kompetenzen im Leichtbau in Deutschland geben. Das übernimmt Prof. Dr. Andreas Büter, Geschäftsführer der Fraunhofer Allianz-Leichtbau und Koordinator des Projektes.

Neben dem BMWi konnte Veranstalter Reed Exhibitions die führenden Leichtbau-Verbände, -Institute und -Cluster als Themenpartner für das Lightweight Technologies Forum gewinnen, darunter den VDMA AG Hybride Leichtbau Technologien, das CFK Valley Stade, die Open Hybrid Labfactory, die AVK, das AZL sowie das Institut für Kunststoffverarbeitung der WTH Aachen, das Netzwerk kunststoffland NRW und das Cluster Nanomikrowerkstoffephotonik NRW.

Leichtbau-Exponate im Ausstellungsbereich

Im begleitenden Ausstellungsbereich des Lightweight Technologies Forum zeigen ausgewählte Unternehmen ihre Lösungen für den Multimaterial-Leichtbau, darunter Gummiwerk Kraiburg, Gunnar International Weissenberger, Linn High Therm, Saertex, Trilogiq Deutschland, Wickeder Westfalenstahl, Havel metal foam. Die Exponate reichen von der Karosserie des Ford F-150 Pick-up Truck über Aluminiumschaum-Sandwiches und 3D Formteile bis zur CFK-Rumpfschale.