Leichtbau für die Automobilgeneration der Zukunft

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    Eine zentrale Herausforderung unserer Zeit ist der effiziente Umgang mit begrenzten Ressourcen. Die Reduktion des Fahrzeuggewichtes ist damit der entscheidende Faktor für den Automobilbau der Zukunft. Die Volkswagen AG arbeitet gemeinsam mit dem Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) und weiteren Partnern an einem neuartigen Laserprozess für das automatisierte Zuschneiden von CFK-Bauteilen, um diesen Leichtbauwerkstoff in die automobile Großserienfertigung zu bringen.

    Eine zentrale Herausforderung unserer Zeit ist der effiziente Umgang mit begrenzten Ressourcen. Die Reduktion des Fahrzeuggewichtes ist damit der entscheidende Faktor für den Automobilbau der Zukunft. Die Volkswagen AG arbeitet gemeinsam mit dem Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) und weiteren Partnern an einem neuartigen Laserprozess für das automatisierte Zuschneiden von CFK-Bauteilen, um diesen Leichtbauwerkstoff in die automobile Großserienfertigung zu bringen.

    Leichtbauwerkstoffe, die sowohl hohe Festigkeiten als auch Steifigkeiten mitbringen, sind die Materialien der Automobilfertigung der Zukunft. Denn bei der Sicherheit dürfen unter dem Aspekt der Gewichtsreduktion keine Abstriche gemacht werden. Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) bringen die geforderten Eigenschaften mit. Gleichzeitig stellt der Werkstoff CFK die Fertigungstechnik aber vor große Herausforderungen, so dass aktuell im Automobilbau CFK-Komponenten vorwiegend im Sportwagenbereich und in automobilen Kleinserien Verwendung finden.

    Will man Autos auf der Basis von CFK zukünftig auch in großen Stückzahlen produzieren, besteht besonderer Bedarf an automatisierbaren Fertigungstechnologien, vor allem für das Zuschneiden dieses Leichtbauwerkstoffs. Existierende Verfahren wie das Fräsen oder das Wasserstrahlschneiden zeigen prozessbedingte Nachteile wie etwa den sehr hohen Werkzeugverschleiß sowie die Handhabung von Wasser und Abrasivmitteln, die sich technologisch nicht lösen lassen.

    Im aktuellen Verbundprojekt HolQueSt 3D entwickeln sieben Partner aus Industrie und Wissenschaft unter der Leitung der Volkswagen AG gemeinsam einen Prozess zur 3D-Hochleistungs-Laserbearbeitung von CFK-Leichtbau-Strukturen. Der Laser erlaubt gegenüber herkömmlichen Technologien eine berührungslose, hochpräzise Bearbeitung ohne Werkzeugverschleiß bei gleichzeitig hoher Reproduzierbarkeit und Flexibilität. Bisher kann die Laserbearbeitung von CFK allerdings durch starke Wärmeentwicklung Schädigungen in der Bearbeitungszone verursachen. Ein lückenhaftes Prozessverständnis sowie der Mangel an ausgereiften Bearbeitungs-verfahren stellen momentan wesentliche Hürden für die Verbreitung von Laserbearbeitungsprozessen für CFK dar.

    Auf der Basis eines neuen, fasergeführten Hochleistungslasers mit Pulsdauern im Nanosekundenbereich (Trumpf Laser GmbH + Co. KG) entwickelt das LZH eine speziell auf die CFK-Bearbeitung abgestimmte Prozessstrategie sowie eine optimierte Prozessüberwachung. Die Freisetzung von zum Teil gesundheitsgefährdenden Partikeln und Dämpfen stellt für den Lasereinsatz im Bereich des Leichtbaus ein weiteres Produktionshemmnis dar. Hier will das LZH gemeinsam mit der Jenoptik Katasorb GmbH Abhilfe schaffen, indem über die Charakterisierung der Prozessemissionen eine geeignete Methode zur gezielten Nachbehandlung und Filterung entwickelt wird.

    Auf Grundlage dieser neuen Konzepte soll zukünftig eine großserienfähige CFK-Bearbeitung, angepasst an die Bedarfe der Automobilfertigung, zur Verfügung gestellt werden. So könnten die ressourcensparenden Leichtbaukonzepte schon bald in der Automobilgeneration der Gegenwart Verwendung finden.

    HolQueSt 3D wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) innerhalb der Förderinitiative „Photonische Verfahren und Werkzeuge für den ressourceneffizienten Leichtbau“ bei einem Gesamtprojekt-volumen von 7 Mio. Euro mit ca. 4 Millionen Euro gefördert. Beteiligte Partner sind die Volkswagen AG, Jenoptik Katasorb GmbH, Trumpf Laser GmbH+Co. KG, Invent GmbH, KMS Automation GmbH, TU Clausthal sowie das Laser Zentrum Hannover e.V.

    Bild: Prozessbild eines mit Laser-Remote-Technologie geschnittenen CFK-Laminats. Bild Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)

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